ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

August 6, 2014 by admin Комментировать »

Ю. Солнцев (СССР)

Разработкой высококачественных систем звуковоспроизведения занимаются многие радиолюбители. Одним из наиболее важных узлов звуковоспроизводящего комплекса является усилитель мощности [1]. Создать такое устройство высокого класса нелегко, тем более, что до сих пор не выработаны единые конкретные критерии качества усилителя.

Обычно качество усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) оценивают несколькими основными параметрами: номинальным диапазоном рабочих частот (как правило, по уровню —3 дБ), коэффициентом гармоник (Кг) и скоростью нарастания выходного напряжения (vy). Значительно реже пользуются коэффи

циентом интермодуляционных искажений (Ки), выходным сопротивлением и другими характеристиками. Задача осложняется тем, что среди выпускаемых крупными сериями измерительных приборов отсутствуют измерители интермодуляционных искажений, генераторы с Кг менее 0,05 %, измерители малых (менее 0,1 %) гармонических искажений, широкодиапазонные анализаторы спектра с большим динамическим диапазоном. Прецизионные измерительные приборы, выпускаемые малыми сериями, для большинства радиолюбителей недоступны. По этой причине малые нелинейные искажения часто измеряют по нестандартным методикам, что снижает их достоверность.

При выборе норм на диапазон рабочих частот, Кг и Vy наметилось два основных направления. Сторонники одного из них считают, что необходимо совершенствовать аппаратуру практически беспредельно и создают исходя из этого ультралинейные усилители с Кг порядка десятитысячных долей процента, усилители с Vy, несколько сот вольт в микросекунду. Сторонники другого направления вполне резонно отмечают, что качество звучания зависит от характеристик всех звеньев звуковоспроизводящего тракта и определяется тем из них, которое имеет худшие параметры. Исходя из этой предпосылки они считают допустимым Кг = 0,3…1 %, a Vy либо вовсе не нормируют, либо ограничивают ее сравнительно невысоким значением — 1…2 В/мкс. Основанием для таких норм являются стандартизованные параметры основных источников сигнала — проигрывателей, магнитофона, радиоприемников. Известно, например, что даже студийные магнитофоны могут иметь Кг до I…2 %.

Практика работы со звуковоспроизводящими комплексами показывает, что при субъективной оценке усилители с примерно одинаковыми параметрами (полосой рабочих частот, Кг и ) воспроизводят по-разному (естественно, при использовании одних и тех же источников сигнала и акустических систем). В одних случаях разницу в звучании обусловливают такие параметры, как коэффициент демпфирования акустической системы, динамический диапазон и т. п., в других — микролинейность амплитудной характеристики, вызванная, например, самовозбуждением на высоких частотах. Во многих случаях разница в звучании не находит удовлетворительного объяснения и не подтверждается объективными измерениями. Из этого можно сделать два вывода:

на качество звуковоспроизводящего тракта влияет один или несколько малоизученных параметров усилителя мощности, поэтому судить о его качестве можно только по результатам субъективной (обязательно квалифицированной) экспертизы, сопоставляя звучание вновь разработанного усилителя со звучанием какого- либо хорошо изученного высококачественного, принятого за эталон усилителя;

нецелесообразно беспредельно улучшать такие объективные показатели усилителя мощности, как полоса рабочих частот, скорость нарастания выходного напряжения и т. п. Эти параметры имеют вполне определенные пороговые значения, и дальнейшее их улучшение не влияет на субъективное восприятие фонограммы.

Каковы же пороговые значения основных параметров? Естественно, они зависят от характеристик акустической системы, источника сигнала и т. д. Оценим пороговые значения Vy Кг и рабочего диапазона частот для звуковоспроизводящего тракта, состоящего, например, из динамических головок громкоговорителей 35АС-1 (номинальная мощность 35 Вт, максимальная мощность 70 Вт, номиналь-

ное электрическое сопротивление 4 Ом, номинальный диапазон частот 30- Гц… 20 кГц) или им подобных: усилителя мощности и проигрывателя, реализующего характеристики грампластинки по ГОСТ 7893—72 (Кг до 1,5 % при номинальном уровне записи, относительный уровень фона до —60 дБ) или студийного магнитофона (Кг до 1 %, относительный уровень шумов —60 дБ).

