| Усилитель | Р m ах . ВТ | P ном (Д f ) Вт | КГ (Д f ), % | Кг (50 мВт), % | Д f . Гц | в (Фн). град | в (ФВ), град | Фн,Гград | Фв, град | Vm ах , в/мкс |
| Рис. 66 | 60 | 55 | 0,07 | 0,15 | 20... 50000 | 8 | 8 | 30 | 2 | 20 |
| Рис. 69 | 80 | 75 | 0,06 | 0,12 | 20... 40000 | 7 | 7 | 25 | 2 | 16 |
| Рис. 72 | 70 | 60 | 0,04 | 0,1 | 20... 150000 | 5 | 3 | 18 | 5 | 17 |
| Рис. 75 | 80 | 70 | 0,05 | 0,1 | 20... 80000 | 1 | 2 | 8 | 7 | |
| Рис. 79 | 70 | 60 | 0,04 | 0,08 | 20... 100000 | 10 | 3 | 35 | 11 | 12,5 |
| Рис. 82 | 20 | .ЛЬ | 0,03 | 0,07 | 20... 80000 | 4 | 3 | 16 | 8 | 10 |
| Рис. 85 | 70 | 60 | 0,5 | 0,7 | 10... 25000 | 8 | 5 | 40 | 10 | 7,5 |
Одной из особенностей данного усилителя мощности является его питание от двухполярного источника. Это позволяет включить нагрузку между выходом усилителя и общим проводом без переходного конденсатора. Другая особенность состоит в применении входного балансного дифференциального каскада, обладающего хорошей термостабильностью.
Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 66. Он состоит из входного каскада (транзисторы VT 1, VT 2), каскада усиления напряжения ( VT 3) и выходного ( VT 4 — VT 7) и элементов защиты выходных транзисторов ( VD 3 — VD 6). Входной каскад выполнен по схеме дифференциального каскада е несимметричным выходом. Входной сигнал поступает на базу транзистора VT 1 через разделительный конденсатор С1. Сигнал ООС подается с выхода через резистор R 6 на базу транзистора VT 2. Дифференциальный каскад сравнивает выходное напряжение с нулевым напряжением общего провода, и еели по каким-либо причинам постоянное напряжение на выходе усилителя станет отличным от нуля, сигнал рассогласования с выхода дифференциального каскада поступает на выходной каскад, обеспечивая тем самым нулевое напряжение на выходе усилителя. С выхода дифференциального каскада сигнал поступает на усилитель напряжения и через резистор R 7 на выходной каскад. Выходной каскад выполнен на составных комплементарных транзисторах VT 4, VT 6 и VT 5, VT 7, обладающих большим входным и весьма малым выходным сопротивлениями.
Диоды VD 1 и VD 2 создают начальное смещение выходного каскада и обеспечивают температурную стабилизацию тока покоя выходных транзисторов. Через конденсатор вольтдо-бавки С5 подключается ПОС в цепь коллекторной нагрузки транзистора VT 3, обеспечивая тем самым получение максимального размаха выходного напряжения. Диоды VD 3, VD 4 и VD 5, VD 6 защищают выходные транзисторы, шунтируя в случае перегрузки, переходы транзисторов. Элементы СЗ, С6, R 14, С7, L 1 предотвращают самовозбуждение усилителя на высоких частотах.
Конструктивно усилитель мощности смонтирован на печатной плате, показанной на рис. 67. Для температурной стабилизации тока покоя выходных транзисторов диоды VD 1 и VD 2 устанавливают на общий с транзисторами VT 6 и УТ7 теплоотвод. Катушка L 1 намотана на резисторе R 15 (МЛТ-2) и содержит 25 витков провода ПЭВ-2 0,8. Резисторы R 12 и R 13 изготовлены из высокоом-ного провода (манганин, константан).
Налаживание усилителя заключается в проверке правильности монтажа. При правильном монтаже и использовании исправных элементов дополнительной настройки не требуется. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилителя приведены на рис. 68. Для питания усилителя необходим двухполярный источник, обеспечивающий при напряжении ±36 В ток не менее 1,2 А.
