УМЗЧ на польових транзисторах

Я. ТОКАРЄВ, м. Москва

У нашій редакційній пошті нерідкі листи з проханням про публікацію описів УМЗЧ на польових транзисторах. Відповідаючи побажанням наших читачів, пропонуємо нескладний підсилювач потужності. Він відрізняється широкої смугою пропускання і лінійністю навіть при розімкнутого ланцюга загальної ООС. Схемотехніка підсилювача дозволяє при необхідності збільшити його вихідну потужність або знизити допустимий опір навантаження.

Описуваний УМЗЧ з потужними польовими транзисторами відрізняється високою температурною стабільністю, має малий струм спокою, не боїться замикань у навантаженні, є досить стійким і надійний. До особливості пропонованої конструкції можна віднести обмежений вихідний струм і у зв'язку з цим необхідність використання гучномовців з номінальним опором 8 або 16 Ом.

Технічні характеристики підсилювача

Номінальна вихідна потужність на навантаженні 8 Ом, Вт …………………….. 32

Чутливість, В. …………. 1

Вхідний опір, кОм …… 20

Глибина ООС на частоті 20 кГц, дБ ……………….. 36

Коефіцієнт гармонійних спотворень при Рвих = 8 Вт на частоті 20 кГц,%, не більше ……………… 0,015

Відношення сигнал / шум підсилювача не вимірювалося, але поблизу АС помітного шуму під час використання УМЗЧ не прослухується.

Основна особливість пристрою – використання високочастотних генераторних польових транзисторів з горизонтальною структурою каналу (КП904А). Як відомо з [1], цей тип МДП транзисторів відрізняється щодо лінійної передавальної характеристикою і високою швидкодією. Проте порівняно невисока крутість характеристики і підвищений опір у відкритому стані обмежують максимальний струм транзистора.

Як з'ясувалося з експериментів з транзисторами КП904А, кривизна початкового ділянки їх прохідний характеристики незначна, і при струмі спокою близько 30 мА прохідна характеристика вихідного каскаду вже досить лінійна, тому комутаційні спотворення виявляються дуже низькими. Щодо малі значення ємностей цих транзисторів дозволяють відмовитися від їх форсованої перезарядки.

Транзистори серії КП904 перспективні і як підсилювач напруги, тому що дають значне лінійне посилення і швидкодію при відсутності ефекту насичення. Завдяки їх досить лінійним характеристиками спотворення в такому підсилювачі не мають широкого спектру гармонік, який буває з біполярними транзисторами.

Сам підсилювач охоплений загальною ООС середньої глибини, яка на всіх звукових частотах практично не зменшується. Корекції "вперед" або "назад", які призводять до перевантаження на імпульсному сигналі або знижують швидкісні характеристики, в ньому не використані.

Схема УМЗЧ наведена на рис. 1. Вхідний сигнал після ФНЧ R2C1 приходить на один з входів диференціального підсилювача, виконаного на транзисторах VT1-VT4. Застосування складових транзисторів підвищує лінійність вхідного каскаду і його вхідний опір. Генератор струму каскаду виконаний на VT5; діоди VD2, VD3 і резистор R11 задають його ток, а резистор R12 покращує симетрію плечей каскаду на високих частотах. Сам цей генератор живиться напругою, що визначаються стабілітронів VD1. Диференціальний підсилювач при струмі спокою 3 мА має спад коефіцієнта підсилення на 1 дБ на частоті близько 360 кГц (вхідна ємність подальшого каскаду – близько 300 пФ).

З виходу першого каскаду протівофазние сигнали підведені до затвора потужних польових транзисторів VT6, VT7 другого диференціального каскаду – основного підсилювача напруги. Потужні транзистори КП904А тут використані тому, що при струмі стоку VT7 20 мА вони мають високу крутизну характеристики і велика посилення: на частоті 1920 кГц – близько 170. Каскад розвиває напругу до 25 Вефф. Струм спокою підібраний для забезпечення високої швидкості наростання вихідної напруги і лінійності.

З виходу підсилювача напруги сигнал надходить на затвор транзистора VT11 потужного через емітерний повторювач на VT9, а на затвор транзистора VT12 нижнього вихідного каскаду він приходить через фазоінверсниі каскад, виконаний на VT10. Резистор R23 підібраний таким чином, щоб коефіцієнт передачі обох плечей вихідного каскаду був суворо однаковий. Елементи R29-R31, СЗ задають глибину ООС УМЗЧ за постійним і змінному струму, а конденсатор С4 використаний для фазової корекції петлі ООС. Елементи L3, С23, R27, R28 забезпечують нормальну роботу підсилювача при комплексному характері навантаження на високих частотах.

Цей УМЗЧ при заданій глибині загальної ООС досить стійкий. В якості експерименту глибина ООС в ньому була тимчасово збільшена до 54 дБ і коефіцієнт посилення знижено до 2 при випаянном С4 – і в цьому разі нестійкості не виявилося.

Схема джерела живлення наведена на рис. 2. Як видно, він гранично простий. Слід звернути увагу на те, що конденсатори фільтру живлення розміщені на платах кожного каналу УМЗЧ. Таким чином, у кожного каналу виходить свій фільтр, розташований поблизу вихідного каскаду. Резистори R2-R5 (0,5 Ом) обмежують кидок струму під час включення в мережу і забезпечують деяку додаткову розв'язку підсилювачів. Такий спосіб рекомендовано в [2].

Пристрій захисту для УМЗЧ не розроблялося, а реле на виході УМЗЧ не використовується з огляду на те, що клацання перехідного процесу при включенні ледве чутний.

