От редакции. Радон - радиотехнический сайт. Мы с удовольствием разместим ваши самостоятельные разработки, дорогие наши читатели. Сегодня свою конструкцию представляет Юрий UT5NC. Ждем поступления новых описаний.

Юрко Стрєлков-Серга UT5NC Україна, м. Вінниця, а/с 5000 ut5nc#mail.ru

ВИСОКОЯКІСНИЙ ПІДСИЛЮВАЧ ЗВУКОВОЇ ЧАСТОТИ НА ПОЛЬОВИХ ТРАНЗИСТОРАХ З КОМПЕНСУЮЧИМ ЗВОРОТНІМ ЗВЯ’ЗКОМ

Сьогодні вже важко здивувати любителів високоякісного звуковідтворення або вміючих тримати в руках паяльник конструкторів підсилювачами на польових транзисторах. Більшість таких апаратів, навіть кращих світових зразків, побудовані за традиційною схемою з диференціальним вхідним каскадом і великою кількістю додаткових елементів, що не беруть участі в підсиленні сигналу, але забезпечують часову і температурну стабільність. Не змінило докорінним чином традиційних схемних рішень і застосування в вихідних каскадах комплементарних польових транзисторів з різними типами провідності каналу.

В наслідку активних творчих пошуків і свідомого відходу від численних домінуючих стереотипних схемних рішень, мені вдалося створити свій власний оригінальний прототип підсилювача звукової частоти, що має мінімальну кількість електронних компонентів, високу стабільність, надійність, чудові технічні характеристики, здатний задовольнити вимоги навіть найвибагливіших музичних гурманів.

Основні параметри підсилювача при активному опорі навантаження 6 – 8 Ом наведені в таблиці.

 

Параметр	Значення	Номінал
Коефіцієнт підсилення по напрузі	раз	20
Максимальна вихідна потужність	W	40
Швидкість зростання вихідної напруги	V / µs	> 100
Діапазон відтворюваних частот	Hz	16 – 30000
Нестабільність середньої точки	mV	± 10
Напруга вихідних шумів (вхід замкнутий)	mV	< 10
Коефіцієнт нелінійних спотворень	%	0,05

 

При розробці підсилювача особливу увагу було приділено якісним показникам, максимальному коефіцієнту корисної дії (ККД) та мінімальній кількості використаних деталей, що дало змогу суттєво збільшити його надійність і полегшити повторення. Враховувалося також наявність і доступність деталей в торгівельній мережі, що значно знизило собівартість підсилювача.

Підсилювач (дивись схему) складається з вхідного каскаду на малопотужних польових транзисторах різного типу провідності VT1 і VT2 увімкнених по схемі з загальним витоком, навантаженням яких є резистори R2 і R3. Резистор R1 з’єднує брамки цих транзисторів з землею і визначає вхідний опір підсилювача, а разом з ємністю вхідного роздільного конденсатора C1 задає його частотну характеристику в низькочастотній ділянці звукового спектру. Транзистори VT3 і VT4 увімкнені по схемі з загальними базами, напруга на яких задається стабілітронами VD1 і VD2, і забезпечують розв’язку вхідних транзисторів від змінної складової їх вихідного сигналу, а також знижують надлишкову постійну напругу живлення на їх стоках. Транзистори VT5 і VT6 увімкнені по схемі з загальним колектором, їх переходи база-емітер являються елементами зміщення для транзисторів VT1 і VT2, а зміна постійної напруги на базах, з’єднаних через резистори R7 і R10 з виходом підсилювача, компенсує самочинний ухід середньої точки і ріст струму покою. Падіння постійної напруги на резисторах R2 і R3 відкриває потужні вихідні транзистори VT7 і VT8 на величину початкового струму стоку (струм покою), який визначає роботу підсилювача в класі AB.

Схема підсилювача працює наступним чином. Позитивна півхвиля вхідного сигналу через конденсатор C1 проходить на брамку транзистора VT1 і викликає збільшення його струму стоку, в наслідок чого збільшується падіння напруги на резисторі R2, що призводить до відпирання транзистора VT7 і появі позитивної півхвилі сигналу на виході підсилювача. Через подільник напруги на елементах R7, C2, R8, що задає коефіцієнт підсилення всього підсилювача, і емітерний повторювач на транзисторі VT5 частина вихідного сигналу подається на виток транзистора VT1, діючи як від’ємний зворотній зв'язок, що компенсує нелінійні спотворення огинаючої сигналу, а постійна напруга що знімається з резистора R11 стабілізує струм покою і середню точку. Підсилення негативної півхвилі вхідного сигналу і стабілізація параметрів відбувається аналогічним чином в нижній, симетричній верхній, половині схеми. Резистори R4 і R5 разом з вхідними ємностями транзисторів VT7 і VT8 утворюють фільтри нижніх частот, що обмежують верхню смугу пропускання підсилювача і усувають його самозбудження.

Монтаж підсилювача здійснюється на друкованій платі з одностороннього фольгованого склотекстоліту або гетинаксу розміром 115 ´63 мм і товщиною 2 – 3 мм. Нижче наведено малюнок друкованої плати з боку доріжок.

