Транзисторний підсилювач потужності низької частоти без ООС

Олексій Зизюк , м.Луцьк

Останнім часом конструктори підсилювачів потужності низької частоти все частіше звертаються до лампової схемотехніки, яка дозволяє при порівняльній простоті конструкції досягати гарного звучання. Але не слід повністю "списувати" транзистори, оскільки за певних обставин транзисторний УМЗЧ все-таки здатний працювати досить непогано, а часто і краще ламп … Авторові цієї статті довелося перепробувати велика кількість УМЗЧ. Один з таких найбільш вдалих "біполярних" варіантів і пропонується на суд читачів. В основі ідеї гарної роботи лежить умова симетричності обох плечей УМЗЧ. Коли обидві напівхвилі що підсилюється сигналу зазнають подібні перетворюючі процеси, можна очікувати задовільної роботи УМЗЧ в якісному відношенні.

Ще в недалекому минулому неодмінним і достатньою умовою хорошої роботи будь-якого УМЗЧ вважалося обов'язковим введення глибоких ООС. Існувала думка про неможливість створення високоякісних УМЗЧ без глибоких загальних ООС. До того ж автори конструкцій переконливо запевняли, що, мовляв, немає необхідності у підборі транзисторів для роботи їх в парах (плечах), ООС всі скомпенсірует і розкид транзисторів за параметрами на якість звуковідтворення не впливає!

Епоха УМЗЧ, зібраних на транзисторах однієї провідності, наприклад, популярних КТ808. передбачала включення вихідних транзисторів УМЗЧ вже нерівноправне, коли один транзистор вихідного каскаду був включений по схемі з ОЕ, а на другого – з ОК. Таке асиметрична включення не сприяло якісному посиленню сигналу. З приходом КТ818, КТ819, КТ816. КТ817 і ін, здавалося б, проблема лінійності УМЗЧ вирішена. Але перелічені комплементарні пари транзисторів "по життю" занадто далекі від щирої комплементарності.

Не будемо заглиблюватися в проблеми некомплементарності перерахованих вище транзисторів, які досить широко використовуються в різних УМЗЧ. Слід лише підкреслити той факт. що при рівних умовах (режимах) цих транзисторів забезпечити їх комплементарних роботу в двотактних підсилювальних каскадах досить складно. Добре про це сказано в книзі М. Є. Сухова [1].

Я зовсім не заперечую можливість досягнення гарних результатів при створенні УМЗЧ на комплементарних транзисторах. Для цього потрібен сучасний підхід у схемотехніці таких УМЗЧ, з обов'язковим ретельним підбором транзисторів для роботи в парах (ключах). Доводилося мені конструювати і такі УМЗЧ, які є своєрідними продовженнями високоякісного УМЗЧ М. Є. Сухова [2], але про них – як небудь іншим разом. Торкаючись симетричності УМЗЧ, як головної умови гарної його роботи – слід сказати наступне. Виявилося, що більш високими якісними параметрами володіє УМЗЧ, зібраний по дійсно симетричною схемою і неодмінно на транзисторах однакового типуобов'язкової підбіркою примірників). Підбирати ж транзистори набагато легше, якщо вони з однієї партії. Зазвичай екземпляри транзисторів з однієї партії мають досить близькі параметри проти "випадково" придбаних примірників. З досвіду можна сказати, що з 20 шт. транзисторів (стандартна кількість однієї пачки) майже завжди можна відібрати дві пари транзисторів для стереокомплекса УМЗЧ. Були випадки і більш "вдалого улову" – По чотири пари з 20 штук. Про підборі транзисторів розповім трохи пізніше.

Принципова схема УМЗЧ зображена на мал.1. Як видно зі схеми, вона досить проста. Симетричність обох плечей підсилювача забезпечена симетричністю включень транзисторів.

Рис.1 - Схема усилителя мощности без ООС

Відомо, що диференціальний каскад володіє багатьма перевагами перед звичайними двотактними схемами. Не заглиблюючись в теорію, слід підкреслити, що в даній схемі закладено правильне "струмова" управління біполярними транзисторами. Транзистори диференціального каскаду мають підвищений вихідним опором (набагато більше, ніж традиційні "розкачки" за схемою з ОК), тому їх можна розглядати як генератори струму (джерела струму). Таким чином реалізується струмовий принцип управління вихідними транзисторами УМЗЧ. Дуже точно сказано про вплив узгодження по опорам між транзисторними каскадами на рівень нелінійних спотворень в [3]: "Відомо, що нелінійність вхідний характеристики транзистора Іб = f (Uбе) найбільшою мірою проявляється тоді, коли підсилювальний каскад працює від генератора напруги, тобто вихідний опір попереднього каскаду менше вхідного опору подальшого. У цьому випадку вихідний сигнал транзистора – струм колектора або емітера – апроксимується експоненційної функцією напруги база емітером Uбе, а коефіцієнт гармонік близько 1% досягається при величині цього напруги, що дорівнює всього 1 мВ (!). Це пояснює причини виникнення спотворень в багатьох транзисторних УМЗЧ. Дуже шкода. що цим фактом практично ніхто не приділяє належної уваги. Що вже там, транзистори "вмирають" в УМЗЧ (як динозаври?!), Немов немає ніякого виходу зі сформованих обставин, окрім як застосування лампових схем …

