В различной литературе усилителей мощности ЗЧ описано большое количество схем, но особенность данного УМЗЧ является его индуктивная коррекция входного каскада усилителя, а также симметричная структура, что в конечном итоге позволяет получить значительное превосходство по качеству звучания перед аналогичными УМЗЧ построенными по другой схеме.
Усилитель мощности, схема которого приведена на рис. 1, содержит практически один каскад усиления напряжения - транзисторы VT5, VT6 и трехкаскадный усилитель тока - VT7-VT12 с симметричной структурой, обеспечивающий на номинальной нагрузке сопротивлением 4 Ом мощность не менее 70 Вт. Такое схемное решение позволило получить очень хорошие переходные характеристики и широкую полосу пропускания. По мнению автора и других участников сравнительных прослушиваний, усилитель очень чисто и натурально воспроизводит ударные инструменты и сложные звуки (например, хоровой музыки).
Каскад усиления напряжения представляет собой обычный каскодный усилитель - структуры ОЭ-ОБ, только в симметричном исполнении. Он дополнен входным повторителем на полевых транзисторах, снижающим требования к цепям смещения входного каскада. Его температурная стабилизация обеспечена совместной работой диодов VD3- VD6 и VD8-VD11. Фазово-частотную коррекцию в усилителе осуществляет местная ООС - катушка индуктивности L1, включенная в эмиттеры входных транзисторов, и резистор R12.
Рис.1.
Индуктивность во входном каскаде играет заметную роль для исключения интермодуляционных искажений при наличии в сигнале надтональных и высокочастотных составляющих [1]. Попытки скорректировать усилитель любым другим способом сказываются ухудшением звука - заметно уменьшаются прозрачность и объемность. Правда, у такого способа коррекции есть тот недостаток, что катушка чувствительна к магнитным наводкам. Поэтому ее желательно наматывать на кольцевом магнитопроводе либо экранировать (лучше и то, и другое). В этом каскаде обязательно должны быть установлены два элемента — резисторы R15 и R18. Без них усилитель возбуждается, и транзисторы оконечного каскада могут выйти из строя. Причем без ООС это происходит даже быстрее, чем с ней.
Для упрощения цепей смещения и температурной стабилизации выходных транзисторов усилитель тока выполнен с токовой разгрузкой выходного каскада: транзисторы VT11, VT12 работают с отсечкой (в классе С), но предыдущая пара транзисторов работает непосредственно на нагрузку через очень низкое сопротивление резисторов R20, R21 (1 Ом) и тем самым полностью исключает переключательные искажения. Такое построение каскада позволяет использовать в цепи смещения (VD7) обычный стабилитрон (его ТКН - около -0,11 %/°С) и не заботиться о стабилизации тока выходных транзисторов. Кроме того, и частотные характеристики получаются высокими, так как p-n переходы база-эмиттер выходных транзисторов зашунтированы резисторами, и емкости переходов перезаряжаются с максимально возможной скоростью.
Детали
Конструктивно усилитель выполнен на печатной плате, кроме выходных транзисторов (VT7—VT12), размещенных на радиаторах без дополнительной изоляции. Сами же радиаторы должны быть изолированы. В качестве катушки индуктивности L1 (400 мкГн) автор использовал два последовательно включенных высокочастотных дросселя ДПМ-0,1 с индуктивностью по 200 мкГн. Кроме указанных на схеме элементов в УМЗЧ можно применить следующие детали: VT3, VT4 - транзисторы КТ972Б, КТ973Б; VT9, VT10 - КТ819В, КТ818В: VT11, VT12 - КТ8101Б, КТ8102Б; VD1, VD2 - КС175А; VD3-VD6, VD8-VD11 - серии КД522 или другие аналогичные.
Подбор пары комплиментарных полевых транзисторов VT1, VT2 осуществляют раздельно следующим образом. В цепь истока каждого из них (между выводами истока и затвора) включают по два маломощных кремниевых диода (в прямом направлении), выполняющих роль источника напряжения смещения; в цепь стока включают миллиамперметр. При подаче на них напряжения питания в пределах 4...9В (соответствующей структуре транзистора полярностью) измеряют ток стока. Пригодна пара транзисторов с током покоя 1...2 мА и различием токов не более чем 15 %, хотя элементы установки нуля на выходе (R2, R3) позволяют использовать пары транзисторов и с большей разницей в токах.
Настройка
Настраивают УМЗЧ подбором резистора R5 до получения примерно одинакового тока (по 5...6 мА) для транзисторов VT3-VT6 в прогретом состоянии. При этом необходимо установить минимальное относительно общего провода смещение на выходе усилителя подстроенным резистором R3. На первом этапе базы транзисторов VT9, VT10 лучше отключить от эмиттеров VT7, VT8 и подключить их к выходу усилителя либо отключить коллекторные цепи питания VT9—VT12. Ток покоя транзисторов VT7, VT8 в этом случае составляет порядка 10...13мА.
После этого нужно проверить падение напряжения на стабилитроне VD7, желательно, чтобы оно было чуть меньше нормы, ближе к 3В (подобрать стабилитрон). Затем, отключив питание, восстановить исходные соединения, и после подачи напряжения питания проверить ток покоя транзисторов VT9, VT10 Он должен находиться в пределах 150...200 мА. При сильном нагреве этих транзисторов (из-за большего тока) целесообразно установить резисторы R20. R21 с большим сопротивлением. Для создания необходимого напряжения смещения возможно применение и регулируемого аналога стабилитрона по известной из многих публикаций
Рис.2.
Если нет возможности собрать усилитель с полевыми транзисторами, то входной каскад можно собрать с использованием ОУ (рис. 2). В этой модификации УМЗЧ в выходном каскаде сопротивление резисторов R20, R21 увеличивают до 3...4 Ом. Качество работы такого усилителя несколько хуже, но "звучание" его все же значительно лучше, чем у похожего по структуре УМЗЧ из [2]. Вдобавок он абсолютно устойчив, тогда как упомянутый прототип трудно "угомонить".
К электронным устройствам защиты от выхода из строя мощных транзисторов усилителя автор относится с некоторым предубеждением ввиду комплексного характера сопротивления нагрузки и поэтому ограничился лишь установкой в цепях питания для каждого из двух усилителей быстродействующих плавких предохранителей на 5А, расположенных в блоке питания. Выпрямители для каждого из каналов стереоусилителя должны быть отдельными, а емкость конденсаторов фильтров не менее 10 000 мкФ. После налаживания обеспечиваются следующие параметры усилителя: номинальная мощность на нагрузке 4 Ом - не менее 70 Вт, полоса усиливаемых частот - 20....20 000 Гц, гармонические искажения - не более 0,01 %. Номинальное входное напряжение - около 2В, но увеличением сопротивления резистора R4 чувствительность УМЗЧ можно повысить.
Б. Левицкий
Литература:
- Витушкин А., Телеснин В. Устойчивость усилителя и естественность звучания. - Радио. 1980, №7, с. 36 - 37.
- Гумеля Е. Качество и схемотехника УМЗЧ. - Радио,1985, № 9, с. 31 — 35.
