Типичный усилитель мощности звукового диапазона

January 15, 2012 by admin Комментировать »

На рис. 5.28 приведена схема, позволяющая проиллюстрировать применение мощных эмиттерных повторителей, рассмотренных выше. Это схема типичного усилителя звукового диапазона, способная развивать мощность, равную 30 Вт, в 4-омной нагрузке с малыми искажениями.

Основой выходного каскада является конструкция эмиттерного повторителя, собранного по схеме Дарлингтона на комплементарных транзисторах, как было показано на рис. 5.27. Входной сигнал поступает от усилителя напряжения на транзисторе Тг с коллекторной нагрузкой, составленной из двух резисторов R9 и Rl0. К нижнему концу резистора R9 с помощью конденсатора С5 подведен с выхода сигнал следящей обратной связи, что значительно повышает эффективное сопротивление этого резистора и, следовательно, увеличивает коэффициент усиления напряжения без обратной связи, а также уменьшает искажения, обеспечивая протекание по нагрузке почти постоянного тока. Потенциометром R6 ток покоя устанавливается примерно равным 40 мА.

Рис. 5.28. Схема 30-ваттного усилителя мощности звукового диапазона.

Входной каскад усилителя представляет собой дифференциальный усилитель, образованный парой транзисторов 7", и Т2. Усилитель такого типа подробно рассматривается в гл. 8; он обеспечивает отличную стабильность по постоянному току (заметьте, что между каскадами нет разделительных конденсаторов) и позволяет иметь инвертирующий и неинвертирующий входы, как это было у интегрального усилителя типа 741, упоминавшегося в разд. 4.8. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход, тогда как сигнал отрицательной обратной связи, образующийся в результате прохождения выходного сигнала через делитель напряжения на резисторах Rs и R4, подается на инвертирующий вход. Наличие С3 означает, что коэффициент обратной связи /? по постоянному току равен единице, что минимизирует дрейф и гарантирует пренебрежимо малое значение постоянного напряжения на выходе усилителя. Поэтому не требуется разделительного конденсатора на выходе. Для сигнала коэффициент обратной связи /? находится, как обычно:

Другими словами, для создания эффективного выходного напряжения 11В, которое соответствует средней мощности 30 Вт в 4-омной нагрузке, требуется входной сигнал величиной 0,5 В.

Транзисторы Т5 и Т6 это полезная предосторожность против короткого замыкания на выходе. При коротком замыкании сопротивление нагрузки с точки зрения выходного каскада оказывается равным нулю, что само по себе могло бы приводить к опасно большим токам в выходных транзисторах. Однако с помощью транзисторов Т5 и Т6 контролируется разность потенциалов на эмиттерных резисторах Rls и Rl6 с сопротивлениями 0,22 Ом каждый. Когда эта разность потенциалов превышает 0,6 В, транзисторы Т5 и Т6 открываются и частично шунтируют напряжение сигнала на входе схемы Дарлингтона на комплементарных транзисторах. При указанных значениях сопротивлений Rl5 и Rl6 такое автоматическое ограничение начинается при пиковых значениях эмиттерных токов около 3 А.

При максимальном выходном сигнале выходным транзисторам приходится рассеивать мощность по 10 Вт каждому, и их нужно закреплять на подходящих радиаторах с ребристой поверхностью (см. разд. 9.11).

Плохо рассчитанные или неправильно сконструированные усилители мощности склонны к возбуждению на ультразвуковых частотах. По меньшей мере это приводит к непостижимым искажениям и рассеянию чрезмерной мощности; в худшем случае из-за паразитного высокочастотного выходного сигнала громкоговоритель и транзисторы могут сгореть. В схеме на рис. 5.28 имеется конденсатор коррекции С4, упоминавшийся в разд. 4.6 как средство обеспечения устойчивости усилителя с обратной связью. Конденсатор С?, включенный параллельно входу, также способствует ослаблению паразитной связи на радиочастотах. Посредством конденсаторов С6 и С7 осуществляется развязка на шинах питания: они обладают малым сопротивлением на радиочастотах и таким образом минимизируют нежелательную связь между отдельными каскадами усилителя.

Несмотря на эти предосторожности, усилитель все же может оказаться неустойчивым, если расположение элементов не является компактным: рекомендуется монтаж в соответствии со стандартом Veroboard. Выходные транзисторы непременно должны быть смонтированы отдельно от печатной платы, на своих собственных радиаторах, но подходящие к ним проводники должны быть короткими и, по возможности, рассчитанными на ток порядка 10 А, чтобы падение напряжения на них было минимальным.

Мощные полевые транзисторы

Большое входное сопротивление полевых транзисторов делает привлекательным их применение в выходных каскадах усилителей мощности, поскольку им на вход можно подавать сигнал прямо от источника напряжения с большим сопротивлением. Кроме того, они по своей природе являются более линейными компонентами, нежели биполярные транзисторы (см. разд. 6.10), и поэтому при их использовании можно получить еще меньшие искажения. Важнее всего то, что благодаря их большей тепловой прочности для высокой надежности требуется лишь минимальная защита от перегрузок. Имеется большой выбор мощных полевых транзисторов с допустимой рассеиваемой мощностью от 1 Вт до более чем 100 Вт. Их часто называют МОП-транзисторами с V-образной канавкой (V-MOS) и HEXFET- транзисторами; эти названия указывают на их внутреннюю структуру.

Мощные усилители в интегральном исполнении

При практическом решении задачи усиления с мощностью на выходе до 50 Вт или около того самым эффективным с точки зрения затрат обычно является применение интегральных микросхем. Тесная электрическая и тепловая связь между компонентами дает, как правило, желаемые результаты. Наиболее подходящий тип микросхемы можно найти, обратившись к каталогам и справочникам, где представлен широкий спектр от дающей 650 мВт микросхемы типа LM386 в корпусе с восьмью выводами в два ряда (DIL) до микросхемы типа TDA2050 в корпусе Т0220, способной отдавать 50 Вт мощности, если она смонтирована на радиаторе.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты