Garso dažnių galios stiprintuvas

Skaitytojų dėmesiui siūlomas garso dažnių galios stiprintuvas turi žemą harmonikos koeficientą, esant palyginti paprastam schemos sprendimui, gali atlaikyti trumpalaikį apkrovos trumpąjį jungimąsi ir nereikalauja galinės kaskados tranzistorių rimties srovės termostabilizacijos.

Pagrindinės stiprintuvo techninės charakteristikos:

• Nominali (maksimali) galia 4 omų apkrovoje – 60 (80) W;
• Nominalus dažnių diapazonas – 20...20000 Hz;
• Harmonikos koeficientas esant nominaliai išėjimo galiai nominaliame dažnių diapazone – 0,03 %;
• Nominali įėjimo įtampa – 0,775 V;
• Išėjimo varža nominaliame dažnių diapazone – ne daugiau kaip 0,08 Om;
• Išėjimo įtampos užaugimo greitis (be kondensatoriaus C2) – 40 V/μs.

Principinė stiprintuvo schema parodyta 1 pav. Jis sukurtas garso dažnių galios stiprintuvo, aprašyto [1], bazėje. Pagrindinį stiprinimą pagal įtampą užtikrina kaskada spartaus veikimo operaciniame stiprintuve DA1. Priešpaskutinė kaskada surinkta iš tranzistorių VT1–VT4. Skirtingai nuo prototipo, aprašomas stiprintuvas papildytas išėjimo emiteriniu kartotoju, sudarytu iš tranzistorių VT5, VT6, dirbančių B režime.

Paruošiant stiprintuvą ypatingas dėmesys buvo skirtas priešpaskutinei kaskadai. Su tikslu sumažinti nelinijinius iškraipymus buvo išrinktas AB režimas su gana didele rimties srove (apie 20 mA). Temperatūrinis stabilumas pasiektas į tranzistorių VT3, VT4 kolektorių grandines įjungus palyginti didelės varžos rezistorius R19, R20. Tačiau kai nėra 100 %-inio atgalinio neigiamo ryšio priešpaskutinėje kaskadoje ir keičiasi jos temperatūrinis režimas, galimi rimties srovės svyravimai 15...25 mA ribose, kurie visiškai leistini, kadangi neperžengia stiprintuvo eksploatacinio patikimumo tikslo. Dėl galimo tranzistorių VT1, VT2 bazė-emiteris įtampos nestabilumo kompensacijos į jų bazių grandines įjungti diodai VD3–VD5. Kiekvienas priešpaskutinės kaskados petys apimtas ne mažiau kaip 20 dB gylio vietinio atgalinio neigiamo ryšio grandine. Atgalinio neigiamo ryšio įtampa nusiima nuo tranzistorių VT3, VT4 kolektorių apkrovų ir per daliklius R11R14 bei R12R15 pasiduoda į tranzistorių VT1, VT2 emiterių grandines. Dažninė korekcija ir pastovumas atgalinio neigiamo ryšio grandine užtikrinami kondensatoriais C10, C11. Rezistoriai R13, R16 ir R19, R20 apriboja priešpaskutinės ir galinės stiprintuvo kaskadų maksimalias sroves esant apkrovos trumpajam jungimuisi. Esant bet kokioms perkrovoms maksimali tranzistorių VT5, VT6 srovė neviršija 3,5...4 A, dėl ko šiuo atveju jie neperkaista, kadangi spėja sudegti saugikliai FU1 bei FU2 ir atjungti stiprintuvo maitinimą.

Diodas VD6, įjungtas tarp tranzistorių VT5, VT6 bazių, sumažina „laiptelių“ tipo iškraipymus. Padavus į jį įtampą (apie 0,75 V), susiaurėja įtampos intervalas tranzistorių emiteriniuose perėjimuose, kuriems esant jie yra uždaryti. Tuo pačiu užtikrinamas jų atidarymas esant mažai signalo amplitudei ir patikimas uždarymo laikas nesant signalo. Esant mažiems signalams į apkrovą teka priešpaskutinės kaskados srovė, patenkanti per rezistorių R21. Į galinės kaskados išėjimą pajungtas žemų dažnių filtras L1C14R23, sumažinantis staigių signalo pliaukštelėjimų (apie 1 μs ilgumo) amplitudę išėjimo kaskados tranzistorių perjungimo momentu ir pašalinantis svyravimo procesus galinėje kaskadoje. Pastebimos įtakos išėjimo signalo užaugimo greičiui filtras nedaro.

