УМЗЧ з вихідним каскадом на польових транзисторах.

У журналі "Радіо" досить детально розглядалися особливості побудови вихідних каскадів УМЗЧ на польових транзисторах, підкреслювалися їх переваги перед каскадами на біполярних транзисторах [1, 2, З]. Однак радіоаматори беруться за їх виготовлення вкрай рідко. Пов'язано це, на мій погляд, не тільки з тим, що радикального зниження спотворень у всьому діапазоні відтворюваних підсилювачем частот можна домогтися при використанні в його вихідному каскаді комплементарних пар МДП-транзисторів [4], а потужних польових транзисторів з каналом р-типу наша промисловість поки не випускає, але і з тим, що доступні для повторення УМЗЧ з вихідними каскадами на МДП-транзисторах з каналом п-типу мають істотні недоліки – необхідність стабілізованого джерела живлення [1, 2] або недостатня вихідна потужність [З].

У публікується нижче статті увазі читачів пропонується опис УМЗЧ, в якому ці недоліки відсутні.

Основні технічні характеристики

Номінальна (максимальна) вихідна потужність на навантаженні опором 4 Ом, Вт

45(65)

Коефіцієнт гармонік%, нс більш, в діапазоні частот, Гц;

20…5000

0,003

5000…20000

0,01

Номінальна вхідна напруга, мВ

775

Номінальний діапазон частот, Гц, при нерівномірності АЧХ не більше 0,25 дБ

20…100 000

Швидкість наростання вихідної напруги. В / мкс, не менш

60

Відношення сигнал / шум, дБ

100

Принципова схема УМЗЧ показана на рис. 1.

Вхідний каскад виконаний на ОП DA1. Для збільшення амплітуди вихідної напруги застосовано управління вихідними транзисторами УМЗЧ по ланцюгах харчування ОУ [5]. Вихідний сигнал знімається з позитивного виведення харчування DA1 і через включений за схемою з ПРО транзистор VT1 подається на один із входів диференціального каскаду на транзисторах VT2, VT4. На другий його вхід надходить стабілізовану напругу з дільника, утвореного діодами VD2-VD5 і резистором R13.

У еміттерние ланцюга транзисторів диференціального каскаду включений джерело струму на транзисторі VT3, а їх колекторні струми управляють вихідними польовими транзисторами VT5, VT6. На відміну від підсилювачів [1, 2], в яких місцевої ООС охоплений тільки вихідний каскад, в даному УМЗЧ нею охоплена ціла група каскадів. Напруга ООС знімається з виходу підсилювача і через дільник R6R7 подається в ланцюг емітера вихідного транзистора ОУ (вивід 6). Стійкість охоплених колом ООС каскадів забезпечується завдяки тому, що всі вони, за винятком вихідного, майже не посилюють струм (вихідний каскад ОУ по Ставленню до сигналу ООС включений за схемою з ПРО, транзистор VT1 також включений за схемою з ПРО, коефіцієнт ж передачі струму диференціального каскаду не перевищує трьох, оскільки він охоплений місцевої ООС, і його вхід шунтований резистором R3 опором всього 300 Ом), а полюса їх АЧХ лежать на частотах, принаймні, в сто разів перевищують частоту полюса АЧХ вихідного каскаду.

Поєднання ООС, що охоплює групу каскадів, з місцевою ООС не тільки зменшує виникають у них спотворення, але і дозволяє Використовувати як навантаження диференціального каскаду резистори, а не джерела струму (звичайно, за умови застосування польових транзисторів з пороговим напругою не менше 3 В), Підсилювач охоплений, крім того, ланцюгом загальної ООС (R2, R4), Мінімальна її глибина (на частоті 20 кГц) становить 40 дБ, максимальна (на нижчих звукових частотах) перевищує 73 дБ, Частотна корекція по ланцюгу загальної ООС забезпечується ОУ при замкнутих висновках 1 і 8, а корекція випередження – ланцюгом R4C2, що компенсує полюс АЧХ УМЗЧ, що виникає через вплив вхідний ємності каскаду на польових транзисторах.

Ланцюжок VD1, HL1, HL2 виконує подвійну функцію: індикує перевантаження підсилювача і зменшує виникають при цьому перекручування сигналу.

Описуваний підсилювач не вимагає прийняття будь-яких спеціальних заходів для захисту вихідних транзисторів від коротких замикань у навантаженні, оскільки максимальна напруга між витоком і затвором тільки у два рази перевищує цей же напруга в режимі спокою і відповідає току через вихідний транзистор приблизно 9 А. А такий струм застосовані транзистори надійно витримують протягом того часу, який необхідно для перегорання запобіжників і відключення УМЗЧ від джерела живлення.

Термостабилизация струму спокою вихідних транзисторів забезпечується за рахунок теплової зв'язку (розміщення на одному теплоотводе) транзисторів VT3 і VT5. При підвищенні температури крутість характеристики і струм стоку польових транзисторів зменшуються, Ток ж транзисторів диференціального каскаду збільшується і компенсує цю нестабільність. Причому відносна зміна струму диференціального каскаду при зміні температури транзистора VT3 залежить від напруги на його емітері або базі. Таким чином, підбираючи число і тип діодів VD2, VD3, включених між базою цього транзистора і плюсом джерела харчування, можна домогтися того, що струм спокою вихідних транзисторів практично не залежатиме від їх температури,

В якості попереднього УМЗЧ використаний підсилювач з багатосмугових регулятором тембру, зібраний за схемою, показаної на рис. 2.

Такі пристрої неодноразово описувалися в літературі [6, 7]. ОУ DA1 є повторителем напруги, що погоджує регулятор гучності з вхідним опором другого каскаду підсилювача на ОП DA2, що виконує функції власне регулятора тембру. Активні фільтри регулятора налаштовані на 40, 100, 300, 1000 Гц і 3, 7.5, 16 кГц. На схемі показані фільтри на 40 Гц і 16 кГц. Ємності конденсаторів С4-С13 п'яти інших фільтрів рівні відповідно 1 і 0,027 мкФ; 0,33 і 0,01 мкФ;

0,1 мкФ і 2700 пФ; 0,027 мкФ і 1200 пФ; 9100 і 560 пф. На ОУ DA3 зібраний підсилювач напруги, що підвищує рівень вхідного сигналу 200 мВ до рівня вхідної напруги УМЗЧ 775 мВ.

Підвищувати напругу в каскаді на ОУ DA1 не рекомендується, оскільки це викличе збільшення спотворень, що виникають в активних фільтрах. Коефіцієнт гармонік регулятора тембру може досягти і навіть перевищити величину коефіцієнта гармонік УМЗЧ, що, звичайно ж, небажано. У випадку більшого вхідної напруги регулятора тембру в активних фільтрах потрібно використовувати не прості еміттерние повторювачі, а повторювачі напруги з меншими спотвореннями, наприклад, на ОУ або на двох транзисторах різної структури.

Конденсатор С1 обмежує рівень ультразвукових складових сигналу, що надходить на вхід УМЗЧ. Єдина особливість включення ОУ в цьому підсилювачі – це шунтування (з метою зменшення спотворенні) транзисторів їх вихідних каскадів резисторами R2, R5, R8.

Харчується передпідсилювач від двополярного параметричного стабілізатора напруги на транзисторах VT8, VT9. На стабілізатор напруга живлення подається від спільного з УМЗЧ джерела через зменшують амплітуду пульсації однозвенная RC-фільтри (на схемі не показані).

Передпідсилювач і УМЗЧ змонтовані на загальній друкованої плати з фольгированного стеклотекстолита розмірами 100х102, 5 мм. На рис. 3 показана половина плати, на якій зібрано один канал стереофонічного підсилювача (деталі передпідсилювача позначені штрихами). Друга половина повністю їй ідентична. Активні фільтри змонтовані на окремій платі. Вихідні транзистори встановлені на тепловідвід з площею охолоджуючої поверхні 400 кв. см.

До теплоотводу транзистора VT5 приклеєний транзистор VT3. Резистори R14 і R15 припаяні безпосередньо до виводів транзисторів VT5 і VT6. Світлодіоди HL1, HL2 розміщені на лицьовій панелі підсилювача, фільтр R16C4L1 – у вихідного роз'єму УМЗЧ.

В підсилювачі можна використовувати будь-які постійні резистори, немає яких-небудь особливих вимог і до конденсаторів, за винятком працюють в передпідсилювачі конденсаторів С2-С15, які повинні бути високочастотними (Наприклад, К73, МБМ, МБГІ з ТКЕ М750, Ml 500 і відхиленням ємності не більш ± 10%). Змінні резистори активних фільтрів (див. рис. 2) – СПЗ-двадцять третім. Котушка L1 намотана в один шар на тороідальному каркасі із зовнішнім діаметром 20, внутрішнім 10 і висотою 10 мм і містить 28 витків дроту ПЕВ-2 1,0.

У передпідсилювачі, крім зазначених на схемі, можна застосувати й інші універсальні. ОУ. Не рекомендується тільки використовувати ОУ з малою швидкістю наростання вихідної напруги, такі як К140УД2 і К140УД9, Транзистори активних фільтрів КТ3102ЕМ можна замінити КТ3102Г, КТ342В.

У УМЗЧ бажано використовувати ОУ КР544УД2А, як самий широко. смуговий вітчизняний ОУ з внутрішньої частотної корекцією. Транзистори КТ3108А замінні КТ313А, КТ313Б, а КП912Б-КП912А і КП913, КП920А.

Налагодження УМЗЧ зводиться до встановлення струму спокою транзисторів вихідного каскаду в межах 200 … 300 мА підбором резисторів R9 і R10. Високої його термостабільності можна добитися, як зазначалося вище, зміною напруги на базі транзистора VT3 підбором числа і типу діодів VD2, VD3.

А. ІВАНОВ

м. Іваново

(Радіо № 9,1988 р., с. 33-35)

ЛІТЕРАТУРА

1. Ільїн В., Янковський Р. Польові транзистори в вихідному каскаді підсилювача потужності .- Радіо, 1983, № 2, с. 54 – 55.
2. Борисов С. МДП-транзистори в підсилювачах НЧ .– Радіо, 1983, № II, с. 36-39.
3. Н. Якименко. Польові транзистори в мостовому УМЗЧ .- Радіо, 1986, № 9, с, 38, 39
. 4. Дмитрієв М., Феофілактов Н. Схемотехніка підсилювачів потужності Еч. – Радіо, 1985. № 6. с. 25-28.
б. Дмитрієв М., Феофілактов Н. ОУ в підсилювачах потужності .- Радіо, 1986, № 8, с. 42-46.
6. Зиков Н. Багатосмугові регулятори тембру .- Радіо, 1978. № 5, с. 40-41.
7. Лексин Віктор і Валентин. Багатосмуговий з аналогами LC-фільтрів .- Радіо, 1979, № 10, с. 20-27.