Полевые транзисторы в выходном каскаде УМЗЧ без ОС

Германий превыше всего? Да здравствует эксперимент!

Предлагаемый стереофонический усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) выполнен по схемотехнике более чем полувековой давности с одним каскадом усиления напряжения. Его отличительной чертой является применение «звуковых» кремниевых транзисторов.

Среди любителей высококачественного звуковоспроизведения до сих пор популярна подобная структура на германиевых транзисторах [1-4]. А высокое качество звуковоспроизведения этих усилителей объясняют «чудесными свойствами» германия. Сравнив две конструкции с близкой принципиальной схемой, выполненные на разной элементной базе, можно на практике убедиться, так ли это.

Забегая вперёд, скажу, что в итоге получилось три достойных усилителя. И кремний и германий хороши при верной схемотехнике. Приятного творчества!

Содержание / Contents

• 1 Играет германий! 1.1 Пути улучшения известной схемы
• 1.2 Принципиальная схема доработанного УМЗЧ на германиевых транзисторах
• 1.3 Характеристики доработанного усилителя
• 1.4 Рекомендуемый БП

↑ Играет германий!

В настоящее время германиевые транзисторы практически полностью вытеснены кремниевыми, имеющими лучшие параметры и самое главное, лучшую температурную стабильность. Решающей причиной смены германиевых транзисторов кремниевыми стала бОльшая стоимость и дефицит сырья.
Тем не менее, в арсеналах радиолюбителей осталось много германиевых транзисторов, поэтому не мешает еще раз оценить аудиосвойства германия с современных позиций.

Рассмотрим усилитель на германиевых транзисторах, построенный по схеме, изображенной на рис. 1. Усилитель реализован в «железе» Ж. Цихисели, опубликован в журнале AudioVideo [3]. Специалисты редакции дали высокую оценку звучанию усилителя.

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Рис. 1. Популярная схема УМЗЧ на германиевых транзисторах

Предложенная схема представляет собой усилитель постоянного тока с непосредственной связью. Предварительный каскад на транзисторе VT1 усиливает сигнал по напряжению и работает в классе А. Выходной каскад является усилителем мощности, работающим в классе АВ с небольшим током покоя. Он выполнен на мощных транзисторах VT4, VT5 одного типа проводимости. Каскад на комплементарных транзисторах VT2, VT3 играет роль фазоинвертора. Выходной каскад с фазоинвертором можно представить как квазикомплементарную структуру. Верхнее плечо (транзисторы VT2, VT4) представляют собой составной эмиттерный повторитель – схему Дарлингтона, а нижнее (транзисторы VT3, VT5) – усилитель со следящей обратной связью, называемый по – другому схемой Шиклаи.

Транзисторы VT2, VT4 усиливают отрицательную полуволну напряжения сигнала, а VT3, VT5 – положительную.

Недостатком квазикомплементарной структуры выходного каскада является отличие коэффициентов передачи для верхнего и нижнего плеч. Коэффициент передачи нижнего плеча чуть выше, чем верхнего, хотя их значения очень близки к единице.

Отличаются также и входные сопротивления плеч, примерно на 4 – 8%; у верхнего плеча входное сопротивление выше, чем у нижнего (см. табл. 1).

Отмеченные факторы, естественно определяют начальный уровень искажений усилителя, до охвата отрицательной обратной связью.

Чтобы получить максимально возможный размах выходного сигнала, применена положительная обратная связь (ПОС), вводимая конденсатором С2 с выхода усилителя в точку соединения нагрузочных резисторов R4 и R5, увеличивающая эквивалентное сопротивление нагрузки для переменной составляющей.

Коэффициент усиления по напряжению каскада на транзисторе VT1 определяет усиление УМЗЧ без обратной связи:

Ku=h21э (Rн~||Rвх)/rбэ1=820 (58 дБ),

где h21э – коэффициент передачи тока базы транзистора VT1, rбэ1 – сопротивление перехода база-эмиттер транзистора VT1, Rн~–сопротивление нагрузки VT1 с учетом действия ПОС, Rвх – входное сопротивление оконечного каскада.

Свой вклад в начальный уровень искажений усилителя вносит также нелинейный характер сопротивления база-эмиттер транзистора VT1. Его значимость может быть уменьшена использованием предварительного усилителя с высоким выходным сопротивлением или включением последовательно с конденсатором С1 резистора для стабилизации входного сопротивления каскада на транзисторе VT1.

Расчеты показывают, что с учетом вышеописанных факторов коэффициент гармоник усилителя будет находиться на уровне 0,1…0,2%.

Дополнительная температурная стабилизация рабочей точки транзистора VT1 достигается введением местной отрицательной обратной связи по постоянному току за счет включения резистора R6 в цепь эмиттера VT1. По переменному току ООС убирается шунтированием указанного резистора конденсатором С4.

Кроме того, повышение температурной стабильности достигается применением сопротивления R3 в цепи базы VT1, а также за счет резисторов R8 и R9 в цепях эмиттеров VT2, VT3, предназначенных для ограничения обратного неуправляемого тока их коллекторов. Общая параллельная ООС по постоянному току и регулировка потенциала средней точки обеспечивается подстроечным резистором R2.

Дополнительная параллельная ООС обеспечивается цепочкой R12, C5 вынесенной за переходной конденсатор С7, благодаря чему обеспечивается широкая полоса частот, малое выходное сопротивление и низкие искажения выходного сигнала.

Особо следует упомянуть о конденсаторе С5, предотвращающем возможную неустойчивую работу усилителя. Дело в том, что при выбранном способе регулировки уровня сигнала на входе УМЗЧ в зависимости от положения движка переменного резистора R1 изменяется глубина ООС и соответственно, коэффициент передачи c обратной связью: Kuос=–(R2||R12)/R1,

где R1 – сопротивление между движком переменного резистора и входом УМЗЧ.

Здесь не учитывается емкостное сопротивление корректирующего конденсатора С5.

В результате мы можем столкнуться с неустойчивой работой (генерацией) усилителя при увеличении глубины обратной связи, т.е. уменьшении усиления с помощью переменного резистора R1. Вероятность возбуждения повышается при отключении нагрузки (акустической системы).

Для пояснения сказанного рассмотрим эквивалентную схему усилителя (рис. 2).

Рис. 2. Эквивалентная схема усилителя с параллельной обратной связью по напряжению

Если Ku велико, каскад является преобразователем тока в напряжение: Uвых=–iвхRос.

Для управления схемой от источника напряжения Uвх на рис. 2 показаны разделительный конденсатор Свх и резистор Ri, определяющий входное сопротивление усилителя.

За счет наличия трудно учитываемой входной паразитной емкости Сп, на высоких частотах схема является звеном второго порядка с декрементом затухания, зависящим от Сп и других факторов.

Результирующая амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) имеет подъем на частоте 1/(2ΠTo) (рис. 3).

Рис. 3. Возможная логарифмическая АЧХ схемы

В результате схема легко теряет устойчивость и переходит в состояние автоколебаний, причем не постоянных, а непредсказуемых, зависящих от многих факторов. Незначительные быстрые воздействия, например помехи в цепях питания, скачкообразные изменения амплитуды на определенной частоте, вызывают длительные, медленно затухающие колебания на частоте 1/(2ΠTo).

Для получения ровной АЧХ в полосе пропускания достаточно обеспечить взаимный наклон частотной характеристики усилителя с обратной связью и частотной характеристики разомкнутого усилителя не превышающий 20 дБ на декаду.

Получить ровную АЧХ можно включением конденсатора Сос, его емкость выбираем из отношения СосRос=RiCп, при этом коэффициент передачи с обратной связью становится частотно-независимым и равным Ri/(Rос+Ri), а полоса пропускания на верхних частотах определяется указанными выше постоянными времени Tп= СосRос=RiCп.

Одним из удобных и наглядных способов контроля АЧХ усилителей является проверка с помощью прямоугольных импульсов, рис. 4. Можно сразу увидеть наличие резонансных частот и оценить полосу пропускания усилителя.

Рис. 4. Контроль усилителя с помощью прямоугольных импульсов

Длительность фронта τ ф по уровню 0,9 характеризует верхнюю частоту:

fв=2,3/2πτ ф=0,366/τ ф, а спад вершины импульса ∆ Uсп – нижнюю частоту:

fн=ln (Uвых/(Uвых-∆ Uсп))/2π tи=∆ Uсп/2π tи Uвых,

где tи – длительность импульса, Uвых – амплитуда импульса.

Кривая 1 на рис 4 показывает переходной процесс, вызванный неустойчивостью усилителя.

Наблюдая реакцию усилителя на осциллографе, постепенно увеличиваем Сос до тех пор, пока колебания не исчезнут, а переходной процесс не будет иметь вид кривой 2.

Обращу внимание, что время установления импульса устойчивой схемы оказывается во много раз меньше переходного процесса кривой 1

.

Итак, конденсатор Сос (С5 в схеме рис. 1) служит для обеспечения «гладкости» переходных процессов и устойчивости схемы

.

Чтобы гарантированно сформировать частотную характеристику каскадов, охваченных отрицательной обратной связью как характеристику апериодического (инерционного) звена первого порядка, в схему введен еще один конденсатор – С3.

Его задача получить такую характеристику петлевого усиления, чтобы она имела апериодический характер.

Теперь при скачкообразных изменениях входного напряжения с любой частотой напряжение на выходе плавно меняется по экспоненциальному закону, без выбросов и колебаний.

Полоса пропускания с обратной связью примерно равна

fос=(Ku/Kuос)/(2π Rvt1эффС3),

где Rvt1эфф – эффективная нагрузка в цепи коллектора транзистора VT1, с учетом действия ПОС.

При этом полюсы транзисторов VT2-VT5 усилителя должны лежать ниже линии Kuос. Учитывая, что fгроэ примененных транзисторов VT2, VT3 составляет всего 1 МГц, а транзисторов VT4, VT5 выходного каскада еще меньше – 0,2 МГц, в схеме с трудом удается получить fос порядка 70…100 кГц.