Рис. 66. Принципиальная схема усилителя мощности с балансным дифференциальным входным каскадом
Усилитель мощности с полевым транзистором в качестве источника тока для входного каскада и элементами симметрирования выходного каскада. Он имеет следующие основные технические характеристики (см. также табл. 4):
Номинальная выходная мощность....... 75 Вт
Коэффициент гармоник.......... 0,06%
Полоса рабочих частот.......... 20... 40 000 Гц
Отношение сигнал-шум.......... 86 дБ
Напряжение питания........... ±40 В
Ток покоя.......... 20 мА
Улучшение качественных показателей в этом усилителе по сравнению с предыдущим достигнуто рядом схемотехнических решений. В эмиттерную цепь входного дифференциального каскада включен источник тока на полевом транзисторе. Это позволяет повысить коэффициент передачи первого каскада и улучшить его термсстабильность. Для улучшения симметрии плеч выходного каскада усилителя и уменьшения нелинейных искажений в эмиттерную цепь одного из транзисторов лредоконечного каскада вводятся корректирующая цепь, состоящая из диода, резистора и конденсатора.
Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 69. Он содержит дифференциальный входной каскад ( VT 2, VT 4), усилители тока ( VT 3) и напряжения ( VT 6), выходной каскад ( VT 9 — VT 12) и устройство защиты от перегрузок ( VT 7, VT 8). Как уже говорилось, источник тока на транзисторе VT 1, включенный в эмиттерные цепи транзисторов VT 2, VT 4, позволяет, не увеличивая температурную нестабильность, повысить коэффициент передачи по напряжению дифференциального каскада. Транзистор VT 3 позволяет уменьшить нагрузку на выход дифференциального каскада. Каскад с разделенной нагрузкой на транзисторе VT 6 усиливает сигнал по напряжению, обеспечивая максимальный размах выходного напряжения.
Квазикомплементарный выходной каскад, выполненный на составных транзисторах (VT9, VT11 и VT10, VT12), хорошо согласовывается с низкоомной нагрузкой. Корректирующая цепь, состоящая из параллельно соединенных диода VD2, резистора R28 и конденсатора С10, улучшает симметрию плеч усилителя, уменьшая тем самым нелинейные искажения. Начальное смещение на базах выходных транзисторов для работы в режиме АВ определяется падением напряжения на участке коллектор — эмиттер транзистора VT5 и регулируется резистором R16. Транзисторы VT7 и VT8 шунтируют при перегрузке эмиттерный переход выходных транзисторов, осуществляя тем самым их защиту. Элементы ?3, R5, С4, R31, С12 предотвращают самовозбуждение усилителя на высоких частотах. Цепь R7, С6 служит для выравнивания АЧХ усилителя на высоких частотах звукового диапазона (до 20 кГц).
Рис. 67. Печатная (а) и монтажная (б) платы усилителя мощности с балансным дифференциальным входным каскадом
Рис. 68. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилителя мощности с балансным дифференциальным входным каскадом
Конструктивно усилитель собран на печатной .плате, показанной на рис. 70. Температурная стабилизация тока покоя выходных транзисторов осуществляется с помощью транзистора VT 5, установленного на общем с VT 12 или VT 11 радиаторе, в непосредственной близости от них. Для питания усилителя необходим двухполярный источник, обеспечивающий при напряжении ±40 В ток не менее 2,5 А.
Налаживание усилителя, собранного из исправных элементов, заключается в проверке правильности монтажа и установке тока покоя выходных транзисторов резистором R 16 в пределах 20... 40 мА. Амплитудно-частотная и фазочас-тотная характеристики усилителя приведены на рис. 71.
Рис. 69. Принципиальная схема усилителя мощности с полевым транзистором в качестве источника тока
Усилитель мощности на комплементарных транзисторах с полной симметрией плеч для обеих полуволн усиливаемого сигнала и с двойным дифференциальным каскадом на входе. Он имеет следующие основные технические характеристики (см. также табл. 4):
Номинальная выходная мощность....... 60 Вт
Коэффициент гармоник.......... 0,04%
Полоса рабочих частот.......... 20... 150000 Гц
Отношение сигнал-шум.......... 88 дБ
Напряжение питания........... ±40 В
Ток покоя.............. 50 мА
Усилитель полностью выполнен на комплементарных транзисторах. Он работает в режиме АВ. Примененные схемные решения позволили до минимума снизить нелинейные искажения. Основная особенность усилителя — симметричность плеч для обеия полуволн усиливаемого сигнала. Это дало возможность снизить нелинейные искажения усилителя без введения ООС. Другая особенность состоит в схеме выходного каскада, позволяющей усиливать сигнал не только по току, но и по напряжению. При этом облегчился режим работы транзисторов предварительного каскада, поскольку требуемая амплитуда сигнала существенно меньше, чем для обычного выходного каскада.
Рис. 70. Печатная (а) и монтажная (б) платы усилителя мощности с полевым транзистором в качестве источника тока
Рис. 71. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилителя мощности с полевым транзистором в качестве источника тока
Принципиальная схема усилителя показана на рис. 72. Он содержит дифференциальный каскад на комплементарных транзисторах ( VT 1, VT 4, VT 2, VT 5), каскад усиления сигнала по напряжению (УТ7, VT 8), выходной каскад ( VT 10 — VT 13, VT 15, VT 16) и устройство защиты от перегрузок по току ( VT 14, VT 17). Дифференциальный входной каскад на комплементарных транзисторах имеет дополнительное преимущество по сравнению с обычным: ери равенстве базовых токов транзисторов VT 1 и VT 2 ( VT 4 и VT 5) через резисторы R 2 и R 3 и через резистор R 30 ток .может вообще не протекать. Это позволяет, не нарушая балансировки каскада, изменять сопротивление этих резисторов в достаточно больших пределах. Чтобы увеличить коэффициент передачи по напряжению и улучшить линейность при высокой термостабильности, в эмиттерные цепи транзисторов дифференциального каскада включены источники тока на транзисторах VT 3 и VT 6. Каскад усиления по напряжению выполнен на комплементарной паре транзисторов VT 7 и VT 8, работающих в режиме А.
Рис. 72. Принципиальная схема усилителя мощности на комплементарных транзисторах
Плечи выходного каскада содержат по три транзистора VT 10, VT 12, VT 15 ( VT 11, VT 13, VT 16), охваченных местной ООС через резисторы R25 и R29 (и соответственно R 26 и R 31). При этом коэффициент усиления по напряжению каждой тройки транзисторов приближается к трем. Местная ООС позволяет также уменьшить разброс в коэффициентах усиления плеч выходного каскада, что снижает требование к .идентичности параметров комплементарных транзисторов. Еще одна особенность выходного каскада состоит в следующем. Напряжение местной ООС, охватывающей тройку транзисторов, снимается с резисторов R 34 и R 35, напряжение на которых пропорционально любым изменениям тока выходных транзисторов (в том числе и в зависимости от температуры). Это дополнительно стабилизирует ток покоя выходных транзисторов. Напряжение смещения транзисторов VT 10 и VT 11 зависит от падения напряжения на участке эмиттер — коллектор транзистора VT 9, задаваемого делителем на элементах VD 4, R 20 — R 22.
Параметрическая ООС через диод VD 4, расположенный на общем с выходными транзисторами теплоотводе, осуществляет температурную стабилизацию тока покоя транзисторов VT 15, VT 16. С увеличением температуры уменьшается падение напряжения и на диоде VD 4, при этом уменьшается и напряжение эмиттер — коллектор VT 9. Все это позволяет поддерживать ток покоя выходных транзисторов на постоянном уровне при разных уровнях мощности и колебаниях температуры окружающей среды. Весь усилитель охвачен общей ООС, напряжение которой с выхода усилителя через делитель R 30, R 15, СЗ подается на базы транзисторов VT 4, VT 5.
Элементы С1, С5, С6, С7, С8, С9, R 44, L 1 предназначены для коррекции частотной характеристики на высоких частотах. Они же обеспечивают устойчивость усилителя при охвате его общей ООС и при возможных изменениях нагрузки. Транзисторы VT 14, VT 17 шунтируют при перегрузке эмиттерный переход выходных транзисторов. Питается усилитель от нестабилизированного двух-полярного источника ±40 В.
Усилитель собран на печатной плате, показанной на рис. 73. Диод VD 4 размещен на теплоотводе рядом с транзисторами VT 15 или VT 16. В усилителе использованы резисторы МЛТ, СПЗ-1К ( R 22), конденсаторы К.50-6, КМ. Катушка Ы намотана на резисторе R 45 (МЛТ-2) и содержит 10 витков провода ПЭВ-2 0,8. Для питания усилителя требуется двухтюлярный источник, обеспечивающий при напряжении ±40 В ток не менее 2 А.
Регулировка усилителя, собранного из исправных элементов, заключается в проверке правильности монтажа и установке начального тока коллекторов VT 15 и VT 16 (50 ... 70 мА) резистором R 22.
Рис. 73. Печатная (а) и монтажная (б) платы усилителя мощности на комплементарных транзисторах
Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики нормально работающего усилителя приведены на рис. 74.
Рис. 74. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилителя мощности на комплементарных транзисторах
Упрощенный вариант схемы усилителя мощности на комплементарных транзисторах. Он имеет следующие основные технические характеристики (см. также табл. 4):
Номинальная выходная мощность....... 70 Вт
Коэффициент гармоник.......... 0,05%
Полоса рабочих частот.......... 20 ... 80 000 Гц
Отношение сигнал-шум.......... 87 дБ
Напряжение питания........... ±40 В
Ток покоя.............. 100 мА
Усилитель работает в режиме АВ и выполнен с использованием схемотехники предыдущего усилителя (см. рис. 73). Усилитель также обладает полной симметрией для входного синусоидального сигнала (одинаковость входных сопротивлений для положительной и отрицательной полуволн сигнала), что позволяет снизить нелинейные искажения.
Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 75. Он содержит дифференциальный каскад на комплементарных транзисторах ( VT 1 — VT 4), каскад усиления напряжения ( VT 5, VT 7). и выходной каскад ( VT 8 — VT 13). Напряжение питания входного каскада стабилизировано (с помощью стабилитронов VD 1, VD 2). Транзисторы выходного каскада включены по схеме с общим коллектором. Температурную стабилизацию тока покоя выходных транзисторов обеспечивают диоды VD 3 — VD 5, установленные на общем с транзисторами VT 12, VT 13 теплоотводе. Элементы LI , R 35, R 36, СП, R 20, С7 предотвращают самовозбуждение усилителя на высоких частотах.
Рис. 75. Принципиальная схема упрощенного варианта усилителя мощности на комплементарных транзисторах
Рис. 76. Печатная (а) и монтажная (б) платы упрощенного варианта усилителя мощности на комплементарных транзисторах
Рис. 77. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики упрощенною варианта усилителя мощности на комплементарных транзисторах
Печатная плата, на которой размещают детали усилителя, показана на рис. 76. Диоды VD 3 — VD 5 располагают на радиаторе выходных транзисторов. Катушка L 1 содержит 10 витков провода ПЭВ-2 0,8, намотанного на резисторе R 35 (МЛТ-2).
Как и в предыдущем усилителе, вначале необходимо проверить исправность всех элементов. После монтажа (проверив его (Правильность) усилитель, аналогично предыдущему, подключают к источнику питания. Настройка заключается в установке резистором R 29 начального тока выходных транзисторов в пределах 50 ... 70 мА.
Амплитудно- и фазо-частотная характеристики налаженного усилителя приведены на рис. 77.