Але перш ніж приступити до намотуванні трудомісткого вихідного трансформатора, варто все-таки повозитися і з симетричною транзисторної схемою УМЗЧ. Забігаючи вперед, скажу ще про те, що за аналогічною схемотехніці були зібрані і УМЗЧ на польових транзисторах, про це поговоримо як-небудь іншим разом.

Ще одна особливість схеми мал.1 – це підвищене (у порівнянні з традиційними УМЗЧ) кількість джерел живлення. Не слід цього боятися, оскільки ємності фільтруючих конденсаторів просто розділяються на два канали в рівній мірі. А поділ джерел живлення в каналах УМЗЧ лише покращують параметри стереокомплекса в цілому. Напруги джерел E1 і E2 не стабілізувалася, а в якості EЗ необхідно використовувати стабілізатор напруги (40 вольт).

Говорячи про теоретичні проблеми двотактних схем і транзисторних УМЗЧ взагалі, необхідно проаналізувати ще один каскад (або декілька таких каскадів) – фазоїнвертор. Тривалі експерименти підтверджують факт істотного погіршення якості звуковідтворення через ці каскадів. Зібравши абсолютно симетричну схему, та ще й з копітко підібраними деталями, доводиться зіткнутися з проблемою схем фазоїнвертором. Було встановлено, що ці каскади здатні вносити дуже великі спотворення (різниця форми синусоїди для напівхвиль можна було спостерігати на екрані осцилографа навіть без використання будь-яких додаткових схем). Сказане повною мірою відноситься і до простих схем лампових варіантів підсилювачів-фазоїнвертором. Ви підбираєте номінали в схемі з тим, щоб отримати рівність амплітуд обох напівхвиль (синусоїди) протівофазного сигналу з висококласного цифровий вольтметр, а суб'єктивна експертиза вимагає (на слух!) повороту движків підлаштування резисторів в сторону від цього "приладового" способу регулювання рівнів.

Вдивляючись у форму синусоїди на екрані осцилографа, вдається побачити "цікаві" перекручування – на одному виході фазоінвертора вони ширші (по осі частот), на іншому – "тонше", тобто площа фігури синусоїд різна для прямого і фазоінверсного сигналів. Чутка це чітко уловлює, доводиться "разрегуліровать" налаштування. Вирівнювати ж синусоїду в фазоінверсних каскадах глибокими ООС вкрай небажано. Усувати потрібно причини асиметрії в цих каскадах іншими схемотехнічних шляхами, в іншому випадку фазоінверсний каскад може вносити досить помітні на слух "транзисторні" викривлення, рівень яких буде зіставимо з перекрученнями вихідного каскаду УМЗЧ (!). Ось так і трапляється, що фазоїнвертор є основним вузлом асиметрії для будь-яких двотактних УМЗЧ (будь-то транзисторних, лампових або комбінованих схем УМЗЧ), якщо, звичайно ж, підсилювальні елементи в плечах заздалегідь відібрані з близькими параметрами, інакше немає сенсу взагалі очікувати від таких схем гарного звучання.

З найбільш простих у реалізації фазоінверсних схем, які добре працюють, є лампові варіанти. Більш простими їх "аналогами" є польові транзистори, які (тільки!) При грамотному схемотехнічне підході цілком здатні конкурувати з ламповими підсилювачами. І якщо вже аудіофілами не бояться застосування узгоджувальних трансформаторів у вихідних каскадах, де це "залізо" все одно "звучить", то вже й в попередніх каскадах можна зі спокійною совістю застосовувати трансформатори. Я маю на увазі фазоінверсние каскади, де амплітуда струму (а саме ця складова згубно впливає на "залізо") невелика, а амплітуда напруги досягає значення всього лише в декілька вольт.

Безперечно, що будь-який трансформатор – це своєрідний крок назад у схемотехнічне відношенні в століття гігагерцовий Pentium'ов. Але є кілька "але", про які досить доречно іноді згадати. Перше – Грамотно виготовлений перехідною або узгоджувальний трансформатор ніколи не внесе стільки нелінійних спотворень, скільки можуть внести найрізноманітніших спотворень декілька "неправильних" підсилювальних каскадів. Друге – трансформаторний фазоїнвертор дійсно дозволяє досягти реальної симетрії протівофазних сигналів, сигнали з його обмоток по-справжньому близькі один до одного як за формою, так і по амплітуді. До того ж він – пасивний , І його характеристики не залежать від живлячих напруг. І якщо ваш УМЗЧ реально симетричний (в даному випадку маються на увазі його вхідного імпедансу), то асиметрія УМЗЧ буде вже визначатися більш розкидом параметрів радіокомпонентів в плечах УМЗЧ, ніж фазоінверсним каскадом. Тому не рекомендується використовувати в такому УМЗЧ радіоелементи з допусками більше 5% (винятки лише складають ланцюга генератора струму, який живить диференціальний каскад). Слід віддавати собі звіт, що при розкиду параметрів транзисторів у плечах УМЗЧ більше 20% точність резисторів вже втрачає свою актуальність. І навпаки, коли використовуються добре підібрані транзистори, має сенс застосовувати резистори з допуском 1%. Їх звичайно ж, можна й підібрати за допомогою хорошого цифрового омметра.

Одна з найбільш вдалих схемотехнічних розробок фазоінвертора представлена на рис.2.

Рис.2 - Рекомендуемая схема фазоинвертора

Удавана занадто простий, вона все ж таки потребує пильної уваги до себе, оскільки має кілька "секретів". Перший з таких – це правильний вибір транзисторів за параметрами. Транзистори VT1 і VT2 не повинні мати значних витоків між електродами (мається на увазі переходи затвор-витік). Крім того, транзистори повинні мати близькі параметри, особливо це стосується початкового струму стоку – Сюди найбільш підходять екземпляри з Iс.нач. 30-70 мА. Напруги харчування повинні бути стабілізовані, правда коефіцієнт стабілізації блоку живлення істотної ролі не грає, до того ж, негативне напругу можна взяти і з стабілізатора УМЗЧ. Щоб електролітичні конденсатори поменше вносили своїх спотворень, вони зашунтіровани неелектролітіческімі – типу К73-17.

Трохи докладніше розглянемо особливості виготовлення головного вузла в цій схемі – фазорасщепітельного (фазоінверсного) трансформатора. Від акуратності його виготовлення залежить як індуктивність розсіювання, так і діапазон ефективно відтворюваних частот, не кажучи вже про рівень служби активів. Так от, два основних секрету технологічного процесу виготовлення цього трансформатора такі. Перше – Необхідність відмовитися від простої намотування обмоток. Наводжу два використаних мною варіанти намотування цього трансформатора. Перший – зображений на рис.3, другий – на мал.4. Суть методу такий намотування полягає в наступному. Кожна з обмоток (I, II або III) складається з декількох обмоток, що містять строго однакову кількість витків. Необхідно уникати будь б то не було помилки в кількості витків, тобто різниці в витках між обмотками. Тому вирішено було робити намотування трансформатора давно перевіреним способом. За рис.3 використовується шість проводів (наприклад, ПЕЛШО-0, 25). Заздалегідь розраховують необхідну довжину обмотувального проводу (не завжди ж і не в кожного радіоаматора опиниться під рукою шість бухт проводи одного діаметра), складають шість проводів разом і виробляють намотування всіх обмоток одночасно. Далі необхідно лише знайти відводи потрібних обмоток та з'єднати їх попарно-послідовно.

Рис.4 - Варианты фазоинверсных трансформаторов Рис.3 - Варианты фазоинверсных трансформаторов

За мал.4 використовувалося дев'ять провідників для цього варіанту. І ще, мотати необхідно так, щоб дроти одного витка не розходилися в різні боки далеко-широко один від одного, а трималися загального рулону разом. Мотати ж окремими проводами неприпустимо, трансформатор буде буквально "дзвеніти" в усьому діапазоні звукових частот, індуктивність розсіювання збільшиться, зростуть і спотворення УМЗЧ з-за асиметрії сигналів на виходах трансформатора.