Чтобы обеспечить устойчивую работу усилителя на любую нагрузку, в том числе и без нее, можно рекомендовать включить на выходе цепь Зобеля, подгружающую схему в широком диапазоне частот. Представляется, ее отсутствие является следствием незнания этого схемотехнического приема на момент разработки схемы.

Для исключения искажений типа «ступенька» на базы транзисторов выходного каскада VT2, VT4 и VT3, VT5 подается небольшое смещение, создаваемое за счет протекания коллекторного тока VT1 через германиевые диоды VD1, VD2.

Требуемый ток выходного каскада (40 – 50 мА) устанавливается подбором величины резистора R13, шунтирующего диод VD2.

Для надежной работы усилителя в диапазоне температур 0…+50°С диоды VD1, VD2 должны иметь тепловой контакт с радиатором одного из выходных транзисторов VT4, VT5. Площадь охлаждения теплоотводов не менее 200 кв. см.

Цепь R7, C6 представляет собой фильтр по питанию каскада усиления напряжения.

↑ Пути улучшения известной схемы

Учитывая вышесказанное, обращу внимание на три момента, которые позволяют улучшить качество звучания, надежность и повторяемость схемы, показанной на рис. 1:

1. Выбрать постоянный коэффициент усиления УМЗЧ по напряжению, включив последовательно с конденсатором С1 резистор, а сам усилитель подключить к низкоомному источнику сигнала. Для чувствительности УМЗЧ с входа Uвх=0,775 В следует взять резистор сопротивлением 620 Ом.

2. Обеспечить гарантированную устойчивость усилителя включением параллельно выходу стабилизирующей последовательной RC – цепочки: резистора 20 Ом и пленочного полипропиленового, полистирольного или полиэтилентерефталатного конденсатора 0,047 мкФ (цепь Зобеля).

3. Снизить напряжение питания до 30 В и менее, поскольку выбранная элементная база не обеспечивает надежную работу усилителя при напряжении питания Uп=40 В.

↑ Принципиальная схема доработанного УМЗЧ на германиевых транзисторах

Принципиальная схема УМЗЧ на германиевых транзисторах, которую я повторил, показана на рис. 5.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Рис. 5. Схема УМЗЧ на германиевых транзисторах с реализованными доработками

Для устранения радиочастотных наводок на входе установлена индуктивность L1 в виде ферритовой бусинки с пропущенным через нее проводником.

Цепи параллельной отрицательной обратной связи по постоянному и переменному токам (R2, R3) и по переменному току (R14, C6), разнесены. Тем самым устранено влияние подключения нагрузки (акустической системы) на режим работы УМЗЧ по постоянному току.

Подстроечным резистором R2 «Баланс» устанавливается половина напряжения источника питания в точке симметрии, а подстроечным резистором R9 «Ток покоя» — начальный ток транзисторов выходного каскада VT4, VT5. Контроль величины тока удобно осуществить по падению напряжения на одном из резисторов R12 или R13 в цепи эмиттеров транзисторов VT4, VT5.

Оксидные конденсаторы на выходе усилителя С7 и по цепи питания С10 зашунтированы пленочными С8 и С11 соответственно.

На выходе УМЗЧ включена цепь Зобеля C9, R15.

Транзисторы для усилителя отбираются попарно не только для верхнего и нижнего плеч выходного каскада, но и для обоих каналов. Весьма желателен коэффициент передачи h21э транзисторов не менее 100. Транзисторы с самым высоким h21э ставятся на место VT1.

↑ Характеристики доработанного усилителя

Характеристики УМЗЧ на германиевых транзисторах с выполненными доработками:

Напряжение питания: 30 В; Максимальная мощность при сопротивлении нагрузки 4 Ом: 20 Вт; Ток потребления при максимальной мощности, не более: 1,0 А; Частотный диапазон: 20 Гц…20 кГц (–1,5 дБ); Коэффициент гармоник при выходной мощности 18 Вт: 0,12%; Коэффициент усиления по напряжению: 12,4 (21,8 дБ); Чувствительность: 775 мВ; Выходное сопротивление, не более: 0,5 Ом.

↑ Рекомендуемый БП

На рис. 6 показан вариант блока питания для усилителя. Применен силовой трансформатор с напряжением на вторичной обмотке ~22,5 В и током 2,2 А.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Рис. 6. Рекомендуемая схема блока питания

Диодный мост KBPC1001 (100V/10A) может быть заменен на BR1001. Конденсаторы С1…С4 типа К73-17 на рабочее напряжение 630 В, С5 – импортный на напряжение 50 В и более. Конденсатор С6 пленочный К73-17 на напряжение 63 В. Резистор R1 любого типа мощностью 0,5 Вт. Светодиод HL1 – любой зеленого цвета свечения, например, АЛ307ВМ, АЛ307ГМ.

Блок питания, разработанный для усилителя, изображенного на рис. 1, отличается элементной базой. Вместо диодного моста VD1 установлены четыре германиевых диода Д305; вместо пленочных конденсаторов (С1 – С4, С6) – слюдяные КСО, а оксидный С5 состоит из восьми включенных параллельно конденсаторов типа К50-29 или Philips емкостью 1000 мкФ на рабочее напряжение 63 В.

