Схема. УМЗЧ на транзисторах. Дискретный подход к схемотехнике.

    Схема УМЗЧ на транзисторах. Дискретный подход к схемотехнике. 1   
      Ростислав Рончка является сторонником т.н. «дискретного» подхода к схемотехнике высококачественных транзисторных УМЗЧ, постулатом которого является использование во входном каскаде не интегральных ОУ, а дискретных транзисторов. В пользу такой схемы УМЗЧ на транзисторах обычно приводится тот факт, что ОУ оптимизируют при разработке в первую очередь по таким параметрам, как минимизация напряжения смещение нуля и его температурного коэффициента, не принципиальных для звукоусиления, работают непременно с глубокой ООС и при добавлении внешних усилительных каскадов склонны к самовозбуждению, наконец, имеют ограниченное напряжение питания и вследствие этого не могут непосредственно раскачивать мощный выходной каскад схемы УМЗЧ на транзисторах. В предложенной Ростиславом схеме входного каскада и усилителя напряжения (рис.6) использовано сверхсимметричное комплементарно-дифференциальное построение.
    Схема УМЗЧ на транзисторах. Дискретный подход к схемотехнике. 2   
      Входной звуковой сигнал после фильтрации пассивным ФНЧ R19C7 (предотвращает прохождение в усилитель радиочастотных помех, способных вызвать в петле общей глубокой ООС интермодуляционные свисты) поступает на базы транзисторов Т5 и Т10, образующих соответственно с Т7 и Т12 дифференциальные усилители (ДУ), дополненные в коллекторных цепях каскодными парами Т6ТЗ, Т11Т15. Поскольку базовые токи n-p-n транзистора Т5 и p-n-p транзистора Т10 противоположны по знаку, на входе усилителя они взаимно компенсируются (в идеале до нуля, а на практике — до пренебрежимо малой величины), что минимизирует входной ток УМЗЧ и позволяет избежать применения входного разделительного конденсатора. На транзисторах Т8 и Т9 собраны генераторы тока 2,6 мА, питающие соответственно нижний и верхний по схеме ДУ (поскольку падение напряжения на красных светодиодах LD1, LD2 составляет 1,8 В, а на эмиттерных переходах кремниевых транзисторов Т8, Т9 — около 0,7 В, то напряжение на резисторах R1, R26 равно 1,8-0,7=1,1, значит, по закону Ома ток через эти резисторы, он же ток эмиттера и коллектора Т8, Т9, равен 2,6 мА).