Та й помилитися дуже легко можна при окремих способи намотування симетричних обмоток. А помилка в кілька витків дає про себе знати несиметричність протівофазних сигналів. Якщо вже продовжувати відверто, то був виготовлений трансформатор фазоінвертора (в єдиному роді, примірнику) в … 15 жив. Був експеримент, який увійшов до колекції чудово звучать конструкцій УМЗЧ. Ще раз хочеться сказати про те, що НЕ трансформатори винні в поганій роботі деяких схем, а їх конструктори . У всьому світі дуже розширилося виробництво лампових УМЗЧ, їх переважна більшість містить розділові трансформатори (вірніше, згода), без яких ламповий каскад (типова схема двотактного вихідного каскаду містить 2-4 лампи) просто неможливо узгодити з низькоомним акустичними системами. Є, звичайно ж, і екземпляри "суперлампових" УМЗЧ, де немає вихідних трансформаторів. Їхнє місце зайняли або потужні комплементарні пари польових транзисторів або … батарея потужних лампових тріодів, з'єднаних паралельно. Але ця тема вже виходить за рамки цієї статті. У нашому випадку все набагато простіше. Транзистор VT1 (рис.2) МОП-типу, що входить за схемою з загальним стоком (істоковий повторювач) працює на генератор струму (джерело струму), виконаний на транзисторі VT2. Застосовувати потужні польові транзистори типу КП904 не слід, у них підвищені вхідні і прохідні ємності, що не може не позначитися на роботі цього каскаду.

Ще один камінь спотикання, серйозна проблема у створенні широкосмугового трансформатора очікує конструктора при виборі магнітопровода. Тут доречно дещо додати до того, що можна зустріти в доступній радіоаматорові літературі. Різні варіанти конструкцій як у радіоаматорів, так і у професіоналів пропонують використання різних матеріалів магнітопроводів трансформаторів, які не доставляли б клопоту як при їх придбанні, так і при їх використанні. Суть методу така.

Якщо ваш УМЗЧ буде працювати на частотах вище 1 кГц, то можна сміливо використовувати ферритові сердечники. Але віддавати перевагу слід примірників магнітопроводів з найбільшою магнітною проникністю, дуже добре працюють сердечники від рядкових трансформаторів телевізорів. Слід застерегти конструкторів від використання сердечників, які вже перебували тривалий час в експлуатації. Відомо, що ферритові вироби втрачають з "віком" свої параметри, в тому числі і початкову магнітну проникність, "неповторна" старість їх вбиває не менше, ніж, наприклад, магніти довгостроково експлуатованих гучномовців, про що чомусь майже всі мовчать.

Далі про сердечниках – якщо УМЗЧ використовують як басового варіанту, то сміливо можна застосовувати традиційні Ш-образні пластинчасті варіанти магнітопроводів. Необхідно підкреслити, що екранування всіх таких трансформаторів майже скрізь була необхідністю і потребою. Що вже тут поробиш, за все необхідно розплачуватися. Зазвичай була достатньою виготовлення "кокона" зі звичайної покрівельної жерсті товщиною 0,5 мм.

На НЧ добре працюють і тороідальні сердечники. До речі, їх використання спрощує знищення усіляких наведень з боку мережевих трансформаторів. Тут зберігається "оборотність" переваги тороїдального сердечника – в мережевому варіанті він відрізняється малим зовнішнім полем випромінювання, у вхідних ж (сигнальних) ланцюгах – він малочувствітелен до зовнішніх полях. Що ж стосується широкосмугового варіанту (20 – 20 000 Гц), то найбільш правильним буде застосування двох різних видів сердечників, розміщених поруч, в одному вікні каркасу для намотування обмоток трансформатора. При цьому усувається завал як на високих частотах (тут працює феритове сердечник), так і на низьких частотах (тут працює трансформаторна сталь). Додаткової поліпшення звуковідтворення в області 1-15 кГц домагаються покриттям пластин сталевого сердечника лаком, як це роблять у лампових УМЗЧ. При цьому кожна пластина "працює індивідуально" у складі сердечника, чим і досягається зменшення всіляких втрат на вихрові струми. Нітролак висихає швидко, тонким шаром його наносять простим зануренням пластини в посуд з лаком.

Багатьом може здатися занадто копіткої така технологія виготовлення трансформатора в фазоінвертора, але повірте на слово – "гра варта свічок", бо "що посієш, те й пожнеш". А щодо складності, "Нетехнологічність" можна сказати наступне – за один вихідний день вдавалося без поспіху виготовити два таких трансформатора, та й розпаяні їх обмотки в необхідному порядку, що не скажеш про вихідні трансформаторах для лампових УМЗЧ.

Тепер кілька слів про кількість витків. Теорія вимагає збільшення індуктивності первинної обмотки (I), з її збільшенням розширюється діапазон відтворюваних частот у бік більш низьких частот. У всіх конструкціях цілком достатньою була намотування обмоток до заповнення каркаса, діаметр проводу застосовувався 0,1 – для 15 жив, 0,15 – для 9 жив і 0,2 для 6-жильного варіанту. В останньому випадку використовувався і наявний ПЕЛШО 0,25.

Для тих же. хто не переносить трансформатори :-), є і бестрансформаторних варіант – рис.5.