Для нормальной работы динамических головок громкоговорителей усилитель должен развивать мощность не менее 50…70 Вт на нагрузке сопротивлением 4 Ом. При мощности до 70 Вт выходное напряжение

, что соответствует амплитуде 23,7 В. Будем считать, что спектр фонограммы постоянен до частоты 20 кГц. Следовательно, верхняя частота полосы пропускания’ сигнала максимальной амплитуды для рассматриваемого усилителя может быть принята равной 20 кГц (малосигнальная полоса пропускания усилителя при этом может быть значительно шире). Минимальную скорость нарастания выходного напряжения, обеспечивающую требуемую полосу пропускания сигнала максимальной амплитуды 23,7 В, можно определить как максимум производной от напряжения гармонического сигнала частотой 20 кГц:

При этом значении vu выходное напряжение усилителя возрастает от нуля до максимальной амплитуды за 8 мкс. Для сравнения отметим, что в усилителе со скоростью нарастания выходного напряжения 100 В/мкс это время равно 0,24 мкс. Маловероятно, чтобы реальные источники музыкальных программ (даже электронные синтезаторы) могли формировать музыкальные переходы с такими фронтами, и еще менее вероятно, чтобы громкоговорители их воспроизвели.

Сложнее оценить пороговое значение Кг, который, как отмечалось, у основных источников сигнала может достигать 1…1,5 %. Однако, по мнению автора, это не вполне достаточное основание считать допустимым для высококачественного усилителя мощности Кг = 0,2…0,5 %. Представляется более целесообразным установить норму на этот параметр усилителя исходя из того, что все побочные компоненты выходного сигнала, обусловленные нелинейностью его амплитудной характеристики (т. е. гармонические и интермодуляционные искажения) либо вовсе не должны восприниматься на слух, либо должны лежать на нижней границе динамического диапазона, на уровне шумов (фона).

Интермодуляционные искажения приводят к появлению негармонических составляющих в спектре многокомпонентного сигнала, для слуха заметность таких новых компонентов весьма значительна, так как отсутствует их маскировка полезным сигналом. Их частоты не имеют ничего общего с исходной музыкальной программой, они придают звучанию «тяжелый», атональный характер. В то же время заметность гармонических искажений существенно меньше.

Соотношение между продуктами гармонических и интермодуляционных искажений (т. е. между Кг и Кн) зависит от целого ряда обстоятельств, и, как правило, Ки в несколько раз выше Кг. Логично поэтому задаться таким значением Ки, при котором интермодуляционные компоненты выходного сигнала окажутся на нижней границе динамического диапазона фонограммы, на уровне 60 дБ относительно полезного сигнала, что соответствует Ки = 0,1 %. Однако, как уже отмечалось, непосредственное измерение Ки в любительских условиях затруднено. Но, принимая во внимание, что Ки и Кг характеризуют одну и ту же нелинейность, можно ограни-

читься измерением только Кг, сделав поправку, учитывающую влияние на качество звучания интермодуляционных искажений, т. е. установить норму на Кг исходя из допустимого значения Ки· В этом случае допустимое значение последнего, естественно, будет в несколько раз меньше, и, как предельное, можно взять значение Кг, равное 0,03…0,05 %. Коэффициент гармоник высококачественного усилителя мощности не должен превышать порогов<?го значения во всем диапазоне рабочих частот и мощностей.

Что касается малосигнальной полосы пропускания, то ее влияние на качество звучания не столь существенно, как влияние параметров, рассмотренных выше. Действительно, задав полосу пропускания сигнала полной амплитуды, тем самым устанавливаем диапазон частот, за пределами которого начинается спад АЧХ при больших сигналах (или, что то же, уменьшается максимальная амплитуда неискаженного сигнала). Однако спектр входного сигнала за пределами полосы пропускания сигнала полной амплитуды также спадает достаточно быстро, поэтому сколько-нибудь заметные частотные искажения отсутствуют.

Уже отмечалось, что малые нелинейные искажения и высокая скорость нарастания выходного напряжения необходимы, но еще недостаточны для высококачественного звуковоспроизведения. Что же требуется еще?