      Сигналы с выходов ДУ (коллекторов Т6ТЗ, Т11Т15) поступают на двухтактный усилитель напряжения, выполненный на составных транзисторах Т4Т1, Т13Т16. Отметим, что эмиттеры Т1, Т16 соединены не с шинами питания, а с коллекторами Т3, Т15, что преобразует Т4Т1, Т13Т16 из тривиальных спарок «общий коллектор + общий эмиттер» в квазидифференциальные каскады, снимающие сигнал с обеих ветвей входных ДУ и тем самым более полно реализующие усилительные свойства транзисторов и частично компенсирующие их нелинейности. С коллекторов Т1 и Т16 сигналы через контакты DRVPOS и DRVNEG поступают на базы и термостабилизирующую цепочку транзисторов двухтактного выходного каскада (рис.7, его рассмотрим немного позже), выход которого соединен с контактом DRVFB. Тут как раз уместно заметить, что конструктив схемы УМЗЧ на транзисторах в виде разделенных разъемами печатных плат предусматривает возможность подключения к одному и тому же входному каскаду разных вариантов выходных, что удобно при модернизации или отработке новых схемных решений.
    Схема УМЗЧ на транзисторах. Дискретный подход к схемотехнике. 3   
      Ветвь общей ООС с контакта DRVFB распределяется на делитель звуковой ООС R18C9R17/ R13 (он задает коэффициент усиления УМЗЧ Ки — 1 + (R18 + R17)/R13), прикладываемой к базам ДУ Т7, Т12, и через R9 — на интегратор IC1C5, образующий систему поддержания нуля по постоянному току. С выхода интегратора медленно меняющееся компенсирующее напряжение после дополнительной фильтрации инфразвуковым ФНЧ R15C8 через развязывающий высокоомный резистор R16 поступает на базы ДУ Т5, Т10. Диоды D2, D3 предотвращают аварийную «постоянку» на входе ОУ в нештатных ситуациях (выход из строя выходной ступени и т.п.). Конденсаторы СЗ, С4, С12, С13 и резисторы R8, R24 формируют частотную компенсацию, обеспечивающую устойчивость всего УМЗЧ с замкнутой петлей общей ООС.
Схема УМЗЧ на транзисторах. Дискретный подход к схемотехнике. 4
      Схема платы выходных каскадов УМЗЧ на транзисторах приведена на рис. 7. Собственно усилительная часть состоит из тройки соединенных последовательно двухтактных эмиттерных повторителей Т19Т20, Т25Т29Т30Т26 и Т31Т33Т32Т34. Поскольку в двух последних с целью увеличения мощности в каждом плече применено по два включенных параллельно мощных транзистора, для выравнивания токов и рассеиваемой мощности в эмиттеры каждого транзистора введены резисторы небольшого сопротивления (R70, R74, R73, R75 и т.д.), падение напряжения на которых невелико по сравнению с выходным (и поэтому не приводит к заметному падению КПД), но существенно больше, чем возможное рассогласование падений напряжения на эмиттерных переходах транзисторов (и поэтому компенсирует возможный разбаланс). Кроме того, R70, R74, R73 и R75 выполняют функции датчиков тока выходных транзисторов, напряжение с которых через R71, R72 поступает на базы маломощных транзисторов Т27, Т28, шунтирующих эмиттерные переходы входных повторителей Т19, Т20 в случае превышения выходными токами предельных значений, заданных областью безопасной работы (SOA). Выходной каскад оказывается при этом защищенным как от токовых перегрузок, так и от короткого замыкания цепи нагрузки.
    Схема УМЗЧ на транзисторах. Дискретный подход к схемотехнике. 5   
      На транзисторах Т22, Т24 выполнена схема регулировки и термостабилизации начального тока эмиттера выходных транзисторов. Т24 монтируют на радиаторе в непосредственной близости к транзисторам выходного каскада, обеспечивая хороший тепловой контакт, но с электрической изоляцией от радиатора. Начальный ток в пределах 50… 100 мА регулируют триммером Р2, ориентируясь на падение напряжения 12…25 мВ на резисторах R70, R74. Цепочка Цобеля R85R86C39 компенсирует индуктивную составляющую импеданса акустических систем, предотвращая нежелательные фазовые сдвиги между током и напряжением мощного выходного сигнала, а цепочка L1R84 отсекает емкостную составляющую импеданса нагрузки из цепи общей ООС, предотвращая самовозбуждение УМЗЧ. Конструктивно L1 представляет собой катушку из 16 витков провода диаметром 1 мм, намотанных на оправке диаметром 12 мм. Контакты реле RE1-B, RE1-C относятся к блоку защиты акустических систем, схема которого изображена на рис. 8. Здесь инфразвуковой ФНЧ R19C9C8, через контакт DRVFB соединенный с выходом УМЗЧ, детектор абсолютных значений D7D9IC1-A и компараторы IC1-C, IC1-D обеспечивают отключение реле (и нагрузки от усилителя) в случае, если уровень «постоянки» на выходе УМЗЧ превысит ±1…2 В, а термистор R11, смонтированный на радиаторе выходных транзисторов, при превышении температурного порога, установленного триммером Р1, через триггер IC1-B с защелкой D1R10 и далее через D2 и IC1-C, IC1-D также отключит нагрузку.

      На рис.9 приведена схема стабилизатора напряжения блока рис.8, которая в комментариях не нуждается. При двухполярном питании напряжением ±VSS=±50 В УМЗЧ на транзисторах по схеме рис.7 развивает выходную мощность 200 Вт. Автор уверяет, что драйвер по схеме рис.6 обеспечивает характеристики лучше, чем интегральный драйвер LME49810. Желающие могут убедиться в этом, воспользовавшись «отстегиваемой» конструкцией (размеры печатной платы драйвера рис.6 составляют всего 58×80 мм). Так же просто можно увеличить и выходную мощность до 300 Вт, заменив выходной каскад по схеме рис.7 на умощненный вариант рис. 10

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *