Методы снижения искажений в УНЧ
Распространённые методы снижения нелинейных искажений в усилителях звуковой частоты (УМЗЧ) достигаются в основном двумя способами либо введением глубокой отрицательной обратной связи (ООС), охватывающей усилитель с выходным каскадом, работающим в режиме AВ, либо переводом выходного каскада в режим А с неглубокой обшей ООС.
Первый из этих способов неизбежно приводит к необходимости принятия мер по борьбе с так называемыми динамическими искажениями, возникающими в усилителях с глубокой ООС, а второй – мер по термостабилизации большого тока покоя выходного каскада.
А между тем ещё в первой половине прошлого века в патенте Харальда Блэка был выдвинут принцип построения УМЗЧ, позволяющий использовать в выходных каскадах экономичный режим, не внося в усиливаемый сигнал свойственных этому режиму искажений.
Сам принцип получил название «feed forward error correction», что в переводе означает «коррекция искажений с использованием прямой связи».
Такой метод компенсации нелинейных искажений впервые был использован в английском усилителе «Quad 405» и позволил при сравнительно простом схемном решении получить коэффициент гармоник на средних частотах примерно 0,005%.
Это именно тот RLC-мост, который описан в публикации про версию QUAD 405. В отечественной литературе, если я не ошибаюсь, впервые такой метод коррекции искажений применил О. Решетников на страницах журнала «Радио».
Предлагаю ещё раз вспомнить о принципе использования и методе расчёта коррекции искажений с использованием прямой связи.
Схема электрическая
Технические характеристики:
- Режим работы выходного каскада – AB;
- Начальный ток (ток покоя) – 120 мА;
- Напряжение питания – ±40 В;
- Номинальное входное напряжение – 600 мВ;
- Номинальная выходная мощность (4 Ом) – 80 Вт;
- Полоса пропускания по уровню 0 дБ – 16…50000 Гц;
- Коэффициент нелинейных искажений (80 Вт, 1 кГц) – 0,004%.
Во входном каскаде усилителя применена микросхема DA1 LME49713 в корпусе TO-99. Это ОУ с токовой обратной связью со сверхнизким уровнем искажений (THD+N 0,00036%), шума и высокой скоростью нарастания выходного напряжения (±1900 В/мкс и выходной ток ±100 мА), оптимизированный и полностью предназначенный для использования в аудио технике. Кроме того, динамический диапазон ОУ максимизируется выходным каскадом, который управляет нагрузками 150 Ом в пределах 2,9 В от напряжения питания.
Стабилизированное напряжение питания ±18В для DA1 обеспечивается двумя стабилизаторами VT1VD1R7 и VT2VD2R9.
Цепь ООС R5C7 определяет коэффициент усиления ОУ, а ООС по постоянному току через резистор R2 поддерживает нулевое напряжение на выходе усилителя.
На выходе УМЗЧ применена комплементарная пара MJL21194/MJL21193 от ON Semiconductor. Они также разрабатывались для применения специально на аудио выходе усилителей и обладают хорошими показателями линейности и малыми искажениями.
В качестве драйверных транзисторов к выходному каскаду использована пара VT12VT13 MJE15030/MJE15031.
Конструкция, детали и настройка
Вариант печатной платы из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита показан на рисунке выше. Нижний слой можно сделать методом ЛУТ, а верхние несколько дорожек дорисовать маркером.
Настройка схемы заключается в регулировке RLC-моста, состоящего из C14R16L1R18. В разной литературе и радиолюбительских ресурсах сети предлагается подбирать номиналы или на слух, или используя измерители искажений. А порой и просто указаны номиналы и как бы на этом всё.
Первый метод не оправдывает себя, т.к. слух у всех разный, а второй не всем доступен. Мой опыт построения подобных схем, начиная с кводов различных модификаций, показывает, что достаточно соблюсти баланс моста, который описывается формулой L1/C14 = R18R16, и получатся результат с минимально возможными искажениями выходного сигнала.
От точности соблюдения этого равенства и будет зависеть конечный результат. Итак, что мы имеем: L1 = 0,0000033 Гн; С14 = 0,00000000014 Ф; R18 = 47 Ом; R16 = 510 Ом. Подставив данные значения в системе СИ в формулу получаем значения: 23571 и 23970.
Но это так сказать расчётные данные, а на практике всё немного сложнее. Все мы знаем, что у радиоэлементов порой бывают допуски номиналов в 10%, особенно это касается конденсаторов и индуктивностей.
На практике делают это следующим образом. Вооружившись измерителем типа «MTester», отбираем индуктивность (RLB1314-3R3ML) и конденсатор (К10-17Б на 130 пФ). Далее путём измерения параметров следует отбор нужных номиналов, т.е. 3,3 мкГн и 140 пФ. Резисторы сразу использовать с допуском в 1%.
Транзистор термокомпенсации VT11 крепится на теплоотвод в непосредственной близости от VT14VT15, на плату запаивается монтажными проводами. Ток покоя регулируется подстроечным резистором R21.