Что представляет собой микросхема К140УД1. Какие параметры имеют ее модификации. Как используется К140УД1 в схемах операционных усилителей. Какие преимущества дает применение двухпетлевой ООС.
Общая характеристика микросхемы К140УД1
К140УД1 — это интегральная микросхема операционного усилителя средней точности без частотной коррекции. Микросхема выпускалась в нескольких модификациях:
- К140УД1А, КР140УД1А — с напряжением питания ±6,3 В
- К140УД1Б, К140УД1В, КР140УД1Б, КР140УД1В — с напряжением питания ±12,6 В
Микросхема К140УД1 выпускалась в корпусе типа 301.12-1 массой не более 1,5 г, а КР140УД1 — в корпусе 201.14-1 такой же массы.
Основные электрические параметры К140УД1
Рассмотрим основные электрические параметры различных модификаций микросхемы К140УД1:
Напряжение питания
- К140УД1А, КР140УД1А: ±6,3 В ±0,5%
- К140УД1Б, К140УД1В, КР140УД1Б, КР140УД1В: ±12,6 В ±0,5%
Максимальное выходное напряжение
При Uп = ±6,3 В, Rн = 5,05 кОм, Uвх = ±0,1 В:
- К140УД1А: ≥ ±2,8 В
- КР140УД1А: ≥ +3 В; ≥ -2,7 В
При Uп = ±12,6 В, Rн = 5,05 кОм, Uвх = ±0,1 В:
- К140УД1Б, К140УД1В, КР140УД1Б, КР140УД1В: ≥ +6 В; ≥ -5,7 В
Напряжение смещения нуля
При Uп = ±6,3 В, Rн = 5,05 кОм:
- К140УД1А, КР140УД1А: ≤ ±7 мВ
При Uп = ±12,6 В, Rн = 5,05 кОм:
- К140УД1Б, К140УД1В: ≤ ±7 мВ
- КР140УД1Б: ≤ ±5 мВ
- КР140УД1В: ≤ ±7 мВ
Особенности применения К140УД1 в операционных усилителях
Микросхема К140УД1 нашла широкое применение в схемах операционных усилителей. Рассмотрим некоторые особенности ее использования:
Преимущества К140УД1
Микросхема К140УД1 обладает рядом преимуществ, которые делают ее привлекательной для применения в ОУ:
- Простота схемотехники
- Выходной каскад работает в режиме класса А
- Низкое напряжение питания (особенно у модификации К140УД1А)
- Хорошие частотные характеристики
Схема усилителя на К140УД1А с двухпетлевой ООС
Рассмотрим схему усилителя мощностью 2 Вт на основе К140УД1А с применением двухпетлевой отрицательной обратной связи (ООС):
- Первая (внутренняя) цепь ООС образована резисторами R11 и R9
- Вторая (внешняя) цепь ООС образована резисторами R8 и R6
- Питание усилителя: ±6,3 В
- Нагрузка: громкоговоритель сопротивлением 4-8 Ом
Эффективность двухпетлевой ООС в усилителях на К140УД1
Применение двухпетлевой отрицательной обратной связи позволяет значительно улучшить характеристики усилителя на К140УД1. Как это проявляется?
Уменьшение нелинейных искажений
При использовании двухпетлевой ООС нелинейные искажения усилителя уменьшаются примерно в 50-100 раз по сравнению с исходной схемой без внешней ООС. Это объясняется эффектом «перемножения» действия двух петель ООС.
Улучшение звучания
Применение двухпетлевой ООС в усилителе на К140УД1 приводит к заметному улучшению качества звучания:
- Улучшается детализация высоких частот
- Повышается «прозрачность» средних частот
- Звук в целом становится более чистым и естественным
Сравнение усилителей с одинарной и двойной ООС
Чтобы оценить эффективность двухпетлевой ООС, можно сравнить работу усилителя на К140УД1 в двух режимах:
Режим с одинарной ООС
В этом режиме внешняя цепь ООС размыкается, а усилитель работает только с внутренней ООС. Как это сделать?
- Отсоединить правый вывод резистора R8 от выхода усилителя
- Подключить R8 к выходу микросхемы (вывод 5)
- Уменьшить номинал R8 в 2 раза для выравнивания коэффициента усиления
Режим с двойной ООС
Это штатный режим работы усилителя, когда задействованы обе петли ООС — внутренняя и внешняя.
Сравнение звучания
При переключении между этими режимами можно заметить существенную разницу в звучании:
- В режиме с двойной ООС звук становится более четким и детальным
- Улучшается проработка высоких и средних частот
- Снижается уровень искажений, особенно на высоких частотах
Теоретическое обоснование эффективности двухпетлевой ООС
Высокая эффективность двухпетлевой ООС в усилителях на К140УД1 объясняется следующими теоретическими положениями:
Зависимость эффективности ООС от исходных искажений
Эффективность действия отрицательной обратной связи зависит от исходного уровня искажений усилителя:
- При высоком уровне исходных искажений (например, 10%) глубокая ООС (40 дБ) уменьшит их только в 15-20 раз
- При низком уровне исходных искажений (0,5% и менее) та же ООС уменьшит их почти в 100 раз
Принцип «перемножения» эффектов ООС
При использовании двух петель ООС их эффекты как бы перемножаются, что дает гораздо большее снижение искажений, чем при одинарной ООС той же глубины.
