На рис. 1 наведена узагальнена структурна схема підсилювача потужності звукової частоти (УМЗЧ). Дана схема побудована на базі добре відомого підсилювача [1]. Автор запропонував дуже хороший УМЗЧ, але, на мій погляд, принципова схема цього підсилювача кілька громіздка і її можна дещо спростити. Завдання кожного розробника полягає в правильному поєднанні отримання необхідних характеристик якості роботи пристрою та необхідних для їх реалізації витрат. Не потрібно ускладнювати схему заради незначного поліпшення якості, що призводить до невиправданих витрат. Перевагою кожної схеми є її простота.

Рис. 1. Узагальнена структурна схема УМЗЧ

Принципова електрична схема підсилювача потужності звукової частоти (УМЗЧ) наведена на рис. 2.

Вихідна потужність підсилювача складає не менше 75 Вт на навантаженні 4 Ом. Смуга відтворюваних частот – 3 Гц .. 100 кГц.

Вхідний каскад підсилювача потужності виконаний на операційному підсилювачі типу КР140УД1101. Цей операційний підсилювач відноситься до швидкодіючим. Частота одиничного посилення становить 15 МГц, швидкість наростання вихідної напруги – 50 В / мкс. Це дуже непоганий операційний підсилювач і, головне, дешевий. Операційний підсилювач включений в інвертуючому включенні. Ланцюг негативного зворотного зв’язку, що охоплює весь підсилювач і визначальна його коефіцієнт посилення, утворюється за допомогою резисторів R1, R4. Конденсатор С10 служить для формування необхідної АЧХ підсилювача. Для зниження статичних помилок необхідно витримувати рівність сумарних опорів, що включаються в ланцюгах інвертуючого і неінвертірующего входів. Для цієї мети неінвертуючий вхід операційного підсилювача посаджений на землю через резистор R2.

Для точної установки нуля на виході підсилювача потужності використовується ланцюг, утворена резисторами R6, R8. Для усунення високочастотних наведень на вхід підсилювача конденсатор С1 спільно з резистором R1 утворюють ФНЧ. При інвертуючому включенні ОУ рекомендується використовувати ланцюг R3C7, яка збільшує швидкість наростання вихідної напруги до 150 В / мкс. Через обмежену швидкості відгуку великого сигналу з ростом частоти знижується амплітуда неспотвореного вихідного сигналу, цей ланцюжок дозволяє практично збільшити її втричі. Харчування операційного підсилювача здійснюється стабілізованою напругою 15 В, яке стабілізується за допомогою стабілітронів VD1, VD2. Напруга джерела живлення подається на стабілітрони через резистори R14, R15, службовці для обмеження струму через стабілітрон.

Рис. 2. Електрична принципова схема УМЗЧ

Так як максимальна амплітуда вихідного сигналу операційного підсилювача обмежена напругою його живлення, а крайовий каскад підсилювача потужності, як відомо, не підсилює по напрузі, то максимальна амплітуда на виході такого підсилювача буде обмеженою, навіть якщо крайовий каскад запитан в два рази більшою напругою. Для усунення цього недоліку перед крайовим каскадом необхідно використовувати додатковий каскад посилення по напрузі. В якості такого каскаду в даному підсилювачі використовується абсолютно симетричний підсилювач напруги, верхнє плече якого утворено транзисторами VT4, ѴТЗ, ѴТ5, нижнє-транзисторами ѴТ1, ѴТ2, ѴТ7.

Цей підсилювач напруги володіє високою лінійністю за рахунок симетричності структури. Критерій вибору даних транзисторів – максимальна гранична частота одиничного посилення. Додатково для транзисторів VT1, VT2 … VT4 – малий коефіцієнт шуму. Ланцюжки R12C13 і R10C12 призначені для усунення порушення підсилювача напруги на високих частотах. Діоди VD3, VD4, VD5 – для прискорення перехідних процесів при виході підсилювача з перевантаження. Стабілітрон VD6 затримує включення транзисторів VT5, VT7 на час зарядки накопичувальних конденсаторів, щоб до моменту їх включення напруга харчування операційного підсилювача досягало режиму його роботи і вони увійшли в нормальний режим. Вхідний каскад і підсилювач напруги розділені через резистор R5. Ланцюг початкового зсуву на бази транзисторів кінцевого каскаду виконана на транзисторі VT6.

Енергетична ефективність підсилювача в основному залежить від економічності кінцевого каскаду, так як каскади попереднього підсилення споживають від джерела живлення незначну енергію. Крайовий каскад виконаний на транзисторах: верхнє плече – VT8, VT10, VT12 і нижнє – на VT9, VT11, VT13. Для зменшення падіння напруги на р-п переходах транзисторів кінцевого каскаду при протіканні великих струмів транзистори VT10 і VT12, VT11 і VT13 з’єднані в паралель. При цьому струм колектора кожного транзистора зменшується вдвічі. Кожен транзистор кінцевого каскаду охоплений негативними місцевими зворотними зв’язками, утвореними резисторами R29, R30 … R32. Так само весь крайовий каскад охоплений загальною негативною зворотної зв’язком за допомогою R25, С25.

Конденсатори С18, С20 запобігають появі динамічної асиметрії вихідного каскаду. На виході встановлений дросель L1 для виключення будь-яких паразитних впливів на вихідний каскад.

   Конструктивні особливості

Дросель намотується на каркас діаметром 12 мм у два шари. Товщина дроту – 1 мм, довжина намотування – 25 мм. На транзистори VT8, VT9 слід повісити маленькі радіатори. Транзистори ѴТ10, Ѵ12 і ѴТ11, Ѵ13 винесені з друкованої плати на радіатори. Транзит-стор ѴТ6, на якому виконана ланцюг початкового зсуву робочої точки, для кращої термостабілізації винесений з друкованою плати та закріплений на одному з радіаторів кінцевого каскаду. Живлення від джерела живлення подається на колектори вихідних транзисторів кінцевого каскаду, від них на друковану плату підсилювача потужності.

Струм спокою кінцевого каскаду слід встановлювати в межах 75 … 95 мА, оскільки при меншій величині погіршуються частотні властивості потужних транзисторів. При першому запуску підсилювача потужності рекомендується включити в ланцюг колекторів потужних транзисторів резистори по 4 Ом 5 ​​Вт, ці резистори обмежать струм колекторів і тим самим врятують транзистори кінцевого каскаду у разі якихось несправностей. Якщо при першому запуску ваш підсилювач збуджується, то слід перевірити RC-ланцюга: R12C15, R10C14, R25C25 і конденсатор СЮ.

Даний підсилювач має відмінну перехідною характеристикою, здатний працювати на низькоомних навантаження близько 2 Ом, добре відпрацьовує стрибок у вигляді сходинки завдяки широкій смузі пропускання.

Слід зазначити, що на шляху проходження НЧ сигналу в підсилювачі немає розділових конденсаторів, не рахуючи вхідного СЗ, ко * торий можна також виключити, що дозволить без ослаблення і внесення фазових спотворень посилювати НЧ сигнал. Таким чином, даний підсилювач володіє ідеальною фазочастотной характеристикою.

Автор статті – М. Путирскій. Стаття опублікована в PJ1, N ° 9,2002 р.