В обычном усилителе мощности звуковой частоты эффективность отрицательной обратной связи (ООС), благодаря которой обеспечиваются высокие значения основных параметров, падает с ростом частоты. Графически это показано на рис. 1, где заштрихованная область характеризует эффективность ООС (граничные частоты полосы пропускания усилителя без ООС и с ООС обозначены соответственно fi и Ϊ2). На.высших частотах полосы пропускания и тем более за ее пределами параметры обычного усилителя мощности ухудшаются, в частности возрастает уровень искажений. К тому же они в этой области частот значительно заметнее, так как хуже маскируются полезным сигналом (в реальных фонограммах вблизи границы полосы пропускания спектр спадает, а продукты нелинейных искажений, располагающиеся у верхней границы полосы пропускания, обычно порождены более мощными среднечастотными компонентами входного сигнала). В результате наблюдается явление, которое называют по-разному (хриплость, призвуки, отсутствие прозрачности звучания и т. д.), но означает оно одно и то же: ухудшение звучания на высоких частотах.

Чтобы поправить положение, часто просто поднимают уровень высоких частот с помощью регулятора тембра. При этом амплитуда высокочастотных компонентов полезного сигнала увеличивается, а среднечастотных, которые порождают гармоники и интермодуляционные составляющие, лежащие вблизи верхней границы

полосы пропускания, остается практически неизменной. В результате продукты нелинейных искажений в области высоких частот маскируются полезным сигналом и, субъективно, звучание высоких частот улучшается.

Гармоники высокочастотных компонентов усиливаемого сигнала лежат за пределами звукового диапазона, порождаемые или разностные интермодуляционные продукты хорошо маскируются более мощными среднечастотными составляющими сигнала, поэтому подъем усиления на высоких частотах дает эффект улучшения качества звукового воспроизведения. В высококачественном усилителе гармоник и интермодуляционных составляющих меньше, меньше и их уровень и они могут хорошо маскироваться без подъема АЧХ в области высоких частот. Сказанное объясняет тот факт, что одинаковое, субъективно сбалансированное по тембру звучание в разных усилителях получается при различных положениях регуляторов тембра. Чем выше качество звучания усилителя, тем меньше желание слушателя поднять уровень высоких частот регулятором тембра.

Очевидно, что для снижения уровня искажений на высоких частотах необходимо либо увеличивать частоты fi (рис. 1), при этом возможна потеря устойчивости усилителя, либо увеличивать общую глубину ООС, что, в свою очередь, может вызвать динамические искажения.

Существуют способы снижения искажений на высоких частотах, не связанные с использованием ООС. Один из этих .способов, получивший название <fed- Torward error correction» (коррекция искажений с использованием прямой связи), применен в промышленном усилителе «Quad 405» [2]. Этот способ снижения искажений неоднократно рассматривался в различной литературе; здесь же отметим, что его схемная реализация проста, а эффект снижения искажений на высоких частотах достаточно хороший.

На качество звуковоспроизведения влияет форма фазочастотной характеристики (ФЧХ). В диапазоне звуковых частот ФЧХ должна быть линейной, а ее форма не должна зависеть от амплитуды входного сигнала. Влияние ФЧХ на качество звучания изучено недостаточно хорошо, поэтому установить какие-либо нормы на ФЧХ не представляется возможным, но необходимо принимать меры по ее линеаризации.

Одна из важнейших характеристик для любого усилителя — переходная, т. е. его реакция на скачок входного напряжения. Два возможных вида переходной характеристики изображены на рис. 2. Одна из них (рис. 2, а) отличается большей скоростью нарастания выходного напряжения и колебательным характером его установления, другая (рис. 2, б)—меньшей скоростью нарастания, отсутствием выбора на фронте и монотонным характером установления напряжения. Очевидно, что характеристика рис. 2, а нежелательна, так как любой скачок

входного напряжения в этом случае сопровождается паразитными колебаниями диффузора динамической головки громкоговорителя.

При экспериментах с усилителями мощности выяснилось, что качество звучания зависит от характеристик блока питания. Если на один и тот же усилитель подается напряжение вначале от нестабилизированного источника питания с достаточно большой емкостью фильтра, а затем — от стабилизированного, то во втором случае качество звучания, оцениваемое субъективно, улучшается как на низких, так и на высоких частотах. Вероятно, провалы напряжения на пиках сигнала, неизбежные в нестабилизированном блоке питания, ухудшают качество звучания, несмотря на большой коэффициент подавления флуктуаций напряжений питания, свойственный всем современным усилителям.