Слід мати на увазі, що більш дорогі транзистори серії 2П904А, що мають менший розкид параметрів, в описуваному підсилювачі доцільно використовувати в другому диференціальному каскаді. Схема приставки для вимірювання початкового струму стоку наведена на рис. 3. Транзистори з великим початковим струмом, як правило, мають і велику крутизну.

Трохи про монтаж підсилювача. Друкована плата під даний підсилювач не розроблена, виготовлено лише двухка-нальниі макет з об'ємним монтажем. При монтажі або самостійною розводці друкованої плати варто звернути увагу на ряд важливих моментів.

Загальний провід ланцюгів живлення (показаний на схемі потовщеною лінією) і загальний провід сигнальних ланцюгів (тонкої лінією) розділені між собою резистором 10 Om (R33).

На схемі в ланцюзі витоку VT12 включений діод VD8, зашунтірованний танталові конденсатори С22. Ці елементи слід встановлювати лише в тому випадку, якщо конкретний екземпляр VT12 КП904А буде мати початковий струм стоку вище 5 мА; в такому разі ця "підставка" буде просто необхідна. Але все ж таки набагато краще буде встановити на місце VT12 екземпляр з початковим струмом стоку менше 5 мА, а транзистори з великим струмом встановити у верхнє плече або диференційний підсилювач.

Не зайве буде нагадати і про те, що при монтажі всі висновки елементів і провідники треба намагатися робити якомога коротше, а силові – товщі. Важливо, щоб сток VT11 і витік VT12 (або діодний "підставка") були приєднані безпосередньо до висновків конденсаторів фільтра, довжина провідників тут повинна бути мінімальна.

Вихідні транзистори VT11, VT12 розташовані на окремих ребристих теплотводах розмірами 90x65x50 мм, що використовувалися в блоках рядкової розгортки МС-3 телевізорів. Товщина пластини тепловідведення – 5 мм, і для кріплення корпусу транзистора потрібно тільки рассверліть отвір діаметром 8,5 мм.

Транзистор VT8 також треба ставити на тепловідвід, який в авторському варіанті являє собою дві платівки з дюралюмінію розмірами 40x25x2 мм, підкладений з обох сторін монтажної плати та скріплені гвинтом. При монтажі ці пластини виявляються з'єднаними з колектором VT8, на якому діє напруга великої амплітуди посиленої сигналу. Тому такий тепловідвід слід розмістити подалі від вхідних ланцюгів підсилювача. Пластини можна ізолювати від транзистора, але не варто з'єднувати їх із загальним дротом або корпусом, так як утворюється значна паразитна ємність навантаження, яка може істотно знизити швидкість наростання вихідної напруги каскаду.

В підсилювачі можна застосовувати резистори МЛТ-0, 125, але в позиціях R6-R9 краще застосувати прецизійні резистори С2-14, С2-29 з допуском не більше 1% або звичайні, підібрані за допомогою омметра.

Конденсатори С1, С4 – КТ-1; С2, СЗ, С6, С9, С18-С21 – К73-17; С7, С22 – К53-4; С23 – К73-9. Оксидні конденсатори С5, С8 на напругу 1963 В – фірми JAMICON. Конденсатори СЮ-С17 – малогабаритні імпортні НРЗ, але підійдуть і більш великі – JAMICON.

Дроселі L1, L2 – Д 1-0,1 із серії ДПМ або аналогічні індуктивністю 200 … 500 мкГн на-струм 100 мА. Котушка L3 намотана на резисторі МЛТ-2 (R27) виток до витка і містить 20 витків дроту ПЕВ-2 0,8 мм.

Про налагодженні підсилювача. Подавши харчування, слід перевірити, чи відповідають режими по постійному струму зазначеним на схемі. Струм другого диференціального каскаду (40 мА) у разі помітного відхилення можна змінювати підбором резистора R11. Якщо напруга на резистора R8, R9 сильно відрізняється (більше ніж на 20%), це свідчить про істотне розходження параметрів транзисторів VT6, VT7; бажано підібрати їх більш точно. Вибором резистора R17 встановлюють струм спокою вихідних транзисторів 30 … 40 мА.

Далі УМЗЧ навантажують на еквівалент навантаження опором 8 Ом і, подавши на вхід з генератора 34 сигнал частотою 1 кГц та амплітудою 1 В, перевіряють наявність на виході синусоїдального сигналу амплітудою близько 16 В. Причиною істотного відхилення від цього значення або спотворень форми сигналу зазвичай є помилка в монтажі або використання несправних елементів.

Далі, тимчасово відключивши конденсатор С1, подають на вхід УМЗЧ через конденсатор К73-17 ємністю 1,5 мкФ сигнал "меандр" з розмахом близько 0,25 В і частотою 100 кГц; підбором конденсатора С4 домагаються мінімальної амплітуди і тривалості перехідного коливального процесу. Після цієї перевірки конденсатор С1 встановлюють на місце. Може виявитися так, що конденсатор взагалі не потрібен. На цьому налаштування можна вважати завершеною.

Підсилювач відрізняється природним, відкритим і легким звучанням музичних інструментів, а малі спотворення сприяють детальної передачу просторової сцени і мікродінамікі звукових образів. В якості гучномовців з підсилювачем використовувалася AC S-90D.

ЛІТЕРАТУРА

1. Дьяконов В. П. та ін Схемотехніка пристроїв на потужних польових транзисторах. – М.: Радіо і зв'язок, 1994.

2. Атаєв Д. І., Болотников В. А. Практичні схеми високоякісного звуковідтворення. МРБ. – М.: Радіо і зв'язок, 1986.

Радіо № 8, 2002 р., с. 13-14.