Высококачественный усилитель 20 Вт/4 Ом (Бать, Середа)

Назначение: для работы в аппаратуре высококачественного звуковоспроизведения.

Характеристики усилителя:

Рабочий диапазон частот: 20 – 20000 Гц

Неравномерность АЧХ в диапазоне 20-20000 Гц: ±0,5 дБ

Номинальная выходная мощность: 20 Вт/4 Ом

Коэффициент нелинейных искажений (КНИ): 0,7%

Чувствительность при номинальной мощности и входном сопротивлении 10 кОм: 1 В

Относительный уровень помех: 86 дБ

Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 1:

В отличие от большинства высококачественных усилителей, он питается от выпрямителя без стабилизатора. Напряжение на выходе нестабилизированного выпрямителя зависит от потребляемого тока, величина которого, в свою очередь, определяется выходной мощностью. При отсутствии входного сигнала ток покоя усилителя равен примерно 60 мА. В этом режиме выпрямитель позволяет получать два напряжении по 25 В с разной, относительно общего провода, полярностью. При наличии входного сигнала ток, потребляемый от выпрямителя, возрастает, а напряжение на его нагрузке уменьшается. В таблице 1 приведены значения напряжения выпрямителя и номинальной выходной мощности при различных сопротивлениях нагрузки.

Таблица 1:

Rн, Ом	Uв, В	Pвых, Вт
15	22х2	14
7,5	20х6	16
4	18х2	20

При воспроизведении музыкальной программы изменения напряжения на выходе выпрямителя зависят от статистического распределения мощности в программе. Среднее значение тока, потребляемого от выпрямителя при воспроизведении музыкальной программы, обычно не превышает 30% от тока, потребляемого в режиме синусоидального сигнала при номинальной выходной мощности. Таким образом, при воспроизведении музыкальных программ усилитель, питающийся от нестабилизированного выпрямителя, работает при изменяющемся напряжении питания. Поскольку выходная мощность безтрансформаторного усилителя определяется соотношением питающего напряжения и сопротивления нагрузки, пиковые значении выходной мощности при прослушивании музыкальной программы могут заметно отличаться от значений номинальной мощности, указанных в таблице. 1.

Для иллюстрации этого положения были проведены следующие измерения. Вначале было измерено среднее значение напряжении Uв и амплитуда пульсации Uпульс на выходе выпрямителя при 30% выходной мощности на нагрузке Rн=7,5 и 4 Ом, а затем выходная мощность усилителя при питании от двух стабилизированных источников, напряжение которых равно среднему значению напряжения стабилизированного выпрямителя за вычетом амплитуды пульсации. Влияние пульсаций необходимо учитывать, так как мгновенные значения питающего напряжения отличаются от среднего значения на величину амплитуды пульсации. Результаты измерений сведены в таблице 2.

Таблица 2:

Rн, Ом	Uв, В Pвых=5 Вт	Uпульс, В	Uст, В	Pпик, Вт
7,5	23х2	1	22	21
4	21,5х2	1,2	20,3	31

Усилитель можно питать и от стабилизированного выпрямителя. В таблице 3 показаны результаты измерения выходной мощности усилителя при питании от двух стабилизированных источников.

Таблица 3:

Rн, Ом	Uв, В	Pвых, Вт
15	24х2	17
7,5	24х6	34
4	24х2	49

Рассмотрим другие особенности схемы усилители. Нагрузка подключена к выходу оконечного каскада без разделительного конденсатора. При таком включении на выходе усилителя нужно постоянно поддерживать нулевой потенциал относительно общего провода, в противном случае через громкоговоритель будет протекать постоянный ток, что нежелательно. Для поддержания нулевого потенциала усилитель охвачен глубокой отрицательной обратной связью, напряжение которой через резистор R7 подается на базу транзистора Т2, работающего в дифференциальном каскаде.

База транзистора Т1 соединена с общим проводом через резистор R1. Таким образом, в дифференциальном каскаде сравнивается потенциал на выходе усилителя с нулевым потенциалом общего провода. Если постоянное напряжение на выходе усилителя становится отличным от нуля, на выходе дифференциального каскада появляется сигнал, который усиливается последующими каскадами и подается в противофазе на выход усилителя. Одновременно дифференциальный каскад позволил значительно снизить влияние температурного дрейфа входных характеристик транзисторов Т1 и Т2 на стабильность потенциала на выходе усилителя. Конденсатор С4 в коллекторной цепи транзистора Т3 и шунтирующая нагрузку цепочка С6R19 препятствуют возбуждению усилителя на высоких частотах. Подстроечный резистор R9 служит для установки начального тока оконечного каскада усилителя.

Детали и конструкция

Монтаж усилителя выполнен на печатной плате. Расположение деталей и печатный монтаж показаны на рис. 2 и рис. 3. Выходные транзисторы Т8 и Т9 установлены на радиаторах площадью 100 см². Терморезистор R20 закреплен на радиаторе транзистора Т8.

Рисунок 2:

Рисунок 3:

Транзисторы Т1 и Т2, работающие в дифференциальном каскаде, желательно подобрать так, чтобы их коэффициенты передачи по току отличались не более, чем на 15%.

В этом каскаде можно использовать транзисторы КТ815А, КТ315В, КТ315Г, КТ312Б, имеющие Вст≈50. Транзисторы КТ801 (Т6, Т7) можно заменить транзисторами П701 и П702. В оконечной ступени (Т8, Т 9) можно использовать транзисторы КТ802, ПТ805, КТ8О3.

Резисторы R16, R18 намотаны константановым проводом Ø0,15 мм; подстроечный резистор R9 – СПЗ-1Б; остальные резисторы МЛТ-0,25 или УЛМ-0,12.

Конденсатор С4 – К10-7В; С6 – МБМ; остальные конденсаторы К-50-6.

В качестве силового можно использовать трансформатор мощностью 40-50 Вт. Его вторичную обмотку выполняют с отводом от середины. Напряжение холостого хода на вторичной обмотке трансформатора должно быть равно 35 В.

В усилителе работающем на нагрузку 4 Ома используются предохранители на 2 А.

Налаживание усилителя начинают с установки рабочей точки оконечного каскада. Для этого в коллекторную цепь транзистора Т8включают миллиамперметр па 100 мА. Подстроечный резистор R9 ставят в положение максимального сопротивления. Затем включают питающее напряжение, и уменьшая сопротивление резистора R9, устанавливают ток коллектора транзистора Т8 в пределах 50-70 мА.

Следующий этап регулировки усилителя состоит в проверке постоянного напряжения на выходе оконечного каскада. Об этом напряжении удобно судить по величине постоянного тока, протекающего через сопротивление нагрузки. Для измерении этого тока между точкой 3 (см. обозначение па схеме) и общим проводом включают авометр, предварительно установленный на максимальный предел измерения тока. Например, 0,5 А – это предохранит прибор от выхода из строя в случае сильного разбаланса оконечной ступени или неправильной полярности включении авометра.

Изменяя в небольших пределах сопротивление резистора R9, следует уменьшить ток до величины 15 мА. На этом установку режимов усилителя по постоянному току можно считать законченной.

Все описанные выше регулировки проводят при отключенном сопротивлении нагрузки. После установки режимов по постоянному току усилитель начинает нормально работать и никаких дополнительных регулировок не требует.

При необходимости можно увеличить чувствительность усилителя со входа, уменьшив сопротивление резистора R6. Для получения чувствительности со входа усилителя 0,5 В или 0,25 В сопротивление резистора R6 должно быть соответственно 510 или 250 Ом.

Заключительный этап налаживания усилителя состоит в изменении чувствительности, номинальной мощности, КНИ и снятии АЧХ.

Авторы: инж. С. Бать, инж. В. Середа

По материалам из журнала “Радио”.