УМЗЧ с усилителем напряжения по схеме с общей базой. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Усилители мощности транзисторные

 Комментарии к статье

До недавнего времени среди радиолюбителей была популярна классическая структура усилителя мощности [1], в которой дифференциальный каскад на входе УМЗЧ нагружен на каскад  усиления напряжения с транзистором по схеме с общим эмиттером, за которым следует каскад усиления мощности, как правило, представляющий собой двух- или трехступенчатый усилитель тока. Такая структура и теперь является базовой для интегральных микросхем УМЗЧ.

За последние четыре десятка лет эта схема мало изменилась, ее варианты умножились за счет распространения мощных полевых транзисторов. Она обеспечивает необходимые параметры, измеряемые малыми значениями нелинейных искажений, легко поддающиеся расчету выходную мощность и коэффициент усиления. Вполне объяснима целесообразность применения входного  дифференциального каскада, обеспечивающего высокую стабильность всего устройства в статическом режиме. Выходной каскад, представляющий собой двух- или трехступенчатый эмиттерный повторитель, вносит минимальные гармонические искажения при почти полном, соизмеримым с напряжением питания (правильнее сказать, с его половиной) размахом напряжения на выходе устройства. Сложнее обстоят  дела с усилителем напряжения - драйвером. За 60-летний период существования биполярного транзистора его включение по схеме с общим эмиттером (ОЭ) неплохо изучено, выявлены все его сильные и слабые места, что и послужило его применению во всех аналоговых и цифровых устройствах в широком диапазоне частот, а также в усилителях постоянного тока.

К недостаткам транзисторного каскада по схеме с ОЭ стоит отнести низкую температурную стабильность и далеко не самый линейный режим усиления. И то, и другое в большинстве устройств устраняется разного рода отрицательными обратными связями, которые снижают динамические характеристики каскада и его коэффициент усиления. Кроме того, ухо слушателя за эти годы привыкло к звуку классического транзисторного усилителя, и большинство слушателей новых требований не предъявляют.

Рис. 1

В описываемом УМЗЧ (его схема на рисунке) драйверный каскад собран на биполярных   транзисторах   VT6,   VT7, включенных по схеме с общей базой (ОБ). Такой каскад имеет лучшую частотную характеристику и позволяет получить большую амплитуду сигнала на выходе, так как напряжение насыщения у транзистора, включенного по схеме с ОБ, меньше, чем у аналогичного каскада с включением транзистора по схеме с ОЭ.

Конечно, каскад по схеме с ОБ также не лишен недостатков. Он не обеспечивает усиления по току, поэтому ток нужно усилить в предшествующем ему дифференциальном каскаде, который можно собрать на составных транзисторах.

На входе устройства имеется фильтр R1C3, не пропускающий сигналы с частотой выше 100 кГц, с него сигнал поступает на инвертирующий вход УМЗЧ через аналог неполярного оксидного конденсатора в виде С1, С2. На точку соединения этих конденсаторов подано поляризующее напряжение смещения через резистор R2. На этот же вход поступает сигнал ООС с выхода устройства через резистор R14. Ток через каждое плечо дифференциального каскада, как и коллекторный ток каскада усиления напряжения, равен 3 мА. При всех своих недостатках инвертирующий усилитель известен своей большей устойчивостью по сравнению с неинвертирующим фазу сигнала.

Выходной каскад, состоящий из двух ступеней эмиттерного повторителя, имеет несколько нестандартный узел стабилизации тока покоя и температурного режима на транзисторах VT8 и VT9. Он обеспечивает стабилизацию тока покоя первой ступени выходного каскада, а следовательно, и напряжения на резисторе R15. Это. соответственно, приводит к стабилизации тока покоя транзисторов VT12 и VT13, в эмиттерных цепях которых имеются проволочные резисторы R16 и R17. Как показала многолетняя авторская практика, такая схема стабилизации позволяет заметно снизить переключательные искажения, приводящие к появлению гармоник высокого порядка, свойственных "транзисторному звучанию". Автор более десятка лет использует в своей конструкторской и ремонтной практике это техническое решение [2], и оно вполне себя оправдывает. Плавная "ступенька" хорошо отслеживается цепями ООС, приближая работу выходного каскада к так называемому режиму экономичного класса А, что делает субъективное восприятие воспроизведения звукового сигнала легче и прозрачней Штриховыми линиями показана схема при использовании сетевого трансформатора без вывода средней точки во вторичной обмотке В этом случае резисторы R20 и R21 в цепи питания обязательны, резистор R22 следует заменить проволочной перемычкой, а предохранитель FU3 исключить.

