Усилитель звука без общей ООС

Усилители на транзисторах

Мысли о трансформаторе в усилителе мощности низкой частоты [1] в конце концов должны были воплотиться в конкретный трансформаторный усилитель. И если на словах все очень просто два повторителя, а между ними повышающий трансформатор, то на деле для получения высококачественного усилителя необходимо учесть и некоторые особенности использования трансформатора.
Известью, что для хорошей передачи низких частот необходима повышенная мощность трансформатора, что обеспечивает отсутствие насыщения сердечника и снижает искажения сигнала. Формула для определения индукции в магнитопроводе:

formula_indukcii_v_magnitoprovode

где U1, — напряжение первичной обмотки. В;
f — частота сигнала, Гц;
S — активная площадь сечения
магнитопровода , см²;
W1 — число витков первичной обмотки.

Из формулы видно, что для уменьшения насыщения сердечника трансформатора необходимо увеличивать S и W1. Если учесть, что материал магнитопровода (электротехническая сталь) начинает насыщаться при индукции около 1,15 Тл, то для любого трансформатора, зная число витков первичной обмотки и сечение магнитопровода, можно рассчитать допустимое напряжение U1 на различных частотах, которое может быть трансформировано без насыщения магнитопровода и связанных с ним повышенных искажений.

Для трансформатора ТВК-110 при использовании в качестве первичной низковольтной обмотки (сопротивление по постоянному току — 27.5 Ом) расчетное напряжение на частоте 40 Гц составляет 18 В. Этого вполне достаточно для усиления входных сигналов с проигрывателя компакт-дисков (ПКД) даже с НЧ-коррекцией (до 10 дБ).

Любой реальный трансформатор всегда имеет паразитные параметры: индуктивность рассеяния и собственную емкость обмоток. Под их воздействием коэффициент трансформации в диапазоне звуковых частот может изменяться, и результирующая передаточная характеристика трансформатора становится нелинейной.

Для повышения мощности в широкой полосе частот необходимо нагрузить вторичную обмотку на оптимальное сопротивление, которое желательно подобрать экспериментально. Чтобы устранить влияние последующих каскадов на нагрузочное сопротивление трансформатора, используется двухтактный буферный повторитель между вторичной обмоткой и выходными усилителями тока.

Данный усилитель звука разрабатывался для акустической системы закрытого типа, поэтому во входной предусилитель введена пассивная RC- цепь низкочастотной коррекции АЧХ, параметры которой подбираются под конкретную акустическую систему. С учетом вышеизложенного разработан УМЗЧ с трансформаторным усилителем напряжения и транзисторным усилителем тока с режимом класса “А+” (2].

Входной сигнал через ФНЧ R2-C1 (рис.1) с частотой среза около 100 кГц поступает на предусилитель на ОУ DA1.1 с регулируемым с помощью “подстроечника” R4 коэффициентом усиления. К выходу предусилителя подключена пассивная цепь низкочастотной коррекции АЧХ R6-C3 для компенсации снижения отдачи акустической системы (АС). Если АС фазоинверторного типа, необходимость в коррекции отпадает, и цепочка R6-C3 не устанавливается.

Однотактный усилитель тока состоит из буферного повторителя на ОУ DA1.2, эмиттерного повторителя на VT1 и выходного каскада на транзисторе VT2, нагруженного на активный источник тока на VT3. В качестве транзистора VT2 вместо биполярного можно установить полевой типа IRF540. Ток покоя выходного каскада задается резистором R12 и при указанном номинале составляет около 120 мА.

Балансировка нуля на выходе усилителя тока осуществляется охватом его отрицательной обратной связью через интегратор на DA2, который одновременно обеспечивает низкое выходное сопротивление на низших частотах вплоть до постоянного тока. Непосредственное подключение первичной обмотки трансформатора к выходу усилителя тока без разделительного конденсатора обеспечивает отсутствие резонансных явлений и связанных с ними искажений.

Использование однотактного усилителя тока во входном предусилителе объясняется желанием улучшить спектр гармонических искажений добавлением четных гармоник, которые в большей степени, чем нечетные, подавляются отрицательными обратными связями в предыдущих каскадах.

Для оптимального согласования выходного сопротивления усилителя тока и первичной обмотки трансформатора установлен токоограничивающий резистор R13, подбором сопротивления которого уменьшаются искажения на низких частотах.Вторичная обмотка трансформатора также напрямую подключена ко входу двухтактного повторителя на транзисторах VT4…VT9.

Нагрузочное сопротивление обмотки R14 подбирается по минимальным искажениям АЧХ в области высоких частот.
Балансировка нуля на выходе повторителя не производится, поэтому следующие каскады выходных усилителей тока подключаются через разделительные конденсаторы СЮ и С11.

При этом необходимо выполнение условия С11>С10, чтобы полоса пропускания на низких частотах в канале следящего питания была не уже, чем в основном канале усилителя тока. В оконечные усилители тока с режимом класса “А” (рис.2) внесены небольшие изменения по сравнению с исходной схемой, приведенной в [2].

В усилителе введены дополнительные низкоомные резисторы R36…R39 в базовые цепи транзисторов для повышения устойчивости. Выходные транзисторы заменены на импортные. В связи с тем, что транзисторы SA1302 и SC3281 имеют малый разброс параметров, они включены попарно в каждом плече выходного каскада. Сопротивления резисторов в эмиттерных цепях увеличены в 2 раза.

transformatornyj_usilitel_zvuka

Стабилизация тока покоя выходных транзисторов выполнена на оптроне VU1 для одной пары, а другая пара поддерживает автоматически примерно такой же ток. Для повышения точности поддержания нуля на выходе УМЗЧ интегратор DA3 выполнен на прецизионном ОУ К140УД17. В усилителе тока с режимом класса “В” (рис.3) сделаны изменения, предложенные в [2]: использован токовый шунт на транзисторах VT24 и VT25 для повышения термостабильности тока покоя и демпфирования переключательных искажений.

Заменены резисторы на диоды VD5 и VD6 в эмиттерных цепях транзисторов VT21 и VT22, а также введены ограничительные диоды VD3 и VD4 во входные цепи интегратора DA4. Схему предлагаемого УМЗЧ можно существенно упростить, если отказаться от режима класса “А” в выходном усилителе тока. Тогда акустическая система подключается к выходу усилителя тока с режимом класса “В”, а для снижения заметности переключательных искажений можно перевести его в режим “АВ”.

Для этого достаточно уменьшить сопротивления резисторов в эмиттерных цепях выходных транзисторов R61, R62, R65, R66, R69, R70 с 1 Ом до 0,33…0,1 Ом в зависимоети от желаемого тока покоя. Мощность рассеяния этих резисторов необходимо повысить до 1.. .3 Вт.

Блок питания УМЗЧ использован аналогичный описанному в [1], только трансформаторы на все напряжения раздельные. Транзисторы VT1… VT3 оконечного каскада входного предусилителя зувка (рис.1) запитаны напряжением ±17,5 В с конденсаторов сглаживающего фильтра (перед стабилизаторами напряжения ±15 В). Емкость этих конденсаторов увеличена до 4700 мкФ.

montazhnaja_plata_usilitelja_zvuka_nizkoj_chastoty

pechatnaja_plata_usilitelja_zvuka_nizkoj_chastoty

Элементы усилителя размещены на пяти печатных платах. На первой из них (рис.4) находится предварительный усилитель (рис.1). Микросхема интегратора DA2 установлена на отдельной маленькой макетной платке и закреплена на теплоотводе транзисторов VT2, VT3 Теплоотвод представляет собой пластину из алюминия толщиной 3.5 мм и размерами 90×55 мм.

usilitel_toka_s_rezhimom_klassa_a
plata_dvuhtaktnogo_povtoritelja

Усилитель тока с режимом класса ‘А’ (рис.2) расположен на плате размерами 120×65 мм, приведенной на рис.5 Резистор R35 составлен из двух, включенных параллельно (сопротивлением 27 и 24 Ом). Резисторы R42, R43, R46, R47 уста на впиваются при необходимости. Они запаиваются со стороны печатных проводников.

osnovnye_tehnicheskie_harakteristiki_usilitelja_zvuka

chertezh_platy_usilitelja_toka

montazhnaja_plata_usilitelja_toka

Чертеж платы усилителя тока с режимом класса представлен на рис.6. Диоды VD7, VD8 запаиваются со стороны проводников (изолированной стороной корпуса к плате). Питание интегратора 0А4 (±15 В) осуществляется от отдельных параметрических стабилизаторов (R74-VD9, R75-VD10.

И наконец, плата двухтактного повторителя на транзисторах VT4.. .VT9 (рис 1) представляет собой (по топологии) часть платы усилителя тока (рис.5, транзисторы VT10 . . .VT15) с соответствующей заменой элементов. Для того чтобы выявить роль трансформатора в усилении звукового сигнала, сравнительные прослушивания проводились с этим же УМЗЧ, в котором в одном канале трансформатор был заменен на ламповый усилительный каскад с динамической нагрузкой SRPP [3].

Качество звукоусиления такого каскада, выполненного на лампе 6Н23П (Rк = 510 Ом. Vа = 160 В), признано в среде аудиофилов чуть ли не эталонным. Но даже длительное прослушивание такого комбинированного усилителя не дало однозначного ответа: какой из каналов звучит лучше. Чуть более “теплый” звук дает ламповый каскад, а вот тестирование УМЗЧ двухканальным сигналом показало наличие на выходе лампового канала слабого разностного тока, который растет с увеличением громкости.

В трансформаторном канале разностный ток отсутствует вплоть до момента появления ограниченной амплитуды сигнала в двухтактном повторителе. Таким образом, трансформаторное усиление звукового сигнала вполне может конкурировать с ламповым, выигрывая в стабильности, долговечности и надежности, но проигрывая в сложности схемы и трудоемкости настройки.

Оцените статью
radiochipi.ru
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я принимаю политику конфиденциальности.

Adblock
detector