Однако схемотехнику Ланзара можно несколько изменить, существенно улучшив характеристики, повысить КПД без использования дополнительного источника питания, если обратить внимание на слабые места уже имеющегося усилителя. Прежде всего причиной увеличения искажений служит меняющийся ток, протекающий через транзисторы, причем меняющийся в довольно больших диапазонах. Уже было выяснено, что основное усиление сигнала происходит в последнем каскаде УНа, который управляется транзистором дифкаскада. Диапазон изменения протекающего тока через дифкаскад довольно велик, поскольку ему необходимо открывать транзистор последнего каскада УНа, да и наличие не линейного элемента в качестве нагрузки (переход база-эмиттер) не способствует сохранению тока при меняющемся напряжении. Кроме этого в последнем каскаде УНа ток тоже меняется в довольно широких пределах.
Одним из вариантов решения этой проблемы является введение после дифкаскада усилителя тока - банального эмиттерного повторителя, который разгружает дифкаскад и позволяет более четко контролировать протекающий через базу последнего каскада УНа ток. Для стабилизации тока через последний каскад УНа обычно вводят генераторы тока, однако этот вариант пока будет отложен, поскольку есть смысл попробовать более легкий варинт, причем существенно влияющий и на повышение КПД.Идея заключается в использовании вольтодобавки, только не для отдельного каскада, а для УНа целиком. Одним из первых вариантов реализации этой концепции был довольно популярный в середине 80-х усилитель мощности А. Агеева, опубликованный в РАДИО №8, за 1982 г. (рисунок 45, модель AGEEV.CIR ).
В данной схеме напряжение с выхода усилителя подается, через делитель R6/R3, для положительного плеча и R6/R4 для отрицательного, на выводы питания используемого в качестве УНа операционного усилителя. Причем уровень постоянного напряжения стабилизируется D1 и D2, а вот величина переменной составляющей как раз и зависит от амплитуды выходного сигнала. Таким образом удалось получить гораздо большую амплитуду на выходе ОУ, не превысив значения его максимального напряжения питания, а весь усилитель стало возможным питать от +-30 В (данная версия адаптирована под импортную элементную базу, первоисточник питался от +-25 В, а ОУ был с максимальным напряжением питния +-15 В). Если перейти в режим ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ , то на "экране осциллографа" появятся следующие осциллограммы:
Кроме описанных выше схемотехнических решений было введено еще одно - регулировка тока покоя последнего каскада УНа, причем с элементами термостабилизации. Регулировка тока покоя последнего каскада УНа осуществляется подстроечным резистором R12. На транзисторах Q3 и Q6 выполнены эмиттерные повторители, разгружающие дифкаскад, на на цепочках R20, C12, R24, R26 для положительного плеча и на R21, C13, R25, R27 для отрицательного плеча выполнена вольтодобавка для УНа. Кроме увеличения КПД вольтодобавка осуществляет еще одну второстепенную функцию - в связи с тем, что фактическая амплитуда сигнала уменьшилась, то уменьшился и диапазон изменения тока через последний каскад УНа, что позволило отказаться от введения генератора тока.
В результате уровень THD при входном напряжении 0,75 В составил :
Как видно из получившегося графика уровень THD снизился практически в 10 раз по отношению к Ланзару с ПБВК.
И вот тут уже начинают чесаться руки - имея такой низкий уровень THD хочется увеличить собственный коф усиления, подкинуть побольше оконечных транзисторов и "разогнать" этот усилитель до уровня эстрадного с выходной мощностью порядка 1 кВт.Для опытов следует открыть файл Chameleon_BIP_1kW.CIR провести ряд первичных "замеров" - токи покоя, величину постоянного напряжения на выходе, АЧХ, уровень THD.
Полученные характеристики впечатляют, но...
Как раз на этом моменте в теорию вмешивается практика, причем не лучшим образом.
Для выяснения в каком месте затаилась проблема следует запустить РАСЧЕТ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ и включить режим отображения рассеиваемых мощностей. Обратить внимание следует на транзисторы дифкаскада - на каждом рассеивается порядка 90 мВт. Для корпуса ТО-92 это означает, что транзистор начинает нагревать свой корпус, а учитывая то, что оба транзистора должны находится как можно ближе друг к другу, чтобы равномерно прогреваться и удерживать равные токи покоя. Получается, что "соседи" мало того, что греются сами, так еще и подогревают друг друга. На всякий случай следует напомнить, что при нагреве ток через транзистор увеличивается, следовательно ток покоя дифкаскада начнет увеличиваться и менять режимы работы остальных каскадов.
Для наглядности установите ток покоя оконечного каскада равным 200 мА, а затем транзисторам Q3 и Q6 присвойте другое имя, прямо в окошке обозначения добавьте нижний дефис и единицу, чтобы получилось следующее: 2N5410_1 и 2N5551_1 . Это необходимо для исключения влияниях изменяемых параметров транзисторов дифкаскада. Далее необходимо задать температуру транзисторам дифкаскада равную, ну например 80 градусов.
Как видно из получившихся расчетов ток покоя снизился, причем на столько, что уже будет наблюдаться "ступенька". Не трудно просчитать, что при изначальном токе покоя в 50 мА ток покоя оконечного каскада с прогревом диф каскада станет практически нулевым, т.е. усилитель перейдет в класс В.
Вывод напрашивается сам собой - нужно снижать рассеиваемую мощность дифкаскада, однако это возможно сделать лишь уменьшив ток покоя этих транзисторов, либо снизив напряжение питания. Первое вызовет увеличение искажений, а второе - снижение мощности.
Есть еще два варианта решения проблемы - можно использовать теплоотводы для этих транзисторов, но этот способ не смотря на работоспособность не сильно добавляет надежности - требуется постоянная продувка корпуса, чтобы исключить прогрев радиаторов до критических температур в плохо вентилируемом корпусе. Или же в очередной раз изменить схемотехнику.
Однако перед очередным изменением все таки следует доработать данный усилитель, а именно увеличить номиналы R24 и R25 до 240 Ом, что повлечет небольшое снижение напряжения питания УНа, ну и конечно же снизить напряжение питания до +-90 В, ну и немного уменьшить собственный коф усиления.
В итоге этих манипуляций получается что данный усилитель при входном напряжении 1В способен на нагрузке 4 Ома развить порядка 900 Вт, при уровне THD 0,012 %, а при входном напряжении 0,75 В - 0,004%.
Для страховки на транзисторы диф каскада можно одеть кусочки трубки от телескопической антенны радиоприемника. Для этого необходимо 6 отрезков длиной 15 мм и диаметром 5 мм. Внутрь трубки поместить термопасты, спаять трубки между собой, предварительно одев их на транзисторы дифкаскада и идущих за ними эмиттерными повторителями и затем соединить с общим.
После этих операция усилитель получается достаточно стабильным, но все равно использовать его лучше при напряжении питания +-80 В, поскольку повышение сетевого напряжения (если источник питания не стабилизирован) повлечет повышение питания усилителя и будет иметься запас по температурному режиму.
Радиаторы на дифкаскад можно не использовать, если напряжение питания не превышает +-75 В.
Чертеж печатной платы находится в архиве, монтаж так же в 2 этажа, проверка работоспособности и регулировка такая же, как и в предыдущем усилителе.