На качество звуковоспроизведения влияет и стабильность режима транзисторов выходного каскада, в частности, его тока покоя. Стабилизация тока покоя — сложная задача, поэтому наиболее предпочтительными при прочих равных условиях следует считать усилители с выходными каскадами, работающими в режиме В. На основании сказанного можно сформулировать следующие основные требования к усилителю мощности современного высококачественного звуковоспроизводящего комплекса. Диапазон частот при выходном напряжении, соответствующем максимальной выходной мощности, должен быть не уже 20…20 000 Гц, Кг в этом диапазоне не более 0,03 %, νυ не менее 3 В/мкс, переходная характеристика должна быть гладкой (без выбросов), а ФЧХ — линейной во всем звуковом диапазоне частот.

При проектировании описываемого ниже усилителя за основу был взят уже упоминавшийся «Quad 405», удачно сочетающий высокие технические характеристики и простоту схемы. Структурная схема усилителя в основном осталась неизменной, исключены лишь цепь «вольтодобавки» и устройство защиты транзисторов выходного каскада от перегрузки. Практика показала, что такие устройства защиты не устраняют полностью отказов транзисторов, но вносят нелинейные искажения при максимальной выходной мощности. Ток же транзистора можно ограничить иначе, например используя защиту от перегрузки по току в стабилизаторах напряжения. В то же время представляется целесообразной защита громкоговорителей при выходе из строя усилителя или источников питания.

Исключение цепи «вольтодобавки» привело к некоторому снижению выходной мощности, однако полученное значение (примерно 60 Вт) в большинстве случаев достаточно. При необходимости цепь «вольтодобавки» можно восстановить в соответствии со схемой [2], однако следует учитывать, что «вольтодобавка» может вызвать увеличение нелинейных искажений.

Для улучшения симметриии усилителя выходной каскад выполнен на комплементарной паре транзисторов (рис. 3). Учитывая, что основные параметры усилителя улучшаются с ростом коэффициента передачи тока Игь, в выходном каскаде применены составные транзисторы КТ827А (VT9) и КТ825Г (VTI0), в оконечном каскаде линейного усилителя (VT5) — составной транзистор КТ825Г. Для уменьшения нелинейных искажений типа «ступенька» между базами транзисторов VT9 и VT10 включены диоды VD5 и VD6. При этом обеспечивается достаточно надежное закрывание транзисторов выходного каскада в отсутствие сигнала. При выборе составных транзисторов необходимо обратить внимание на значение неуправляемого начального тока коллектора 1ко-оно должно быть минимально

возможным. В противном случае ухудшаются характеристики усилителя, а при очень больших токах 1^ возможны самопроизвольные открывания одного из плеч выходного каскада.

Незначительно изменена входная цепь усилителя. В качестве сигнального использован неинвертирующий вход операционного усилителя DA1, что позволило увеличить входное сопротивление усилителя (оно определяется сопротивлением резистора R1 и равно 100 кОм). Какого-либо ухудшения характеристик усилителя не отмечалось. Если большое входное сопротивление не требуется, входную цепь можно выполнить в соответствии с [2]. Входное сопротивление при этом снизится до 22 кОм, но усилитель станет инвертирующим и менее склонным к самовозбуждению при возникновении обратной связи между его выходом и входом (эта связь будет отрицательной). Следует отметить, что при правильно выполненном монтаже и неинвертирующем варианте устойчивость усилителя остается высокой.

Для исключения щелчков в громкоговорителях, обусловленных переходными процессами при включении напряжения питания, а также для-защиты громкоговорителей от постоянного напряжения при выходе из строя усилителя или источников питания применено простое, хорошо зарекомендовавшее себя устройство, выполненное на транзисторах VT6—VT8. При срабатывании этого устройства загорается одна из ламп HL1 или HL2, сигнализируя о наличии на выходе усилителя постоянного напряжения той или иной полярности. В остальном схема описываемого усилителя не отличается от схемы усилителя cQuad 405».