Транзисторы КТ3102А, КТ3102Б, КТ3102В, КТ3102Г, КТ3102Е, КТ3102Д.

Транзисторы КТ3102 — кремниевые, усилительные маломощные высокочастотные, структуры n-p-n. Пониженный коэффициент шума на частоте 1000 гц позволяет использовать эти транзисторы в каскадах предварительных усилителей звуковой частоты. Кроме того, они применяются в усилительных и генераторных схемах высокой частоты. Корпус металлостеклянный(у более древних экземпляров) или пластиковый — ТО-92, с гибкими выводами. Масса — около 0,5 г. Маркировка буквенно — цифровая, либо цветовая — на боковой и верхней поверхностях корпуса.

При цветовой маркировке, темно-зеленое пятно на боковой поверхности определяет тип(КТ3102). Цветовое пятно сверху обозначает группу: Бордовое — группа А(КТ3102А). Желтое — группа Б(КТ3102Б). Темно-зеленое — группа В(КТ3102В). Голубое — группа Г(КТ3102Г). Синие — группа Д(КТ3102Д). Цвета «электрик» — группа Е(КТ3102Е).

Цоколевка КТ3102 — на рисунке ниже.

Наиболее важные параметры.
Коэффициент передачи тока у транзисторов КТ3102А — от 100, до 250. У транзисторов КТ3102Б, КТ3102В, КТ3102Д — от 200, до 500. У транзисторов КТ3102Г, КТ3102Е — от 400, до 1000.

Коэффициент шума при напряжении коллектор-эмиттер 5в, коллекторном токе 0,2мА, на частоте 1КГц: У транзисторов КТ3102Б, КТ3102В, КТ3102А, КТ3102Г — не более 10дБ. У транзисторов КТ3102Д, КТ3102Е — не более 10дБ. 1000.

Максимальное напряжение коллектор — эмиттер. У транзисторов КТ3102А, КТ3102Б, КТ3102Е — 50в. У транзисторов КТ3102В, КТ3102Д — 30в. У транзистора КТ3102Г — 20в.

Максимальный ток коллектора — 100мА.

Максимальное напряжение эмиттер-база — 5в.

Обратный ток коллектор-эмиттер : У транзисторов КТ3102А, КТ3102Б при напряжении коллектор-эмиттер 50 в — не более0,1мкА. У транзисторов КТ3102В, КТ3102Д при напряжении коллектор-эмиттер 30 в и транзисторов КТ3102Г, КТ3102Е при напряжении коллектор-эмиттер 20 в — не более0,05мкА.

Обратный ток коллектора не более: У транзисторов КТ3102А, КТ3102Б при напряжении коллектор-эмиттер 50 в — не более 0,05мкА, при температуре +25 Цельсия. При температуре +85 — не более 5мкА. У транзисторов КТ3102В, КТ3102Д при напряжении коллектор-эмиттер 30 в и у КТ3102В, КТ3102Д при напряжении коллектор-эмиттер 20 в — не более 0,015мкА, при температуре +25 Цельсия. При температуре +85, обратный ток может вырасти до 5мкА.

Рассеиваемая мощность коллектора. — 250мВт.

Граничная частота коэффициента передачи тока — 150 МГц.

Транзистор комплиментарный КТ3102 — КТ3107.

Зарубежные аналоги транзисторов КТ3102.

КТ3102А — 2N4123 КТ3102А — 2N2483 КТ3102А — 2SC828 КТ3102А — BC546C КТ3102А — B547B КТ3102А — BC547C

↑ А теперь поет кремний!

Теперь проанализируем схему (рис. 7), состоящую из усилителя напряжения по схеме с общим эмиттером на транзисторе VT1 и усилителя тока на комплементарных составных эмиттерных повторителях VT2, VT3.

↑ Схема усилителя аналогичной структуры, но на кремнии

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Рис. 7. Принципиальная схема простого УМЗЧ на кремниевых транзисторах

Входной сигнал поступает на базу транзистора VT1 через разделительный конденсатор C1, ферритовую бусинку L1 и резистор R1.

Коэффициент передачи усилителя, охваченного отрицательной обратной связью (ООС), определяется делителем R1, R7, R9, R10:

Ku= – [(R7+R10)||R9]/R1=– 11,5 (21,2 дБ).

Постоянный резистор R7 и подстроечный R10 определяют режим работы схемы по постоянному току (напряжение в средней точке), а резистор R9 вынесен за переходной конденсатор С5, что линеаризует его характеристику. В результате правый (по принципиальной схеме рис. 7) вывод резистора R9 подключен непосредственно к акустической системе.

Чтобы при отсоединении громкоговорителя режим работы схемы по постоянному току не изменяется, введен резистор R13. Он выполняет еще одну функцию в схеме – предотвращает щелчки при подключении акустической системы. Разделительный конденсатор на выходе дает снижение выходной мощности на низких частотах, а также ухудшение фактора демпфирования.

При емкости разделительного конденсатора С6=4700 мкФ, сопротивлении нагрузки Rн=4 (8) Ом и нижней частоте fн=20 Гц выходная мощность уменьшится в {Rн/SQRT[(Rн^2+(Ѕπ fнС5)^2]}^2 раз. На частоте 20 Гц при Rн=4 Ом выходная мощность снизится на 15%, а при Rн=8 Ом – на 4%.

Повышение фактора демпфирования и выходной мощности на низких частотах достигается с помощью дополнительной цепи обратной связи через резистор R9.

Выбор достаточно низкоомных значений сопротивлений резисторов способствует стабильности цепи ООС во всем звуковом диапазоне.

Резисторы R6, R8 в цепях баз Дарлингтонов VT2, VT3 служат для предотвращения самовозбуждения эмиттерных повторителей на высоких частотах.

Элементы R3, R4 и C4 образуют схему «вольтодобавки», цепь ПОС для обеспечения требуемого тока базы VT2 и VT3 на пиках сигнала и улучшения качества отрицательной полуволны выходного напряжения.

Глубина ПОС через конденсатор С4 определяется отношением R4 к R3, а также величиной сопротивления резисторов R11, R12 в цепях эмиттеров транзисторов VT2, VT3.

Элементы R2, VD1 – VD3 служат для обеспечения начального смещения в цепях баз повторителей VT2, VT3. Для обеспечения температурной устойчивости усилителя необходим хороший тепловой контакт диодов VD1 – VD3 с радиаторами выходных транзисторов VT2, VT3.

Подстроечным резистором R2 устанавливают ток покоя выходного каскада в диапазоне 40 – 70 мА, рекомендуемое значение 60 мА. Его выставляют по падению напряжения на резисторах R11, R12 (12 мВ).

↑ Детали усилителя на кремнии

Транзистор VT1 типа 2N5551 может быть заменен на MPSA42, MPSA43. Желательно отобрать транзисторы с коэффициентом передачи h21э=150…250.
Комплементарные транзисторы 2SD2390/2SB1560 (Uкэ=150 В, Рк=100 Вт, Iк=10 А, fT=55 МГц, h21э=5000) в корпусе ТО-3Р, могут быть сменены на 2SD2438/2SB1587, 2SD2439/2SB1588 в таком же корпусе, а также на 2SD2589/2SB1659 в корпусе МТ-200.

Мощные транзисторы VT2, VT3 устанавливаются через теплопроводные подложки на общем радиаторе с площадью охлаждающей поверхности не менее 300 кв. см.

Конденсатор С3 — керамический на рабочее напряжение не ниже 50 В; допустима высоковольтная керамика. Индуктивность L1 в виде ферритовой бусинки выпаяна из неисправных компьютерных звуковых плат.

Многие детали для этой конструкции можно заказать в датагорском интернет–магазинчике «Радиодетали — почтой!».

↑ Детали усилителя на два канала

VT1 – Транзистор 2N5551 – 2 шт., VT2 – Транзистор 2SD2390 – 2 шт., VT3 – Транзистор 2SB1560 – 2 шт., VD1…VD3 – Диод 1N4148 – 6 шт., R1 – Рез.0,25 -510 Ом (голубой, красный, коричневый, золотистый) – 2 шт., R2 – Рез.подстр. 300 Ом Trim 3296W-1-301 – 2 шт., R3 – Рез.-0,25-200 Ом (красный, черный, коричневый, золотистый) – 2 шт., R4 – Рез.-0,25-1,8 кОм (коричневый, серый, красный, золотистый) – 2 шт., R5 – Рез.-0,25-150 Ом (коричневый, зеленый, коричневый, золотистый) – 2 шт., R6, R8 — Рез.-0,25-68 Ом (голубой, серый, черный, золотистый) – 4 шт., R7 – Рез.-0,25-33 кОм (оранжевый, оранжевый, оранжевый, золотистый) – 2 шт., R9 – Рез.-0,25-9,1 кОм (белый, коричневый, красный, золотистый) – 2 шт., R10 – Рез.подстр. 33 кОм Trim 3296W-1-333 – 2 шт., R11, R12 — Рез.-5-0,1 Ом SQP – 4 шт., R13 – Рез.-1-470 Ом (желтый, фиолетовый, коричневый, золотистый) – 2 шт., R14 – Рез.-0,5-20 Ом (красный, черный, черный, золотистый) – 2 шт., C1 – Конд. 220/25V 0812 +105°C– 2 шт., C2 – Конд. 470/16V 1013 +105°С – 2 шт., C3 – Конд. NPO 33 пФ 5% керам. имп. – 2 шт., С4 – Конд. 100/63V 1013 +105°C – 2 шт., C5 – Конд. 4700/50V 2235+105°С – 2 шт., C6 – Конд. 1/63V К73-17 – 2 шт., C7 – Конд. 470/63V 1321 105°C – 2 шт., C8 – Конд. 0,047/630V К73-17 – 2 шт., C9 – Конд. 0,68/63V К73-17 – 2 шт., L1 – Индуктивность Ferrite beads – 2 шт., X1, X2 – Клеммник 2К шаг 5 мм на плату ТВ-01А – 2 шт., X3…X6 – Клемма ножевая на плату TA-M/DJ610-6.3 – 8 шт., 2A2318 – Подложка теплопроводная для ТО-218, ТО-247, с отв. – 4 шт., Печатная плата 70х85 мм – 2 шт.
Детали каждого канала УМЗЧ размещены на отдельной печатной плате, рис. 8.