Рис.5 - Вариант фазоинверсного каскада без трансформатора

Це найпростіший. але цілком звучний варіант схеми фазоінверторного каскаду, який використовувався не тільки в симетричних схемах УМЗЧ, але й у потужних мостових УМЗЧ. Простота часто оманлива, тому обмежу себе в критиці подібних схем, але насмілюся сказати, що площі синусоїд отсімметріровать досить складно, найчастіше необхідно вводити додаткові ланцюги зсуву і балансіровок, а якість звуковідтворення при цьому залишає бажати кращого. Незважаючи на вносяться трансформаторами фазові, амплітудно-частотні спотворення, вони дозволяють досягти практично лінійної АЧХ в області звукових частот, тобто у всьому діапазоні 20 Гц – 20 000 Гц. Від 16 кГц і вище можуть позначитися ємності обмоток, але частково відійти убік від цієї проблеми дозволяє додатково збільшена площа перерізу магнітопроводу. Правило просте, подібне мережевим трансформаторів: збільшивши площу перерізу магнітопроводу сердечника трансформатора, наприклад, у два рази. сміливо зменшують кількість витків обмоток у два рази і т.д.

Розширити область ефективно відтворних частот вниз, тобто нижче 20 Гц, можна таким способом. Польові транзистори (VT1, VT2 – мал.2) застосовують з великими значеннями Iс.нач. і збільшують ємність конденсатора C4 до 4700 МКФ. Електролітичні конденсатори працюють значно чистіше, якщо до них докладено пряме поляризуючий напругу в кілька вольт. Дуже зручно в цьому випадку поступати таким чином. Встановлюють у верхній (за схемою) транзистор VT1 екземпляр з початковим струмом стоку більшим, ніж у транзистора VT2. Можна вчинити і ще більш "ефективно", застосувавши балансувальний резистор для транзистора VT2, фрагмент схеми з таким резистором показаний на рис.6.

Рис.6 - Введение балансировочного резистора

Спочатку движок підлаштування резистора R2 'знаходиться в нижньому (за схемою) положенні, переміщення його движка вгору викликає збільшення струму стоку транзистора VT2, потенціал на позитивній обкладки конденсатора C4 стає більш негативним. Зворотний процес відбувається при протилежному переміщенні движка резистора R2. Таким чином можна відрегулювати каскад з найбільш підходящим режимам, особливо, коли немає транзисторів (VT1 і VT2) з близькими значеннями Iс.нач., а встановлювати доводиться те, що є під рукою …

Досить докладно я зупинився на такий нібито дуже простою схемою. Вона-то проста, але не примітивна. Є у неї і незаперечні переваги в порівнянні з "всепропускающімі" гальванічно з'єднаними схемами підсилювачів-фазоїнвертором. Перший такий плюс – це придушення інфранізкочастотних перешкод (наприклад в ЕПП), а на другого – "відсічення" ультразвукових перешкод на зразок потужних радіостанцій, різних ультразвукових установок і ін І ще одна позитивна властивість такої схеми слід підкреслити особливо. Мова йде про відсутність будь-яких проблем при стикуванні відмінних симетричних схем з асиметричним входом. Варто поглянути на рис.5, і відразу стає зрозуміло (якщо людина мала з цим справа!), що проблема потенціалів тут просто не вирішена ніяк. Частково її вирішують заміною електролітичного конденсатора на батарею паралельно з'єднаних неелектролітіческіх, мовляв тимчасова затримка підключення АС все вирішить. Затримка в часі підключення акустичних систем до УМЗЧ клацання і викиди при включенні дійсно усуває, але питання виникнення додаткових спотворень за різних потенціалів і різних вихідних імпедансів фазоінвертора вирішити вона ніяк не може. Дана схема підсилювача-фазоінвертора (рис.2) успішно використовувалася з різними УМЗЧ, в тому числі і з ламповими симетричними.

Останнім часом в періодичних виданнях можна знайти схеми УМЗЧ на потужних КП901 і КП904. Але не згадують автори про те, що польові транзистори слід відбраковувати на токах "витоку". Якщо, приміром, VT1 і VT2 (у схемі рис.2) однозначно необхідно використовувати високоякісні екземпляри, то в каскадах з великими амплітудами напруг і струмів, а головне – там, де вхідний опір МОП транзистора (Його зменшення) ролі не грає, можна застосовувати і гірші екземпляри. Досягнувши максимальних значень витоків, МОП транзистори, як правило, стабільні в майбутньому і подальшого погіршення їх параметрів вже не спостерігається з часом (у більшості випадків).

Число транзисторів з підвищеними витоками в ланцюзі затвора, наприклад, в одній пачці (стандарт – 50 шт.) Може коливатися від 10 до 20 шт. (А то і більше). Відбракувати потужні транзистори не складає великих праці – досить зібрати своєрідний стенд, наприклад, по мал.6 і включити в ланцюг затворів цифрової амперметр (стрілочні прилади в цьому випадку занадто чутливі до перевантажень і незручні через необхідності багаторазових перемикань з діапазону на діапазон).

