Принципиальная схема усилителя мощности на комплементарных транзисторах
Плечи выходного каскада содержат по три транзистора VT10, VT12, VT15 (VT11, VT13, VT16), охваченных местной ООС через резисторы R25 и R29 (и соответственно R26 и R31). При этом коэффициент усиления по напряжению каждой тройки транзисторов приближается к трем. Местная ООС позволяет также уменьшить разброс в коэффициентах усиления плеч выходного каскада, что снижает требование к .идентичности параметров комплементарных транзисторов. Еще одна особенность выходного каскада состоит в следующем. Напряжение местной ООС, охватывающей тройку транзисторов, снимается с резисторов R34 и R35, напряжение на которых пропорционально любым изменениям тока выходных транзисторов (в том числе и в зависимости от температуры). Это дополнительно стабилизирует ток покоя выходных транзисторов. Напряжение смещения транзисторов VT10 и VT11 зависит от падения напряжения на участке эмиттер — коллектор транзистора VT9, задаваемого делителем на элементах VD4, R20 — R22.
Параметрическая ООС через диод VD4, расположенный на общем с выходными транзисторами теплоотводе, осуществляет температурную стабилизацию тока покоя транзисторов VT15, VT16. С увеличением температуры уменьшается падение напряжения и на диоде VD4, при этом уменьшается и напряжение эмиттер — коллектор VT9. Все это позволяет поддерживать ток покоя выходных транзисторов на постоянном уровне при разных уровнях мощности и колебаниях температуры окружающей среды. Весь усилитель охвачен общей ООС, напряжение которой с выхода усилителя через делитель R30, R15, СЗ подается на базы транзисторов VT4, VT5.
Элементы С1, С5, С6, С7, С8, С9, R44, L1 предназначены для коррекции частотной характеристики на высоких частотах. Они же обеспечивают устойчивость усилителя при охвате его общей ООС и при возможных изменениях нагрузки. Транзисторы VT14, VT17 шунтируют при перегрузке эмиттерный переход выходных транзисторов. Питается усилитель от нестабилизированного двух-полярного источника ±40 В.
Усилитель собран на печатной плате, показанной на рис. 73. Диод VD4 размещен на теплоотводе рядом с транзисторами VT15 или VT16. В усилителе использованы резисторы МЛТ, СПЗ-1К (R22), конденсаторы К.50-6, КМ. Катушка Ы намотана на резисторе R45 (МЛТ-2) и содержит 10 витков провода ПЭВ-2 0,8. Для питания усилителя требуется двухтюлярный источник, обеспечивающий при напряжении ±40 В ток не менее 2 А.
Регулировка усилителя, собранного из исправных элементов, заключается в проверке правильности монтажа и установке начального тока коллекторов VT15 и VT16 (50 ... 70 мА) резистором R22.
Рис. 73. Печатная (а) и монтажная (б) платы усилителя мощности на комплементарных транзисторах
Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики нормально работающего усилителя приведены на рис. 74.
Рис. 74. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилителя мощности на комплементарных транзисторах
Упрощенный вариант схемы усилителя мощности на комплементарных транзисторах. Он имеет следующие основные технические характеристики (см. также табл. 4):
Номинальная выходная мощность....... 70 Вт
Коэффициент гармоник.......... 0,05%
Полоса рабочих частот.......... 20 ... 80 000 Гц
Отношение сигнал-шум.......... 87 дБ
Напряжение питания........... ±40 В
Ток покоя.............. 100 мА
Усилитель работает в режиме АВ и выполнен с использованием схемотехники предыдущего усилителя (см. рис. 73). Усилитель также обладает полной симметрией для входного синусоидального сигнала (одинаковость входных сопротивлений для положительной и отрицательной полуволн сигнала), что позволяет снизить нелинейные искажения.
Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 75. Он содержит дифференциальный каскад на комплементарных транзисторах (VT1 — VT4), каскад усиления напряжения (VT5, VT7). и выходной каскад (VT8 — VT13). Напряжение питания входного каскада стабилизировано (с помощью стабилитронов VD1, VD2). Транзисторы выходного каскада включены по схеме с общим коллектором.
Температурную стабилизацию тока покоя выходных транзисторов обеспечивают диоды VD3 — VD5, установленные на общем с транзисторами VT12, VT13 теплоотводе. Элементы LI, R35, R36, СП, R20, С7 предотвращают самовозбуждение усилителя на высоких частотах.
Рис. 75. Принципиальная схема упрощенного варианта усилителя мощности на комплементарных транзисторах
Рис. 76. Печатная (а) и монтажная (б) платы упрощенного варианта усилителя мощности на комплементарных транзисторах
Рис. 77. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики упрощенною варианта усилителя мощности на комплементарных транзисторах
Печатная плата, на которой размещают детали усилителя, показана на рис. 76. Диоды VD3 — VD5 располагают на радиаторе выходных транзисторов. Катушка L1 содержит 10 витков провода ПЭВ-2 0,8, намотанного на резисторе R35 (МЛТ-2).