Печатная плата усилителя (на рис. 4 приведен ее чертеж для стереофонического варианта) изготовлена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Все цепи каналов полностью разделены. Как показала проверка, это облегчает получение низкого уровня фона, уменьшает проникание сигнала из канала в канал. По той же причине каждый из каналов усилителя питается от отдельного двуполярного стабилизированного источника питания.

Для соединения с внешними цепями применены^три стандартных разъема типа МРН; через один из них (МРН 4-1) поступают входные сигналы, через два других (МРН 22-1) подключаются транзисторы выходных каскадов, источники питания и головки громкоговорителей. Разводка цепей по контактам соединителя приведена в таблице.

Если подходящие соединители отсутствуют, вместо них можно использовать монтажные стойки или пустотелые заклепки. В устройстве применены также детали следующих типов: резисторы МЛТ, конденсаторы — КМ-6Б (С 1, СЗ—С6, С8, С9, СП, С12, С16, С17), МБМ (С13), К50-29, (С14, С15), К5Э-16 (С18, С19), К53-18 (С2, С7), подстроечные конденсаторы КТ2-19, реле РЭС-48А (паспорт РС4.590.201). Катушки намотаны проводом ПЭВ-2 1,0 мм в два слоя на каркасах диаметром 10 и длиной 30 мм и содержат: L1 и L3 — по 50 витков (индуктивность

5..                  .7 мкГнЬ L2-—30 витков (индуктивность примерно 3 мкГн). Длина намотки катушки L1 и L3 26 мм, a L2 — 18 мм. Катушки могут быть и бескаркасными. В этом случае их наматывают тем же проводом внатяг на оправке диаметром 9… 10 мм. Жесткость катушек, снятых с оправки, вполне достаточна. При необходимости ее можно повысить, скрепив витки подходящим клеем или эпоксидной смолой. Для уменьшения взаимной связи катушки L1 и L3 установлены перпендикулярно друг другу и параллельно плате, a L2 — перпендикулярно плате.

Вместо указанных на схеме в усилителе можно использовать операционные

Рис. 4

Таблица

усилители К574УД1Б, К574УД1В, К544УД2, μ740, TL072; транзисторы КТ312В, КТ373А, ВС 107В, BFY34, 2Ν2219Α, ВС682, ΖΤΧ304. ВСХ32 (VT2, VT6, VT8); КТ3107В, КТ3107И, КТ313Б, КТ361В, КТ361К, ВС212, BCI77B, 2Ν2905Α, ВС214С, ВСХ36, ΖΤΧ5043 (VT1, VT3, VT4); КТ801, КТ815, ВС107, 2Ν2219Α. ВС682 (VT7). Вместо транзистора КТ825Г можно применить 2Т825А, 2Т825Б, 2Ν6287, вместо КТ827А—2Т827А, 2Т827Б, 2Ν6284. Диоды VD3—VD6, VD11, VD12 — любые кремниевые с максимальным прямым током не менее 100 мА, VD7—VD6 — то же, но с прямым током не менее 50 мА (например, диоды 1 N914). Стабилитроны КС515А можно заменить любыми с номинальным напряжением стабилизации 15 В и максимальным током стабилизации не менее 20 мА, например ZG15, ZF15, ZPD15, LR150C.

Печатная плата с помощью винтов с надетыми на них трубчатыми втулками установлена на дюралюминиевой задней стенке усилителя, выполняющей одновременно и функции теплоотвода транзисторов выходного каскада (VT9, VT10). Последние закреплены на ней через слюдяные прокладки толщиной 0,05 мм. Теплоотвод — штыревой, изготовлен методом фрезерования. Площадь эффективной теплоотводящей поверхности — около 1250 см2. Можно использовать и отдельные теплоотводы площадью 400…500 см2 для каждого из транзисторов выходного каскада. Транзистор VT5 установлен на отдельном штыревом теплоотводе с общей площадью теплоотводящей поверхности примерно 45 см2 (рис. 5). Радиатор с транзистором VT5 ставится непосредственно на печатную плату. При мон-. таже транзисторы VT5, VT9, VT10 соединяют с печатной платой проводами минимальной длины.