Відмінними слід вважати екземпляри МОП транзисторів (йдеться стосовно до схеми мал.2 – VT1, VT2), у яких струм затвора менше 10 мкА, кращі екземпляри взагалі не виявляють цього струму (на межі 100 мкА).

А тепер, коли фазоїнвертор вже виготовлений, можна приступати і до схеми рис.1, тобто повернутися безпосередньо до УМЗЧ. Широко поширені роз'єми (гнізда) СШ-3, СШ-5 і їм подібні взагалі використовувати не можна, як це роблять багато конструктори і робили заводи-виробники. Контактна опір такого з'єднання значно (0,01 – 0,1 Ом!) І ще коливається залежно від протікаючого струму (з збільшенням струму опір зростає!). Тому слід застосовувати потужні роз'єми (наприклад, від старої військової радіоапаратури) з малим опором контактів. Те ж стосується і контактів реле в блоці захисту АС від можливої появи на виході УМЗЧ постійної напруги. І не треба їх охоплювати (контактні групи) будь-якими зворотними зв'язками для зменшення спотворень. Повірте на слово, що на слух (суб'єктивна експертиза) їх практично не чути (при досить малих опорах контактів), чого не скажеш про "електронних" викривлення, що вносяться усіма підсилювальних каскадів, конденсаторами та іншими компонентами УМЗЧ, які неодмінно вносять яскраві фарби в загальну картину звуковідтворення. Звести до мінімуму всілякі спотворення можна раціональним використанням підсилювальних каскадів (Особливо це стосується підсилювачів напруги – чим їх менше, тим краще якість посиленої сигналу). У даному УМЗЧ всього один каскад посилення напруги – це транзистор VT3 (ліве плече) і VT4 (праве плече). Каскад на транзисторах VT6 і VT5 всього лише згода (струмові) емітерний повторювачі. Транзистори VT3 і VT4 відбирають з h21 е. більше 50, VT6 і VT5 – більше 150. У цьому випадку ніяких проблем при роботі УМЗЧ на великих потужностях виникати не буде. Напруга негативного зворотного зв'язку по постійному і змінному струму надходить на бази транзисторів VT6 і VT5 через резистори R24 і R23. Глибина цієї ОС всього близько 20 дБ, тому динамічні викривлення в УМЗЧ відсутні, але такої ОС цілком достатньо для підтримки режимів вихідних транзисторів VT7 і VT8 в необхідних межах. УМЗЧ досить стійкий до ВЧ самозбудження. Простота схеми дозволяє його швидко демонтувати, оскільки допускається незалежне відключення харчування (-40 В) драйвера та кінцевих транзисторів (2 x 38 В). Повна симетрія підсилювача сприяє зниженню нелінійних спотворень і зниження чутливості до пульсація напруги живлення, а також додаткового придушення синфазних перешкод, що надходять на обидва входи УМЗЧ. Недолік підсилювача складається в значній залежності нелінійних спотворень від h21е застосованих транзисторів, але якщо транзистори будуть мати h21 вих = 70 Вт) дорівнює 1,7 В (ефективне значення).

На транзисторах VT1 і VT2 виконаний джерело (генератор струму), що почуває диференціальний каскад (драйвер). Величину цього струму 20 … 25 мА встановлюють підлаштування резистором R3 (470 Ом). Оскільки від цього струму залежить і ток спокою, то і для термостабілізаціі останнього транзистор VT1 розміщений на тепловідвід одного з транзисторів вихідного каскаду (VT7 або VT8). Збільшення температури тепловідводу вихідного транзистора відповідно передається розміщеним на цьому тепловідвід транзистору VT1, при нагріванні ж останнього відбувається зниження негативного потенціалу на базі транзистора VT2. Це прізакривает транзистор VT2, струм через нього зменшується, що відповідає зменшенню струму спокою вихідних транзисторів VT7 і VT8. Таким чином і здійснюється стабілізація струму спокою вихідних транзисторів при значному нагріванні їх тепловідводів. Незважаючи на уявну простоту реалізації такої термостабілізаціі, вона є досить ефективною і жодних проблем в надійності УМЗЧ не було. Дуже зручно контролювати струми диференціальних транзисторів (VT3 і VT4) з падіння напруги на резистора R7 і R15 або R21 і R26. Підлаштування резистор R11 – балансувальний, служить для встановлення нульового потенціалу на гучномовця (На виході УМЗЧ).

Схема вузла захисту гучномовців (рис.7) виконана за традиційною схемою.