Harmonikos koeficiento sumažėjimas pasiektas bendro gilaus (ne mažiau kaip 70 dB) atgalinio neigiamo ryšio, kurio įtampa nusiima nuo stiprintuvo išėjimo ir per daliklį C3-C5R3R4 pasiduoda į invertuojantį operacinio stiprintuvo DA1 įėjimą, įvedimu. Kondensatorius C5 koreguoja stiprintuvo amplitudinę-dažninę charakteristiką atgalinio neigiamo ryšio grandine. Griežta pastovios išėjimo įtampos stabilizacija ne daugiau kaip ±20 mV lygyje pasiekta pritaikius stiprintuve 100 %-inį atgalinį neigiamą ryšį pagal pastovią srovę. Dėl šios įtampos sumažinimo iki ±1 mV ir mažiau būtina subalansuoti operacinį stiprintuvą DA1, pajungus į atitinkamą išvadą (priklausomai nuo įtampos ženklo) 200...820 kOm varžos rezistorių R24 arba R25.

Stiprintuvo įėjime įjungta grandinė R1C1 apriboja jo dažnių pralaidumo ruožą 160 kHz. Maksimali galima garso dažnių galios stiprintuvo amplitudinės-dažninės charakteristikos linearizacija 10...200 Hz ruože pasiekta atitinkamu kondensatorių C1, C3, C4 talpos parinkimu.

Stiprintuvas gali maitintis kaip nuo stabilizuoto, taip ir nuo nestabilizuoto maitinimo šaltinio, be to, jo darbingumas išsilaiko mažėjant maitinimo įtampai iki ±25 V (suprantama, atitinkamai mažėja išėjimo galia). Naudojant stabilizuotą maitinimo šaltinį reikia įskaityti stabilizatoriaus išėjime didelių pulsacijų (iki 10 V) su stiprinamo garso dažnio galios stiprintuvo signalo dažniu pasirodymo galimybę esant galiai, artimai nominaliai.

Stiprintuvas surinktas plokštėje iš folgiruoto 2 mm storio stiklotekstolito (2 pav.), sujungtoje su išorinėmis grandinėmis lizdu MPH32-1. Tranzistoriai VT3, VT4 aprūpinti aušintuvais (3 pav.), sulenktais iš 1 mm storio lakštinio aliuminio skardos ir sustatyti plokštėje. Galinės kaskados tranzistoriai VT5, VT6 pritvirtinti už plokštės ant radiatorių su 400 cm2 aušinančio paviršiaus plotu kiekvienas. Stiprintuve naudojami rezistoriai МЛТ, kondensatoriai K73-17 (C1), KM (C2, C8-C11), K53-1 (C3, C4, C6, C7), KД (C5), MБM (C14) ir K73-16B (C12, C13). Ritė L1 suvyniota laidu ПЭВ-2 0,8 trimis sluoksniais ant rezistoriaus R22 (MЛT-1); ją sudaro 40 vijų.

Vietoj nurodytų schemoje galima naudoti operacinį stiprintuvą K574УД1A, K574УД1B, o tranzistorius tų pačių tipų, bet su indeksais Г, Д (VT1, VT2) ir B (VT3-VT6).

Stiprintuvas, surinktas iš nesugedusių detalių, beveik nereikalauja derinimo. Kaip nurodyta aukščiau, tranzistorių VT3, VT4 rimties srovė nustatoma esant būtinybei rezistoriaus R6 parinkimu, o minimali pastovi įtampa stiprintuvo išėjime – rezistoriaus R24 arba R25.

Harmonikos koeficientas išmatuotas 20...20000 Hz ruože kompensaciniu metodu [2]. Pirmas išėjimo įtampos išmetimas (esant atjungtam kondensatoriui C2) neviršijo 3 %, kas byloja apie gerą stiprintuvo patvarumą.

Literatūra

1. Алексенко А. Г., Коломбет Е. А., Стародуб Т. И. Применение прецизионных аналоговых ИС.– М.: Радио и связь, 1981, с. 214–215.
2. Зуев П. Усилитель с многопетлевой ООС.– Радио, 1984, № 11, с. 29–32; № 12, с. 42–43.
3. Дмитриев Н., Феофилактов Н. Схемотехника усилителей мощности ЗЧ.– Радио, 1985, № 5, с. 35–38; № 6, с. 25–28.