Реле К1 в устройстве защиты громкоговорителей — любое, с напряжением срабатывания 27 В и суммарным допустимым током через контакты не менее 4 А (РЭС-47, РЭН-34 и т. д.). Сигнальные лампы HL1, HL2 — любые на напряжение

24..               .28 В (например, СМ 28-1,5). Можно использовать лампы накаливания и на меньшее напряжение, однако в этом случае в цепь их общего провода необходимо -включить гасящий резистор соответствующего сопротивления. Индикатор на светодиодах собирают по схеме рис. 6 (диоды VDil, VD12 при этом можно исключить) .

Принципиальная схема блока питания стереофонического варианта усилителя приведена на рис. 7. Он содержит сетевой трансформатор Т1 с четырьмя вторичными обмотками и такое же количество стабилизированных выпрямителей. Два из них (G1 и G3) обеспечивают напряжение положительной (по отношению к общему проводу) полярности, два других (G2 и G4)—отрицательной. Принципиальные схемы стабилизированных выпрямителей положительной (G1 и G3) и отрицательной (G2 и G4) полярностей приведены на рис. 8 и 9 соответственно.

Каждый из них состоит из мостового однофазного выпрямителя на диодах VD1—VD4, фильтрующих конденсаторов С1—С4 и стабилизатора напряжения на транзисторах VT1, VT2 и стабилитроне VD5. Стабилизаторы напряжения выполнены по известной схеме на транзисторах разной проводимости. Включение обоих транзисторов по схеме с общим эмиттером обеспечивает хорошие параметры такого устройства. К тому же стабилизаторы устойчивы к перегрузке и коротким замыканиям в нагрузке. При коротком замыкании обесточивается стабилитрон VD5 и транзисторы VTI и VT2 закрываются. После устранения замыкания работоспособность устройства автоматически восстанавливается. Изготовленные автором стабилизаторы выключались при токах нагрузки 6…7 А, что можно считать вполне допустимым, так как скачок тока в момент лробоя одного из транзисторов выходного каскада усилителя превышает это значение. Как видно из схемы (рис. 8 и 9). регулирующий транзистор VT2 включен в «холодный» (т. е. соединенный с общим проводом усилителя) провод выпрямителя. Это позволяет установить регулирующие транзисторы всех, четырех стабилизаторов на общий

теплоотвод без каких-либо изолирующих прокладок, но требует для каждого из выпрямителей отдельной обмотки трансформатора.

Трансформатор питании намотан на тороидальном магнитопроводе ОЛ 100/50—50 сечением 12,5 см2 из электротехнической стали Э360. Его обмотка I содержит 880 витков провода ПЭВ-2 0,86, каждая из обмоток II…IV — по 120 витков провода ПЭВ-2 1,14. Для уменьшения внешних полей, а следовательно, и наводок на чувствительные к таким помехам цепи число витков обмоток трансформатора выбрано несколько большим, чем требовалось по расчету. С этой же целью между первичной и вторичной обмотками трансформатора помещен электростатический экран (один слой провода ПЭВ-2 0,3). Последний можно намотать и алюминиевой фольгой (например, от металлобумажных конденсаторов большой емкости), предусмотрев изоляцию ее витков друг от друга и от остальных обмоток. Лучше всего подходит лента из фольги шириной 10…20 мм, изолированная с обеих сторон конденсаторной бумагой.

Если, несмотря на эти меры, уровень фона усилителя окажется все же высоким, рекомендуется попробовать изменить монтаж цепей питания и поместить трансформатор питания в экран. Практика показала, что если трансформатор рассчитан и изготовлен правильно, то преобладающую роль в создании помех играет не магнитное, а электрическое поле, поэтому для снижения уровня помех экран целесообразно выполнить из немагнитного материала, например из листового алюминиевого сплава.

Если в распоряжении конструктора имеется трансформатор только с двумя подходящими обмотками, схему блока питания можно видоизменить следующим образом: соединить с общим проводом выводы 3 (а не 4) стабилизаторов, в качестве стабилизаторов напряжений положительной полярности использовать стабилизированные выпрямители G2 и G4, отрицательной — Gl, G3 (рис. 7).

От одной из вторичных обмоток подается напряжение питания стабилизированным выпрямителям G1 и G3, а от второй — G2 и G4. Транзисторы VT2 следует ставить на теплоотвод через изолирующие прокладки.