Рис.7 - Схема узла защиты громкоговорителей

Оскільки була обрана конструкція розміщення УМЗЧ в роздільних корпусах, то й вузли захисту акустичних систем у кожного УМЗЧ були свої. Схема захисту АС проста і надійна, цей варіант пройшов тривалу перевірку в багатьох конструкціях і зарекомендував себе як хороший і надійний, не раз "рятує" життя дорогих гучномовців. Задовільною роботою схеми можна вважати спрацьовування реле К1 при подачі постійної напруги 5 В між точками А і Б. Дуже просто це перевірити за допомогою регульованого блоку живлення (із змінним вихідним напругою). У різних конструкціях застосовувалися різні типи реле, так само змінювався та напруга блоку живлення цього вузла в межах 30-50 В (для великих значень цієї напруги слід замінити транзистори VT1 і VT2 на більш високовольтні екземпляри, наприклад КТ503Е та ін)

Перевага для використання в блоці захисту слід віддавати примірників реле з найбільш сильнострумовій групами контактів, з великою площею поверхонь дотику контактів. А ось реле РЕЗ-9 або РЕЗ-10 взагалі застосовувати не слід – при великих вихідних потужностях УМЗЧ вони починають вносити свої "неповторні" забарвлення в посилений сигнал. Блок захисту АС живлять від окремого випрямляча, причому необхідно виключити будь-які гальванічні з'єднання цього блоку з УМЗЧ, за винятком лише датчиків вихідних напруг – точки А і Б підключені до виходів УМЗЧ.

Драйвери обох каналів можна живити від одного загального стабілізатора напруги. При цьому обидва канали УМЗЧ об'єднують в один корпус, а блоки живлення зібрані в іншому корпусі. Природно, тут широке полі вибору для кожного конкретного випадку, кому що більше підходить в конструктивному виконанні. Схема одного з варіантів стабілізатора для живлення драйверів зображена на рис.8.

Рис.8 - Стабилизатор для питания драйверов

На транзисторі VT1 зібраний генератор струму, що живить транзистор VT2, необхідну напругу на виході стабілізатора встановлюють підлаштування резистором R6. Слід підкреслити, що від напруги цього стабілізатора залежить в першу чергу максимальна вихідна потужність УМЗЧ. Але збільшувати напругу понад 50 В не рекомендується із-за можливого виходу з ладу транзисторів VT3 і VT4 драйвера. Сумарне напруга стабілізації стабілітронів повинно бути в межах 27-33 В. Струм через стабілітрони підбирається резистором R4. Резистор R1 обмежувальний (по струму), запобігає виходу з ладу регулюючого транзистора VT2. Остання цілком ймовірно в процесі налагодження, при цьому підвищення харчування драйвера зможе вивести весь УМЗЧ з ладу. Після налагодження УМЗЧ резистор R1 у стабілізаторі можна замкнути відрізком проводу, а можна цього і не робити, оскільки драйвери споживають струм всього лише трохи більше 50 мА – вплив резистора R1 на параметри стабілізатора незначні при малих навантажувальних токах.

При блокової конструкції доведеться повністю поділяти харчування обох УМЗЧ, в тому числі і драйверів. Але в будь-якому випадку для живлення драйвера необхідний окремий випрямляч зі своєю обмоткою в трансформаторі. Схема випрямляча зображена на рис.9.

Рис.9 - Схема блока питания усилителя

У кожному каналі УМЗЧ використовується свій трансформатор харчування. Такий варіант конструктивного виконання має кілька переваг у порівнянні з традиційним використанням одного трансформатора. Перше, що вдається, так це зменшити висоту блоку в цілому, оскільки розміри (висота) мережевого трансформатора значно знижується при роздягнених живлять трансформаторах для кожного УМЗЧ. Далі, легше виробляти намотування, оскільки діаметр намотувальних проводів без шкоди для потужності УМЗЧ можна знижувати в 1,4 рази. У зв'язку з цим і мережеві обмотки можна включати протівофазно для зменшення мережевих наведень (Це дуже допомагає компенсувати випромінювання полів трансформаторів, особливо при розміщенні в одному корпусі з УМЗЧ інших схем підсилювачів – блоків тембрів, регулювання гучності і т.п.). Поділ живлять ланцюгів вихідних транзисторів УМЗЧ дозволяє збільшити і якість відтвореного сигналу, особливо на низьких частотах (перехідні спотворення в каналах на НЧ також знижуються). Для зниження рівня інтермодуляціонних активів, що не мережевим харчуванням, у трансформатори введені електростатичні екрани (один шар проводи, намотаного виток до витка).