Как и в предыдущем усилителе, вначале необходимо проверить исправность всех элементов. После монтажа (проверив его (Правильность) усилитель, аналогично предыдущему, подключают к источнику питания. Настройка заключается в установке резистором R29 начального тока выходных транзисторов в пределах 50 ... 70 мА.
Амплитудно- и фазо-частотная характеристики налаженного усилителя приведены на рис. 77.
Усилитель мощности класса В с коррекцией искажений из-за использования прямой связи. Он имеет следующие основные технические характеристики (см. также табл. 4):
Номинальная выходная мощность....... 60 Вт
Коэффициент гармоник.......... 0,04%
Полоса рабочих частот.......... 20... 100000 Гц
Отношение сигнал-шум.......... 90 дБ
Напряжение питания........... ±40 В
Ток покоя........ ....... О мА
Основным недостатком усилителя, работающего в режиме В, является довольно большой уровень нелинейных искажений, особенно при малых уровнях входного сигнала. Однако недостаток можно устранить, даже если использовать в выходном каскаде экономичный режим В. Такой принцип построения усилителей получил название feed forward error correction (коррекция искажений с использованием прямой связи).
Работу усилителя можно рассмотреть на примере рис. 78.
Рис. 78. Схема, поясняющая принцип коррекции искажений в результате применения прямой связи
Усилитель состоит из усилителя A1, выходного каскада (на транзисторах VT1, VT2), работающего в режиме В, и элементов моста Rl, Cl, R2 и L1. Условие компенсации нелинейных искажений в таком устройстве совпадает с условием баланса моста: L1 = R1R2C2. Если исключить резистор R2, то устройство на рис. 78 можно рассматривать как обычный усилитель НЧ, где К1 обеспечивает ООС, С1 корректирует АЧХ, L1 предотвращает высокочастотную генерацию. В таком усилителе требование стабильности вызывает необходимость уменьшения значения ООС с ростом частоты сигнала, что естественно вызывает рост нелинейных искажений выходного тока i1. При подключении резистора R2 появляется компенсирующий ток i2 и происходит эффективная компенсация на средних и высоких частотах сигнала. На низких частотах баланс моста может нарушаться из-за активной составляющей в полном сопротивлении индуктивности L1.
Подобный метод впервые был использован в английском усилителе «Quad 405» и позволил получить коэффициент гармоник на средних частотах около 0,01%.
Рис. 79. Принципиальная схема усилителя мощности класса В с коррекцией искажений в результате использования прямой связи
Принципиальная схема усилителя на отечественной элементной базе, использующего аналогичный метод компенсации нелинейных искажений, приведена на рис. 79. Работа в выходном каскаде в режиме В позволила повысить КПД и решить проблему термостабилизации тока покоя. Усилитель состоит из четы-рехкаскадного предварительного усилителя (на элементах DAI, VT1 — VT4, VT7), работающего в режиме А, выходного каскада (VT8 — VT10), работающего в режиме В, и узла защиты выходного каскада от перегрузок (VT6, VT5). Весь усилитель охвачен глубокой ООС по постоянному току (через резистор R31), поддерживающей на выходе усилителя нулевое напряжение. Нарушение баланса моста на низких частотах компенсируется глубокой ООС, напряжение которой поступает в эмиттерную цепь транзистора VT2 через делитель R12R11. Для предотвращения самовозбуждения усилителя на высоких частотах служат элементы LI, L3, R25, R29, R30, С10.
Печатная плата усилителя . показана на рис. 80. Катушки LI — L3 намотаны проводом ПЭ:В-2 ,1,0 на каркасах диаметром 7 мм виток к витку в два слоя. Катушка L2 — 30 витков, LI, L3 — 46 витков. Транзисторы VT7, VT8, VT9, VT10 установлены на общем теплоотводе через слюдяные прокладки.
Усилитель, правильно смонтированный из исправных элементов, практически не требует настройки. Для получения минимальных нелинейных искажений необходимо подстроить мост подбором конденсатора С8. Амплитудно-частотная, фазо-частотная и переходная характеристики усилителя приведены на рис. 81. Для его питания необходим двухполярный источник, обеспечивающий при напряжении ±40 В ток не менее 2 А.
Упрощенный вариант усилителя мощности класса В. Он имеет следующие основные технические характеристики (см. также табл. 4):
Номинальная выходная мощность....... 15 Вт
Коэффициент гармоник . ... . . .. . . . 0,03%
Полоса рабочих частот .......... 20... 80000 Гц
Отношение сигнал-шум.......... 90 дБ
Напряжение питания ............ ±17 В
Ток покоя.............. 0 мА
Рис. 80. Печатная (а) и монтажная (б) платы усилителя мощности класса В
Рис. 81. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилителя мощности класса В
