Многим радиолюбителям со стажем хорошо знаком простой и надёжный усилитель низкой частоты (УНЧ) Н. Трошина «с нестандартным включением ОУ». Однако в авторской версии он имеет несколько существенных недостатков: низкая выходная мощность (15 Вт) и высокий уровень искажений на малой громкости, вызванный малым током покоя. Впоследствии многими были предприняты попытки улучшить работу схемы. В частности, М. Сапожников предложил заменить в данной схеме авторский узел смещения и регулировки тока покоя (который был выполнен на четырёх диодах и подстроечном резисторе) на два маломощных транзистора (VT1 и VT2), как делал это в своих схемах И. Акулиничев. В таком исполнении этот транзисторный шунт, управляемый напряжением на базах выходных транзисторов, ведёт себя как управляемый диод, что приводит к стабилизации токового режима выходного каскада (ВК), демпфированию коммутационных процессов, защите выходных транзисторов от токовой перегрузки и значительному сглаживанию импульсов переключения (даже при минимальном токе покоя). А ведь в том числе «переключательные» искажения приводят к появлению высших гармоник, свойственных транзисторным схемам. Применение такого транзисторного шунта делает звучание УНЧ более чистым, ярким, прозрачным. А сам этот шунт – это максимально упрощённая реализация корректора нелинейных искажений Хауксфорда (N.J. Hawksford), пример применения которого можно найти по ссылке [1].
Но в том, что используется упрощённый вариант, есть и свои плюсы: отпадает необходимость тщательного подбора деталей и каких-либо регулировок. Сразу после сборки УНЧ готов к работе (при условии отсутствия ошибок монтажа и использовании исправных деталей). В своей схеме, изображённой на Рисунке 1, я заменил маломощные транзисторы VT1 и VT2 (работающие как узел местной обратной связи) на транзисторы средней мощности, так как с их помощью легче добиться хорошей тепловой связи, что необходимо для устойчивой термостабилизации ВК.
 |
|
| Рисунок 1. | Схема УНЧ АВ 100. |
В таком виде ВК очень устойчив, не склонен к самовозбуждению, имеет стремящееся к нулю выходное сопротивление, полосу пропускания выше 1 МГц, высокую линейность, хороший запас по фазе и низкие искажения, которые не имеют линейной зависимости от сопротивления и вида нагрузки. Теперь при подаче питания ток покоя ВК автоматически устанавливается на уровне 120 мА, а при прогреве достигает 130…140 мА и далее не растёт.
Ещё одним источником повышенных искажений оригинальной схемы Трошина был сам операционный усилитель (ОУ), используемый как входная часть и усилитель напряжения, одновременно усиливающий и ток (незначительно, но всё же). Несмотря на то, что ОУ нагружен источником тока на транзисторе VT7. В предлагаемой схеме одна часть ОУ (U1A) является усилителем напряжения, а вторая (U1B) – повторителем напряжения в составе выходного усилителя тока. Такая компоновка облегчает режим работы ОУ, что приводит к значительному уменьшению искажений. Этому также способствует применение современных качественных компонентов.
Для значительного повышения мощности усилителя применены ОУ, уверенно работающие при питании ±20 В (максимально допустимое питание для NE5532 ±22 В, а для LME49860 – ±23 В). Кроме того, применено «плавающее» питание ОУ (вольтодобавка), реализованное с помощью резисторов R6 и R7. В таком виде максимальная мощность УНЧ достигает почти 110 Вт на нагрузке 4 Ом. Конечно, на такой мощности в домашних условиях вряд ли кто-то будет слушать музыку. Мощность нужна не для этого, а для того, чтобы минимизировать искажения при приемлемом уровне громкости и обеспечить большой динамический диапазон сигнала, не доводя усилитель до ограничения.
Напряжение питания УНЧ, напряжение стабилизации стабилитронов, тип ОУ, его коэффициент усиления (заданный R1R2) и номиналы делителя R6R7 подобраны таким образом, чтобы синфазное напряжение на входах ОУ в любом случае не выходило за рамки ОБР.
 |
|
| Рисунок 2. | Фото макета УНЧ. |
На Рисунке 2 представлено фото макета УНЧ при работе (с использованием ОУ NE5532 и выходных транзисторов 5200/1943), а на Рисунке 3 изображён полный сигнал усилителя на частоте 20 кГц при подключении в качестве нагрузки проволочного сопротивления 4.2 Ом (предел осциллографа 10 В/дел.).
 |
|
| Рисунок 3. | Сигнал 20 кГц. |
Спектр гармоник реального УНЧ на 1 кГц ниспадающий (Рисунок 4). По крайней мере, моя звуковая карта видит его так.
 |
|
| Рисунок 4. | Спектр усилителя на частоте 1 кГц. |
А на Рисунке 5 показан частотный отклик усилителя в звуковом диапазоне (карта-источник звука ограничена полосой 20 кГц).
 |
|
| Рисунок 5. | Частотный отклик. |
Данный УНЧ не имеет выдающихся параметров, но он очень прост, надёжен и весьма неплохо звучит. А такой усовершенствованный ВК можно применить для конструирования и других усилителей, например, не имеющих в своём составе ОУ.
Если охватить усилитель петлёй общей ООС, общий уровень всевозможных искажений заметно снизится, но изменится и спектр: гармоники низких порядков сильно уменьшатся, а высоких – немного вырастут. Поэтому делать этого я не стал.
Краткие характеристики УНЧ представлены в Таблице 1.
| Таблица 1. | Краткие характеристики УНЧ АВ 100 | ||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||
Входное сопротивление усилителя невелико, но большинство современных источников звука с этим легко справляется. К тому же входное сопротивление можно при необходимости увеличить, пропорционально увеличив номиналы R1 и R2.
Если же есть желание сильно увеличить входное сопротивление УНЧ, но нет желания использовать в качестве R2 сопротивление с очень высоким номиналом, тогда вместо R2 можно использовать Т-мост из трёх резисторов, предварительно пересчитав номиналы. Главное, чтобы коэффициент усиления не превысил 20. При увеличении входного сопротивления можно уменьшить номинал конденсатора С1. Компенсирующий резистор R3 служит для выравнивания входных сопротивлений инвертирующего и неинвертирующего входов ОУ. Он рассчитывается так:
Питается УНЧ от обычного выпрямителя со средней точкой во вторичной обмотке трансформатора, обеспечивающий ток 5 А и напряжение ±35 В. Ёмкости конденсаторов фильтра 12000…15000 мкФ в каждом канале. Их желательно зашунтировать плёночными конденсаторами номиналом 0.1 мкФ.
Усилитель удерживает на выходе почти идеальный ноль (±0.5 мВ), но всё же лучше дополнить его любым устройством защиты акустических систем, например, таким, который описан в [2], или использовать для питания автономный выпрямитель (точно такой же выпрямитель, только не подключать к «земле» среднюю точку вторичной обмотки трансформатора).
Катушка L1 наматывается витком к витку любым одножильным лакированным медным проводом диаметром 0.8 мм прямо на резисторе R14 в два слоя и состоит из 26…30 витков. Светодиод источника тока – любой красный.
Термостабилизация и возможные замены деталей
Рекомендованные замены ОУ и выходных транзисторов указаны на схеме. Однако применять можно и другие типы ОУ. Главное, чтобы они «умели» работать с единичным усилением, обеспечивали не меньшую нагрузочную способность, подходили по питанию и максимальному уровню входного сигнала. Выходные транзисторы подойдут и другие, но при этом может поменяться ток покоя. Но его легко изменить: увеличение номинала эмиттерных резисторов ведёт к уменьшению тока покоя и наоборот (допускается применение резисторов от 0.1 до 0.47 Ом). Кроме того, можно заменить VT1 и VT2 на транзисторы другого типа. Здесь необходимо помнить, что ток покоя зависит от площади кристалла этих транзисторов: чем она меньше, тем больше ток покоя УНЧ.
Все шесть транзисторов выходного каскада должны находиться на одном радиаторе и иметь с ним хороший тепловой контакт. Наилучший результат по термостабильности даёт размещение транзисторов в одну линию недалеко друг от друга в такой последовательности: VT3, VT1, VT5, VT6, VT2, VT4.
Для достижения хороших параметров желательно подобрать транзисторы ВК попарно по коэффициенту усиления, и вообще использовать транзисторы с высоким коэффициентом усиления. Например, на корпусах транзисторов 5200/1943 должна быть маркировка «О».
После подачи питания необходимо удостовериться, что ток покоя усилителя и ток источника тока соответствуют отмеченным в схеме значениям. Делать это удобно, измеряя падение напряжения на соответствующих резисторах. А первую подачу питания проводить с осторожностью, согласно обычным в таких случаях рекомендациям.
Ссылки
- Игорь Кацай. Универсальный параллельный УНЧ с коррекцией искажений
- Игорь Кацай. Универсальный блок защиты акустических систем
Купить LME49860 на РадиоЛоцман.Цены
