Схемы высококачественных унч на транзисторах. Высококачественный усилитель низкой частоты на транзисторах мощностью 60 Вт: схема и характеристики

На схеме представлены основные функциональные блоки усилителя и направление прохождения сигнала. Входной каскад на дифференциальных парах VT1-VT4 обеспечивает высокую линейность. Генераторы тока VT5-VT6 стабилизируют режим. Раскачивающий каскад VT7-VT8 управляет мощным выходным каскадом VT14-VT17. Цепи ООС и защиты обеспечивают стабильную работу усилителя.

Схема высококачественного УНЧ на транзисторах (60Вт)

Описываемый ниже усилитель пригоден для усиления мощных звуковых сигналов в составе звуковоспроизводящих установок высокого класса, а также для использования в качестве мощного широкополосного операционного усилителя.

Основные технические характеристики усилителя:

• Номинальная выходная мощность, Вт, при сопротивлении нагрузки, Ом: 8…..48, 4…..60;
• Диапазон воспроизводимых частот при неравномерности АЧХ не более 0,5 дБ и выходной мощности 2 Вт, Гц……0…200000;
• Коэффициент нелинейных искажений при номинальной мощности в диапазоне 20…20000 Гц, %………..0,05;
• Номинальное входное напряжение, В ………… 0,8;
• Входное сопротивление, кОм …………………..47;
• Выходное сопротивление, Ом…………………..0,02.

Принципиальная схема

Входной каскад усилителя представляет собой два дифференциальных усилителя (включенных параллельно), выполненных на транзисторах VT1, VT3 и VT2, VT4 противоположной структуры.

Рис. 1. Схема высококачественного УНЧ на транзисторах (60Вт).

Генераторы тока на транзисторах VT5, VТ6 обеспечивают стабильность значений (около 1 мА) суммарных эмиттерных токов дифференциальных пар, а также развязку по цепям питания.

Сигнал на выходной усилитель подается с управляемых генераторов тока (VT7, VT7), которые работают противофазно. Такое включение увиличило ток «раскачки» в два раза, снизило нелинейные искажения и улучшило частотные свойства усилителя в целом.

Каждое из плеч симметричного выходного усилителя выполнено по схеме Дарлингтона, и представляет собой трехкаскадный усилитель (в двух каскадах транзисторы включены по схеме с общим эмиттером и в одном — с общим коллектором).

Усилитель охвачен частотно — зависимой ООС, определяющей его коэффициент передачи по напряжению, который в звуковом диапазоне близок к трем. Так как сигнал обратной связи, снимаемый с резистора R39 (R40), пропорционален изменениям тока выходного транзистора, то дополнительно осуществляется довольно жесткая стабилизация рабочей точки этого транзистора.

Напряжение смещения выходной ступени определяется сопротивлением перехода коллектор — эмиттер транзистора VT9 и регулируется резистором R24. Напряжение смещения термостабилизировано диодом VD4, который закреплен на теплоотводе одного из мощных транзисторов.

Элементы коррекции R16, C4, C6 — C11 обеспечивают устойчивость усилителя и выравнивают его АЧХ. Пассивный фильтр низких частот R2C1 предотвращает попадание на вход радиочастотных сигналов.

Цепочка C12R45L1R47 компенсирует реактивную составляющую сопротивления нагрузки. На транзисторах VT12 и VT13 собран узел защиты выходных транзисторов от перегрузок по току и напряжению. Резистор R1 позволяет при необходимости ограничить выходную мощность в соответствии с уровнем сигнала от предварительного усилителя и возможностями применяемого громкоговорителя.

Детали

В схеме усилителе можно использовать и другие маломощные высокочастотные кремниевые транзисторы, например КТ342А, КТ342Б и КТ313Б, КТ315 и КТ361 (с индексами от В до Е).

Транзисторы VT14 и VT15 (возможная замена — КТ816В, КТ816Г и КТ817В, КТ817Г или КТ626В и КТ904А) снабжены ребристыми теплоотводами размерами 23х25х12 мм.

