Поліпшення параметрів підсилювача на К174УН7

В. ГРОМОВ, А. РАДОМСКІН; м. Львів

Безперервно розширюється асортимент спеціалізованих мікросхем, здавалося б, повинен обмежити творчість радіоаматорів. Дійсно, такі мікросхеми зазвичай орієнтовані їх розробниками на рішення в радіоелектронній апаратурі однієї конкретної задачі чи, в кращому випадку, вузького кола завдань. Ось чому радіоаматорам і радіоконструктора начебто залишаються лише творчі "гри в кубики" – Комбінувати вузли на мікросхемах, зібрані за типовими схемами живлення.

Проте дух рубрики "Радіоаматор ставить експеримент", яка коли-то більш-менш регулярно з'являлася на сторінках нашого журналу, не вмирає в серцях наших читачів. Свідчення тому – публікується тут стаття В. Громова та О. Радомського, на яку, як нам здається, повинні звернути увагу не тільки радіоаматори, але і професіонали – як розробники апаратури, так і творці мікросхем. Ми чекаємо їх відгуків на ту публікацію – адже мікросхема К174УН7 вельми широко застосовується у побутовій радіоапаратурі.

Ну, а до всіх читачів звертаємося з пропозицією – вести експерименти як щодо вдосконалення типових схем включення спеціалізованих ІМС, так і щодо їх використання в нетипових схемах включення (реалізація нових функцій і т. д.). Проте, отримавши цікавий позитивний ефект, не поспішайте писати до редакції: перевірте його відтворюваність на кількох примірниках мікросхем.

В даний час підсилювачі потужності звукової частоти (УМЗЧ) малогабаритної радіоапаратури досить часто будують на основі спеціалізованої інтегральної мікросхеми (ІС) К174УН7 [1]. Проте її застосування, без сумніву, було б ще більш широким, якщо б не великі нелінійні спотворення (в типовому включенні – до 10% при вихідній потужності 4,5 Вт на частоті 1 кгц і напрузі живлення 15 В) і недостатньо високу в деяких випадках вхідний опір (50 кОм). Не дивно тому, що радіоаматори шукають шляхи зниження нелінійних спотворень, пропонуючи, наприклад, замінити ланцюг вольтодобавкі стабілізатором струму на польовому транзисторі [2]. На жаль, перевірка рекомендацій, запропонованих в [2], показала, що їх реалізація веде не стільки до зменшення спотворень, скільки до зниження максимальної потужності, віддається в навантаження.

При випробуваннях кількох примірників ІС До 174УН7 з'ясувалося, що найбільш характерні спотворення її вихідної напруги проявляються в "заокруглення" або явному обмеження негативного напівперіод сигналу. У зв'язку з цим була перевірена ефективність такого заходу, як вживана в деяких промислових апаратах регулювання режиму ІС по постійному струму подачею на її висновок 7 (через резистор опором 3 … 6,8 кОм) напруги з регульованого дільника. Перевірка показала, що і цей захід практично не знижує коефіцієнта гармонік і не збільшує неспотвореного вихідної напруги, а лише дозволяє добитися симетричного його обмеження.

Варіант УМЗЧ, зібраний по схемі на рис. 1, володіє значно кращими характеристиками, ніж типовий на вказаній ІВ. Одне з його відмінностей від типового – додаткова ООС через резистор R6.


Підключення останнього безпосередньо до голівці гучномовця зменшує нерівномірність АЧХ і нелінійні спотворення, обумовлені наявністю конденсатора С9. При опорі резистора R6, зазначеному на схемі, напрузі живлення 15 В і вихідний потужності 4 Вт (на навантаженні опором 4 Ом) номінальне вхідна напруга пристрою – 120 мВ.

Крім того, для скорочення числа номіналів ємність оксидного конденсатора С3 в ланцюзі ООС зменшена до 100 МКФ (нерівномірність АЧХ в діапазоні частот 40 … 20 000 Гц при цьому не перевищує 0,4 дБ).

Головна ж відмінність цього УМЗЧ – в опорі резистора R2 (в типовому включення ІС воно дорівнює 47 кОм). У ході експериментів було відмічено, що цей резистор дуже істотно впливає на спотворення і його підбором можна значно збільшити вихідну напругу УМЗЧ. (З десяти випробуваних ІС тільки дві не зажадали підбору резистора R2, тобто зміни його опору щодо типового; опір резисторів для інших ІС коливалося в межах 0,1 … 1 МОм).