Практические рекомендации по применению К140УД1 в ОУ
При разработке операционных усилителей на основе К140УД1 следует учитывать ряд практических моментов:
Выбор цепей ООС
Для получения наилучших результатов рекомендуется использовать двухпетлевую схему ООС:
- Внутренняя петля ООС охватывает саму микросхему К140УД1
- Внешняя петля ООС охватывает весь усилитель целиком
Подбор элементов
При разработке усилителя на К140УД1 важно правильно подобрать номиналы элементов:
- Резисторы цепей ООС должны иметь малый допуск (1% и менее)
- Конденсаторы в цепях коррекции следует выбирать высокого качества
- Для развязки по питанию рекомендуется использовать керамические и танталовые конденсаторы
Особенности монтажа
При монтаже усилителя на К140УД1 следует соблюдать определенные правила:
- Использовать короткие соединения, особенно в цепях ООС
- Обеспечить хороший теплоотвод от микросхемы
- Разделять силовые и сигнальные цепи
- Использовать качественное заземление
Заключение
Микросхема К140УД1 остается популярным выбором для построения операционных усилителей, особенно в любительской практике. Несмотря на свою простоту, при правильном применении она позволяет получить весьма качественные результаты. Использование двухпетлевой отрицательной обратной связи позволяет существенно улучшить характеристики усилителя на ее основе, приблизив их к показателям более современных и дорогих операционных усилителей.
Электрические параметры | |
| Номинальное напряжение питания: | |
| К140УД1А, КР140УД1А | ± 6,3 В ± 0,5% |
| К140УД1Б, К140УД1В, КР140УД1Б, КР140УД1В | ± 12,6 В ± 0.5% |
| Максимальное выходное напряжение: | |
| при Uп = ± 6,3 В, Rн = 5,05 kОм, Uвх = ± 0,1 В: | |
| К140УД1А | >= 2,8 В |
| КР140УД1А | >= 3 В |
| при Uп = ± 12.6 В, Rн = 5,05 kОм: | |
| К140УД1Б, К140УД1В, КР140УД1Б,КР140УД1В | >= 6 В |
| К140УД1Б, К140УД1В | >= 5,7 В |
| Напряжение смещения нуля: | |
| при Uп = ± 6,3 В, Rн = 5,05 kОм: | |
| К140УД1А. КР140УД1А | <= 7 мВ |
| при Uп = ± 12,6 В, Rн = 5,05 kОм: | |
| К140УД1Б, К140УД1В, КР140УД1В | <= 7 мВ |
| КР140УД1Б | <= 5 мВ |
| Ток потребления: | |
| К140УД1А, КР140УД1А | <= 4,5 мА |
| К140УД1Б, К140УД1В, КР140УД1Б,КР140УД1В | <= 10 мА |
| Входной ток: | |
| при Uп = ± 6,3 В, Rн = 5,05 kОм: | |
| К140УД1А, КР140УД1А | <= 7 мкА |
| при Uп = ± 12,6 В, Rн = 5,05 kОм: | |
| КР140УД1Б | <= 7,5 мкА |
| К140УД1Б, К140УД1В, КР140УД1В | <= 9 мкА |
| Коэффициент усиления напряжения: | |
| при Uп = ± 6,3 В, Rн = 5,05 kОм: | |
| К140УД1А, КР140УД1А | 500…4500 |
| при Uп = ± 12,6 В, Rн = 5,05 kОм: | |
| К140УД1Б | 1350…12000 |
| КР140УД1Б | 2000…12000 |
| К140УД1В, КР140УД1В | >= 8000 |
| Коэффициент ослабления синфазного входного напряжения | >= 60дБ |
| Входное сопротивление: | |
| К140УД1А, КР140УД1А | 50 кОм |
| К140УД1Б, К140УД1В, КР140УД1Б,КР140УД1В | 30 кОм |
| Выходное сопротивление | 300 Ом |
| Частота единичного усиления | 0,1 МГц |
naladchikkip.ru
К140УД1 — Радио Вики
Материал из РадиоВики — энциклопедии радио и электроники
Микросхема К140УД1 (рис. 3-4,а) представляет собой операционный усилитель общего назначения. Типовая схема включения микросхемы К140УД1 приведена на рис. 3-4,б. В зависимости от значений напряжений питания и других электрических параметров микросхемы делятся на группы А, Б и В. Микросхема К140УД1А имеет номинальные напряжения питания плюс 6,3 В, минус 6,3 В, микросхемы К140УД1Б и К140УД1В номинальные напряжения питания плюс 12,6 В, минус 12,6 В. Допустимые отклонения напряжений питания от номинальных значений ±5%. Предельно допустимые режимы эксплуатации микросхем К140УД1 приведены в табл. 3-1.
Электрические параметры микросхем К140УД1 при номинальных напряжениях питания и Rн = 5 кОм приведены в табл. 3-2.
Вывод 4 микросхемы при применении может оставаться свободным или соединяться с корпусом. Заземлять вывод 4 рекомендуется в случае работы микросхемы при больших входных сигналах (в режиме насыщения выходных транзисторов микросхемы) во избежание искажений положительного полупериода выходного сигнала (см. амплитудную характеристику микросхемы К140УД1А на рис. 3-5,а). При заземлении вывода 4 коэффициенты ослабления синфазных входных напряжений и влияния нестабильности источников питания на напряжение смещения ухудшаются. Кроме того, при асимметрии питающих напряжений даже в пределах допустимых значений ±5% (например, при увеличении положительного и уменьшении абсолютной величины отрицательного напряжении для микросхемы К140УД1Б плюс 13,2 В и минус 12,0 В) значительно ухудшаются такие параметры, как коэффициент усиления и напряжение смещения. Поэтому при применении микросхемы с заземленным выводов 4 не следует допускать указанной асимметрии напряжения источников питании.
При работе микросхемы с малыми сигналами или когда форма ограниченного выходного напряжения не имеет существенного значения, вывод 4 заземлять не рекомендуется. При этом не ухудшаются электрические параметры микросхемы и асимметрия напряжений источников питания не влияет на значения электрических параметров.
На рис. 3-5,б приведены частотные характеристики микросхемы, а на рис. 3-5,в — фазовая характеристика микросхемы К140УД1. Характеристики снимались при наличии корректирующей цепочки C1, R1 (рис. 3-4,б), тогда как параметры в табл. 3-2 определялись без корректирующей цепи.
Выходные напряжения ограничения U+вых и U—вых не равны по абсолютной величине при малых сопротивлениях нагрузки операционного усилителя (рис. 3-6, 3-7). Поэтому при необходимости получить симметричное ограниченное выходное напряжение сопротивление нагрузки необходимо выбирать не менее 10 кОм.
На рис. 3-8 приведены зависимости входного сопротивления микросхемы Rвх от температуры окружающей среды. Необходимо всегда помнить, что на всех графиках, если это не оговорено особо, приводятся типовые (средние) значения параметра. При снижении напряжения источников литания входное сопротивление микросхемы имеет тенденцию к возрастанию. Зависимость напряжения шума от частоты входного сигнала приведена на рис. 3-9.
Зависимости коэффициента влияния источников питания на напряжение смещения, токов, потребляемых микросхемой, коэффициентов усиления, положительных и отрицательных выходных напряжений ограничения от значения напряжений источников питания приведены на рис. 3-10 — 3-16. Коэффициент влияния источников питания на напряжение смещения практически не изменяется в диапазоне температур окружающей среды (—45÷+85°С), имея незначительную тенденцию к повышению в области положительных температур.
Напряжение смещения и входной ток практически не изменяются при изменении напряжении источников питания в интервале предельно допустимых значений. Входной ток имеет незначительную тенденцию к снижению при снижении питающих напряжений.
Коэффициент ослабления синфазного сигнала уменьшается примерно па 20 дБ при питании микросхемы напряжениями, соответствующими нижним уровням предельно допустимых значений, но сравнению с коэффициентом ослабления синфазного сигнала при питании микросхемы напряжениями, соответствующими верхним уровням предельно допустимых значений.
Рис. 3-5. Амплитудные (а), частотные (б) и фазовая (в) характеристики ОУ К140УД1.
2 — вывод 4 свободенРис. 3-6, 3-7. Зависимости максимального выходного напряжения ОУ К140УД1А и К140УД1Б, КМ0УД1В от сопротивления нагрузки
radiowiki.ru
Общие рекомендации по применению: Электрические параметры: Предельно допустимые режимы эксплуатации: |
kiloom.ru
| 1 | Напряжение питания     К140УД1А, КР140УД1А     К140УД1(Б,В), КР140УД1(Б,В) |
  6,3 В 0,5% 12,6 В 0,5% |
| 2 | Максимальное выходное напряжение при Uп= 6,3 В, Rн=5,05 кОм, Uвх= 0,1 В     К140УД1А     КР140УД1А |
    2,8 В +3; -2,7 В |
| 3 | Максимальное выходное напряжение при Uп= 12,6 В, Rн=5,05 кОм, Uвх= 0,1 В     К140УД1Б,В, КР140УД1Б,В |
    +6; -5,7 В |
| 4 | Напряжение смещения нуля при Uп= 6,3 В, Rн=5,05 кОм     К140УД1А, КР140УД1А при Uп= 12,6 В, Rн=5,05 кОм     К140УД1Б,В, КР140УД1Б     КР140УД1В |
    7 мВ   7 мВ 5 мВ |
| 5 | Ток потребления     К140УД1А, КР140УД1А     К140УД1(Б,В), КР140УД1(Б,В) |
  не более 4,5 мА не более 10 мА |
| 6 | Входной ток при Uп= 6,3 В, Rн=5,05 кОм     К140УД1А, КР140УД1А при Uп= 12,6 В, Rн=5,05 кОм     КР140УД1Б     К140УД1 (Б,В) КР140УД1В |
    7 мкА   7,5 мкА 9 мкА |
| 7 | Разность входных токов | не более 2,5 мкА |
| 8 | Коэффициент усиления напряжения при Uп= 6,3 В, Rн=5,05 кОм     К140УД1А, КР140УД1А при Uп= 12,6 В, Rн=5,05 кОм     К140УД1Б     КР140УД1Б     К140УД1В, КР140УД1В |
    500…4500   1350…12000 2000…12000 не менее 8000 |
| 9 | Коэффициент ослабления синфазного входного напряжения | не менее 60 дБ |
| 10 | Средний температурный коэффициент напряжения смещения | не более 60 мкВ/ ° C |
| 11 | Максимальная скорость нарастания выходного напряжения     К140УД1А     К140УД1(Б,В)     КР140УД1А     КР140УД1(Б,В) |
  не менее 1 В/мкс не менее 3,5 В/мкс не менее 0,2 В/мкс не менее 0,1 В/мкс |