В качестве выходных можно применить транзисторы КТ818ГМ и КТ819ГМ, которые позволяют при повышении напряжения питания получать мощности свыше 70 Вт. Стабилитрон VD1 может быть также Д816Г или 2С536А, VD2 и VD3 — КС147А (при соответствующей коррекции сопротивлений резисторов R11 и R14).

А. Исаев, В. Урин.

Источники: 

1. В помощь радиолюбителю (ВРЛ) № 99 — «Высококачественный экономичный усилитель мощности»;
2. Николаев А.П., Малкина М.В. — 500 схем для радиолюбителей. 1998.

Высококачественный экономичный усилитель мощности

Как известно, симметричные широкополосные оконечные усилители НЧ вносят минимальные искажения при всех уровнях выходной мощности. Один из наиболее совершенных вариантов высококачественного усилителя, обладающего указанными свойствами, был опубликован в [1]. Подробное описание этого усилителя можно найти также в [2]. Усилитель спроектирован на транзисторах дополнительной структуры и является симметричным и двухтактным от входа до выхода. На входе включен двойной дифференциальный каскад, а каждое из плеч выходной ступени представляет собой усилитель, охваченный отрицательной обратной связью (ООС) с коэффициентом передачи по напряжению больше единицы. Преимущества этих схемных решений подробно описаны как в указанных работах, так и на страницах журнала «Радио» [3, 4].

Рис.1 Зависимость максимальной выходной мощности, соответствующей коэффициенту гармоник 0,2 %, от сопротивления нагрузки (кривая 1) и от напряжения питания при сопротивлении нагрузки 7,7 Ом (кривая 2)

При испытаниях нескольких экземпляров усилителя, собранных по аналогичной схеме на отечественной элементной базе, выявился один недостаток — существенное уменьшение коэффициента использования напряжения питания (КИНП) при работе на низкоомную нагрузку *. А это влечет за собой необходимость увеличивать напряжение питания для получения заданной мощности, что приводит к снижению экономичности, ухудшению теплового режима выходных транзисторов и увеличению габаритов усилителя. За счет видоизменения выходного каскада и включения мощных транзисторов по схеме с общим коллектором авторам удалось увеличить КИНП примерно на 50 % и, попутно, на 35 % снизить выходное сопротивление усилителя при сохранении остальных характеристик.

Описываемый ниже усилитель пригоден для усиления мощных звуковых сигналов в составе звуковоспроизводящих установок высокого класса, а также для использования в качестве мощного широкополосного , операционного усилителя.

Основные технические характеристики усилителя
Номинальная (синусоидальная) выходная мощность, Вт, при сопротивлении нагрузки, Ом:
8 ……………………… 48
4 ……………………….60
Диапазон воспроизводимых частот при неравномерности АЧХ
не более 0,5 дБ и выходной мощности 2 Вт, Гц . . . . 10…200000
Уровень нелинейных искажений при номинальной выходной мощности в диапазоне 20…20000 Гц, % …….. 0,05
Номинальное входное напряжение (действующее значение), В 0,8 Входное сопротивление, кОм . . . . . . . . . . . . . 47
Выходное сопротивление, Ом…………………… 0,02

Параметры измерены при питании усилителя от стабилизированного источника ±31,5 В. При использовании нестабилизированного источника для сохранения характеристик напряжение питания следует увеличить на 1…3 В в зависимости от емкости конденсаторов фильтра. Необходимо отметить, что для уровня нелинейных искажений указано верхнее граничное значение, обусловленное возможностями имевшейся у авторов измерительной аппаратуры.

Измерялось также время установления переходной характеристики при подаче на вход перепада напряжения с длительностью фронта 0,1 мкс. Для выходной амплитуды 10 В оно оказалось равным примерно 1 мкс, причем выбросы на плоской части составляли не более 15’%. На рис. 1 представлены зависимости максимальной выходной мощности, соответствующей коэффициенту гармоник 0,2 %, от сопротивления нагрузки RH при стабилизированном питании ±31,5 В (кривая L), а также от напряжения питания при RH 7,7 Ом (кривая 2).
Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 2. Входной каскад представляет собой два дифференциальных усилителя (включенных параллельно), выполненных на транзисторах VT1, VT3 и VT2, VT4 дополнительной структуры. Генераторы тока на транзисторах VT5, VT6 обеспечивают стабильность значений (около I мА) суммарных эмиттерных токов дифференциальных пар, а также развязку по цепям питания. Сигнал на выходной усилитель подается с управляемых генераторов тока (VT7, VT8), которые работают противофазно. Такое включение увеличило ток «раскачки» в два раза, снизило нелинейные искажения и улучшило частотные свойства; усилителя в целом.

