Правильный усилитель звука.
В этой статье я сравню две схемы усилителей. Первая – собранная в предыдущей статье - «Усилитель звука своими руками» из деталей лампы – экономки. Схема - самая простая, в ней нет «ничего лишнего»! И вторая схема – классический усилитель Лина. Для желающих повторить вторую схему, я подробно расскажу о ней в этой статье.
При сборке первой схемы, я сказал, что схема этого усилителя «неправильная» и так - делать нельзя! А сегодня я соберу правильную схему и расскажу, почему первая схема названа неправильной, – ведь усилитель работает и очень неплохо!
Основной причиной неправильности схемы является способ включения громкоговорителя. Так включать громкоговоритель нельзя. Ведь оконечный мощный транзистор в этой схеме - даже при отсутствии звукового сигнала пропускает через себя достаточно большой постоянный ток – примерно половину максимального! Это делается для того, чтобы избежать искажений от ограничения звукового сигнала.
И этот ток действует на катушку громкоговорителя, сильно сдвигая ее вместе с диффузором от среднего положения, тем самым уменьшая амплитуду свободного хода диффузора, то есть уменьшая возможную громкость звучания громкоговорителя. И в дополнение, постоянный ток изменяет намагниченность магнитной системы динамика, ухудшая его характеристики.
Выход напрашивается сам – разделить постоянный и переменный токи в схеме. Но, тогда потребуется еще две крупные детали: мощный резистор – вместо громкоговорителя – для сохранения цепи схемы по постоянному току и конденсатор большой емкости, чтобы отделить переменный ток для громкоговорителя. Резистор – конечно же будет сильно греться, ведь через него течет весь ток мощного транзистора!
Правильное решение было предложено в 1956 году Хунг-Чан Лином - китайским - американским изобретателем - профессором электротехники в университете штата Мэриленд, магистром от университета Мичигана. Это схематическое решение носит название усилитель Лина. Выходной каскад усилителя мощности собирается на транзисторах по схеме эмиттерных повторителей. Эти транзисторы являются комплементарной парой – то есть обладают одинаковыми параметрами, но - разной проводимостью. Транзисторы нужно ставить на разные теплоотводы, так как на их коллекторы подается разное напряжение. В эмиттеры транзисторов я поставлю самодельные проволочные резисторы, намотанные на резисторах МЛТ. Аналогичный резистор использую вместо громкоговорителя при настройке схемы. Положительную полуволну сигнала усиливает верхний транзистор, отрицательную – нижний. Одновременно транзисторы не открываются, то есть сквозного тока через них нет. Вся регулировка схемы сводится к установке нулевого напряжения на выходе – при двухполярном питании. Схема казалась очень экономичной. Но… не всё так просто!
Реальный транзистор открывается не с нулевого напряжения на базе, а с некоторой задержкой – от полу-вольта, до вольта – в зависимости от типа проводимости.
Отсюда и возникают коммутационные искажения, хорошо известные всем под названием «транзисторный звук». А выглядят они - как «ступенька» на осциллограмме выходного сигнала – то есть, выходной сигнал при малых амплитудах отстает от входного. Обратная связь только ухудшает ситуацию, так как в момент малого сигнала оба выходных транзистора закрыты и резкое увеличение сигнала предварительного усилителя дает только лишние всплески на выходе при открытии транзисторов выходного каскада. Смещение рабочей точки усилителя – никак не решает проблему.
Значительно снизить коммутационные искажения можно, сместив рабочие точки обоих выходных транзисторов к моменту начала их открывания, тогда даже малый сигнал будет воспринят транзистором. С этой целью между базами выходных транзисторов включают несколько германиевых диодов – они работают как стабилизатор небольшого напряжения смещения транзисторов. Количество диодов подбирается при настройке схемы – если попробовать с двумя диодами – ступенька значительно меньше! На открытом германиевом диоде напряжение около 0,2…0,3 вольта, а на кремниевом 0,6…0,7 вольта. А вот с тремя германиевыми диодами от ступеньки удается избавиться!
Заменяю нагрузочный резистор ПЯТИ-ваттным громкоговорителем, а на вход подключаю смартфон с тестовой музыкой, и… наслаждаюсь громким и чистым звуком!!!
Показанная схема состоит из двух каскадов. Оконечный каскад собран на транзисторах КТ815 и КТ814 (эмиттерные повторители). Эти транзисторы являются комплементарной парой – обладают одинаковыми параметрами, но разной проводимостью.
Диоды Д9 - 3 штуки обеспечивают необходимое смещение на базах выходных транзисторов. Диоды открыты всегда. Сопротивления открытых диодов малы, поэтому можно считать, что базы выходных транзисторов непосредственно соединены с коллектором первого транзистора КТ503. Еще одна функция диодов – осуществление стабилизации оконечного каскада.
Низкоомные резисторы - 1 Ом - в эмиттерах выходных транзисторов устраняют несимметричность схемы, вызванную разбросом параметров по коэффициенту передачи тока транзисторов - ведь трудно подобрать идентичную пару! Другая функция этих резисторов – обеспечение стабилизации оконечного каскада - отрицательная обратная связь.
Первый каскад усилителя, собранный на транзисторе КТ503, является усилителем напряжения. Резистор в эмиттере обеспечивает стабилизацию каскада. Резисторы в базе транзистора КТ503 задают необходимую рабочую точку выходного каскада. Кроме того, этот делитель осуществляет общую отрицательную обратную связь, уменьшая нелинейные искажения.
При положительной полуволне на коллекторе КТ503 - транзистор КТ814 (p-n-p) закрыт, а КТ815 (n-p-n) открыт, и через него, а, следовательно, через нагрузку течет ток. При отрицательной полуволне на коллекторе КТ503 транзистор КТ815 закрыт, КТ814 открыт, и через него и нагрузку течет ток в противоположном направлении.
Существует и другой способ борьбы с коммутационными искажениями в транзисторных усилителях, но это – тема следующей статьи!
Более подробную информацию Вы можете получить из видео на моем YouTube канале: https://www.youtube.com/watch?v=PefmFpxnX_w Приятного просмотра!