Каждый из стабилизированных выпрямителей смонтирован на отдельной печатной плате (рис. 10), изготовленной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Расположение деталей стабилизированного выпря-

Рис. 10

Рис. 11

мителя положительной полярности G1 и G3 приведено на рис. 11, отрицательной G2 и G4 — на рис. 12.

Печатные платы рассчитаны на установку конденсаторов К50-29 (С1—С4), К53-18 (С5), резисторов МЛТ. Диоды КД213А (VDI—VD4) монтируют на печатной плате без теплоотводов. Регулирующие транзисторы VT2 устанавливают на теплоотводе, в качестве которого можно использовать металлические шасси усилителя, и соединяют с печатными платами проводниками минимальной длины.

В блоке питания вместо указанных на схемах транзисторов можно использовать транзисторы КТ313Б, КТ361В, КТ361К, ВС212, ВС177В, 2Ν2905Α, ВС214С, ВСХ36, ΖΤΧ504 (VT1 в стабилизаторе напряжения положительной полярности), КТ827Б, 2Т827А, 2Т827Б, 2Ν6284 (VT2 там же); КТ315В: КТ312В, КТ3102А, ВС 107В: BFY34, 2Ν2219Α, ВС682, ΖΤΧ304, ВСХ32 (VT1 в стабилизаторе напряжений отрицательной полярности); КТ825Д, 2Т825А, 2Т825Б, 2Ν6287, (VI2 там же).

Стабилитроны Д818Б можно заменить стабилитронами серии Д818. или любыми другими с номинальным напряжением стабилизации 8…9 В. Конденсаторы С1—С4 — К50-16, K50-I8, К50-24, К50-27 и т. п.; VD1—VD4 — любые выпрямительные диоды с максимальным выпрямленным током не менее 10 А и обратным напряжением свыше 100 В. Подстроечный многооборотный резистор R4 — СП5-14 или СП5-22.

Налаживание усилителя начинают с блока питания. При нагрузке каждого из стабилизированных выпрямителей на эквивалент сопротивлением 27…75 Ом с помощью подстроечных резисторов устанавливают напряжение питания 30 В.

Смонтированный из исправных деталей усилитель мощности налаживания почти не требует. Необходимо лишь подобрать сопротивление резистора R30 (по надежному срабатыванию реле К1 через несколько секунд после подачи питания) и суммарную емкость конденсаторов СЮ, СП (по минимуму нелинейных искажений на частоте 20 кГц). Рекомендуемая некоторыми авторами методика подбора этой емкости по минимуму искажений формы выходного сигнала на частотах

50..               . 100 кГц по осциллографу не всегда дает нужный результат, поэтому ею целе-

Рис. 13

сообразно пользоваться только при отсутствии измерителя нелинейных искажений.

В некоторых случаях, когда разрешающая способность измерителя нелинейных искажений ограничена конечной избирательностью фильтров измерителя, можно воспользоваться методом, суть которого заключается в том, что два измерителя нелинейных искажений включаются последовательно (рис. 13). На испытуемый усилитель мощности необходимо подать сигнал с генератора звуковых частот, Кг которого должен быть минимально возможным, но не более 0,02 %. Если Кг генератора, имеющегося в распоряжении конструктора, превышает это значение, то между генератором и усилителем можно включить пассивный фильтр, с помощью которого Кг следует понизить до требуемого значения.

Органы регулировки измерителя Кг № 1 следует установить в такое положение, при котором его показания будут равны 10 или 1 %. С выхода измерителя Кг № 1 (выход «осциллограф») сигнал подается на вход измерителя Кг Ns 2, показания которого необходимо умножить на 0,1 (для первого случая) или на 0,01 (для второго случая). Измеритель Кг Ns 2 может работать в автоматическом режиме, а измеритель Кг Ns 1 — обязательно в ручном. Для измерения Кг на средних частотах компенсационным методом можно воспользоваться несложной приставкой [3] (рис. 14). Резисторами R3, R4, R7 компенсируют активные составляющие разбаланса, резистором R2 — реактивные. Компенсацию производят до получения минимального уровня остаточного сигнала (между точками А и В), наблюдаемого на экране осциллографа PS1. Цепь R9C4 ослабляет попавшие на выход усилителя высокочастотные внешние наводки и, таким образом, повышает точность измерения. Так как точная компенсация возможна только на одной частоте, Кг генератора звуковой частоты G1 и в этом случае должен быть минимально возможным. Выходное напряжение генератора должно быть равным выходному напряжению усилителя в режиме измерения КгСопротивление резистора R6 выбирают так,

Рис. 14

чтобы при средних значениях сопротивлений резисторов R3 и R4 напряжение на входе усилителя А1 равнялось номинальному.