Кратко о параметрах усилителя. При чувствительности 2 В описываемый УМЗЧ обеспечивает на нагрузке сопротивлением 8 Ом синусоидальную мощность 120 Вт При использовании нагрузки сопротивлением 4 Ом следует удвоить число выходных транзисторов вместе с резисторами в их эмиттерных цепях, тогда можно будет получить выходную синусоидальную мощность до 180...200 Вт. Осциллографическое наблюдение через активный режекторный фильтр, подавляющий на 40 дБ основную гармонику синусоидального сигнала, показало, что уровень гармонических искажений составляет примерно 0,03 °о При указанных на схеме номиналах резистора R14 цепи ООС и резистора на входе R3 коэффициент усиления равен 26 дБ.

Для монтажа усилителя использована макетная плата, на которой собраны дифференциальный каскад и усилитель напряжения для двух каналов Их цепи питания плюсовой и минусовой полярности соединены "звездой" на выводах конденсаторов С5, С6 соответственно
Весь выходной каскад был собран на общем теплоотводе вместе с узлом стабилизации тока выходного каскада Важно, чтобы мощные транзисторы каждого канала (VT10-VT13) были установлены на общий теплоотвод, а транзисторы VT8 и VT9 цепи токовой и термостабилизации имели бы с ними тепловой контакт (их можно смонтировать на выводах транзисторов VT10 и VT11) Цепи питания выходного каскада также соединены "звездой" на выводах конденсаторов С7, С9 и С8, СЮ соответственно.

Сетевой трансформатор Т1 должен быть габаритной мощностью не менее 250 Вт с вторичной обмоткой, рассчитанной на напряжение 70 В при токе не менее 3,5 А с выводом средней точки (или без него - с учетом указанных выше изменений).

Все транзисторы выходного каскада должны быть установлены на теплоотводе площадью не менее 1200 см2 (на один канал).

Вместо оксидных конденсаторов С1, С2 можно применить один пленочный (полиэтилентерефталатный) конденсатор емкостью 1...2,2мкФ на напряжение 63 В (К73-16, К73-17), исключив, естественно, резистор поляризации R2. Емкость блокировочных конденсаторов С7, С8 можно увеличить до 1 ...2,2 мкФ.

Налаживание усилителя следует начать с проверки правильности монтажа и его соответствия принципиальной схеме. В авторском варианте дифференциальный каскад и усилитель напряжения собраны на отдельной плате, поэтому сначала был проверен именно этот узел без подключения его к выходному каскаду. Для этого коллекторы транзисторов VT6 и VT7 и правый по схеме вывод резистора R14 временно соединили вместе. После подачи на усилитель питания в этой точке соединения напряжение не должно превышать 1О...15мВ. Также полезно проверить токи плеч дифференциального каскада и усилителя напряжения на соответствие указанным на схеме значениям.

После проверки следует подключить усилитель напряжения к выходному каскаду включив вместо одного из предохранителей (FU2 или FU3) миллиамперметр, и, подав напряжение питания, убедиться в том, что потребляемый ток всего устройства не более 150...200 мА (как правило, он не более 100 мА). Также необходимо убедиться в том, что на выходе устройства напряжение близко к нулю.

Затем, подключив к выходу УМЗЧ резистор сопротивлением 8 Ом и осциллограф, необходимо подать на вход УМЗЧ сигнал прямоугольной формы, чтобы с помощью осциллографа на разных уровнях сигнала убедиться в отсутствии самовозбуждения или существенных выбросов на перепадах напряжения. Если таковое все-таки присутствует, то необходимо увеличить емкость конденсатора С4 (в авторском варианте усилитель устойчив и без него).

Следует иметь в виду, что сразу после включения ток покоя выходных транзисторов должен быть в пределах 70...90 мА. Однако после получасового прогрева он должен подняться до 120... 150 мА и стабилизироваться.

Литература

1. Данилов А. А. Прецизионные усилители низкой частоты. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004, с. 56, 57.
2.  Сапожников М. Доработка УМЗЧ с нестандартным включением ОУ. - Радио 2000, №8, с. 17.