Рис. 8. Размещение деталей одного канала УМЗЧ

Внешний вид собранной печатной платы одного канала УМЗЧ показан в аннотации статьи.

Соединение УМЗЧ в устройстве выполняют проводом сечением 0,75 – 1 кв. мм. Ответной частью на провода служат ножевые клеммы 6,3 мм (лучше изолированные), рассчитанные на указанное сечение провода. Обжим ножевых клемм выполняется специальным инструментом (рис. 9). Пассатижи или молоток не дадут качества соединения, достигаемого с помощью специнструмента.

Рис. 9. Клещи для обжима клемм и контактов на провод

↑ Налаживание усилителя

начинают после тщательной проверки правильности монтажа. Особое внимание уделяют правильности установки транзисторов, оксидных конденсаторов и диодов, а также качеству пайки. Для упрощения налаживания движок подстроечного резистора R2 выставляют в положение минимального сопротивления, а движок резистора R10 – равного половине номинала.
При первом включении входные гнезда X1, X2 надо закоротить, к выходу подключить эквивалент нагрузки. Режимы работы не должны отличаться от указанных на принципиальной схеме более чем на 10%.

После двадцатиминутного прогрева резистором R10 выставляют напряжение в точке симметрии равным половине напряжения питания, а резистором R2 устанавливают ток выходного каскада 60 мА, по падению напряжения на резисторах R11, R12, равному 12 мВ.

↑ Характеристики кремниевого собрата

При наличии контрольно-измерительных приборов снимают характеристики УМЗЧ.
Характеристики простого УМЗЧ:

Напряжение питания: 30 В; Максимальная мощность при сопротивлении нагрузки 4 Ом: 20 Вт; Ток потребления при максимальной мощности, не более: 1,0 А; Частотный диапазон: 20 Гц…20 кГц (–0,5 дБ); Коэффициент гармоник при выходной мощности 18 Вт: 0,03%; Коэффициент усиления по напряжению: 11,5 (21,2 дБ); Чувствительность: 775 мВ; Выходное сопротивление, не более: 0,025 Ом.

При включении усилителя в звуковоспроизводящий тракт следует учесть, что он инвертирующий. Необходимо принять меры, чтобы тракт в целом сохранял фазу сигнала, т.е. был неинвертирующим. Например, учесть данный факт сменой полярности подключения проводов акустической системы. Впрочем, ЦАПы некоторых проигрывателей (например, Pioneer BDP-170) инвертируют фазу входного сигнала, что, однако, никак не отражено в руководстве пользователя.

Детали и конструкция

Внешний вид усилителя показан на рис. 3 (со стороны задней панели). Основные его узлы размещены на металлическом шасси с крышкой. На передней панели с щелевыми отверстиями установлены вентиляторы для принудительного обдува теплоотводов мощных транзисторов усилителя, а также плата индикации режимов работы.

Рис. 3. Компоновка электроники в корпусе усилителя.

На задней панели установлены соединители для присоединения сигнальных кабелей и трехпроводного кабеля питания, переключатели предельного напряжения сети и фактора демпфирования громкоговорителей, держатель плавкого предохранителя.

Монтаж усилителя выполнен в основном на трех платах — плате усилителей, плате индикации и плате выпрямителя питания. На плате усилителей расположены два канала УМ с теплоотводами выходных транзисторов и узел защиты громкоговорителей. Печатная плата (ее размеры 355×263 мм) и расположение элементов, которые принято изображать в журнале в натуральную величину приведены на рис. 4 в масштабе 85%.

Рис. 4. Печатная плата для эстрадного усилителя мощности 400 Ватт.

В узле защиты нагрузки можно применить реле РП21 имеющее четыре группы контактов (по два параллельно), либо РЭК34 или аналогичное с напряжением срабатывания 24 В. В качестве теплоотводов применены «радиаторы» типа Р1 производства Винницкого ПО «Маяк» (ТУ 8.650.022) с фрезерованными площадками для установки двух мощных транзисторов (КТ8101Аили КТ8102А) на каждый.

Теплоотводы охлаждаются с помощью вытяжной вентиляции двумя вентиляторами ВВФ71, установленными за передней панелью усилителя. Крайне нежелательно устанавливать их на задней панели ввиду большого уровня наводок от их двигателей.

Конструкция платы позволяет также применить самодельные теплоотводы на шесть транзисторов (для каждого плеча) с теплоотводящей поверхностью не менее 600 см5 и принудительном охлаждением.

Плата усилителей размещена в корпусе самого усилителя так, что сигнальные входы и выходы обоих каналов располагаются со стороны задней панели.

Как уже указывалось усилитель имеет переключаемый фактор демпфирования, реализованный включением петли ООС по току. Резисторы R3, R4 на рис 2—датчики тока нагрузки, используемые для изменения фактора демпфирования выполнены из десяти параллельно включенных резисторов МЛТ-0,5 сопротивлением 1 Ом. Применение проволочных резисторов нежелательно.

Дроссель L1 (см. рис. 1) намотан непосредственно на резисторе R55 МЛТ-2 проводом ПЭВ-2 0,8 мм в один слой (до заполнения). Блокировочные конденсаторы — К73-11, в фильтре питания К50-18. Трансформатор питания выполнен на ленточном магнитопроводе типа ШЛ40 45 мм Его намоточные данные приведены в таблице.

Блок питания усилителя максимально упрощен. Питание собственно УМЗЧ производится от выпрямителя с напряжением 70 В, для блока защиты и индикации используется свой выпрямитель, подключаемый к отдельной обмотке трансформатора питания. Вентиляторы М1, М2 предназначены для обдува теплоотводов мощных транзисторов.

Транзисторы выходного каскада КТ8101А и КТ8102А необходимо отобрать по коэффициенту усиления — не менее 25 и не более 60, а главное по предельному напряжению. Для определения этого параметра необходимо собрать несложное устройство, состоящее из выпрямителя переменного напряжения до 300 ..350 В, резистора сопротивлением 24.. 40 кОм (мощностью 2 Вт) и вольтметра с пределом 500 В (рис. 5).

Транзистор с замкнутыми выводами базы и эмиттера подключают через токоогра-ничивающий резистор к источнику Вольтметр, подключенный параллельно транзистору, фиксирует при этом напряжение лавинного пробоя проверяемого транзистора, которое и будет для него предельным.

Транзисторы следует отбирать с напряжением пробоя не менее 250 В. Игнорирование этого требования может привести к выходу из строя усилителя в процессе эксплуатации.

Рис. 5. Схема устройства для подбора выходных транзисторов усилителя мощности ЗЧ.

Рис. 6. Плата выпрямителя питания.

Плату выпрямителя питания (она приведена на рис. 6 в масштабе 1 2) устанавливают на выводы конденсаторов фильтра выпрямителя и закрепляют соответствующими винтами.

Монтаж общего провода и цепей питания производят многожильным проводом сечением 1,2 мм2. Кроме того, монтаж общего провода от выпрямителей к плате усилителей и узлу отключения нагрузки выполняется отдельными максимально короткими проводами.

На рис. 7 приведены рисунок печатной платы индикаторов и расположение элементов. Светодиоды устанавливают таким образом, чтобы их торцы немного выступали на поверхности передней панели усилителя.

Рис. 7. Печатная плата индикаторов и расположение элементов на ней.

↑ Итоги

С точки зрения требований к аудиоусилителю мы имеем дело с идеальной структурой
. Всего один каскад усиления напряжения и усилитель мощности на комплементарных эмиттерных повторителях обладают однополюсной АЧХ с минимальным затягиванием переходного процесса.

Достоинства усилителя (один каскад усиления напряжения) являются и его недостатками. Чтобы получить малые нелинейные искажения нужно большое усиление в петле отрицательной обратной связи, которое затруднительно получить на одном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером.

Отвечая на вопрос, заданный на форуме [4], скажу, что УМЗЧ на основе однокаскадной структуры приближены к ламповому звуку

в том плане, что что как и ламповый усилитель без отрицательной обратной связи в классе А,
субъективно звучат громче, чем «навороченные» транзисторные усилители.
Объяснить этот факт не могу ничем, кроме лучшей переходной характеристикой рассматриваемых усилителей. Независимо от примененной элементной базы (кремний или германий) схема достойна повторения, поскольку однокаскадная структура дает фору массе схем, представляющих из себя операционный усилитель (дифференциальный каскад, усилитель напряжения, усилитель мощности).

Классическая структура и в прошествии полувека способна радовать любителей чистым, прозрачным звучанием при неплохих технических характеристиках и предельной простоте схемы.

Известным недостатком схемы является низкое входное сопротивление, что нужно учесть при подключении источников сигнала, чтобы не допустить перегрузки.

Технические характеристики

Ниже перечислены максимальные значения параметров для КТ940А. Не рекомендуется превышать их во время его эксплуатации. При этом, температура корпуса (ТК) должна находиться, в пределах диапазона от -45 до + 45 ОС.

• постоянное напряжение: К-Б до 300 В; К-Э до 300 В; Э-Б до 5 В;
• ток коллектора до 100 мА; импульсный до 300 мА (при tu ≤ 30 мкс, Q ≥10);
• ток базы до 50 мА;
• рассеиваемая мощность коллектора : до 1.2 Вт; с дополнительным радиатором до 10 Вт;
• максимальный нагрев p-n-перехода до +150 ОС;
• тепловое сопротивление кристалл-среда 104 ОС/Вт.

При повышении температуре окружающей среды более + 25 ОС, PКмакс. рассчитывается по формуле (150-Tокр.)/ 104.

Рассмотрим так же электрические характеристики для КТ940А. Они указаны производителем с учетом Tокр. не более + 25 ОС. Дополнительные условия тестирования, которое проводятся перед выпуском изделия, приведены в отдельном столбце «Режимы измерения».

Аналоги

У транзистора есть зарубежная замена: BF459, BF458. С похожими параметрами будут следующие: 2SC1569, 2SC2068, 2SC2229, 2SC2242, 2SC2456Б, 2SC2482, 2SC3271, 2SC3272, BF298, BF299, BF338, BF422, BF470, BF471, BF617. Из отечественных аналогов для кт940а в качестве замены, может подойти КТ605БМ. Так же попробуйте использовать устройства из той же серии: KT940Б, KT940В. Вместе с тем стоит учитывать, что это очень редкие экземпляры и у них более низкие предельно допустимые значения по напряжению.

Комплементарная пара

Комплиментарным, по отношению к КТ940А, является транзистор КТ816. Он имеет PNP-структуру.

↑ Развитие представленной схемы

Можно ли улучшить характеристики усилителя? Можно, если увеличить коэффициент усиления без обратной связи. Я выполнил в системе моделирования следующие усовершенствования усилителя (рис. 7): — поставил тройку выходных транзисторов вместо используемой двойки; — заменил резистор R4 источником тока; — установил дополнительный эмиттерный повторитель между усилителем напряжения и выходным каскадом.
Результаты весьма обнадеживают, позволяют проверить в работе несколько схем, но это будут совсем другие усилители.

Принципиальные схемы

Настройка сводится к установке необходимого коэффициента усиления путем подбора сопротивления резистора R3. При изменении сопротивления резистора R3 от 0 до 20 кОм можно получить коэффициент усиления от до Питание усилителя осуществляется от источника постоянного тока напряжением от 12 до 60 В. Его значение устанавливается подбором сопротивления R7. Если сопротивление обмотки электромагнитного или динамического микрофона M1 по постоянному току менее Ом, то его желательно включить в цепь эмиттера транзистора VT1. В качестве линии связи используется экранированный или обычный провод. В последнем случае провода желательно свить между собой. Схема, приведенная на рис.

Транзисторы. Усилитель На Транзисторах КтА — Усилители мощности. Если . Как сделать усилитель звука на кт своими руками. Принцип.

↑ Хорошая новость — кит Datagor Project 008 «GeAmp1970»

Мы рады сообщить вам о появлении нового кита Datagor Project 008 «GeAmp1970». Усилитель на германиевых транзисторах. Набор для сборки на основе замечательной схемы по мотивам усилителя из 1970 года [1]. Кит явился результатом наших с Игорем длительных проб и обсуждений.
Ретро–конструкция обладает неутомительным и прозрачным звучанием и позволит не утратить связь времен.

Проект лёгок в сборке и налаживании, позволяет экспериментировать, использует простой однополярный источник питания и отлично подходит для начинающих. Конструктивно детали усилителя располагаются на двух печатных платах.

Мы с другом Владимиром впервые собрали подобный усилитель в восьмом классе средней школы. Он замечательно отыграл на одной из вечеринок, которая до сих пор помнится. В дальнейшем довольно часто эта конструкция служила «разрушителем легенд» высокого качества звучания многих схем УМЗЧ, опубликованных в радиолюбительской литературе. Собираешь сложный усилитель с прекрасными характеристиками, слушаешь, а спустя некоторое время под руку попадается эта схема на пяти транзисторах, начинаются сомнения, приводящие к дальнейшему поиску…

Типовые области применения биполярных транзисторов большой мощности

Описываемый усилитель мощности предназначен для двухканального усиления мощности сигнала, подаваемого с микшерного пульта или предварительного усилителя. Каждый из двух входов имеет регулятор уровня входного сигнала позволяющий установить необходимую чувствительность. Переключателем можно объединять его входы, при этом один из двух входных разъемов можно использовать как линейный выход для увеличения числа работающих параллельно усилителей. К особенностям УМЗЧ можно отнести переключаемый фактор демпфирования громкоговорителей для оптимизации их звучания в различных акустических условиях. Усилитель мощности имеет индикаторы уровня выходного сигнала и его ограничения, перегрузки по выходу, а также индикаторы аварийного отключения громкоговорителей и превышения на пряжения сети.

Регистрация Вход. Ответы Mail.

↑ Список использованных источников

1. Иванов В. Бестрансформаторный УНЧ // Радио, 1970, №2, с. 29, 30, 3-я страница обложки. 2. Левинзон Г.Л., Логинов А.В. Высококачественный усилитель низкой частоты. – М.: Энергия, 1977. – 120 с. 3. Цихисели Ж. Германий превыше всего (Практика AV) // AudioVideo, 2003, №6 (//www.salonav.com/Praktika/6.2003/HTM/tranz.htm). 4. Классическая схема усилителя на Ge германиевых транзисторах — Форум на Датагоре. 5. Пугачев И. Украдет ли усилитель «виртуальную глубину»? // Радиолюбитель, 2000, №9, с. 3, 4. 6. Пугачев И.С. 50 лет в строю УМЗЧ // Радиомир, 2004, №8, с. 9 – 11. 7. Пугачев И. УМЗЧ с «виртуальной глубиной» на трех транзисторах // Радиомир, 2008, №10, с. 3 – 5.