Підсилювач потужності з "плаваючим" джерелом живлення

Один з істотних недоліків найпростіших підсилювачів потужності звукової частоти (УМЗЧ) на основі операційних підсилювачів (ОП) – мале вихідна напруга. Так, у найпростішому підсилювальний пристрій (рис. 1)

воно обмежене максимальним вихідним напругою ОУ. Застосувавши дещо інший спосіб харчування ОУ (рис. 2),

вдається підвищити амплітуду вихідної напруги УМЗЧ майже вдвічі. Однак і в цьому випадку воно не перевищує суми максимального вихідного і максимального синфазного вхідного напруг ОУ.

Пропоноване схемне рішення (рис. З)

дозволяє в кілька разів збільшити вихідну напругу УМЗЧ. Досягається це використанням так званого "плаваючого" (безпосередньо не сполученого з загальним проводом) джерела живлення транзисторів кінцевого каскаду, що дозволяє включити їх за схемою ОЕ. Такий каскад, як відомо, має більше посилення по потужності, ніж зазвичай застосовується у УМЗЧ крайовий каскад на транзисторах, що включенi за схемою ОК. До того ж ОУ працює тут без значних синфазних вхідних напруг і його параметри не обмежують максимальну вихідну напругу УМЗЧ, що може досягати десятків, а при використанні високовольтних транзисторів і сотень вольт.

Працює крайовий каскад наступним чином. При надходженні на його вхід позитивної напівхвилі синусоїдального сигналу відкривається транзистор VT1 і через нього і джерело живлення GB3 тече струм навантаження. При негативній напівхвиль транзистор VT1 закривається, a VT2 відкривається. Напрямок струму навантаження змінюється на протилежне, і тече він вже по ланцюгу VT2 – GB4. Зниження нелінійних спотворень досягнуто введенням ООС, напруга якої знімається з середньої точки джерела живлення кінцевого каскаду і подається на нсінвертірующій вхід ОП.


Основні технічні характеристики підсилювача

Номінальна вхідна напруга, В ….. 0,25
Номінальна вихідна потужність на навантаженні опором 4 Ом, Вт … 100
Номінальний діапазон відтворюваних частот при нерівномірності АЧХ не більше ± 1дБ, Гц …. 20 … 35 000
Коефіцієнт гармонік на частоті 1 кГц,% …. 0,1
Рівень шумів і перешкод, дБ … 78


Практична схема УМЗЧ з використанням "плаваючого" джерела живлення транзисторів кінцевого каскаду наведена на рис. 4.

Попередній підсилювач сигналу ЗЧ виконаний на ОП DA1. Його вихідний струм обмежує резистор R5. До баз транзисторів VT3, VT4 кінцевого каскаду ОУ підключений через емітерний повторювач на транзисторі VT1. Струм покоя транзисторів кінцевого каскаду встановлюють резистором R7 в ланцюзі бази транзистора VT2, що створює необхідну напругу зміщення на базах транзисторів VT3, VT4 і забезпечує температурну стабілізацію їх режиму роботи. Додаткова стабілізація режиму транзисторів кінцевого каскаду забезпечується резисторами R9, R10, що створюють місцеві ООС по току.

Крайовий каскад підсилює сигнал по напрузі приблизно в 20 разів. Транзистори VT5, VT6 захищають ОУ при перевантаженнях (обмеження сигналу у кінцевих каскаді, при якому похідна напруги ООС з виходу підсилювача стає рівною нулю) і, таким чином, знижують спотворення при різких сплесках вхідного сигналу. Якщо вихідна напруга ОП перевищить напругу стабілізації стабілітрон VD1 або VD2 (В залежності від полярності), відкриється один з транзисторів (VT5 або VT6) і на інвертується вхід ОП надійде напруга місцевої ООС. У результаті коефіцієнт посилення ОУ знизиться до двох.

Підключені паралельно оксидним конденсаторам СЗ і С4 конденсатори С1 і С2 знижують динамічний опір джерела живлення на високих частотах.

В підсилювачі використані резистори СП4-1 (R7), МОН-2 (R11), дротові (R9, R10) і МЛТ (решта). Конденсатори С1, С2, С5 – К73-17, решта – К50-6.

Транзистори КТ825А і КТ827А можна замінити складовими (К.Т819Г4-+ КТ815А і КТ818Г + КТ814А), при цьому емітерний переходи потужних транзисторів (КТ819Г і КТ818Г) необхідно зашунтіровать резисторами опором 100 Ом. Замість транзистора КТ503Б можна використовувати КТ603 або КТ815 з будь-яким буквеним індексом і статичним коефіцієнтом передачі струму Ьдо не менше 50, замість КТ315Е – транзистори цієї серії з буквеними індексами А – Д.

ОУ К140УД6 можна замінити на К140УД7 або К140УД8. Гарні результати виходять і при використанні ОУ К140УД11, а також швидкодіючих ОУ К544УД1, К544УД2, К574УД1 (останній вимагає установки зовнішнього коригуючого конденсатора).

Транзистори VT3 і VT4 закріплені на тепловідведення з площею охолоджуючої поверхні 600 см 2 . Встановлювати їх на загальний тепловідвід через слюдяні прокладки не слід, тому що при цьому різко збільшується тепловий опір корпус транзистора – тепловідвід. Транзистор VT2 приклеєний до одного з тепловідводів епоксидної смолою (у безпосередній близькості від самого транзистора кінцевого каскаду).

Трансформатор харчування виконано на магнітопроводі з пластин Ш40, товщина набору 50 мм. Його обмотка 1-2 містить 600 витків дроту ПЕВ-2 0,55, обмотка 3-4-5 – 2х20 витків ПЕВ-2 1,2, обмотки 6-7-8 і 9-10-11 – По 2Х66 витків ПЕВ-2 0,9.

Налагодження підсилювача зводиться до підбору резистора R6, через який протікає струм бази транзистора VT1 (його опір – в кілоомах – розраховують за формулою: R6 = = h21еvт1 / 2), та встановлення підлаштування резистором R7 струму спокою (в межах 10 … 40 мА) транзисторів VT3, VT4 (по мінімуму спотворень типу "сходинка").

Описане пристрій можна використовувати не тільки як УМЗЧ, але і як УМ постійного струму в системах автоматики.

А. ПОНОМАРЬОВ
м. Липецьк

РАДІО N8 6, 1987 р., с. 39,40.