Звукотехника, усилитель с много петлевой ООС, УМЗЧ

Усилители Зуева, УМЗЧ с многопетлевой отрицательной обратной связью

Усилитель с много петлевой ООС

Журнал Радио 1984 № 11 и № 12 автор: Зуев

Исследования заметности искажений, вносимых транзисторными усилителями мощности 34 [1], показали, что она находится в прямой зависимости от величины коэффициента гармоник. В частности, такое неприятное явление, как "транзисторное звучание", полностью исчезает при коэффициенте гармоник менее 0,03 %. Получить столь низкое значение коэффициента гармоник можно только при достаточно большой глубине отрицательной обратной связи (ООС). Однако увеличение глубины общей ООС снижает быстродействие усилителя (скорость нарастания его выходного напряжения) и может привести к динамическим искажениям [2]. Линеаризации усилителя НЧ и одновременное снижение глубины общей ООС, рекомендуемые в [3], повышают быстродействие усилителя, но получить таким путем коэффициент гармоник 0,03 % сложно, так как линеаризации подвергаются, как правило, предварительные каскады, а основным источником нелинейных искажений в усилителе мощности 34 является выходной каскад. Анализ свойств ООС [4] позволил сделать вывод о том, что малый коэффициент гармоник при высокой скорости нарастания сигнала и хорошей устойчивости усилителя можно получить введением многопетлевой (многоканальной) ООС. Усилитель мощности с такой ООС и предлагается вниманию читателей в публикуемой ниже статье. Достоинствами усилителя являются также эффективная электронная триггерная защита от перегрузок и коротких замыканий на выходе и хорошая повторяемоеть, выражающаяся в том, что его технические характеристики не зависят от разброса усилительных параметров применяемых транзисторов.

Основные технические характеристики

Номинальный диапазон частот. Га, при неравномерности ЛЧХ не более +0,25 дБ . . . 20...20 000

Номинальное сопротивление нагрузки, Ом- .... 4

Номинальная (максимальная) выходная мощность, Вт, при сопротивлении нагрузки, Ом:

4 .......... 70(100)

8 ......... 40(60)

Диапазон частот, Гц, при выходной мощности -3 дБ от номинальной...... 5...100 000

Скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс. не менее ...... .... 15

Коэффициент гармоник, %, не более, при номинальной выходной мощности на частоте, Гц:

20...5000 - 0,001

10 000 - 0,003

20 000 -  0,01

Коэффициент гармоник, %, не более, при выходной мощности 0,25...70 Вт, в диапазоне частот 20...20 000 Гц . . . 0,01

Номинальное входное напряжение. В......... 1

Входное сопротивление, кОм, не менее, в полосе частот 20...20 000 Гц...... 47

Выходное сопротивление, Ом, не более, в полосе частот 20...20 000 Гц при отключенной катушке L3..... 0,001

Выходное сопротивление. Ом, не более, в полосе частот 20...3000 Гц при подключенной катушке L3..... 0.1

Максимально допустимая емкость нагрузки, мкФ ... 0,1

Относительный уровень шума, дБ, не более, в диапазоне частот 20...20 000 .....-105

Относительный уровень фона. дБ, не более.....-105

Принципиальная схема усилителя мощности показана на рис. 1. Первый каскад собран на операционном усилителе (ОУ) DA1, остальные - на транзисторах (второй и третий - соответственно на VT1, VT3, четвертый - на VT8, VTI1 и VT10, VT12, пятый - на VT13, VT14). В четвертом (предоконечном) каскаде использованы напряжения R3, R6. В результате, независимо от разброса параметров примененных экземпляров транзисторов и ОУ, удалось получить очень малый коэффициент гармоник.

Версия для печати

Частотная коррекция по цепи общей ООС осуществляется в самом ОУ при замкнутых выводах 1,8. На частотах выше 1 МГц, где сигнал общей ООС ослабляется и приобретает большой фазовый сдвиг, устойчивость усилителя обеспечивается местной ООС, напряжение которой снимается с выхода ОУ и через цепь R5C3 подается на его инвертирующий вход.

Необходимо отметить, что добиться значительного снижения нелинейных искажений при введении общей ООС возможно только в том случае, если первый каскад усилителя (в нашем случае - ОУ) обладает достаточно малыми искажениями. В частности, совершенно недопустимо использовать в этом каскаде усилителя ОУ с нулевым током покоя выходного каскада (даже если ОУ - быстродействующий).

Несколько слов о назначении отдельных элементов усилителя.

Цепь RIC2 ограничивает полосу пропускания усилителя мощности частотой 100 кГц и, таким образом, ослабляет проникающие на его вход внешние высокочастотные помехи, цепь R2C1 определяет нижнюю частоту среза АХЧ усилителя (5 Гц на уровне -3 дБ). L3R34CI0 предотвращает его самовозбуждение на высоких частотах при емкостном характере нагрузки. Включенные в эмиттерные цепи транзисторов VT8. VTI0 резисторы R25. R27 повышают устойчивость работы предоконечного каскада, а безындукционные резисторы R28, R29 - выходного. Резистором R4 балансируют усилитель при его налаживании. Транзисторы VT4 и VT5 и резисторы R14, R15, R16 образуют цепь смещения выходного каскада. Резисторы R31, R32 в цепях эмиттеров транзисторов выходного каскада служат для температурной стабилизации тока покоя и одновременно являются датчиками тока для устройства зашиты усилителя от перегрузок.

Устройство защиты состоит из триггера на транзисторах VT6, VT7 и порогового элемента на транзисторе VT9. Работает оно следующим образом. Как только ток через любой из выходных транзисторов превысит 8...9 А. транзистор VT9 открывается, и его коллекторный ток открывает транзисторы триггера VT6, VT7. В результате закрываются транзисторы VT2. VT3. а вслед за ними и транзисторы VT8, VT10 и VT11 - VT14. Диоды VD7, VD8 защищают выходные транзисторы VT13, VT14 от напряжения обратной полярности, возникающего при срабатывании электронной защиты из-за появления ЭДС самоиндукции на катушке L3 и катушках фильтров акустической системы.

Состояние перегрузки индицирует светодиод VD5. Выходной каскад усилителя мощности находится в выключенном состоянии до тех пор. Пока не будет снято напряжение питания. Если причина перегрузки устранена, то при повторном включении работоспособность восстановится. В противном случае снова сработает защита, и выходной каскад будет отключен.

Достоинство рассмотренной системы защиты - ее высокое быстродействие (несколько микросекунд), повышающее эксплуатационную надежность усилителя. Однако перегрузка выходного каскада может быть вызвана не только чрезмерным уровнем входного сигнала, но и большой перегрузкой входа высокочастотной помехой, а также некоторыми неисправностями в цепи смещения выходных транзисторов В этих случаях через оба транзистора может потечь опасный для них сквозной ток. Порог срабатывания описанной системы защиты от сквозного тока в два раза ниже, чем по току каждого из плеч выходного каскада, поскольку он создает падение напряжения на двух резисторах R3I и R32, и это безусловно, повышает эффективность защиты усилителя от перегрузок. Порог срабатывания системы защиты по току регулируют подбором резистора R26.

Мри работе усилителя на нагрузку 8 Ом резистор R26 можно исключить, что снизит порог срабатывания системы защиты до 6...6.8 А.

Усилитель может питаться от нестабилизированного двуполярного источника питания напряжением (в режиме холостого хода) +36 В с допустимым током нагрузки 2 А и емкостью конденсаторов фильтра выпрямителя не менее 6000 мкФ. Уменьшение напряжения источника питания при номинальной выходной мощности усилителя не должно превышать 5 В. Работоспособность усилителя сохраняется при снижении напряжения питания до +25 В, при этом его номинальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом падает до 30 Вт.

Конструкция и детали. Детали усилителя размещены на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм (рис. 2). Транзисторы VT11, VT12 предоконечного каскада смонтированы на П-образных теплоотводах (рис. 3), установленных на печатной плате, выходные транзисторы (VT13, VT14) - на теплоотводах с площадью охлаждающей поверхности на каждый транзистор около 600 см2. К теплоотводу (в непосредственной близости от одного из этих транзисторов) приклеен и транзистор VT5.

В усилителе применены подстроечные резисторы СП4-1В (R4, RI6). постоянные резисторы МОН-1и (R28. R29. R34) и МЛТ (остальные, кроме R31, R32). Резисторы R3I, R32 выполнены ил нихромового провода диаметром 0.7...0,8 мм (отклонение их сопротивлений от номиналов, указанных на схеме, не должно превышать +5%). Конденсаторы C1, C5-С9 - КМ. остальные - КТ. Катушки L1, L2 намотаны на корпусах резисторов R28. R29 и содержат по 30 витков провода ПЭВ 1 0,2. Катушка L3 намотана на тороидальном (для уменьшения внешнего магнитного поля) текстолитовом каркасе с наружным диаметром 18 внутренним 11 и высотой 18 мм. Она содержит 35 витков провода ПЭВ-1 0,8, равномерно размещенных на каркасе в один слой.

Примененные в усилителе транзисторы КТ630Б (VT3, VT8) могут быть заменены на КТ630А. КТ630Г или на КТ602А, КТ602Б; KT36IK (VT1) - на КТ3107А. КТ3107Б. КТ3107И или на KT3I3A, КТ313Б. Диоды VD3. VD4 -любые из серий Д220. Д223, КД503, КД513, КД522; VD6 - любой кремниевый импульсный диод с допустимым обратным напряжением не менее 80 В и емкостью не более 20 пФ. Резисторы MOH l (R28, R29) можно заменить на резисторы C2-1 того же номинала. ОУ DA1 - любой из серии К544УД2 или К574УД1 (в последнем случае понадобится доработка печатной платы, поскольку для коррекции АЧХ ОУ необходимо дополнительно установить конденсатор емкостью 1,8 пФ, а для балансировки ОУ - подстроечный резистор с сопротивлением 3,3 МОм). При напряжениях питания усилителя не выше +30 В транзисторы КТ814Г и КТ815Г (VT11, VT12) можно заме нить на KT814B в KT8I5B, а КТ819ГМ и КТ818ГМ (VT13, VT14) - на KT8I9BM, KT8I9B и на KT8I8BM. KT8I8B соответственно.

Окончание следует....

П. ЗУЕВ г. Челябинск

ЛИТЕРАТУРА

1. Пикерсгиль А.. Беспало Н. Феномен "транзисторного" звучания,- Радио. 1981.А 12, С. 36 -38.

2 Зуев П. О динамических искажениях в транзисторных, усилителя НЧ. Радио. 73. М 8. с. 33-35.

3 Мяйоро. А. Динамические искажении в транзисторных усилителях НЧ.- Радио. 1976. М 4, с. 41. 42.

4 Артым А. Д. Усилители с обратной снизь ?.- Л.: Энергия, 1%

Не забываем!!!

Устройство защиты АС

Устройство защиты громкоговорителей 1

Устройство защиты громкоговорителей 2

Блоки питания для усилителей

 

 

Полезные и интересные статьи

На предыдущую страницу  На главную страницу  На следующую страницу