Усилитель класса а на микросхеме. Усилитель класса А на микросхеме: особенности конструкции и характеристики

Каковы основные преимущества усилителей класса А. Какие компоненты используются в схеме усилителя класса А на микросхеме. Как достигается высокое качество звучания в усилителях класса А. На что обратить внимание при сборке усилителя класса А.

Принцип работы усилителя класса А

Усилитель класса А работает в режиме, когда выходной каскад постоянно открыт и через него протекает ток. Это обеспечивает следующие преимущества:

  • Отсутствие искажений при переходе через нуль сигнала
  • Линейность характеристик во всем диапазоне сигнала
  • Минимальные нелинейные искажения
  • Отличная передача микродинамики звукового сигнала

Основной недостаток — низкий КПД, так как выходные транзисторы постоянно греются. Поэтому усилители класса А обычно имеют небольшую выходную мощность.

Особенности схемотехники усилителя класса А на микросхеме

В схеме усилителя класса А на микросхеме можно выделить следующие ключевые элементы:

  • Операционный усилитель в качестве входного каскада и драйвера
  • Выходной каскад на полевых или биполярных транзисторах
  • Цепь глубокой отрицательной обратной связи
  • Источник стабильного тока для смещения выходных транзисторов
  • Массивный радиатор для отвода тепла

Использование микросхемы операционного усилителя позволяет получить хорошие параметры по искажениям и шумам. Выходной каскад работает в режиме класса А благодаря постоянному току смещения.


Компоненты для построения усилителя класса А

При выборе компонентов для усилителя класса А стоит обратить внимание на следующие моменты:

  • Операционный усилитель — с малыми шумами и искажениями (например, OPA134, AD797)
  • Выходные транзисторы — комплементарные пары (например, MJL3281A/MJL1302A)
  • Конденсаторы в цепи ООС — полипропиленовые или полистирольные
  • Резисторы — металлопленочные с низким ТКС
  • Радиатор — алюминиевый профиль с площадью не менее 0,5 м2 на 100 Вт рассеиваемой мощности

Важно использовать качественные компоненты, так как в режиме класса А проявляются все их недостатки.

Достижение высокого качества звучания

Для получения максимального качества звука в усилителе класса А применяются следующие решения:

  • Минимизация числа каскадов усиления
  • Использование глубокой отрицательной обратной связи
  • Применение высококачественных пассивных компонентов
  • Тщательный подбор режимов работы транзисторов
  • Стабилизация напряжения питания
  • Экранирование чувствительных цепей

Все это позволяет снизить уровень искажений и шумов до минимальных значений.


Особенности конструкции усилителя класса А

При разработке конструкции усилителя класса А важно учитывать следующие моменты:

  • Эффективный теплоотвод выходных транзисторов
  • Разделение силовых и сигнальных цепей
  • Экранирование входных цепей
  • Применение массивного корпуса для снижения вибраций
  • Использование качественных разъемов и проводников

Правильная компоновка элементов позволяет минимизировать наводки и обеспечить стабильную работу усилителя.

Настройка и тестирование усилителя класса А

При настройке усилителя класса А необходимо выполнить следующие операции:

  • Установка тока покоя выходных транзисторов
  • Проверка линейности амплитудной характеристики
  • Измерение уровня искажений на разных частотах
  • Оценка частотного диапазона и неравномерности АЧХ
  • Тестирование работы при различных нагрузках

Тщательная настройка позволяет раскрыть потенциал схемы и получить максимальное качество звучания.

Преимущества усилителя класса А на микросхеме

Использование микросхемы в качестве основы усилителя класса А дает следующие преимущества:


  • Упрощение схемотехники входных каскадов
  • Снижение уровня шумов и искажений
  • Повышение стабильности работы
  • Уменьшение габаритов печатной платы
  • Снижение себестоимости при серийном производстве

При этом сохраняются все достоинства усилителей класса А — высокая линейность и отличное качество звучания.

Недостатки усилителей класса А

Несмотря на отличное качество звука, усилители класса А имеют ряд недостатков:

  • Низкий КПД (не более 25-30%)
  • Большое тепловыделение
  • Необходимость мощного блока питания
  • Ограниченная выходная мощность
  • Высокая стоимость при большой мощности

Эти недостатки ограничивают применение усилителей класса А в основном Hi-End аппаратурой.


Ультралинейный усилитель класса «А»

Вариант усилителя на отечественных транзисторах

Автор: АКА КАСЬЯН

По сути я ничего нового не придумал, просто давно хотел собрать данный усилитель, но на многих ресурсах отзывы о нем были не очень хорошие.

К сожалению, мне не удалось найти фотографии доделанных усилителей. Как правило, на страницах форума были только обсуждения и мне не оставалось ничего, кроме как повторить конструкцию. 