Каждое из плеч симметричного выходного усилителя выполнено по схеме Дарлингтона. Оно представляет собой трехкаскадный уси-литель (в двух каскадах транзисторы включены по схеме с общим эмиттером ив одном — с общим коллектором). Усилитель охвачен частотно-зависимой ООС, Определяющей его коэффициент передачи по напряжению, который в звуковом диапазоне близок к трем. Так как сигнал обратной связи, снимаемый с резистора R39 (R40), пропорционален изменениям тока выходного транзистора, то дополнительно осуществляется довольно жесткая стабилизация рабочей точки этого транзистора; Напряжение смещения выходной ступени определяется сопротивлением перехода коллектор — эмиттер транзистора VT9 и регулируется резистором R24. Напряжение смещения термостабилизировано диодом VD4, который закреплен на теплоотводе одного из мощных транзисторов.Общая ООС по постоянному току через резистор R33 стабилизирует режим всех каскадов и приближает выходной потенциал к входному, который равен нулю. Цепочка R17C5 уменьшает глубину ООС по переменному току, преобразуя усилитель в активный фильтр с коэффициентом передачи около 27 дБ.

Элементы коррекции R16, С4, С6 —С11 обеспечивают устойчивость усилителя и выравнивают его АЧХ. Пассивный фильтр низких частот R2C1 предотвращает попадание на вход радиочастотных сигналов. Цепочка C12R45L1R47 компенсирует реактивную составляющую сопротивления нагрузки. На транзисторах VT12 и VT13 собран узел защиты выходных транзисторов от перегрузок по току и напряжению. Резистор R1 позволяет при необходимости ограничить выходную мощность в соответствии с уровнем сигнала от предварительного усилителя и возможностями применяемого громкоговорителя.

Усилитель смонтирован на печатной плате (рис. 3) размерами 142X72 мм, изготовленной из двухсторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Со стороны деталей (рис. 4) фольга оставлена в виде сплошного «земляного» поля. Вокруг отверстий для выводов деталей в радиусе 1,5…2,5 мм фольга удалена.
Вне платы размещены предохранители FU1—FU3, транзисторы VT16, VT17, которые закреплены на тепло-отводах площадью не менее 1000 см2, и диод VD4. Кроме того, резистор R1 можно ащрепить на передней панели, с тем чтобы была возможность оперативной регулировки максимальной выходной мощности.

Помимо указанных на схеме в усилителе можно использовать и другие маломощные высокочастотные кремниевые транзисторы, например КТ342А, КТ342Б и КТ313Б, КТ315 и КТ361 (с индексами от В до Е). Транзисторы VT14 и VT15 (возможная замена —КТ816В, КТ816Г и КТ817В, КТ817Г или КТ626В и КТ904А) снабжены ребристыми теплоотводами размерами 23Х Х25Х12 мм. В качестве выходных можно применить транзисторы КТ818ГМ и КТ819ГМ, которые позволяют при повышении напряжения питания (см. рис. 1) получать мощности свыше 70 Вт.

Стабилитрон VD1 может быть также Д816Г или 2С536А, VD2, VD3 —КС147А (при соответствующей коррекции сопротивлений резисторов R11 и R14).

В качестве подстроечных использованы резисторы типа СП5-3. Резисторы R39, R40, R46, R47 изготовлены из высокоомного провода диаметром 0,8 мм, резисторы R35, R38, R45, R47 — МОИ, остальные — МЛТ. Дроссель L1 намотан на резисторе R47 проводом ПЭВ-2 0,8 в один ряд до заполнения корпуса резистора. Конденсатор С2 —ЭТО или К50-6, С5 —К50-6, остальные — КМ.