У всіх варіантах конструкцій УМЗЧ використані тороідальні магнітопроводи для трансформаторів. Намотування проводилася вручну за допомогою човників. Можна порекомендувати і спрощений варіант конструкції блока живлення. Для цього використовують фабричний ЛАТР (добре підходить девятіамперний екземпляр). Первинна обмотка як найважча в процесі намотування – вже готова, необхідно лише намотати екранну обмотку і всі вторинні і трансформатор чудово буде працювати. Вікно у нього достатньо просторе для розміщення обмоток для обох каналів УМЗЧ. Крім того, при цьому можна драйвери і усілітеліфазоінвертори живити від загальних стабілізаторів, "зекономивши" в цьому випадку дві обмотки. Недолік такого трансформатора – велика висота (окрім, звичайно ж, та перелічених вище обставин).

Тепер про деталі. Встановлювати низькочастотні діоди (на кшталт Д242 і їм подібних) для живлення УМЗЧ не слід – збільшаться спотворення на високих частотах (від 10 кГц і вище), крім того в схеми випрямлячів були додатково внесені керамічні конденсатори, які дозволяють знизити інтермодуляціонних викривлення, які викликаються зміною провідності діодів у момент їх комутації. Таким чином знижується вплив мережевого живлення на УМЗЧ при його роботі на високих частотах звукового діапазону. Ще краще йде справа з якістю при шунтування електролітичних конденсаторів в сильнострумовій випрямлячах (вихідні каскади УМЗЧ) неелектролітіческімі. При цьому на слух і перше і друге доповнення схем випрямлячів досить виразно сприймалося суб'єктивної експертизою – перевіркою на слух роботи УМЗЧ, відзначалася більш природна його робота під час відтворення декількох ВЧ-складових різних частот.

Про транзисторах. Замінювати транзистори VT3 і VT4 гіршими за частотними властивостями примірниками (КТ814, наприклад) не варто, коефіцієнт гармонік зростає при цьому не менш, ніж у два рази (на ВЧ-ділянці і того більше). На слух це дуже добре помітно, середні частоти відтворюються неприродно. З метою спрощення конструкції УМЗЧ у вихідному каскаді використані складові транзистори серії КТ827А. І хоча вони, в принципі, досить надійні, їх все ж таки необхідно перевіряти на максимально витримувати (у кожного примірника воно своє) напруга колектор-емітер (мається на увазі пряму напругу Uкеmax. Для закритого транзистора). Для цього базу транзистора з'єднують з емітером через резистор 100 Ом і подають, плавно збільшуючи, напруга: на колектор – плюс, на емітер – мінус. Екземпляри, виявляють протікання струму (межа амперметра – 100 мкА) для Uке = 100 В не придатні для даної конструкції. Вони можуть працювати, але це не надовго … Екземпляри ж без таких "витоків" працюють надійно роками, не створюючи жодних проблем. Схема стенда для випробувань зображена на мал.10.

Рис.10 - Стенд для испытаний выходных транзисторов Рис.11 - Замена выходных транзисторов

Природно, що параметри серії КТ827 бажають бути кращими, особливо це стосується їх частотних властивостей. Тому їх замінювали "складовими" транзисторами, зібраними на КТ940 і КТ872. Необхідно лише відібрати КТ872 з можливо великим h21е, оскільки у КТ940 недостатньо великий Iкmax. Такий еквівалент просто відмінно працює в усьому звуковому діапазоні, а особливо на високих частотах. Схема включення двох транзисторів замість одного складеного типу КТ827А зображена на рис.11. Транзистор VT1 можна замінити на КТ815Г, a VT2 – практично будь-яким потужним (Pк> 50 Вт і з Uе> 30.

Резистори застосовані типів С2-13 (0,25 Вт), МЛТ. Конденсатори типів К73-17, К50-35 та ін Налагодження правильно (без помилок) зібраного УМЗЧ полягає в установці струму спокою транзисторів вихідного каскаду УМЗЧ – VT7 і VT8 в межах 40-70 мА. Дуже зручно контролювати значення струму спокою з падіння напруги на резистора R27 і R29. Струм спокою задають резистором R3. Близьке до нульового постійне вихідна напруга на виході УМЗЧ встановлюватися балансувальні резистором R11 (домагаються різниці потенціалів не більше 100 мВ).

Л І Т Е Р А Т У Р А 1. Сухов Н.Є. та ін Техніка високоякісного звуковідтворення – Київ, "Техніка", 1985
2. Сухов Н.Є. УМЗЧ високої вірності. – "Радіо", 1989 – № 6, № 7.
3. Сухов Н.Є. До питання про оцінку нелінійних спотворень УМЗЧ. – "Радіо", № 5. 1989.

© Радіохоббі, № 4, 2000 р.

Розміщено на нашому сайті з офіційного дозволу Миколи Сухова і журналу Радіохоббі.