| 12 | Время установления выходного напряжения | не более 1,5 мкс |
| 13 | Входное сопротивление     К140УД1А, КР140УД1А     К140УД1(Б,В), КР140УД1(Б,В) |
  50 кОм 30 кОм |
| 14 | Выходное сопротивление | 300 Ом |
| 15 | Частота единичного усиления | 0,1 МГц |
www.qrz.ru
| 1 | Напряжение питания К140УД1А, КР140УД1А К140УД1(Б,В), КР140УД1(Б,В) |
6,3 В 0,5% 12,6 В 0,5% |
| 2 | Максимальное выходное напряжение при Uп= 6,3 В, Rн=5,05 кОм, Uвх= 0,1 В К140УД1А КР140УД1А |
2,8 В |
| 3 | Максимальное выходное напряжение при Uп= 12,6 В, Rн=5,05 кОм, Uвх= 0,1 В К140УД1Б,В, КР140УД1Б,В |
+6; -5,7 В |
| 4 | Напряжение смещения нуля при Uп= 6,3 В, Rн=5,05 кОм К140УД1А, КР140УД1А при Uп= 12,6 В, Rн=5,05 кОм К140УД1Б,В, КР140УД1Б КР140УД1В |
7 мВ 7 мВ |
| 5 | Ток потребления К140УД1А, КР140УД1А К140УД1(Б,В), КР140УД1(Б,В) |
не более 4,5 мА не более 10 мА |
| 6 | Входной ток при Uп= 6,3 В, Rн=5,05 кОм К140УД1А, КР140УД1А при Uп= 12,6 В, Rн=5,05 кОм КР140УД1Б К140УД1 (Б,В) КР140УД1В |
7 мкА 7,5 мкА |
| 7 | Разность входных токов | не более 2,5 мкА |
| 8 | Коэффициент усиления напряжения при Uп= 6,3 В, Rн=5,05 кОм К140УД1А, КР140УД1А при Uп= 12,6 В, Rн=5,05 кОм К140УД1Б КР140УД1Б К140УД1В, КР140УД1В |
500…4500 1350…12000 |
| 9 | Коэффициент ослабления синфазного входного напряжения | не менее 60 дБ |
| 10 | Средний температурный коэффициент напряжения смещения | не более 60 мкВ/ ° C |
| 11 | Максимальная скорость нарастания выходного напряжения К140УД1А К140УД1(Б,В) КР140УД1А КР140УД1(Б,В) |
не менее 1 В/мкс не менее 3,5 В/мкс не менее 0,2 В/мкс не менее 0,1 В/мкс |
| 12 | Время установления выходного напряжения | не более 1,5 мкс |
| 13 | Входное сопротивление К140УД1А, КР140УД1А К140УД1(Б,В), КР140УД1(Б,В) |
50 кОм 30 кОм |
| 14 | Выходное сопротивление | 300 Ом |
| 15 | Частота единичного усиления | 0,1 МГц |
radio-uchebnik.ru
| Тип микросхемы и фирма изготовитель | Аналог | Функциональное назначение |
|||
| Fairchild | Motorola | National | Texas ins. | ||
| mA709CH | MC1709G | LM 1709L | SN72710L | К153УД1А/Б | ОУ |
| mA101H | MLM101G | LM101H | SN52101L | К153УД2 | ОУ |
| mA709H | MC1709G | — | SN72709L | К153УД3 | ОУ |
| — | — | LM735 | — | К153УД4 | микромощный ОУ |
| mA725C mA725H |
— | — | — | К153УД5А/Б К153УД501 |
прецизионный ОУ |
| — | — | LM301A LM201Ah |
— | К153УД6 К153УЛ601 |
ОУ |
| mA702 mA702C |
— | — | — | К140УД1А/Б КР140УД1А/В |
ОУ |
| — | MC1456C MC1456G |
— | SN72770 | К140УД6 КР140УД608 |
ОУ ОУ |
| mA741H | MC1741G | LM741H | SN72741L | К140УД7 | ОУ |
| mA740H | MC1556G | — | — | К140УД8 | ОУ с полевым входом |
| mA709 | — | — | — | КР140УД9 | ОУ |
| — | — | LM118 | SN52118 | К140УД10 | высокоточный ОУ |
| — | — | LM318 | — | К140УД11 | быстродействующий ОУ |
| mA776C | MC1776G | — | — | К140УД12 | микромощный ОУ |
| mA108H | — | LM108H | SN52108 | К140УД14 | прецизионный ОУ |
| — | — | LM308 | — | К140УД1408 | прецизионный ОУ |
| — | — | LM741CH | — | К140УД16 | прецизионный ОУ |
| mA747CN mA747C |
— | — | — | К140УД20 КР140УД20 |
два ОУ |
| — | — | LM301 | — | К157УД2 | два ОУ |
| — | MC75110 | — | SN75110N | К170АП1 | два передатчика в линию |
| — | MC75107 | — | SN75107N | К170УП1 | два приемника с линии |
| mA726 | — | — | — | К516УП1 | дифференциальная пара с температурной компенсацией |
| — | — | LM318 | SN72318 | К538УН1 | малошумящий УНЧ |
| mA740 | MC1740P | LM740 | SN72740N | К544УД1 | ОУ с полевым входом |
| — | — | LM381 | — | К548УН1 | два малошумящих предусилителя |
| mA725B | — | — | — | КР551УД1А/Б | ОУ |
| mA739C | — | — | — | КМ551УД2А/Е | малошумящий ОУ |
| mA709 | MC1709P | LM709 | SN72709N | К553УД1 | ОУ |
| — | — | M101A1V | — | К553УД1А | высокоэкономичный ОУ |
| — | — | LM301AP | — | К553УД2 | высокоэкономичный ОУ |
| mA709 | — | — | — | К533УД3 | ОУ |
| — | — | LM2900 | — | К1401УД1 | четыре ОУ |
| — | — | LM324 | — | К1401УД2 | четыре ОУ |
| mA747C | — | LM4250 | — | К1407УД2 | программируемый малошумящий ОУ |
| — | — | LM343 | — | К1408УД1 | высоковольтный ОУ |
| Тип микросхемы и фирма производитель | Аналог | Функциональное назначение | |||
| Разных фирм | RCA | Analog Devices | Hitachi | ||
| SFC2741 | — | — | — | КФ140УД7 | ОУ |
| ОР07Е | — | — | — | К140УД17А/Б | прецизионный ОУ |
| LF355 | — | — | — | К140УД18 | широкополосный ОУ |
| LF356H | — | — | — | К140УД22 | широкополосный ОУ |
| LF157 | — | — | — | К140УД23 | быстродействующий ОУ |
| ICL7650 | — | — | — | К140УД24 | прецизионный ОУ |
| — | СА3140 | — | — | К1409УД1 | прецизионный ОУ |
| — | — | — | НА2700 | К154УД1А/Б | быстродействующий ОУ |
| — | — | — | НА2530 | К154УД2 | быстродействующий ОУ |
| — | — | AD509 | — | К154УД3А/Б | быстродействующий ОУ |
| — | — | — | НА2520 | К154УД4 | быстродействующий ОУ |
| ТВА931 | — | — | — | КР551УД2А/Б | ОУ |
| — | СА3130Е | — | — | К544УД2А/Б | ОУ с полевым входом |
| LF357 | — | — | — | КР544УД2А/Б | ОУ с полевым входом |
| — | — | AD513 | — | К574УД1А—В | ОУ с полевым входом |
| TL083 | — | — | — | К574УД2А—В | двухканальный быстродействующий ОУ |
cxem.net
РадиоКот :: Усилитель с двухпетлевой ООС
РадиоКот >Схемы >Аудио >Усилители >Усилитель с двухпетлевой ООС
УМЗЧ с двухпетлевой ООС.
Основная идея построения описанных в этой статье трёх схем усилителей основана на конструкции усилителя (УМЗЧ) автора П. Зуева, которая была опубликована в 1984 году под названием «Усилитель с многопетлевой ООС» [1].
Первая ( 2 Вт ) и вторая ( 8 Вт ) схемы – являются как бы прототипом третьего усилителя класса «Hi-Fi», с номинальной мощностью 70 Вт.
Эти усилители состоят в основном из двух частей. Первая часть – «внутренний» усилитель, охваченный «своей» цепью общей отрицательной обратной связью (ООС). Вторая часть – усилитель с внешней общей ООС в виде операционного усилителя (ОУ).
Итак, рассмотрим по порядку:
1. Усилитель 2 Вт на основе К140УД1А (К140УД101А).
Здесь такой тип ОУ выбран для того чтобы показать, насколько эффективно работает двойная ООС даже с таким «простеньким» ОУ, который когда-то назывался МА702, хотя положительным в нём является то, что выходной каскад этого ОУ работает в режиме «А». Первая (внутренняя) ООС в этой схеме образована резисторами R11 и R9, а вторая – R8 и R6.
Убедиться в эффективности работы усилителей с двойной ООС можно довольно легко. Для начала надо конечно собрать и настроить одну из схем описанного здесь усилителя на К140УД1. Затем, достаточно на время превратить первую схему с питанием 12В (или вторую с питанием 25В) в «обычный усилитель», разомкнув внешнюю общую ООС и создать последовательную схему двух усилителей с ООС. Для этого надо отсоединить правый вывод резистора R8 от выхода усилителя и подсоединить его к выходу микросхемы (вывод 5). (Надо ещё уменьшить R8 в два раза для уравнивания усиления). После такой доработки мы будем иметь обычный предварительный усилитель на ОУ и усилитель мощности, связанные между собой гальванически. Послушаем, как они будут работать, скажем, на широкополосный динамик в корпусе или на АС. Можно подключить 5ГДШ-4 для 1-й схемы или что-нибудь аналогичное.
Разницу в звучании заметят многие, особенно после возврата в первоначальное состояние. Выражено это будет в лучшей детализации ВЧ и «прозрачности» СЧ звукового диапазона. В-общем звук станет другим. Это объясняется тем, что эффект действия ООС, направленный на уменьшение нелинейных искажений, как бы перемножается, и искажения уменьшаются в этом случае примерно в 50 – 100 раз по сравнению с исходным «внутренним» УМЗЧ [1]. Причём это зависит как от глубины общей ООС, так и от коэффициента нелинейных искажений первоначального усилителя, когда он ещё не был охвачен цепью ООС. Чем этот коэффициент был меньше, тем эффективнее работа общей ООС.
Это давно известно из теории усилительных устройств. Так, если изначально, скажем, три соединённых усилительных каскада с нагрузкой имели общий Кг=10%, то общая ООС с глубиной 40дБ (100 раз) уменьшит эти искажения только в 15-20 раз. А если, в том же случае, начальный Кг был всего 0.5% и менее, то уменьшение искажений с помощью общей ООС глубиной 40дБ составит примерно те же 40 дБ т. е. почти в 100 раз, но реально чуть меньше, по причине сложности сигналов при возникновении интермодуляционных искажений (то есть искажений, связанных с эффектом преобразования частоты, подобно смесителю приёмника).
