Технические характеристики
Максимальная
среднеквадратичная мощность:
при RH = 4 Ом: 60 Вт
при RH = 8 Ом: 32 Вт
Рабочий диапазон
частот: 15 - 100000 Гц
Коэффициент
нелинейных искажений:
при f = 1 кГц, Рвых
= 60 Вт, RH = 4 Ом, 0,15 %
при f = 1 кГц, Рвых
= 32 Вт, RH = 8 Ом, 0,08 %
Коэффициент
усиления: 25 - 40 дБ
Входной импеданс: 47 кОм
В усилителе
мощности звуковой частоты класса АВ, описанном в этой статье, применяются в
выходном каскаде пара комплементарных полевых МОП транзисторов. Эта особенность
позволяет улучшить рабочие характеристики по сравнению с эквивалентным выходным
каскадом на биполярных транзисторах и позволяет упростить схему драйвера.
Драйвер работает в линейном режиме класса А.
Описанный усилитель
отдает эффективную мощность порядка 60 Вт на 4-омную нагрузку, при
напряжении питания ±30 В. Ширина рабочей полосы частот превышает 100 кГц, но
может быть изменена выбором соответствующих номиналов в цепях коррекции.
Использование
разделенных шин питания дает заметное снижение пульсаций источника питания и
позволяет непосредственно подключить нагрузку. Выходные транзисторы включены по
схеме с общим стоком (истоковый повторитель). Это дает двойное преимущество:
снижается возможная паразитная генерация в мощном выходном каскаде, так как
коэффициент усиления по напряжению составляет меньше единицы; исключается
положительная обратная связь от теплоотвода, на котором устанавливается
транзистор, так как вывод стока, электрически соединенный с корпусом, находится
под постоянным напряжением.
Симметричность
выходного напряжения достигается подачей на затвор n-канального транзистора VT5
напряжения отрицательной обратной связи по постоянному сигналу с выхода
усилителя. Использование цепи обратной связи С4, R8, R9 также позволяет
предварительному каскаду на транзисторе VT4 работать при практически постоянном
токе, что улучшает линейность каскада схемы управления. Диод VD1 работает как
"подпорка" для цепи отрицательной обратной связи, ограничивая
положительное напряжение на затворе VT5. Это позволяет поддерживать симметрию
сигнала при подключении нагрузки.
Транзистор VT3 и
резисторы R11, R12, R13 обеспечивают напряжение смещения для выходных
транзисторов, переменный резистор R12 служит для регулирования выходного тока
покоя изменением порогового напряжения. В схеме имеется температурная
стабилизация тока покоя, так как напряжение эмиттер-база биполярного
транзистора VT3 и пороговые напряжения двух МОП транзисторов имеют температурный
коэффициент, равный 0,3%.
Транзистор VT4
работает в режиме класса А при номинальном токе покоя 5 мА, определяемом
номиналами резисторов R8, R9. Сигнал на VT4 подается от дифференциальной пары
VT1, VT2. Ток покоя входного каскада составляет 2 мА и устанавливается
резистором R3. Сигнал отрицательной обратной связи подается с выхода усилителя
на базу VT2 через резистор R6.
Элементы R7, С2
определяют коэффициент усиления при замкнутой цепи обратной связи усилителя и
обеспечивают увеличение коэффициента усиления на низких частотах. Дополнительные
элементы R15, С7, включенные между выходом и общим проводом, подавляют
высокочастотный отклик выходного каскада, приводя к тому, что высокочастотные
характеристики усилителя определятся характеристиками входного каскада.
Элементы R1, R2, С1, на входе усилителя определяют входной импеданс (47 кОм) и
служат для подавления высокочастотных помех.
Дополнительное
подавление пульсаций напряжения источника питания, подаваемого на входной
каскад, осуществляется элементами R4, СЗ.
Дополнительные элементы схемы предназначены для обеспечения высокой
стабильности всего усилителя.
Значения их
номиналов будут в некоторой мере зависеть от топологии печатной платы.
При разработке
печатной платы нужно следовать нижеприведенным правилам:
1. Следует применять
принцип "общей земли", т.е. блокировочные конденсаторы источника
питания, элементы цепей смещения и входного каскада должны располагаться в
непосредственной близости к поверхности земляной шины печатной платы, устраняя
тем самым воздействие тока через общую шину. Аналогично нужно подключать
нагрузку, резистор обратной связи и элементы высокочастотной коррекции к общей
точке (именно точке) печатной платы;
2. Длина
соединительных проводников к затворам МОП транзисторов VT5, VT6 должна быть
минимальной во избежание паразитной генерации в мощном выходном каскаде. Для
подавления паразитной генерации можно увеличить номинал резистора R10, но
слишком большая величина резистора будет ограничивать скорость нарастания
выходного напряжения. Генерацию в усилителе, вызываемую емкостной связью в базе
транзистора VT4 можно убрать изменением номинала резистора R14;
3. Сдвиг фазы в усилителе при
работе на реактивную нагрузку может Приводить к нестабильной работе на высоких
частотах. При емкостной нагрузке генерацию на высоких частотах устраняет
дроссель (без ферромагнитного сердечника). При активном сопротивлении нагрузки
8 Ом и емкости 2 мкФ индуктивность дросселя будет составлять 3 мкГн.
Схема блока питания
Настройка
Маловероятно, что какой-либо опытный
экспериментатор буде иметь трудности при достижении удовлетворительных
результатов при построении усилителя по этой схеме. Главные проблемы, которые
следует предусмотреть - это неправильная установка элементов и повреждение МОП
транзисторов при неправильном обращении с ними или при возбуждении схемы. В
качестве руководства дл экспериментатора предлагается следующий перечень
контрольных проверок для поиска неисправностей:
1. При сборке печатной платы сначала установите
пассивные элементы и убедитесь в правильном включении полярности
электролитических конденсаторов. Затем установите транзисторы VT1 ...VT4. И,
наконец, установите МОП транзисторы, избегая статического заряда, замыкая
одновременно выводы на землю и используя заземленный паяльник. Проверьте
собранную плату на правильность установки
элементов. Для этого будет полезно пользоваться расположением элементов,
показанном на рис. 2 Проверьте печатные платы на отсутствие замыканий припоем
дорожек и, если они есть, удалите их. Проверьте узлы паек визуально и
электрически с помощью мультиметра и переделайте, если это необходимо.
2. Теперь на усилитель может быть подано
напряжение питания и выставлен ток покоя выходного каскада (50...100 мА).
Потенциометр R12 сначала устанавливается по минимальному току покоя (до отказа
против часовой стрелки на топологии платы рис. 2). положительную ветвь питания
включается амперметр с пределом измерения 1 А. Вращением движка резистора R12
добиваются
показаний амперметра 50...100 мА. Установка тока покоя может быть выполнена без
подключения нагрузки. Однако, если нагрузочный динамик включен в схему, он
должен быть защищен предохранителем от перегрузки по постоянному току. При
установленном токе покоя приемлемое значение выходного напряжения смещения
должно быть меньше 100 мВ.
Излишние или беспорядочные изменения тока
покоя при регулировке R12 указывают на возникновение генерации в схеме или
неправильное соединение элементов. Следует придерживаться рекомендаций, описанных
ранее (последовательное включение в цепь затвора резисторов, минимизация длины
соединительных проводников, общее заземление). Кроме того, конденсаторы
развязки по питанию должны устанавливаться в непосредственной близости) к
выходному каскаду усилителя и точке заземления нагрузки. Во избежание перегрева
мощных транзисторов регулирование тока покоя должно выполняться при
установленных на теплоотводе МОП транзисторах.
3.После установления тока покоя амперметр
должен быть удален из цепи положительного питания и на вход усилителя может
быть подан рабочий сигнал. Уровень входного сигнала для получения полной
номинальной мощности должен быть следующим:
UBX = 150 мВ (RH = 4 Ом, Ки = 100);
UBX= 160 мВ
(RH = 8 Ом,
Ки = 100);
UBX = 770 мВ
(RH = 4 Ом,
Ки = 20);
UBX = 800 мВ
(RH = 8 Ом,
Ки = 20).
"Подрезание" на пиках выходного
сигнала при работе с номинальной мощностью указывает на плохую стабилизацию
напряжения питания и может быть исправлено снижением амплитуды входного сигнала
и уменьшением номинальных характеристик усилителя.
Амплитудно-частотная характеристика
усилителя может быть проверена в диапазоне частот 15 Гц... 100 кГц с помощью
набора для звукового тестирования или генератора и осциллографа. Искажение
выходного сигнала на высоких частотах указывает на реактивный характер нагрузки
и для восстановления формы сигнала потребуется подбор величины индуктивности
выходного дросселя L1. Амплитудно-частотная характеристика на высоких частотах
может быть выровнена с помощью компенсационного конденсатора, включенного
параллельно с R6. Низкочастотная часть амплитудно-частотной характеристики
корректируется элементами R7, С2.
4.Наличие фона (гудения) вероятнее всего
происходит в схеме при установке слишком высокого усиления. Наводка на входе с
высоким импедансом минимизируется использованием экранированного кабеля,
заземленного непосредственно в источнике сигнала. Низкочастотные пульсации
питания, попадающие с питанием во входной каскад
усилителя, могут быть устранены конденсатором СЗ. Дополнительное ослабление
фона осуществляется дифференциальным каскадом на транзисторах VT1, VT2
предусилителя. Однако, если источником фона является питающее напряжение, то
можно подобрать значение СЗ, R5 для подавления амплитуды пульсаций.
5. В случае выхода из строя транзисторов выходного каскада из-за короткого замыкания в нагрузке или из-за высокочастотной генерации необходимо заменить оба МОП транзистора, при этом маловероятно, чтобы из строя вышли другие элементы. При установке схему новых приборов процедура настройки должна быть повторена.
