УЗЧ ТРАНЗИСТОРНОГО ПРИЕМНИКА

Этот усилитель мощности звуковых частот можно исполь­зовать в транзисторных радиовещательных или связных приемниках, а также в приемном тракте коротковолновых или ультракоротковолновых трансиверов. Максималь­ная выходная мощность усилителя 250…300 мВт. Номи­нальное сопротивление нагрузки (это могут быть динами­ческая головка прямого излучения или низкоомные го­ловные телефоны) может лежать в пределах 10…50 Ом. При больших или меньших сопротивлениях нагрузки бу­дет падать максимальная выходная мощность усилителя. Остальные параметры УЗЧ (полоса пропускания, уро­вень собственных шумов на его выходе и др.) зависят от того, какой необходимо иметь коэффициент усиления. О его выборе и влиянии на эти параметры будет сказа­но ниже.

Рис. 1. Принципиальная схе­ма УЗЧ

Принципиальная схема усилителя мощности звуковых частот приведена на рис. 1. Он состоит из каскада на операционном усилителе DA1 и двухтактного эмиттерно-го повторителя на транзисторах VT1 uVT2. Отрицатель­ная обратная связь по постоянному и переменному току охватывает (через резистор R4) оба каскада УЗЧ. Коэф­фициент усиления устройства в целом определяется толь­ко отношением сопротивлений резисторов R4 и R3, и, следовательно, его легко можно при необходимости варь­ировать в весьма широких пределах подбором одного из них (любого). При номиналах этих резисторов, указан­ных на принципиальной схеме, он будет около 1000.

Режим работы УЗЧ по постоянному току задает де­литель на резисторах R1 и R2. Для получения макси­мальной выходной мощности напряжение (постоянное) на эмиттерных выводах транзисторов VT1 и VT2 должно составлять примерно половину от напряжения питания, устройства, поэтому сопротивления этих резисторов вы­браны равными.
Выходные транзисторы работают в режиме В. Напря­жение смещения между базами транзисторов VT1 и VT2 создается выходным током операционного усилителя, протекающим через резистор R5. Это напряжение (а, сле­довательно, и ток покоя выходных транзисторов) уста­навливают подбором либо этого резистора, либо рези­стора R6.
Нижняя граница полосы пропускания определяется постоянными времени трех RC цепей: С1 — входное со­противление усилителя, C2R3 и С4 — сопротивление на­грузки усилителя. При указанных на схеме номиналах элементов и сопротивлении нагрузки 10 Ом она будет примерно 50 Гц.

Рис. 2. Амплитудно-частотная характеристика ОУ К140УД8

Верхняя граница полосы пропускания УЗЧ во многом определяется его коэффициентом усиления. На рис. 2 приведена типовая амплитудно-частотная характеристи­ка операционного усилителя К140УД8. Подобную АЧХ имеют многие операционные усилители с внутренней кор­рекцией — КН0УД7, К544УД1 и др. Видно, что полоса пропускания ОУ по уровню -3 дБ составляет всего не­сколько десятков герц. При замыкании петли отрица­тельной обратной связи коэффициент усиления каскада на ОУ будет уменьшаться, а полоса пропускания расши­ряться. Так, при К=1000 верхняя граница полосы пропу­скания будет примерно 3 кГц, что вполне достаточно для спортивной связной аппаратуры. В радиовещательном приемнике (даже малогабаритном, транзисторном) от УЗЧ требуется, чтобы он эффективно усиливал частоты по крайней мере до 8…10 кГц. А это означает, что нельзя в данном случае использовать коэффициент усиления более 300. На практике их следует выбирать еще меньше. Дело в том, что при значениях коэффициента усиления, близких к предельным (по допустимому значению поло­сы пропускания), глубина обратной связи будет заметно падать (так как коэффициенты усиления ОУ при замкну­той и разомкнутой петле обратной связи примерно рав­ны) и могут возрасти нелинейные искажения на высших звуковых частотах. В некоторых случаях, правда, это вполне допустимо. Например, в УЗЧ связного приемника вполне приемлем коэффициент гармоник 1…3 процента, что легко реализуется даже при коэффициенте усиления, близком к предельному (около 1000).
Уровень шумов на выходе зависит от шумовых харак­теристик ОУ и коэффициента усиления устройства. У опе­рационного усилителя К140УД8, например, шумы, приве­денные ко входу, около 3 мкВ (в полосе частот 20…10000 Гц), поэтому для УЗЧ связного приемника с К=1000 уровень шумов на выходе не будет превышать ЗмВ.
В усилителе можно применить любые общецелевые ОУ с внутренней коррекцией АЧХ. Но, разумеется, мож­но использовать и ОУ без такой коррекции. В этом слу­чае схему УЗЧ следует дополнить типовыми (для данно­го коэффициента усиления устройства) элементами кор­рекции. Транзисторы VT1 и VT2 — любые кремниевые структуры, соответственно n-р-n и р-n-р с максимальной мощностью, рассеиваемой коллектором, не менее 150 мВт. Статический коэффициент передачи тока у этих тран­зисторов должен быть не менее 50.
Налаживание усилителя, изготовленного из ис­правных деталей и без ошибок в монтаже, сводится к установке тока покоя выходных транзисторов (типичное значение 5 мА). Лучше всего это сделать, контролируя выходной сигнал усилителя осциллографом. Ток покоя следует увеличивать до тех пор, пока не исчезнут искаже­ния типа «ступенька».
Если усилитель предполагается питать от батарей (например, в переносной аппаратуре), то резистор R5 целесообразно заменить на два включенных последователь­но кремниевых диода (любые малой мощности — КД503, КД521 и т. д.). Положительным выводом цепочку под­ключают к выходу ОУ. При этом номинал резистора R6, обеспечивающий оптимальный ток покоя выходных тран­зисторов, может существенно отличаться от приведенно­го на схеме. Этот резистор следует подобрать заново.

Литература

В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 93 Автор: Б. Григорьев