Хочу представить вашему вниманию простой и качественный усилитель B — класса. Это доработанный вариант усилителя Дорофеева, который был опубликован в журнале Радио в 1991 году. Его особенностью является то, что можно применить любую комплементарную пару транзисторов на выходе усилителя без каких-либо переделок.
Схема:
Рисунок печатной платы:
Новая версия усилителя со встроенной защитой АС: Dorofeev-2019-zashhita-AS.zip (118 Загрузок)
Схема инвертирующего канала :
Схема неинвертирующего канала:
Усилитель очень простой и дешевый, есть задержка включения АС и защита от постоянки на выходе. 2 платы можно включить мостом. Такое решение позволило равномерно распределить нагрузку на плечи блока питания.
Двухсторонняя печатная плата:
— мощность: 120вт (4ома);
— КНИ 0.005% (1кГц 4 ома);
— КНИ 0.022% (20кГц 4 ома);
— рабочий диапазон частот: 30Гц-70кГц (-1dB).
— защита от короткого замыкания и от постоянного напряжения на выходе.
Назначение компонентов:
C1,C3 — развязывает усилитель и источник по постоянному току;
R2 — задаёт входное сопротивление усилителя;
R1 — необходим для того, чтобы обычный регулятор громкости имел логарифмическую зависимость при повороте. R1 ставим такого же номинала как и переменный сдвоенный резистор на входе усилителя.
R3,R4 — задают коэффициент усиления предусилителя.
С2 — отрезает лишние сверхзвуковые частоты;
R5,R17 — задают коэфф. усиления оконечного усилителя.
OP1,OP2 — каналы сдвоенного операционного предусилителя. NE5532 может быть заменен любым другим.
VD1,C5,C4 и VD2,C6,C7 — фильтруют и стабилизируют питание ОУ.
R10, R13 — резисторы питания ОУ, NE5532 потребляет около 10мА(0.01A). Номиналы резисторов рассчитываются по простейшей формуле: R=(Uпит-Uстаб)/0.01A. Для данной схемы (35в-15в)/0.01= 2000 ом (2кОм). Мощность резисторов считается (Uпит-Uстаб)²/R= 20²/2000=0.2вт, берём с запасом 0.5вт
R6,R7,R8,R9 — задают напряжение смещения на базах предвыходных транзисторов VT1 и VT2 оставляя их на грани открывания.
R14,R16 — ограничивают выходной ток мощных транзисторов, так как оконечный каскад имеет токовое управления. Рассмотрим простой пример, ток через транзистор не может превысить ток через базу, умноженную на коэфф. усиления, в нашем случает ток на выходе не может превысить 11,6А.
Принято считать что у пары Toshiba коэфф. усиления около 100, но стоить внимательно изучить даташит, с ростом тока коэфф усиления транзистора значительно падает. Для нашей пары транзисторов значение hfe будет около 40-50 при токе более 10 ампер.
В нашем случает базовые резисторы 150 ом, токовое ограничение наступит при Uпит/R12*hfe= 35/150*50=11,66А. Для мощной 15-ти амперной пары это безопасное значение. Не стоит слишком увеличивать R14,R16 , чтобы при максимальной выходной мощности не было ложного ограничения синусоиды. Для мощности 120вт пиковый ток через нагрузку 4ома, будет равен 7,75А.
R11,R12 — улучшают работу усилителя на высоких частотах, ускоряя закрывание выходных транзисторов.
VT3,VT4 — мощные выходные транзисторы, имеют токовое управление. Благодаря этому не нужно подавать напряжение смещения на их базы, транзистор начинает работу в линейном режиме сразу, при малейшем сигнале, ступеньки при этом и быть не может. Вместо народной пары 5200/1943 можно взять более дешёвые TIP35c/TIP36c и другие, без каких либо изменений в схеме.
R15,C8 — элементы местной обратной связи, которые предотвращают усилитель от самовозбуждения. Без них усилитель работать не будет!!!
VD3 — стабилитрон, который задает напряжения включения и отключения реле;
VD4 — элемент линейного стабилизатора на транзисторе, его номинал равен напряжению катушки реле;
R21, С11 — задают время задержки включения АС ( с этими номиналами около 3 секунд)
Первое включение и настройка.
Первое включение нужно осуществлять с токоограничивающими резисторами в плечах питания 100-200ом, и следить за просадкой напряжения питания. Также можно тихо послушать музыку без дополнительных радиаторов. Без входного сигнала на выходе усилителя держится абсолютный ноль. Усилитель настройки не требует.
КНИ остаются в норме вплоть до клиппинга (ограничения сигнала).
Тесты проводились со встроенной звуковой картой материнской платы ПК ( собственный КНИ=0,003%), питание ИИП +28/-28в со стабилизацией, нагрузка проволочный резистор 3,8 ома, частота тестирования 1кГц.
Результаты КНИ в зависимости от выходной мощности:
0,004вт — 0,13%
0,03вт — 0,06%
0,07вт — 0,04
0,33вт — 0,022%
1вт — 0,013%
7вт — 0,004%
30вт 0,006%
62вт — 0,007%
78вт — 0,006%
93вт — 0,46%(начало клиппинга)
97вт — 1,03%(Именно такое значение номинальной мощности указывает большинство производителей усилителей при искажениях 1%)
Если запитать от +-33в, то можно смело снимать с одной пары 5200/1943 130вт при условии хорошего охлаждения.
Диапазов частот ( по уровню -1dB): 30Гц — 70кГц
Не смотря на простоту схемы и класс B, показатели вполне достойные и нет проблеммы «первого ватта»…..будем продолжать дальше…..
- Ответы на часто задаваемые вопросы:
Есть ли какое-либо постоянное напряжение на выходе без входного сигнала?
— нет, в этой версии на выходе абсолютный ноль, благодаря инвертирующему включению ОУ. В первой версии постоянка была около 40-50мВ, дополнительный конденсатор в обратной связи снижал постоянку до 16мВ.
Можно ли данный усилитель использовать с 8-ми омными динамиками?
— да, можно с питанием +35/-35в мощность будет около 60вт. Для мощности более 100вт нужно повысить напряжение питания до +45/-45в, больше ничего менять не нужно.
Как хорошо работает защита от КЗ?
— усилитель выдерживает кратковременное короткое замыкание на выходе, при долговременном не тестировал.
Какая чувствительность усилителя?
— с данными номиналами 0.7в для достижения максимальной мощности. Чувствительность элементарно регулируется соотношением резисторов R3,R4.
Какое ОУ можно применять вместо NE5532?
— любое сдвоенное ОУ, например opa2134 и прочее. Нужно лишь внимательно изучить даташит и определить потребляемый ток для пересчёта резисторов питания операционника.
Какая мощность резисторов на схеме ?
— все резисторы 0.125вт, только R10,R11 0.5вт.
Нужно ли устанавливать BD139, BD140 на радиаторы?
— с питанием +35/-35 в дополнительного охлаждения не требуется..
Какая площадь радиатора нужна для мощных выходных транзисторов?
— для одного канала 1000см² и более. Изолирующие прокладки можно не применять если изолировать радиатор от корпуса, коллекторы транзисторов связаны с выходом усилителя.
Разве это не B-класс, а как же ступенька на малой мощности?
— ступеньки на выходе нет при любой мощности!
Какое входное сопротивление усилителя?
— в данном случае 3.3 ком. Это очень мало, но все современные проигрыватели и звуковые карты легко справляются даже с нагрузкой 32 ома.
Какая маркировка стабилитрона на 15 в, какова его мощность?
— 1n4744, например. Мощность считаем по закону ома 0.01А*15= 0.15вт.