Простой усилитель мощности

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: УМЗЧ на транзисторах

Опубликовано: 14.06.2017 09:09

Просмотров: 5454

А. МЕЛЬНИЧЕНКО
г. Киев
Известно, что амплитуда выходного напряжения ОУ в типовом включении недостаточна для «раскачки» выходных каскадов усилителей ЗЧ большой мощности. Для её увеличения иногда используют следящую обратную связь по цепям питания [1]. Однако более чем двукратное увеличение амплитуды в этом случае невозможно, поскольку при дальнейшем росте напряжения питания транзисторов выходного каскада синфазное напряжение на входе ОУ становится больше предельно допустимого значения, и он может выйти из строя. Максимальная выходная мощность усилителя ЗЧ при таком схемном решении ограничена величиной 60 Вт на нагрузке сопротивлением 4 Ом.
В публикуемой статье вниманию радиолюбителей предлагается еще один способ увеличения выходного напряжения ОУ — включение транзисторов предокояечного каскада усилителя по схеме с общей базой (схема сдвига уровня [2]). Такой каскад, как известно, обладает малыми нелинейными искажениями и его часто используют в качестве «буферного» в линейных усилителях.

Амплитуда напряжения на выходе усилителя ЗЧ, построенного на основе ОУ с применением названного предоконечного каскада, может достигать нескольких сотен вольт и ограничена только максимальным напряжением между коллектором и эмиттером транзисторов оконечного каскада. Ниже описывается один из вариантов такого усилителя мощности ЗЧ. Его основные технические характеристики следующие:
Входное напряжение, В . . 1,8
Входное сопротивление, кОм........ 10
Номинальная выходная мощность, Вт, при сопротивлении нагрузки, -Ом:
4......... 90
8......... 46
Номинальный диапазон частот, Гц....... 10...20 000
Коэффициент гармоник. %, на частоте, Гц:
200 ......... 0,01
2000....... 0,018
20000....... 0,18
Относительный уровень шумов в номинальном диапазоне частот, дБ, не более , -90
Скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс . 17
Принципиальная схема усилителя мощности приведена на рис. 1.
Он состоит из каскада усиления напряжения на быстродействующем ОУ DA1 и выходного каскада на транзисторах VT1 — VT4. Транзисторы комплементарной пары предоконечного каскада (VT1, VT2) включены по схеме с общей базой, а оконечного (VT3, VT4) — с общим эмиттером. Такое включение мощных составных транзисторов оконечного каскада обеспечивает усиление сигнала не только по току, но и по напряжению.
Симметричность плеч выходного каскада способствует снижению вносимых усилителем нелинейных искажений. С этой же целью он охвачен цепью общей ООС, напряжение которой снимается с выхода усилителя и через резистор R3 подается на неинвертирующий вход ОУ. Для предотвращения динамических искажений спектр входного сигнала должен быть ограничен частотой 100 кГц. Устойчивость усилителя на частотах выше 1 МГц обеспечивается цепью местной ООС (С2), которой охвачен ОУ DA1. Конденсаторы С4, С5, шунтирующие резисторы R6, R7, снижают искажения типа «ступенька». Уменьшению искажений способствует и выбор довольно большого (150... 200 мА) тока покоя транзисторов VT3, VT4, который устанавливают подстроечными резисторами R10, R11. Стабилизация тока покоя достигнута размещением диодов VD5—VD8 на теплоотводах этих транзисторов и обеспечением хорошего теплового контакта с ними. Цепь R12C6 предотвращает самовозбуждение усилителя в области высших звуковых частот и повышает устойчивость его работы при реактивном характере нагрузки. Коэффициент усиления зависит от соотношения сопротивлений резисторов R2, R3. При указанных на схеме номиналах он равен 10.
Для питания усилителя подойдет любой нестабилизированный двуполярный источник напряжением ±25...±45 В.
В усилителе мощности применены подстроенные резисторы СП4-1в (R10, R11), постоянные резисторы из нихромового провода диаметром 0,7...0,8 мм (R13, R14) и МЛТ (остальные). Все конденсаторы — КМ. Вместо транзистора КТ503Д можно использовать КТ503Е, вместо КТ502Д — КТ502Е. Транзисторы КТ827Б и КТ825Д можно заменить составными из транзисторов КТ817Г+КТ819ГМ и КТ816Г+ + КТ818ГМ соответственно.
Детали размешены на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм (рис. 2). Транзисторы VT3 и VT4 установлены на теплоотводах с площадью охлаждающей поверхности около 600 см2. Так как коллекторы этих транзисторов соединены, можно разместить их и на одном теплоотводе с общей охлаждающей поверхностью 1200 см2. В непосредственной близости от транзисторов к теплоотводам приклеены (и сверху прижаты скобой) диоды VD5—VD8. При мощности усилителя свыше 50 Вт (напряжение питания — более ±25 В) теплоотводы рекомендуется располагать на боковых стенках корпуса.
Рис. 2

Перед налаживанием усилителя движки подстроечных резисторов R10, R11 переводят в положение минимального сопротивления. Затем включают питание и, постепенно увеличивая (примерно в равной мере) сопротивление подстроечных резисторов, устанавливают ток покоя транзисторов оконечного каскада в пределах 150...200 мА.
Следует иметь в виду, что при выходной мощности, близкой к максимальной, ограничение сигнала на нагрузке должно быть симметричным (одинаковым для положительных и отрицательных полуволн).
ЛИТЕРАТУРА
1. Агеев А. Усилительный блок любительского радиокомплекса.- Радио 1982, № 8, с. 31.
2. Уэбб Л. Использование схемы сдвига уровней в высоковольтном операционном усилителе.— Электроника, 1980, № 7 с. 81.
РАДИО № 12, 1986 г.