Усилитель мощности класса В с коррекцией искажений из-за использования прямой связи. Он имеет следующие основные технические характеристики (см. также табл. 4):
Номинальная выходная мощность....... 60 Вт
Коэффициент гармоник.......... 0,04%
Полоса рабочих частот.......... 20... 100000 Гц
Отношение сигнал-шум.......... 90 дБ
Напряжение питания........... ±40 В
Ток покоя........ ....... О мА
Основным недостатком усилителя, работающего в режиме В, является довольно большой уровень нелинейных искажений, особенно при малых уровнях входного сигнала. Однако недостаток можно устранить, даже если использовать в выходном каскаде экономичный режим В. Такой принцип построения усилителей получил название feed forward error correction (коррекция искажений с использованием прямой связи). Работу усилителя можно рассмотреть на примере рис. 78.
Рис. 78. Схема, поясняющая принцип коррекции искажений в результате применения прямой связи
Усилитель состоит из усилителя A1, выходного каскада (на транзисторах VT 1, VT 2), работающего в режиме В, и элементов моста Rl , Cl , R 2 и L 1. Условие компенсации нелинейных искажений в таком устройстве совпадает с условием баланса моста: L 1 = R 1 R 2 C 2. Если исключить резистор R 2, то устройство на рис. 78 можно рассматривать как обычный усилитель НЧ, где К1 обеспечивает ООС, С1 корректирует АЧХ, L1 предотвращает высокочастотную генерацию. В таком усилителе требование стабильности вызывает необходимость уменьшения значения ООС с ростом частоты сигнала, что естественно вызывает рост нелинейных искажений выходного тока i1. При подключении резистора R 2 появляется компенсирующий ток i2 и происходит эффективная компенсация на средних и высоких частотах сигнала. На низких частотах баланс моста может нарушаться из-за активной составляющей в полном сопротивлении индуктивности L 1.
Подобный метод впервые был использован в английском усилителе «Quad 405» и позволил получить коэффициент гармоник на средних частотах около 0,01%.
Рис. 79. Принципиальная схема усилителя мощности класса В с коррекцией искажений в результате использования прямой связи
Принципиальная схема усилителя на отечественной элементной базе, использующего аналогичный метод компенсации нелинейных искажений, приведена на рис. 79. Работа в выходном каскаде в режиме В позволила повысить КПД и решить проблему термостабилизации тока покоя. Усилитель состоит из четы-рехкаскадного предварительного усилителя (на элементах DAI , VT 1 — VT 4, VT 7), работающего в режиме А, выходного каскада ( VT 8 — VT 10), работающего в режиме В, и узла защиты выходного каскада от перегрузок ( VT 6, VT 5). Весь усилитель охвачен глубокой ООС по постоянному току (через резистор R 31), поддерживающей на выходе усилителя нулевое напряжение. Нарушение баланса моста на низких частотах компенсируется глубокой ООС, напряжение которой поступает в эмиттерную цепь транзистора VT 2 через делитель R 12 R 11. Для предотвращения самовозбуждения усилителя на высоких частотах служат элементы LI , L 3, R 25, R 29, R 30, С10.
Печатная плата усилителя .показана на рис. 80. Катушки LI — L 3 намотаны проводом ПЭ:В-2 ,1,0 на каркасах диаметром 7 мм виток к витку в два слоя. Катушка L 2 — 30 витков, LI , L 3 — 46 витков. Транзисторы VT 7, VT 8, VT 9, VT 10 установлены на общем теплоотводе через слюдяные прокладки.
Усилитель, правильно смонтированный из исправных элементов, практически не требует настройки. Для получения минимальных нелинейных искажений необходимо подстроить мост подбором конденсатора С8. Амплитудно-частотная, фазо-частотная и переходная характеристики усилителя приведены на рис. 81. Для его питания необходим двухполярный источник, обеспечивающий при напряжении ±40 В ток не менее 2 А.