О схеме очень мало отзывов, в основном только негативные. Жалобы в основном о малом потреблении тока, слишком искаженный выходной сигнал и т.п.

Сначала были найдены все оптимальные замены транзисторам. Все транзисторы использовались отечественного производства. Травить плату не было возможности, поэтому как всегда на помощь пришла макетка.

На плате была собрана вся схема, а выходные транзисторы через провода припаяны к основной плате. 
В начале для выходного каскада использовал транзисторы КТ805, затем 819 и остановился на КТ803А — самый лучший вариант для этой схемы.  

Схема планировалась для стандартной колонки на 4 Ом, поэтому некоторые номиналы схемы нужно подобрать под свои нужды. 
Выходной конденсатор на 3300 мкФ с напряжением 16-50вольт, входной по вкусу (от 0,1 до 1мкФ). 

Для питания использовал аккумулятор от бесперебойника, с ним усилитель развивает до 8 ватт, это уже чистейшая мощность, без хрипов, искажений и гулов.

За свою практику собрал немало усилителей мощности. Еще год назад, эталоном звука для меня были микросхемы СТК, затем была повторена схема ланзара и она долго не уступала свои позиции, но несколько дней назад этот усилитель вышел на первое место, оставив позади знаменитого ланзара.

 Широкий диапазон воспроизводящих частот — еще одно достоинство этой схемы, хотя частоты ниже 30 Гц усилитель не сможет воспроизвести. Усилитель предназначен для широкополосной акустики, и для качественного звучания в первую очередь нужны качественные колонки. Хотя многие могут не согласится, но очень советую использовать отечественные головки  5 — 10 ГДШ с бумажным или поролоновым подвесом.

После чистого класса «А» даже музыкальный центр будет звучать не так хорошо, как раньше. 

Выходные транзисторы усилителя греются не так страшно, как говорилось в некоторых форумах, лично у меня без теплоотвода они поработали 10 минут на максимальной громкости, температура не превышала 70-80 градусов.

Странно то, что усилитель настолько качественный, что без подачи входного сигнала в колонках нет никакого шума или гула, словно усилитель выключен и включается только при подаче сигнала на вход. 

Не советуется поднимать напряжение питания более 20 вольт, при 18 вольт усилитель показал 14 ватт — чистой синусоидальной мощи, но потреблял при этом 60 ватт… для класса «А» это вполне нормально. 
В дальнейшем планируется собрать еще один канал, уж больно понравился этот усилитель, рядом с ним даже музыкальный центр дурно звучит.

Список радиоэлементов
ОбозначениеТипНоминалКоличествоПримечаниеМагазинМой блокнот
T1Биполярный транзистор

КТ361Г

12N3906Поиск в магазине ОтронВ блокнот
T2Биполярный транзистор

КТ801А

1КТ630Д, КТ602А, 2N697Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Т3, Т4Биполярный транзистор

КТ803А

2MJ480Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С1Электролитический конденсатор100 мкФ1Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С2Конденсатор0. 22 мкФ1Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С3Электролитический конденсатор220 мкФ1Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С4Электролитический конденсатор470 мкФ1Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С5Электролитический конденсатор3300 мкФ1Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С6Конденсатор0.1 мкФ1Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R1Резистор

39 кОм

1Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R2Переменный резистор100 кОм1Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R3Резистор

100 кОм

1Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R4Резистор

220 Ом

1Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R5Резистор

2. 7 кОм

1Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R6Резистор

8.2 кОм

1Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R7Резистор

47 Ом

10.5 ВтПоиск в магазине ОтронВ блокнот
R8Резистор

180 Ом

11 ВтПоиск в магазине ОтронВ блокнот
R9Резистор

2.2 кОм

10.5 ВтПоиск в магазине ОтронВ блокнот
R10Резистор

10 Ом

11 ВтПоиск в магазине ОтронВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Теги:
  • УНЧ
  • Sprint-Layout

Простой усилитель класса А на… LM317

Обычно при проектировании усилителя мощности задаются его параметрами: выходной мощностью, искажениями, частотной характеристикой и т. д. Исходя из этого, выбирают необходимую схемотехнику и элементы. Но иногда находятся оригиналы, которым интересно и забавно использовать для усиления компоненты изначально для этого не предназначенные. В результате порой получаются весьма качественные и необычные конструкции.

Широкоизвестный интегральный стабилизатор напряжения LM317, разработанный в далёком 1976 году, поддерживает напряжение на выходе на 1,25 В больше, чем напряжение на управляющем выводе, ток потребления по которому составляет всего 100 мкА. При этом выходной ток микросхемы может составлять 1,5 А. Чем не усилитель???

Идея

На рисунке представлена принципиальная схема усилителя. Микросхема IC1 управляется операционным усилителем IC3. На микросхеме IC2 собран источник постоянного тока, величина которого определяется номиналом резистора R9  и рассчитывается по формуле: I=1.25/R9.

Резисторы R11 и R10 образуют цепь отрицательной обратной связи и определяют коэффициент усиления. Благодаря этой цепи компенсируется напряжение смещения в 1,25 В и на выходе поддерживается нулевое напряжение.

Краткое резюме: две микросхемы LM317, один ОУ и три резистора  — вот всё, что необходимо для построения простого усилителя класса А. И кстати, заметим для аудиофилов — в тракте нет ни одного конденсатора!

Схема

Учитывая, что LM317 может работать с максимальным током в 1,5 А, на выходе получаем относительно небольшую выходную мощность. К счастью, это ограничение можно преодолеть путем соединения нескольких LM317 параллельно, как представлено на схеме:

Увеличение по клику

Максимальное входное напряжение для LM317 составляет 40 В, поэтому, казалось бы, запитать усилитель можно от двухполярного источника с напряжением не более ±20 V. Однако, операционный усилитель, допускает работу с максимальным напряжением питания ±18 В. Поэтому, по мнению автора, работа схемы от источника питания с напряжением ±15В будет вполне разумным и безопасным решением.

Определившись с напряжением питания мы можем рассчитать необходимый ток покоя. Для нагрузки сопротивлением 8 Ом он составит  15 В/8Ω=1,875 А. Теоретическая максимальная мощность будет составлять около 14 Вт, хотя на практике получилось 12 Вт при чисто резистивной нагрузке.
Так как акустическая система далека по своим свойствам от резистивной нагрузки, ток покоя следует взять несколько больший, например, 2,2А. В этом случае величина токозадающего резистора составит  1,25/2,2=0,56 Ω.

При этом на резисторе будет рассеивать чуть меньше 3 Вт, поэтому рекомендуется использовать резистор мощностью не менее 5 Вт. При таких параметрах потребляемая мощность одного канала усилителя составит 30×2,2=66 Вт.

А что вы хотели? Класс «А»!

Параллельное включение

При параллельном включении четырёх микросхем LM317 максимальный выходной ток может достигать 6 А. При токе покоя 2.2 А максимальный ток через верхнее плечо усилителя составляет  4,4 А  и 2,2 А через нижнее плечо, что в пределах безопасной работы.

Входное сопротивление определяется номиналом резистора R11 и составляет 10 K (относительно низкое, так как усилитель инвертирующий). Коэффициент усиления можно регулировать путем изменения номинала резистора R10. Рассчитывается по формуле: A=–R10/R11.

Ёмкость конденсатора С1 определяет верхнюю граничную частоту и предотвращает возбуждение усилителя на высоких частотах. При указанном на схеме значении 100 пкФ верхняя граничная частота усиления составляет 100 кГц. Но вы можете экспериментировать с этим значением на свой страх и риск (контролируйте наличие возбуждения усилителя).

Так как усилитель инвертирующий, автор предлагает подключать акустические системы наоборот, то есть плюсовую клемму акустики следует подключать к общему выводу усилителя, а минусовую  — к выходу усилителя. При использовании инвертирующего предварительного усилителя акустику следует подключать обычным способом.

Конструкция

Вариант конструкции усилителя показан на фотографии:

Чертежи печатных плат в формате pdf здесь.

Статья подготовлена по материалам журнала «Электор Электроникс»
Автор Юрген Майклс (Бельгия)
Вольный перевод: Главный редактор «РадиоГазеты»
Удачного творчества!


Комментарий от редакции «РадиоГазеты»:

Это усилитель класса «А» со всеми вытекающими последствиями как то:

  1. сильный нагрев практически всех элементов конструкции. Поэтому требуется применение радиаторов соответствующих размеров и организация эффективной вентиляции корпуса усилителя.
  2. настоятельно рекомендуется использование защиты акустических систем от постоянного напряжения на выходе.
  3. это не только усилитель класса «А»! У автора в тексте это почему-то не отмечено, но это однотактный усилитель, что накладывает особые требования на источник питания. Для снижения фона блок питания должен быть либо стабилизированный (ещё один радиатор), либо нужны фильтрующие конденсаторы большой ёмкости — не менее 10 000 мкФ на канал. Для уменьшения нагрева диодов выпрямительного моста здесь настоятельно рекомендуется использовать диоды Шоттки. Снабдить их небольшими радиаторами тоже не помешает.

Улучшить параметры усилителя можно довольно просто — применением более современного и качественного операционного усилителя.


Похожие статьи:

  • Всё, что вы хотели знать о защите акустических систем, но боялись спросить (часть вторая)
  • Транзисторный усилитель мощности с плавным ограничением сигнала.
  • Усилитель мощности Ultra-LD 200W (Часть II)
  • Аудио-аттенюатор или возвращение в 80-е.
  • Повышение линейности усилителя MuGen.

Aussies — Усилитель класса А мощностью 20 Вт на кремниевой микросхеме отзывы? | Страница 4

#65