Налагодження підсилювача зводиться до встановлення підстроювальними резисторами R2 і R3 струму покою через вихідні транзистори, а також нульової напруги на виході підсилювача (середньої точки). Для цього резистори R2 і R3 встановлюють в середнє положення, вихід підсилювача навантажують на малопотужну лампу розжарювання напругою 24 – 36 Вольт і подають напругу живлення. При цьому лампа світитися не повинна, що говорить про вірний монтаж і справні деталі. Позмінно і плавно обертаючи обидва підстроювальних резистора в бік збільшення їх опору, досягають появи струму через транзистори VT7 і VT8 який контролюють цифровим мілівольтметром за падінням напруги на резисторі R11 або R12. Значення цієї напруги має бути в межах 15 – 20 mV, що відповідає струму покою 75 – 100 mA. Якщо середня точка на виході підсилювача зміщена в бік плюсу, її встановлюють підстроювальним резистором R2, якщо вона зміщена в бік мінусу, її встановлюють підстроювальним резистором R3. Знову контролюють струм покою вихідних транзисторів і при необхідності повторюють операцію ще раз.

Підсилювач зберігає свою працездатність при напрузі живлення від ±15 до ±30 Вольт. Необхідно лише застосувати блок живлення на струм не менше 5 Ампер, стабілітрони VD1 і VD2 на напругу рівну половині живлення і конденсатори C5 і C6 на відповідну робочу напругу. При частому використанні підсилювача на максимальну потужність в великих приміщеннях або на відкритих майданчиках, слід збільшити потужність резисторів R11 і R12 до 5 Ватт. При цьому номінали цих резисторів можна знизити до 0,1 Ом, а струм покою підсилювача збільшити до 150 – 200 мА.

Вхідні транзистори VT1 і VT2 повинні мати рівні або близькі початкові струми стоків I_DSS. Транзистори VT5 і VT6 можуть бути замінені, відповідно, на транзистори 2SC9015 і 2SC9014 без будь-якого погіршення параметрів підсилювача. Вихідні транзистори VT7 і VT8 необхідно підібрати з близькою напругою відкривання каналу V_GS(to) яка для цього типу транзисторів може бути від 3 до 4 Вольт. Це можна зробити безпосередньо при покупці, домовившись з продавцем і застосувавши простий саморобний або промисловий пристрій. Крім транзисторів, зазначених на схемі, добре паруються також транзистори типу IRFP9240 з p-каналом і IRFP240 з n-каналом. Вихідні транзистори необхідно встановлювати на радіатори, що мають відповідну до потужності площу, через спеціальні ізоляційні слюдяні або тефлонові прокладки. Резистори R2 і R3 багатообертові прецизійні типу СП3-39А, СП5-2 або подібні. Електролітичні конденсатори C2 і C3 застосовані неполярного типу. При використанні імпульсного блоку живлення конденсатори C5 і C6 слід зашунтуватибезіндукційними конденсаторами ємністю 0,1 – 1,0 мкФ. Резистори R11 і R12 не дротяні, типу Fuse, що обриваються при перевантаженні.

Одна з головних особливостей схеми підсилювача полягає в тому, що вихідний сигнал, підсилений потужними транзисторами, знімається з їх стоків, котрі не являються керуючими електродами. Це дозволило значно знизити специфічні спотворення, що викликаються дією проти-ЕРС звукової котушки гучномовця на вихідні транзистори, якщо сигнал знімається з їх витоків або емітерів. Таким чином, даний підсилювач за принципом роботи прирівнюється до лампового, однак значно переважає його економічністю, шириною смуги відтворюваних частот, швидкодією і надійністю, не говорячи вже про нелінійні і фазові спотворення та затрати на комплектуючі.

Важливою властивістю більшості польових транзисторів є те, що при перегріві провідність їх каналу зменшується, відповідно падає крутизна характеристики і струм стоку, що автоматично захищає їх від теплового пробою. Ще одна властивість польових транзисторів, застосованих в вихідному каскаді підсилювача – це їхня квадратична перехідна характеристика, завдяки якій зменшуються нелінійні спотворення при великих рівнях вихідної потужності та не виникають парні гармоніки сигналу. Чим більший струм протікає через транзистори VT7 і VT8, тим більшими стають їх крутизна характеристики і коефіцієнт підсилення, і тим більш глибоким стає від’ємний зворотній зв’язок.

При вмиканні підсилювача в мережу, до моменту досягнення половини напруги живлення на конденсаторах C5 і C6 стабілітрони VD1 і VD2 виявляються запертими, а разом з ними всі транзистори, відпирання яких відбувається плавно і одночасно в обох половинах схеми, що повністю усуває характерне для багатьох подібних конструкцій неприємне клацання в гучномовці. З цієї причини підсилювачу не страшні аварійні вимкнення і вмикання напруги живлення навіть під час роботи на повній вихідній потужності.

Підсилювач випробовувався в роботі з різними джерелами сигналу і різними гучномовцями, при змінних температурах оточуючого середовища, і показав свою високу надійність, відмінні вихідні і динамічні характеристики, і рекомендується для повторення любителям високоякісного домашнього або професійного звуковідтворення. Блок регулювання гучності, тембрів і балансу можна виконати по схемі, опублікованій на сайті http://cxem.net/sound/tembrs/tembr14.php з використанням спеціалізованої мікросхеми TDA1524A. При необхідності в схему можна додати також підсилювач мікрофонного сигналу, виконаного по будь-якій відомій схемі. Розташування деталей на платі підсилювача показано на малюнку нижче.

Збільшити лінійність підсилювача і ще більше знизити коефіцієнт нелінійних спотворень можна паралельним увімкненням в кожне плече двох вихідних транзисторів і юстировкою (підгонкою номіналу) одного з резисторів R8 або R9 в колі зворотного зв’язку. Якщо вилучити перехідний конденсатор C1 схему можна перетворити на потужний лінійний двохполярний підсилювач постійного струму для систем автоматики, телемеханіки і керування.