Автор: М. Сапожников, г. Ганей-Авив, Израиль; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Усилители мощности транзисторные.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Нанорешетка прочнее титана 13.02.2025

Создание легких и прочных материалов всегда было одной из ключевых задач для инженеров и ученых. Особенно актуальна эта проблема для аэрокосмической отрасли, где снижение веса конструкций может привести к значительной экономии топлива и повышению эффективности. Традиционные материалы, такие как алюминий и титан, обладают ограничениями, а углеродное волокно, хотя и является прорывным материалом, не всегда может обеспечить необходимые характеристики. И вот, исследователи из Университета Торонто представили революционный материал, который может кардинально изменить ситуацию. Ученые разработали уникальный материал, который сочетает в себе легкость и высочайшую прочность. Секрет этого достижения заключается в использовании наноструктурированных материалов, которые имитируют природные формы, такие как кости, ракушки или соты. Эти формы обеспечивают равномерное распределение нагрузки, предотвращая образование слабых мест, где может начаться разрушение. Для поиска оптимальных форм исслед ...>>

Отцовство меняет мозг 13.02.2025

Беременность - это удивительный период, полный перемен и адаптации, не только для будущей матери, но и для отца. Долгое время считалось, что изменения в мозгу происходят только у женщин, связанные с гормональными и физиологическими процессами вынашивания и рождения ребенка. Однако, новые исследования показывают, что мозг мужчины также претерпевает значительные трансформации в этот период, хотя и менее очевидные. Ученые выявили, что у мужчин, готовящихся стать отцами, увеличивается количество серого вещества в определенных областях мозга. Речь идет о зонах, которые отвечают за родительскую мотивацию, эмпатию и внимание. Эти изменения связаны с гормональной перестройкой организма мужчины, что способствует формированию тесной связи с ребенком еще до его рождения. Интересно, что подобные изменения наблюдаются и у женщин, но в их случае они более интенсивны и обусловлены физиологическими процессами беременности и родов. Эти трансформации в мозгу родителей являются результатом нейропла ...>>

Система помощи водителю God's Eye 12.02.2025

Китайская компания BYD представила свою новую усовершенствованную систему ADAS под названием "Глаз Бога" (God's Eye), которая обещает стать настоящим прорывом в области автомобильных технологий. Особенностью системы "Глаз Бога" является то, что компания BYD планирует оснащать ею все свои модели, даже самые доступные. Это может кардинально изменить ситуацию на рынке электромобилей, сделав передовые функции помощи водителю доступными для более широкого круга потребителей. Система "Глаз Бога" имеет три уровня, каждый из которых разработан для разных моделей автомобилей и ценовых категорий. Система начального уровня God's Eye C ориентирована на доступные автомобили BYD, включая хэтчбек Seagull, стоимость которого в Китае начинается от 69 800 юаней (примерно 8610 евро). Эта недорогая система использует кластер из трех камер, расположенных за лобовым стеклом, и работает на базе платформы DiPilot 100, имеющей вычислительную мощность 100 TOPS. God's Eye C включает в себя 12 камер (три с ...>>

Случайная новость из Архива Спирт вместо бензина 01.01.2013 Станет ли воздух больших городов чище, если автомобили перейдут с нефтяного горючего на биологическое этиловый спирт? Ведь сгорающий спирт дает только воду и углекислый газ, без окислов серы и азота. Непреднамеренный эксперимент, проводимый каждый год в самом крупном городе Бразилии Сан-Паулу, показывает, что для улучшения атмосферы нужно, чтобы "спиртовых" машин было много. В Сан-Паулу около шести миллионов автомобилей, из них полтора миллиона способны ездить и на бензине, и на спирте. Цена бензина регулируется государством независимо от мировых цен на нефть и стабильна весь год, а цена на спирт колеблется, падая каждый раз после сбора урожая сахарного тростника. Поэтому практически все автовладельцы, способные переключиться на спирт, делают это на несколько месяцев каждый год. Бразильские экологи проанализировали данные о загрязнении воздуха, регулярно собираемые на 22 станциях по городу. Оказалось, что в "спиртовой сезон" качество воздуха не улучшается, то есть для того, чтобы эффект стал заметным, на спирте должно работать более четверти парка машин.

Другие интересные новости:

▪ Очки от укачивания

▪ Приемник разных протоколов связи

▪ Диск нашей галактики искривлен по краям

▪ Солнечные торнадо помогут зеленой энергетике

▪ Птичий грипп в жидком азоте

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Должностные инструкции. Подборка статей

▪ статья Большой круг кровообращения. История и суть научного открытия

▪ статья Когда был изобретен механический дифференциал? Подробный ответ

▪ статья Прораб. Должностная инструкция

▪ статья Основы биогазовых технологий. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Марганцовка очищает воду. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025