С целью уменьшения нелинейных искажений при малой громкости режим работы транзисторов выходного каскада усилителя мощности обычно выбирают таким, чтобы в отсутствие сигнала через них протекал довольно большой ток (нередко до сотен миллиампер). Во избежание теплового пробоя, обусловленного нагреванием переходов из-за большой рассеиваемой на них мощности, транзисторы выходного каскада приходится устанавливать на массивные теплоотводы, а для ограничения роста тока покоя с повышением температуры — принимать специальные меры по его термостабилизации. Как показывает практика, не каждому радиолюбителю эта задача оказывается по плечу, поэтому любительские усилители нередко перегреваются даже при небольшом повышении температуры окружающего воздуха. В этом свете понятен интерес радиолюбителей к усилителям мощности с выходным каскадом, работающим в классе В, с другими схемотехническими и конструктивными решениями, обеспечивающими высокую термостабильность.
Для радиолюбителей, по-видимому, представит интерес и такая особенность параллельного усилителя, как очень небольшая (несколько десятков милливольт даже без подбора транзисторов) разность входного и выходного напряжений покоя, что обусловлено симметрией плеч и большим числом однотипных транзисторов Это дает возможность наращивать выходную мощность усилителя простым соединением нескольких таких каскадов в параллель: их входы соединяют друг с другом непосредственно, а выходы — через уравнивающие резисторы сопротивлением 0,5 Ом. Принципиальная схема термостабильного усилителя мощности на основе усовершенствованного «параллельного» усилителя приведена на рис.
Его основные технические характеристики:
- Номинальный диапазон частот, Гц………………………………………….20… 150000
- Номинальная выходная мощность, Вт, на нагрузке сопротивлением ……4 Ом 25
- Номинальное входное напряжение, В……………………………………………………. 1
- Коэффициент гармоник, %, на частоте, Гц:
1000 ………………………….. 0,1
2000…………………………. 0,14
10 000………………………… 0,2
20 000……………………….. 0,35
- Коэффициент интермодуляционных искажений, %, при подаче сигналов, частотой 160 и 1400 Гц с соотношением амплитуд 4:1…………………………………………………….. 0,3
- Максимальная скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс……8
- Входное сопротивление, кОм……………………………………………….. 150
- Ток покоя выходного каскада, мА…………………………………………… 50
- Интервал температур окружающего воздуха, °С…………….. — 10…+35
Усилитель очень прост: кроме выходного каскада на транзисторах VI — V4 он содержит лишь один каскад усиления напряжения на ОУ А1. Это стало возможным благодаря использованию так называемого «плавающего» питания, позволившего получить требуемое для раскачки выходного каскада напряжение непосредственно от ОУ. «Плавающее» питание создается путем подачи в цепь питания ОУ (через цепь R4 — R6C3C4) части выходного сигнала. В результате напряжения на выводах питания ОУ при максимальном сигнале смещаются (относительно потенциала общего провода) в соответствующую сторону, и размах сигнала на входе выходного каскада значительно увеличивается. Возникающие при этом на входах ОУ большие синфазные напряжения не опасны, так как ОУ их хорошо подавляет.
Наличие двух входов — инвертирующего (указанные выше технические характеристики получены при подаче сигнала на этот вход) и неинвертирующего расширяет возможности описываемого усилителя, в частности, упрощает создание на его основе многополосных трактов с разделением сигнала на входе. Так, например, для того чтобы разделить сигнал на две полосы, достаточно между входами одного из усилителей мощности включить фильтр верхних частот. Низкочастотный сигнал в этом случае будет выделяться в результате вычитания выходного сигнала фильтра из входного. Следует, однако, учесть, что коэффициент передачи усилителя с инвертирующего входа равен отношению R2/R1, а с неинвертирующего — сумме 1 + R2/R1. Кроме того, при использовании инвертирующего входа необходимо помнить, что выходное сопротивление предварительного усилителя, предназначаемого для работы с описываемым усилителем мощности, входит в цепь ООС, охватывающей ОУ А1, поэтому оно должно быть не более 15 кОм. Неиспользуемый вход в любом случае не обходимо соединить с общим проводом.
Для питания усилителя желательно использовать стабилизированный источник, обеспечивающий при указанном на схеме напряжении питания ток 2,5…3 А. Если же предполагается питание от нестабилизированного источника, то во избежание опасных перенапряжений в цепях питания ОУ значения напряжений, указанные на схеме, необходимо уменьшить примерно на 20% (при номинальной нагрузке они не должны превышать ± 14… 14,5 В). Выходная мощность при этом уменьшится до 16…17 Вт; однако для работы на бытовые громкоговорители мощностью 10…25 Вт этого достаточно.
Конструкции и детали. Кроме ОУ К140УД8А в усилителе мощности можно применить ОУ К140УД8Б, К140УД6, К140УДП, К544УД1, К140УД7 (с несколько худшими результатами). ОУ К140УД1Б, К140УД2А, К140УД2Б, К153УД1 использовать не рекомендуется.
Усилитель смонтирован на печатной плате (рис. 4), изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Она рассчитана на установку резисторов МЛТ, конденсаторов К50-6 (К50-12), КМ и К73-9. Катушка L1 содержит 24 витка провода ПЭВ-1 0,51, намотанного виток к витку на текстолитовом каркасе диаметром 10 и длиной 15 мм. Для крепления к. плате в нем предусмотрено отверстие с резьбой МЗ.
Транзисторы VI — V4 закреплены попарно (V7, V4 и V2, V3) на пластинах-теплоотводах размерами 70X80 мм, изготовленных из листового алюминиевого сплава толщиной 2 мм и анодированных в черный цвет.
При использовании исправных деталей и отсутствии ошибок в монтаже усилитель не нуждается в налаживании. Единственное, что необходимо сделать, — это измерить ток покоя транзисторов V3, V4, который должен быть около 50 мА, и проверить форму выходного сигнала при подаче на вход синусоидального напряжения 1 В. Подключать осциллограф к цепям усилителя следует через резистор сопротивлением 1 кОм, в противном случае его входная емкость и емкость соединительного кабеля могут вызвать самовозбуждение.
В заключение необходимо отметить, что указанные в начале статьи значения коэффициента гармоник, видимо, не предел. Дальнейшего уменьшения вносимых усилителем нелинейных искажений можно достичь применением более совершенных ОУ (например, К544УД2, К574УД1 и т. п), увеличением глубины, охватывающей усилитель ООС, и тока покоя выходного каскада и, естественно, улучшением линейности исходного «параллельного» усилителя.
Глубину ООС увеличивают уменьшением сопротивления резистора R3, Связанное с этим снижение чувствительности усилителя мощности компенсируют увеличением выходного напряжения предварительного усилителя. Следует, однако, учесть, что при коэффициенте усиления меньше 3 усилитель мощности может самовозбудиться. Чтобы этого не случилось, между инвертирующим входом ОУ А1 и общим проводом необходимо включить корректирующую цепь из соединенных последовательно резистора (36 кОм) и конденсатора (39 пФ).
Что касается тока покоя транзисторов V3, V4, то его увеличивают (но не более чем до 500 мА), уменьшая сопротивления резисторов R7, R8. Нелинейные искажения минимизируют подбором резистора R9 на частоте 20 кГц.
Литература
РАДИОЕЖЕГОДНИК-84
Загрузка...