Налаживание усилителя сводится к следующему. Сначала, не подключая мощных транзисторов, к выходу усилителя подсоединяют эквивалент нагрузки и, плавно увеличивая напряжение питания, по отсутствию бросков потребляемого тока или значительному падению напряжения на нагрузке убеждаются в правильности монтажа. После этого подключают выходные транзисторы и резистором R18 устанавливают на выходе напряжение, близкое к нулю (не более 10 мВ), а резистором R24 — ток покоя на уровне 15…25 мА.

В заключение отметим, что применение в данном усилителе сравнительно большого числа транзисторов компенсируется его технологичностью. Использованные схемные решения, наличие местных ООС обеспечивают получение высоких характеристик и их хорошую воспроизводимость без тщательной наладки. При этом практически не требуется предварительного отбора транзисторов. Благодаря оптимальному использованию напряжения питания и малому току покоя усилитель экономичен. А возможность получения широкого диапазона максимальных выходных мощностей на нагрузках от 4 до 15 Ом за счет изменения напряжения питания (при этом дополнительно может понадобиться подбор резисторов R21 и R25 с тем, чтобы токи через них были в пределах 10…20 мА) обеспечивает универсальность применения данного усилителя.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VT1, VT3, VT5, VT7, VT11, VT12	Биполярный транзистор	КТ3107Б	6		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VT2, VT4, VT6, VT8-VT10, VT13	Биполярный транзистор	КТ3102А	7		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VT14	Биполярный транзистор	КТ814Г	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VT15	Биполярный транзистор	КТ815Г	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VT16	Биполярный транзистор	КТ819Г	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VT17	Биполярный транзистор	КТ818Г	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD1	Стабилитрон	КС539Г	1	Д816Г или 2С536А	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD2, VD3	Стабилитрон	КС156А	2	КС147А (с заменой R11 и R14)	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD4	Диод	КД513А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C1	Конденсатор	120 пФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C2	Электролитический конденсатор	200 мкФ 50 В	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C3, C6, C10-C12	Конденсатор	0. 1 мкФ	5		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C4	Конденсатор	220 пФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C5	Электролитический конденсатор	200 мкФ 6 В	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C7, C9	Конденсатор	1000 пФ	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C8	Конденсатор	62 пФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R1	Переменный резистор	10 кОм	1	СП5-3	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R2, R4, R12, R13, R16, R22	Резистор	1 кОм	6	0. 25 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R3	Резистор	47 кОм	1	0.25 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R5, R6, R9, R10	Резистор	100 Ом	4		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R7, R8	Резистор	10 кОм	2	0.25 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R11, R14	Резистор	4.7 кОм	2	0.25 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R15	Резистор	4.7 кОм	1	0.5 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R17	Резистор	100 Ом	1	0. 25 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R18	Переменный резистор	680 Ом	1	СП5-3	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R20	Резистор	1.5 кОм	1	0.25 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R21, R25	Резистор	820 Ом	2	1 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R23	Резистор	330 Ом	1	0.25 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R24	Переменный резистор	330 Ом	1	СП5-3	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R26, R28, R29, R31	Резистор	1 кОм	4	0. 5 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R27, R30	Резистор	220 Ом	2	0.5 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R32-R34	Резистор	2.2 кОм	3	0.5 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R35, R38	Резистор	5.1 Ом	2	МОИ, 0.5 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R36, R37	Резистор	100 Ом	2	0.5 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R39, R40	Резистор	0.4 Ом	2	Из высокоомного провода 0. 8 мм	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R41, R42	Резистор	12 кОм	2	0.25 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R43, R44	Резистор	150 Ом	2	0.25 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R45, R47	Резистор	10 Ом	2	МОИ, 1 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R46, R48	Резистор	0.1 Ом	2	Из высокоомного провода 0.8 мм	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
L1	Катушка индуктивности		1	ПЭВ-2 0. Похожие записи 31.08.2023 0 Микросхема 358: подробный обзор, применение и характеристики операционного усилителя 30.08.2023 0 Радиозвонок схема. Радиозвонок своими руками: схемы, устройство и монтаж беспроводного дверного звонка 29.08.2023 0 Электросхема ваз 2105 инжектор. Электросхема ВАЗ 2105: особенности, устройство и основные неисправности Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт