Термостабильный усилитель с малыми динамическими искажениями (26 Ватт)

Снижение динамических искажений в усилителе достигнуто расширением полосы пропускания исходного (без общей ООС) усилителя, применением линеаризующих местных ООС и соответствующим выбором частот среза амплитудно-частотных характеристик каскадов.

Высокая термостабильность обеспечивается местными ООС, применением в предоконечном каскаде транзисторов, корпуса которых имеют одинаковые тепловые сопротивления, и сравнительно большим (около 250 мА) током покоя транзисторов оконечного каскада.

Основные параметры:

• Номинальный диапазон частот, Гц 20...20 000;
• Номинальная выходная мощность (в номинальном диапазоне частот), Вт на нагрузке сопротивлением 8 Ом при коэффициенте гармоник 0,5 % -  20; на нагрузке сопротивлением 4 Ом при коэффициенте гармоник 0,8 % - 26;
• Номинальное входное напряжение на нагрузке сопротивлением 8 Ом (при выходной мощности 20 Вт) - 1;
• Частота среза без ООС (при выходной мощности 1 Вт), кГц - 30;
• Глубина ООС, дБ - 20;
• Относительный уровень шумов и фона,дБ = —70.

Принципиальная схема УНЧ

Усилитель НЧ - трехкаскадный. Первый каскад — дифференциальный на транзисторах V1, V2, подобранных по статическому коэффициенту передачи тока h21э и напряжению эмиттер — база. Для получения достаточно высокого входного сопротивления, низкого уровня шумов и предотвращения самопрогрева переходов коллекторный ток этих транзисторов выбирают равным 250 мкА.

Суммарный эмиттерный ток транзисторов стабилизируется стабилитроном V13. Местная ООС в первом каскаде создается включением эмиттерные цепи транзисторов V1, V2 резисторов R2, R3.

Второй каскад собран на составном транзисторе V4V5. Местная ООС здесь осуществляется через резистор R10, соединяющий коллектор транзистора V5 с эмиттером транзистора V4. Нагрузкой каскада являются генератор тока на транзисторах V6, V8, резистор R16 и входное сопротивление каскада на транзисторах V9, V10.

Составной транзистор, генератор тока и резистор R16 образуют эквивалентный источник напряжения сигнала для выходного каскада. Возникающая при этом 100 %-ная ООС по напряжению исключает нелинейность коэффициента передачи тока и повышает частоту среза каскада.

Выходной каскад выполнен на транзисторах V9—V12. Для обеспечения высокой термостабильности в предоконечном каскаде применены транзисторы П701А и П303А, корпуса которых имеют одинаковые тепловые сопротивления.

Большой ток покоя транзисторов . V11 и V12 позволяет уменьшить искажения типа «ступенька» и исключить переходной процесс в главной петле ООС (R15, R14, R4, С6) из-за теплового удара при резком перепаде уровня выходного сигнала. Термостабилизация тока покоя осуществляется транзистором V7.

Диоды V15, V16 его цепи смещения размещены на теплоотводе одного из транзисторов оконечного каскада. АЧХ усилителя корректируется конденсаторами С2 и С8*.

От короткого замыкания в нагрузке и перегрузки по току усилитель защищают предохранители F1 — F3, транзистор VЗ и диод V14. Транзистор V3 ограничивает ток составного транзистора на уровне 55...60 мА при перегорании любого из предохранителей, диод V14 ограничивает отрицательное напряжение на базе транзистора V2 на уровне 0,7 В при перегорании предохранителя F1.

Детали

Транзисторы V5, V8 закреплены на П-образных теплоотводах,. согнутых из листовой меди толщиной 1 мм. Размеры основания каждого из теплоотводов — 23 X 23 мм, полок — 10 X 23 мм.

Тепловое сопротивление такого теплоотвода — примерно 35 °С/Вт. Теплоотводы транзисторов V11, V12 согнуты из листовой меди толщиной 2 мм. Каждый из них состоит из двух П-образных частей, склепанных по углам оснований медными заклепками. Размеры оснований — 80 X 80 мм, полок — 25 X 80 мм.

Тепловое сопротивление — 3,6 °С/Вт. Диоды V/5, V16 вклеены в отверстия в теплоотводе транзистора V11.

Катушка L1 намотана проводом ПЭВ-2 — 0,5 виток к витку до заполнения корпуса резистора R25 (МЛТ-2). Отклонение сопротивлений от указанных на схеме номиналов всех резисторов, кроме R24 и R25, не должно превышать ±5%.  

Налаживание 

Первой налаживают часть усилителя, питающуюся от источника напряжением ± 30 В. Для этого удаляют предохранители F1 — F3, разрывают соединение эмиттера транзистора V5 с базой транзистора V9, а также коллектора транзистора V8 с базой транзистора V10. Эмиттер транзистора V5 временно соединяют с коллектором транзистора V8, а точку соединения резисторов R14 и R15— с общим проводом.

Подбором резистора R7* (в сторону уменьшения, начиная со 100 Ом) добиваются нулевого напряжения на коллекторе транзистора V8. Это напряжение не должно выходить за пределы ± 1 В как сразу после подачи питания, так и после десятиминутного прогрева транзисторов.

Симметричность ограничения сигнала проверяют с помощью осциллографа, подав на вход усилителя переменное синусоидальное напряжение 100 мВ. Размах напряжения на коллекторе транзистора V8 должен быть не менее ± 24 В, а частота среза — не ниже 200 кГц.

Для проверки переходной характеристики первых двух каскадов эмиттер транзистора V5 подключают к точке соединения резисторов R14, R15 и - подают на вход прямоугольные импульсы амплитудой 0,5 В и частотой 1 кГц. Импульсы на экране осциллографа должны иметь крутые (без выбросов) фронт и спад. При необходимости подбирают конденсатор С8.

После этого восстанавливают все соединения в соответствии со схемой, устанавливают на место предохранители F1 — F3, замыкают накоротко катушку L1 включают между точкой соединения резисторов R14, RJ5 конденсатор емкостью 5... 10 мкФ, а к выходу усилителя подсоединяют резистор сопротивлением 8 Ом с рассеиваемой мощностью 25...30 Вт.

Включив питание, измеряют постоянное напряжение на выходе усилителя (оно не должно выходить за пределы ± 100 мВ) уровень фона (допустимый размах пульсаций частотой 100 Гц — не более 100 мВ) и амплитуду неискаженного выходного сигнала (на нагрузке сопротивлением 8 Ом — не менее 20 В).

Ток покоя транзисторов V11, V12 (250 мА) устанавливают подбором резистора R18* (в сторону, уменьшения, начиная с 5...10 кОм). После этого конденсатор, соединяющий резисторы R14, R15 с общим проводом, удаляют, и налаживание можно считать законченным.

Источник: Борноволоков Э. П., Фролов В. В. - Радиолюбительские схемы.

Источник: Radiostorage.net/