Таким образом общая ООС, которой охвачен усилительный каскад, с определённой глубиной, уменьшает нелинейность в нем на величину этой глубины только тогда, когда без этой ООС этот каскад был изначально «почти линеен». В обычных схемах стремятся увеличить линейность транзисторных усилителей с помощью местных ООС. А в нашем случае исходный усилитель уже имеет малые искажения, так как он охвачен «внутренней» общей ООС, что существенно меняет ситуацию [1].
Первая и вторая схемы усилителей на серии К140 имеют ещё одну особенность. Она заключается в применении в них так называемой коррекции на опережение [3], с помощью конденсатора С5 -100 пФ, включённого параллельно внутреннему резистору 10кОм микросхемы. Это удалось осуществить благодаря тому, что в ней есть отводы в виде ножек с номерами 2 и 3. Конденсатор компенсирует запаздывание сигнала из-за RC цепи внутри ОУ, образованной упомянутым резистором и входной ёмкостью последующего транзистора микросхемы. Осциллограф, подключённый к выходу, показывает, что без С5 схема возбуждается на частоте примерно 500 кГц. Покаскадное запаздывание сигнала влияет на усилитель с общей ООС, так как на высоких частотах из за смещения фазы (ФЧХ) отрицательная обратная связь может превратиться в положительную [2]. Тем более, когда речь идёт об усилителе с двойной ООС. Здесь внутренняя схема с «первичной» ООС должна быть как можно «короче», а ОУ должен быть по возможности быстродействующим. Но даже такая схема, построенная на серии К140, имеет высокую стабильность и отлично работает уже несколько лет в виде активной АС для компьютера.
Характеристики усилителя по первой схеме на К140УД1А:
-Номинальная выходная мощность — 2 Вт
-Номинальный диапазон частот 30…20 000 Гц. –
-Коэффициент гармоник в полосе частот 30…15 000, не более 0.03% при мощности 2 Вт.
-Входное сопротивление 7.0 кОм —
-Номинальное входное напряжение 450 мВ.
Настройка первого / второго усилителя на ОУ К140УД1А(Б):
1) Установить ток покоя выходных транзисторов на уровне 4 – 6 мА (с помощью R10), измеряя милливольтметром постоянное напряжение на резисторах R15, R16.
2) Измерить и при необходимости отрегулировать напряжение на выходе усилителя (половина напряжения питания) с помощью делителя R3/R4.
3) Проконтролировать выходное напряжение с помощью осциллографа на выходе усилителя при подключенной нагрузке. На экране прибора не должны быть видны ВЧ возбуждения, — только шумы несколько милливольт. Как правило, это выполняется.
***Исправления, выявленные при повторной сборке: исключён конденсатор С10, (только в первой и второй схеме), VT3, VT4 — КТ815Б и КТ814Б (во второй схеме).
2. Усилитель 8 Вт на основе К140УД1Б (К140УД101Б).
Этот усилитель практически ничем не отличается от предыдущего. Здесь также первая ООС образована резисторами R11 и R9, а вторая – R8 и R6. Разница лишь в напряжении питания и выходной мощности, для обеспечения которой необходимо следующее:
1) Источник питания должен выдавать ток в расчёте 0.72 А на канал.
2) Радиаторы выходных транзисторов должны иметь площадь охлаждающей поверхности не менее 100 см2 на каждый транзистор.
3) Если усилитель будет работать на ёмкостную нагрузку (АС с фильтрами) и с длинными проводами, то необходимо на выходе установить катушку с индуктивностью 2.5 мкГн (20 витков провода ПЭВ-0.62).
4) Если не нашлось ОУ типа К140УД1Б, то во второй схеме можно применить К544УД2 или КР544УД2 с внутренней коррекцией (выводы 1 и 8 замкнуты, резистор R5 – увеличить до 27 кОм, а параллельно С4 поставить конденсатор ёмкостью 0.33 мкФ). В этом случае можно повысить напряжение до 32-х Вольт. При этом необходимо увеличить площадь радиаторов в 1.5 раза. Номинальная выходная мощность при этом составит 12 Вт. Коэффициент гармоник на высоких частотах уменьшиться в несколько раз, а потребляемый ток вырастет до величины 0.9 Ампера на каждый канал при нагрузке 4 Ома.
Характеристики усилителя по второй схеме на К140УД1Б:
-Номинальная выходная мощность — 8 Вт на 4 Ом (Напряжение питания +25В).
-Номинальный диапазон частот 30…20 000 Гц.
-Коэффициент гармоник в полосе частот 30…16 000, не более 0.03% при мощности 8 Вт.
-Входное сопротивление 7.0 кОм.
-Номинальное входное напряжение 400 мВ.
— — — — — — — —
3. Усилитель 70 Вт на основе К574УД1А (Б, В).
Этот усилитель состоит в основном из четырёх каскадов. Первый каскад — это быстродействующий ОУ, нагруженный на второй симметричный каскад с высоким входным сопротивлением (свыше 30 кОм), позволяющий ОУ работать практически без нагрузки. Это даёт возможность работы ОУ с малыми нелинейными искажениями, даже с выходным каскадом в ОУ, работающим в режиме АВ.
Такие каскады как здесь на VT1 и VT2, были описаны ранее. Соединённые в нём базы позволяют создать баланс постоянных токов, при условии, что транзисторы подобраны по параметрам, что создаёт большое входное сопротивление каскада. Питание эмиттеров VT1 и VT2 осуществляется стабилизированным током, что создаёт возможность стабильности токов третьего каскада на VT3 и VT4 – основного усилителя напряжения.