Несколько экземпляров описываемого усилителя мощности всесторонне испытывались. Их основные технические характеристики оказались следующими:

Последний из этих параметров измерялся серийным прибором С6-5. Источником сигнала служил измерительный генератор с Кг—0,05 %. Измеренные значения Кг на входе и выходе усилителя практически совпали, из чего можно сделать вывод, что уровень вносимых им нелинейных искажений меньше 0,05 %.

При испытаниях первого из собранных усилителей наблюдалось интересное явление: Кг существенно зависел от места подключения соответствующего провода динамической головки громкоговорителя к общему проводу усилителя; при подключении головки громкоговорителя к общему проводу непосредственно на соединителе печатной платы усилителя Кг оказался примерно втрое меньше, чем в том случае, когда тот же провод головки был соединен с общим проводом в источнике питания. Выяснилось, что для обеспечения малого уровня нелинейных искажений и фона монтаж внешних цепей усилителя должен удовлетворять определенным требованиям. Сечение проводников, особенно токонесущих, должно быть не менее 0,5 мм2. Все соединительные проводники должны быть минимальной длины. Провода питания, провода, соединяющие выход усилителя с разъемом для подключения головки громкоговорителя, необходимо свить по всей длине с шагом не более 40 мм. Точки соединения общих проводов с печатной платой следует подобрать экспериментально по минимуму фона и Кг- В некоторых случаях требуется подобрать положение жгутов в корпусе усилителя.

Особое внимание было уделено субъективным экспертизам. Качество звучания усилителя сопоставлялось с качеством звучания целого ряда промышленных и радиолюбительских устройств с близкими основными параметрами. Источники сигналов и акустические системы, естественно, во всех случаях были одними и теми же.

В ходе экспертиз отмечено более естественное звучание описываемого усилителя. При воспроизведении одной и той же фонограммы для получения примерно одинаково сбалансированного по тембру звучания в большинстве сравниваемых усилителей требовался подъем АЧХ в области высоких частот от 3 до 10 дБ.

Фонограммы, которые при прослушивании через другие усилители воспринимались как одинаковые по качеству, с новым усилителем стали звучать по-разному. Интересно и то, что преимущества описываемого усилителя отмечались даже при использовании источника сигнала среднего качества. В частности, оценивалось звучание при работе от кассетного магнитофона с электрическими характеристиками, соответствующими второму классу. Несмотря на то, что его параметры были значительно хуже, чем у любого из сравниваемых усилителей (Кг около 2 % на частоте 1 кГц, рабочий диапазон частот —40…14 000 Гц, отношение сигнал-Шум,

взвешенное по кривой МЭК-А, около 56 дБ), при включении в тракт описываемого усилителя мощности качество звучания заметно улучшалось. В большинстве случаев оказалось возможным прослушивать фонограммы, не пользуясь тембро- блоком, подавая сигнал непосредственно на усилитель мощности.

Естественно, что наиболее полно возможности разработанного усилителя реализуются в том случае, если остальные звенья звуковоспроизводящего комплекта имеют соответствующие хорошие характеристики.

Список литературы

1.    Солнцев Ю. Высококачественный усилитель мощности//Радио.— 1984.—

№ 5.- С. 29—34.

2.    Walker Р. J. Current dumping audio amplifier.— Wireless World, 1975, December, — PP. 560—562.

3.    Зуев П. Усилитель с многопетлевой ООС//Радио.— 1984.— № 12.— С. 42—43.

Источник: Конструкции советских и чехословацких радиолюбителей: Сб. статей/Состав.: А. В. Гороховский, В. В. Фролов— Кн. 4.— М.: Радио и связь, 1991.— 208 с.: ил.— (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1169).

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