Упрощенный вариант усилителя мощности класса В. Он имеет следующие основные технические характеристики (см. также табл. 4):
Номинальная выходная мощность....... 15 Вт
Коэффициент гармоник . ... . . .. . . . 0,03%
Полоса рабочих частот .......... 20... 80000 Гц
Отношение сигнал-шум.......... 90 дБ
Напряжение питания ............ ±17 В
Ток покоя.............. 0 мА
Рис. 80. Печатная (а) и монтажная (б) платы усилителя мощности класса В
Рис. 81. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилителя мощности класса В
Рис. 82. Принципиальная ехема упращенного варианта усилителя мощности класса В
В данном усилителе используются те же схемотехнические решения, что и в предыдущем (см. рис. 79). Принципиальная схема усилителя приведена на рис= 82. Он состоит из предварительного усилителя ( DAI , VT 1 — VT 4), работающего в режиме А, и выходного каскада ( VT 5, VT 6), работающего в режиме В. Мост образуют детали RIO , Rll , R 12, СП, L 1. Устройство работает аналогично пре? дыдущему.
Печатная плата усилителя приведена на рис, 83. Транзисторы VT 3 — VT 6 установлены на общем теплоотводе через слюдяные прокладки.
Катушка L 1 намотана проводом ПЭВ-2 1,0 на каркасе диаметром 7 мм виток к витку в два слоя и содержит 40 витков.
Налаживание усилителя, правильно смонтированного из исправных элементов, заключается в подстройке моета подбором конденсатора СИ по минимуму нелинейных искажений. Для литания усилителя можно использовать двухпо-лярный источник, обеспечивающий при напряжении ±17 В ток не менее 1 А„ Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики налаженного усилителя приведены на рис. 84,
Рис. 83. Печатная (а) и монтажная (б) платы упрощенного варианта усилителя мощности класса В
Рис. 84. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики упрощенного варианта усилителя мощности класса В
Усилитель мощности, выполненный по мостовой схеме, Он имеет выходную мощность 60 Вт при однополярном источнике питания напряжением +40 В.
Получение большой выходной мощности связано с рядом трудностей, одной из которых является ограничение напряжения источника питания, вызванного тем, что ассортимент высоковольтных мощных транзисторов пока еще довольно невелик. Одним из способов увеличения выходной мощности является последовательно-параллельное включение однотипных транзисторов, но это вызывает усложнение конструкции усилителя и его настройку. Между тем имеется способ увеличения выходной мощности, позволяющий избежать применение трудно-доступных элементов и не увеличивать напряжение источника питания. Этот способ заключается в использовании двух одинаковых усилителей мощности, включенных так, что входной сигнал подается на их входы в противофазе, э нагрузка включена непосредственно между выходами усилителей (мостовая ехека включения усилителей).
Рис. 85. Принципиальная схема усилителя мощности, выполненнвго по мостовой схеме
Усилитель мощности, выполненный по такой мостовой схеме, имеет следующие основные технические характеристики:
Номинальная выходная мощность ....... 60 Вт
Коэффициент гармоник....... 0,5%
Полоса рабочих частот .......... 10... 25000 Гц
Напряжение питания ......... +40 В
Ток покоя....... . 50 мА
Принципиальная схема такого усилителя приведена на рис. 85. Он состоит яз двух однотипных усилителей, аналогичных описанному на рис. 66. Изменение фазы входного сигнала достигается подачей его на инвентирующий вход одного и на иеинвертирующий вход другого усилителей. Нагрузка включена непосредственно между выходами усилителей.
Усилитель смонтирован на печатной плате, показанной на рис. 86. Чтобы обеспечить температурную стабилизацию тока покоя выходных транзисторов, на общий с ними тетлоотвод размещены диоды VD 1 — VD 4.
Рис. 86. Печатная (а, б) и монтажная (в) платы усилителя мощности, выполненной по мостовой схеме
Перед включением проверяют правильность монтажа и соединений усилителя. После подключения источника питания резистором R 14 устанавливают между выходами усилителя напряжение не более 0,5 В. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики отрегулированного усилителя приведены на рис. 87.
Рис. 87. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилителя мощности, выполненной по мостовой схеме
Дата: 2018-09-13, просмотров: 702.