Третий каскад так же симметричен, что позволяет существенно уменьшить вторую и последующие чётные гармоники. Кроме этого местная обратная связь, образованная резисторами R18 и R19 в эмиттерных цепях VT3, VT4 так же уменьшает нелинейность и одновременно превращает VT3 и VT4 в генераторы тока, работающие друг на друга, создавая режим «А», повышая усиление по напряжению, быстродействие и стабильность режимов. Это дало возможность стабилизировать токовый режим всего усилителя.
Четвёртый каскад образован двумя двухтактными эмиттерными повторителями – стандартный вариант. Двух транзисторов достаточно для выходной мощности до 100 Вт, так как перед ними стоит двухтактный усилитель напряжения.
Для получения большей мощности необходимо три транзистора, как это было сделано в [1] или [3]. Можно конечно обойтись двумя транзисторами и для большей мощности (150-200 Вт), но в этом случае возрастут нелинейные искажения, т. к. третий каскад (VT3, VT4) будет переходить в режим АВ. Конечно, речь идёт о повышении напряжения питания и незначительных изменениях в схеме, что часто не имеет необходимости.
Цепь первой (местной) ООС образована резисторами R13 и R15, включенных по переменному току параллельно, конденсаторами С5 С6 и резистором R14. Цепь второй (общей) ООС снимается с выхода усилителя на делитель напряжения, образованный резисторами R4, R3 с конденсатором С3, и подаётся на инвертирующий вход ОУ. Частотная коррекция обеспечивается конденсаторами С7, С8.
Ток покоя выходных транзисторов равен 50- 60 мА. Этого достаточно для уменьшения искажений типа ступенька, так как в переходной нулевой зоне ток обеспечивают одновременно и транзисторы предвыходного каскада через резисторы 39 Ом [1].
Ток покоя стабилизирован с помощью вспомогательного каскада на транзисторах VT5 VT6. Один из них германиевый (VT6). Это желательно выполнить для того чтобы был запас по напряжению для регулировки тока покоя в достаточном диапазоне [2]. Здесь датчиками тока выходных транзисторов являются резисторы в их эмиттерных цепях (0.2 Ома). Эта схема работает как дополнительный усилитель напряжения, создающий отрицательную обратную связь по току для выходного каскада, поддерживая постоянный сквозной ток VT9 VT10 на частотах вплоть до 100 кГц. Это требуется для исключения коммутационных искажений (они же – искажения типа ступенька), а так же для исключения превышения сквозного тока выходных транзисторов.
Наличие германиевого транзистора VT6 даёт возможность иметь более чувствительную температурную компенсацию нагрева выходных транзисторов, позволяющую не ставить какие либо термодатчики на радиаторы VT9, VT10. Так, при длительной работе усилителя на средней мощности 70 Вт, ток покоя выходных транзисторов увеличивается с 60 мА до значения не более чем 150 — 180 мА.
При желании можно поставить VT6 на радиатор с VT9, VT10, но не напрямую, а через текстолитовую прокладку (1мм). Этого будет достаточно, чтобы не получить перекомпенсацию. Конечно, в этом случае, необходимо обеспечить надёжное крепление транзистора VT6 на радиаторе, а самое главное – надёжное электрическое соединение проводов, идущих к ножкам VT6. Ведь при случайном обрыве любого из этих проводов, сквозной ток покоя возрастёт до максимума. Это вызовет плавление предохранителей и срабатывание устройства релейной защиты от постоянного напряжения на выходе, которое, кстати, необходимо предусмотреть в усилителе заранее. Схему такой защиты можно позаимствовать от усилителя В. Шушурина (Радио №11, 1980 г.) либо от усилителя «Бриг-У-001».
Особенности конструкции: Для нормальной работы и температурной стабильности необходимо, чтобы к VT3, VT4 были прикручены маленькие радиаторы в виде пластинок из алюминия размерами 15х20 и толщиной 1-2 мм. А транзисторы VT7, VT8 установлены на п-образные радиаторы из алюминия или крашенной тёмной меди, толщиной 1.5-2 мм размерами 22х40 мм. Резистор R22 для надёжности лучше заменить на постоянный (после настройки). Конденсаторы С1 и С3 — неполярные. С10 и С11 – желательно танталовые (можно номиналом вдвое меньшим, но если они оксидные, то не менее 10 – 20 мкФ). Конденсаторы С5 и С6 можно ставить в пределах 100 – 200 мкФ. Их незначительная нелинейность компенсируется цепью ООС. Конденсаторы С10, С11, C12, С14 и С15 – должны быть хорошего качества, так как они подвержены токовым нагрузкам.
Для усилителя необходим источник питания, который при токе нагрузки 2.4 А на канал, выдавал бы напряжение не менее +/- 30 Вольт. Ёмкость электролитических конденсаторов должна быть не менее 10 000 мкФ на плечо из расчёта на каждый канал УМЗЧ. «Общий провод» должен быть раздельным в цепи предварительного усилителя – входа УМЗЧ, по отношению к цепи выхода и питания (пред. усилитель должен как бы питаться по общему проводу от входа УМЗЧ – тогда не будет фона). В-общем всё как обычно.
Характеристики усилителя по третьей схеме на К574УД1А-В:
-Номинальная выходная мощность — 70 Вт/ 38 Вт (Сопротивление нагрузки — 4 Ом / 8 Ом).
