В публикации приводится описание схемы и конструкции УМЗЧ класса HI-FI, в котором нет каких-либо «экзотических» корректоров искажений, схем включений или максимальных режимов. В этой схеме усилителя применены только известные и распространённые схемы включения транзисторных каскадов и методы борьбы искажений в них.
Методы борьбы с искажениями в транзисторных усилительных каскадах
Чтобы была понятна схемотехника предлагаемого УМЗЧ, вспомним некоторые особенности биполярных транзисторов, используемых в качестве усилительных приборов, их так сказать недостатки, которые нужно компенсировать для получения высококачественного усиленного сигнала:
1. эффект Эрли – зависимость тока коллектора от обратного напряжения на коллекторном переходе;
2. эффект Миллера – зависимость эквивалентной ёмкости от коэффициента усиления;
3. тепловые искажения, связанные с зависимостью характеристик от температуры на кристалле.
Один из самых эффективных способ борьбы с первыми двумя недостатками и отчасти с третьим – это каскодные схемы включения транзисторов.
Для получения минимальных тепловых искажений необходимо обеспечить стабильную мощность, рассеиваемую на транзисторе, а если это выполнить невозможно, то хотя бы уменьшить её колебания.
Во входных каскадах предельно простые симметричные каскодные схемы включения не уступают, а в ряде случаев превосходят по параметрам более сложные схемы с использованием дифференциального усилителя.
Наиболее простой вариант выходного каскада (ВК), практически не уступающий модифицированному ВК Хауксфорда, – экономичный ВК Шиклаи с составными транзисторами Дарлингтона, на входе которого добавлен параллельный повторитель.
В таком ВК БЭ-переходы параллельного повторителя задают смещение для ВК и одновременно осуществляют термостабилизацию. Для этого нужно выбрать параллельные пары транзисторов одного типа и попарно обеспечить их тепловой контакт.
Ещё одно преимущество такого решения в том, что эти транзисторы работают как токовое зеркало, и изменяя ток коллектора транзисторов параллельного повторителя, можно регулировать ток покоя выходных транзисторов. В таком включении искажения мало зависят от тока покоя выходных транзисторов, поэтому, может быть получен довольно высокий КПД, начальный ток ВК может лежать в пределах 5...30 мА.
Схема электрическая
Технические характеристики:
Напряжение питания – двухполярное ±40 В;
Начальный ток выходного каскада (ток покоя) – 15 мА;
Номинальный уровень входного сигнала – 990 мВ (действующее);
Выходная мощность номинальная (4 Ом) – 110 Вт;
Рабочий диапазон частот – 10 Гц…30 кГц;
THD при номинальной выходной мощности (110 Вт) на частотах:
1 кГц – 0,005%;
20 кГц – 0,01%.
Включение диодов VD7, VD10 в ВК улучшают термостабилизацию и снижают искажения, так как выходные транзисторы работают как масштабные отражатели тока с большим коэффициентом отражения, а диоды VD8, VD9 служат для ограничения минимального напряжения БК выходных транзисторов с целью предотвращения их насыщения. Низкоомные резисторы R29, R30 способствуют быстрому выключению транзисторов.
Одно из достоинств полностью симметричной схемы УМЗЧ является то, что при подборе комплементарных пар транзисторов по статическому коэффициенту передачи тока базы, такой усилитель практически не имеет переходных процессов.
Для минимальных искажений, в схему драйвера ещё добавлен каскод для входных транзисторов. Это позволяет уменьшить до минимума влияние пульсаций питающего напряжения и, таким образом, отказаться от дополнительных источников питания.
Нулевое постоянное напряжение на выходе УМЗЧ отрабатывает интегратор на ОУ DA1.
Конструкция, детали и настройка
Чертёж двухсторонней печатной платы из фольгированного стеклотекстолита для схемы показан ниже.
Выходные транзисторы (расположены на плате) крепятся к общему теплоотводу через слюдяные прокладки. Также для отвода тепла и термостабилизации требуется ещё один радиатор – пластина из алюминиевого сплава шириной с печатную плату и толщиной 2…3 мм, на которой закреплены транзисторы VT11…VT16, тоже через слюду (на плате они расположены в одной линии).
Катушка индуктивности L1 намотана виток к витку на резисторе R34 обмоточным проводом 0,7…0,8 мм до заполнения.
Рекомендации по первому включению стандартные, о которые не раз описывались в разных статьях, например в статье с корректором Хаусфорда.
Из настроек желательно проверить равенство токов в цепях резисторов R19 и R20. Оптимальный вариант – по 3 мА, если сильно разняться (более 0,5 мА), например из разброса параметров светодиодов, то произвести «подгонку» путем добавления дополнительных резисторов.
Также проверяют начальный ток выходного каскада и отсутствие постоянной составляющей на выходе.
В качестве выходных транзисторов с можно использовать отечественные – КТ825, КТ827 (аналоги приведенных на схеме), как и другие транзисторы в предыдущих каскадах – КТ814/815/3102/3107.