Пропонований увазі читачів підсилювач потужності звукової частоти (УМЗЧ) розроблений на основі технічних рішень і об'єднує їх найбільш цінні якості. Крім того, в ньому нейтралізований характерний для УМЗЧ такого типу джерело нелінійних спотворень, яким є процес перезарядки вхідних ємностей ОУ при великих синфазних сигналах.
Нагадаємо, що вхідна ємність ОУ (приблизно 3 пФ) складається з декількох лінійних і нелінійних компонентів. Один з них - ємність закритого pn-переходу затвор - стік польового транзистора вхідного диференціального каскаду - істотно нелінійний. При роботі УМЗЧ ця ємність (близько 0,3 пФ) інтенсивно перезаряджається і, якщо сигнал синусоїдальний, в ланцюзі затвора протікає значний струм перезарядки (подвоєною частоти), створюючи на елементах вхідного ланцюга ОУ відповідне падіння напруги. Складаючись з вхідним сигналом, воно спотворює його. Наведене до входу значення другої гармоніки U2, породжується процесом перезарядки ємності вхідного диференціального каскаду ОУ, як було встановлено експериментально, може бути оцінений співвідношенням:
U2 = А · ΔR · f · (Uсф / Uсф max) 2, де
А = 0,5 х 10-12 Кл;
ΔR - величина разбаланса опорів ланцюгів входів ОУ;
f - частота синусоїдального сигналу;
Uсф - амплітуда синфазного сигналу.
Якщо, наприклад, f = 10 кГц, Uсф = Uсф max, ΔR = 100 кОм, то U2 = 0,5 мВ, а це значить, що при вхідному сигналі 1 УЗ коефіцієнт гармонік УМЗЧ, навіть якщо немає інших продуктів нелинейностей, складе 0 , 05%. Обмеживши розбаланс опорів ΔR межею 1 кОм, можна знехтувати внеском процесу перезарядки вхідних ємностей ОУ в коефіцієнт гармонік УМЗЧ.
Мал. 1
Основні технічні характеристики:
Номінальна вихідна потужність на навантаженні опором 8 Ом: 25 Вт
Коефіцієнт гармонік в діапазоні частот 20 - 20000 Гц: не більше 0,003%
Швидкість наростання вихідної напруги: не менше 40 В / мкс
Номінальна вхідна напруга: 0,7 В
Коефіцієнт гармонік вимірювався аналізатором спектру СК4-58, що дозволяє реєструвати спотворення, починаючи з 0,03%. Для розширення його динамічного діапазону використовувалися режекторние фільтри, що дозволило довести нижня межа вимірювань до 0,001%. Точність вимірювань обмежувалася шумами випробувального генератора. Реальний коефіцієнт гармонік використаного генератора Г3-102 не перевищував 0,003%.
УМЗЧ складається з двокаскадного підсилювача напруги (ОУ DA1, DA2) і власне підсилювача потужності (VT1 - VT4). Каскади на ОУ DA1, DA2 живляться від ідентичних джерел, утворених елементами VD1, VD2, R6, R7, С6, С7 і VD3, VD4, R14, R15, С13, С14. Середні точки цих джерел живлення з'єднані з низькоомним дільником напруги R5R12R20, підключеним до виходу УМЗЧ, чим забезпечується подача відстежують потенціалів в каскади підсилювача напруги. Ланцюги R16C8 і R19C10 фільтрують напруги, що живлять перші каскади, від породжуваних сигналом нелінійних пульсацій в ланцюгах харчування вихідного каскаду.
Каскад на ОУ DA1 охоплений місцевої ООС (R2, R4) і підсилює сигнал в 10 разів. Оскільки на виході каскаду є постійна напруга близько 1 В, він відділений від входу ОУ DA2 конденсатором С5.
Другий каскад (DA2) спільно з вихідним (VT1-VT4) посилює напругу сигналу тільки в 2 рази. Коефіцієнт посилення цього ОУ «витрачається», таким чином, тільки на линеаризацию вихідного каскаду. Останній являє собою відомий паралельний підсилювач. Резистори R17, R18, R25, R26 коректують його АЧХ в області вищих частот.
Активні опору вхідних ланцюгів ОУ DA1 узгоджені з точністю близько 1 кОм, тобто ΔR = | R3-R2llR4 | »0 (передбачається, що джерело сигналу має низький вихідним опором). Так само узгоджені опору вхідних ланцюгів і другого каскаду (ΔR = | R11 - R9 || R13 | »0). Елементи R3, С2 утворюють вхідний фільтр нижніх частот з частотою зрізу 110 кГц. Конденсатор СЗ покращує перехідну характеристику першого каскаду. Елементи С4, R10 і С9, С11, С12 коригують АЧХ підсилювача напруги.