-Номинальный диапазон частот 10…50 000 Гц.
-Коэффициент нелинейных искажений в полосе частот 20…20 000 Гц, не более 0.008% (при Pвых. = 60 Вт).
-Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц, не более 0.001% при Pвых. = 70 Вт.
-Входное сопротивление не менее 40 кОм в диапазоне частот 20…20 000 Гц.
-Номинальное входное напряжение 1.15 В.
-Отношение сигнал / шум не менее 100 дБ.
Характеристики показаны для элементной базы, обозначенной на схеме, после подборки комплементарных пар транзисторов по параметрам (+/- 20%). Ниже описана возможная замена активных элементов на другие. Современные импортные транзисторы обладают лучшими частотными свойствами, благодаря меньшим внутренним ёмкостям, большими допустимыми предельными параметрами, а также лучшей линейностью h31э. Можно заметить, что транзисторы VT1 и VT2, обозначенные на схеме, работают на пределе Uкэ max, а VT3, VT4 — на пределе их максимальных коллекторных ёмкостей.
Настройка УМЗЧ по схеме на К574УД1А-В:
1. Проверить монтаж платы. Выставить R22 (номинал 220 Ом) в положение минимального сопротивления (0 Ом). Закоротить вход. Подключить на выход контрольную АС.
2. Подать питание на усилитель через резисторы 15 — 20 Ом мощностью 10 Вт.
3. Выставить ток покоя выходных транзисторов с помощью R22 на уровне 50 — 60 мА, измеряя напряжения на резисторах R25 и R24 (напряжение должно быть 10 — 12 мВ, постоянное).
4. Параллельно входу поставить резистор 10 кОм, а параллельно АС подключить осциллограф. На экране ничего не должно быть. Только шумы — несколько милливольт. При наличии возбуждений (что маловероятно — схема очень стабильная) параллельно R4 поставить конденсатор ёмкостью 10 — 15 пФ. Если это не помогает — проверить монтаж (можно попробовать заменить транзисторы VT3 VT4 на более согласованные, особенно по коллекторным ёмкостям). Проверить цепи коррекции ОУ. Устранить паразитные связи. Провода, идущие к выходным транзисторам должны быть как можно короче. В крайнем случае можно увеличить С4 до величины 24 пФ.
5. После успешного запуска и контроля с помощью осциллографа, можно проверить, как изменяется ток покоя выходных транзисторов, в зависимости от температуры. Обычно он не превышает 180 мА в самом худшем случае, это когда VT6 установлен на плате. Но для этого нужны радиаторы с площадью не менее 600 см2 на каждый выходной транзистор. Для улучшения компенсации по температуре, часто достаточно просто приблизить VT6 к выходному радиатору.
При положительном результате можно подключить питание усилителя напрямую и ещё раз проконтролировать “ток покоя” и «ноль» на выходе. Обычно схема работает сразу. Если ноль на выходе не точен, то можно подобрать один из резисторы R16 и R17, временно заменив один из них на переменный, номиналом 1,2 Мом.
Хотелось бы отметить, что этот усилитель был проверен в «экстремальном» режиме, на предельных мощностях в течение длительного времени. Усилитель работал одно время даже при плохом, искрящемся на большой мощности, контакте в цепи предохранителей. После устранения этой неисправности никаких изменений не произошло.
Недостатком этого усилителя можно считать отсутствие триггерной защиты от короткого замыкания на выходе (а так же необходимость установки мини-радиаторов на VT3 и VT4). Это оправдывается простотой схемы. Роль защиты выполняют плавкие предохранители. Но, нужно предусмотреть и надёжное, изолированное соединение выходного разъёма каждого канала усилителя, чтобы не допускать коротких замыканий. Эксплуатировать такой усилитель без предохранителей нельзя. Можно установить предохранители номиналом 4А каждый, но не более. При желании, можно ввести в схему и триггерную защиту, аналогичную [1].
Список замены транзисторов для схемы УМЗЧ -70 Вт:
VT1 — 2N5401, VT2 — 2N5551, VT3 — 2SC3421, VT4 — 2SA1358
VT5 — 2N3904, VT6 — ГТ308Б(В), ГТ320, ГТ321 — с любым буквенным индексом.
VT7-2SC4793, VT8-2SA1837, VT9-2SC5200, VT10-2SA1943. (VT7-VT10 можно оставить и отечественные, если они имеются, так как в этом случае это не существенно).
Стабилитроны VD1 и VD2 можно заменить на зарубежные аналоги, с напряжением стабилизации 15В. Диоды VD3 и VD4 – любые импульсные, с максимальным прямым током не менее 50 мА, например КД521А, КД522Б или их зарубежные аналоги.
Микросхему ОУ DA1 можно заменить на КР574УД1А(В) или её зарубежный аналог, КР544УД2Б, TL051 а также на ОУ: 3507J с коррекцией в соответствии с datasheet.
При такой замене можно ожидать уменьшения нелинейных искажений, не считая замены ОУ.
Литература:
1. Зуев П. «Усилитель с многопетлевой ООС». – Радио №11, 1984 г.
2. Акулиничев И. Т. «УМЗЧ с глубокой ООС». – Радио №10, 1989 г.
3. Сухов Н. «УМЗЧ высокой верности». – Радио №6, 1989 г.
———————————
Файлы:
Плата УМЗЧ 70 Вт на основе К574УД1А-В
Плата УМЗЧ 2 Вт на основе К140УД1А
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
www.radiokot.ru