На рис. 2 показана залежність максимальної вихідної потужності Рmax і коефіцієнта гармонік Кг від напруги живлення Uпіт (спотворення вимірювались при Рmax, яка відповідає цьому напрузі Uпіт). Параметри оцінювалися на частоті 1 кГц при двох значеннях опору резистора R2: типовому (47 кОм) і оптимізованому по максимальній потужності (750 кОм). Потужність Pmax визначалася максимальним вихідним напругою, на осцілограм якого спотворення ще не були помітні на око (які були ці спотворення в дійсності, показують криві Кг).


Рис. 2.

Як видно з рис. 2, при Uжив = 15 В підбором резистора R2 вдалося збільшити Рmax на 1,5 Вт при одночасному зниженні коефіцієнта гармонік майже в 3,5 рази, а при Uжив = 18 В – приблизно на 3 Вт при зниженні К,. майже втричі. (Очевидно, що при однакових спотвореннях виграш в потужності Рmax був би ще більше). Отриманий результат говорить сам за себе, якщо врахувати, що випробувана ІС була цілком кондиційної: при Uжив = 15 В, R2 = 47 кОм і вихідний потужності Рвих = 4,5 Вт її коефіцієнт гармонік не перевищував 7,2% (після підбору резистора R2 він зменшився до 1,1%).

Залежності Рmax (Uпіт) і Кг (Uпіт) УМЗЧ з оптимізованим опором резистора R2 (750 кОм) були зняті також на частотах 60 Гц і 5 кГц (рис. 3). Зменшення Рmax на нижчих частотах обумовлено впливом ємності конденсатора С9 (1000 мкФ). При опорі навантаження Rн = 4 Ом його ємність бажано збільшити хоча б до 2000 МКФ.


Рис. 3.

Криві, зображені на рис. 4, ілюструють залежність ККД і струму спокою Iо від напруги живлення Uпіт при тих же двох опорах резистора R2. Неважко бачити, що при R2 = 750 кОм підвищується і ККД, причому відчутний виграш виходить при Uпіт> 10 В.


Рис. 4.

Для виявлення реальної залежності коефіцієнта гармонік Кг від рівня вихідної потужності Рвих примірник ІС з середніми параметрами був випробуваний при Uжив = 15 В, Rн = 4 Ом, С9 == 4000 мкФ і R2 = R2опт = 510 ком (рис. 5). Як видно, при Рвих = 4 Вт коефіцієнт гармонік УМЗЧ, зібраного на цьому примірнику ІС за схемою на рис. 1, у діапазоні частот 60 … 10 000 Гц не перевищує 3%.


Рис. 5.

Вхідний опір самої ІС К174УН7 було розраховано за результатами вимірювання вхідного опору УМЗЧ (при відключеному регуляторі гучності), виконаного на примірнику, для якого R2опт = 750 кОм. Виявилося, що в діапазоні частот 50 … 15 000 Гц вхідний опір ІС перевищує 30 МОм. Інакше кажучи, вхідний опір УМЗЧ практично дорівнює опору резистора R2 і при необхідності може бути значно більше 50 кОм.

При конструюванні стереофонічного УМЗЧ може статися, що оптимальні опору резисторів R2 в лівому і правому каналах виявляться різними. Для отримання ідентичних АЧХ вихідний опір попереднього каскаду у цьому випадку має бути менше опору резистора R2, а ємність розділового конденсатора С2 – такий, щоб в каналі з меншим опором резистора не спостерігався помітний спад АЧХ на нижчих частотах (у більшості випадків достатньо взяти С2 == 0,47 … 1 мкФ).

УМЗЧ добре працює при живленні від нестабілізованого джерела, проте, якщо головним є отримання максимального вихідної потужності і відповідно мінімальних спотворень при середній, необхідно використовувати стабілізатор з вихідним напругою 17 … 18 В.

Слід врахувати, що при роботі з підвищеною (до 5 … 6 Вт) вихідною потужністю потрібно забезпечити хороше відведення тепла від ІВ, прийнявши необхідні в таких випадках заходи щодо зниження теплового опору між її пластинами і Теплоотвод. Вельми приємно те, що оскільки потенціал пластин ІС (щодо загального проводу) близький, до 0, в якості загального тепловідведення без ізолюючих прокладок можна використовувати металеве шасі або інші металеві деталі конструкції, з'єднані із загальним (мінусовим) дротом і забезпечують ефективне розсіювання тепла.

ЛІТЕРАТУРА
1. Інтегральні схеми: Довідник Б. В. Тарабрін, Л. Ф. Лунін, Ю. І. Смирнов та ін; під ред. Б. В. Тарабрін .- М.: Радіо і зв'язок, 1983.
2. Філін С. Зниження спотворень в підсилювачах потужності на ІМС .- Радіо, 1981, № 12, с. 40.

(РАДІО N 9, 1986 р., с.39-40)