Коефіцієнти посилення каскадів і коефіцієнти передачі подільника R5R12R20 обрані таким чином, щоб амплітуди синфазних вхідних і вихідних напруг кожного з ОУ (щодо відповідних середніх точок їх «плаваючих» джерел живлення) були рівні приблизно чверті амплітуди вихідної напруги. В описуваному УМЗЧ амплітудпие характеристики ОУ використовуються менш ніж наполовину, в той час як рівень обмеження підсилювача напруги дорівнює ± 50 В. І це. взагалі кажучи, не межа: цілком реальним представляється четирехкаскадний підсилювач напруги з рівнем обмеження ± 100 В.
Мал. 2
Як показали випробування, при харчуванні напругою понад ± 35 В вихідний каскад УМЗЧ стає нестійким, так як робочі точки транзисторів наближаються до кордону області безпечних режимів. Стабілізувати режим роботи кінцевих транзисторів можна, включивши в емітерний ланцюга резистори, як показано на рис. 2. Однак при цьому різко зменшується їх струм спокою, що призводить до значного збільшення коефіцієнта гармонік. Послабити наслідки введення резисторів вдалося заміною транзисторів предоконечного каскаду на транзистори серії КТ814 і КТ815, у яких площа переходів набагато менше, ніж у КТ818. КТ819 (на таких переходах створюються великі падіння напруги, що і дозволяє збільшити струм спокою транзисторів VT3, VT4). У каскаді за схемою на рис. 2 струм спокою транзисторів VT3, VT4 - приблизно 0,2 А, а всього УМЗЧ - 0,4 А. Підвищення напруги живлення до ± 40 В збільшило вихідну потужність (на тому ж навантаженні) до 50 Вт при коефіцієнті гармонік на частотах 2 і 10 кГц відповідно не більше 0,007 і 0,015%. Номінальна вхідна напруга УМЗЧ з таким вихідним каскадом - 1 В.
Конструкція і деталі. В підсилювачі застосовані конденсатори КМ (С2 - С4, С9, С11, С12), МБМ (C1, С5, С15, С16) і К50-6 (інші); резистори МЛТ (R21 - R24 складені з трьох резисторів МЛТ-1 опором 75 Ом). У вихідному каскаді можна використовувати транзистори зазначених на схемі серій з індексом Г (статичний коефіцієнт передачі струму h21е транзнсторов VT3, VT4 повинен бути не менше 30). В підсилювачі напруги можливе застосування ОУ К140УД8, К544УД1, проте коефіцієнт гармонік в цьому випадку зросте приблизно втричі. Стабілітрони KC515A можна замінити двома сполученими послідовно стабілітронами Д814А.
Мал. 3
Деталі УМЗЧ змонтовані па двох друкованих платах з фольгованого склотекстоліти (рис. 3): на одній з них (рис. 3, а) розміщені деталі підсилювача напруги, на інший (рис. 3, б) - резистори R16, R19, R21-R26 і конденсатори С17, С18 (це запобігає нагрів елементів підсилювача напруги теплом, виділеним названими резисторами). Дли підвищення надійності УМЗЧ мікросхеми DA1, DA2 слід забезпечити легкими ребристими тепловідведення з площею охолодження близько 8 см2. Транзистори вихідного каскаду встановлюють попарно (VT1 і VT4, VT2 і VT3), впритул один до іншого, на тепловідведення з ефективною площею охолодження близько 300 см2. Для зменшення наведень, створюваних струмами вихідного каскаду, кожен транзистор слід з'єднати з платою трьома сплетеними проводами. Такі ж або скорочення проводу необхідно використовувати і для з'єднання УМЗЧ з зовнішніми пристроями. Конденсатори С19, С20 розміщують якомога ближче, до плати. З джерелом живлення її з'єднують на висновках цих конденсаторів.
Живити обидва варіанти УМЗЧ можна від нестабілізованого джерела, напруги якого (під навантаженням) менше зазначених на схемах на 10%.
Правильно зібрані УМЗЧ налагодження не вимагають. Їх параметри в основному залежать від раціональності конструкції і, отже, від досвіду радіоаматора.
Автор: Агеєв А.А. (Журнал "Радіо" 1987, №2)