Усилитель мощности звуковой частоты (стр. 2 из 5)
Термостабилизацию каскада обеспечивает транзистор VT14. Ток покоя каждого из выходных транзисторов VT17—VT20 на уровне около 80 мА устанавливают резистором R24.
При исправных деталях налаживание усилителя сводится к установке тока покоя каждого из выходных транзисторов в пределах 60... 100 мА.
Выходные каскады усилителя с низким выходным сопротивлением, более подходящего для громкоговорителя НЧ, выполнены на более доступной элементной базе (рис. 2). Остальная часть схемы практически аналогична рассмотренной ранее (на рис. 1 она отделена штрихпунктирной линией).
Двухтактный выходной каскад на VT15—VT18 выполнен по схеме ОЭ-ОЭ с глубокой ООС. Цепь смещения на диодах VD9, VD10 дополнена резисторами R23, R24, которые обеспечивают малые изменения входного сопротивления каскада и тока через диоды VD9, VD10 даже при отсечке тока в противоположном плече каскада.
Защита от короткого замыкания в нагрузке выполнена на диодах VD11, VD12.
В качестве VT7, VT9, VT13 можно использовать транзисторы типа КТ3102 с любым буквенным индексом. При напряжении питания до ±30 В в качестве VT11, VT16 подойдут транзисторы типа КТ626В. a VT12, VT15 — КТ646А. Транзисторы VT15, VT16 снабжены небольшими пластинками — теплоотводами. Для дополнительной термостабилизации диоды VD16, VD17 монтируют вместе с резисторами R33, R34 непосредственно на выводах выходных транзисторов. При использовании в позициях VT11. VT12, VT15, VT16 транзисторов серий КТ850, КТ851 емкость конденсаторов СЮ, С11 можно уменьшить до 150 пф, а С12, С13 — до 39 пФ. Для повышения устойчивости усилителя желательно включить в базы транзисторов VT10, VT12 (см. рис. 1) и VT10—VT13 (рис. 2) резисторы сопротивлением 50—100 Ом, что позволит уменьшить емкости конденсатеров СЮ—С13 или даже отказаться от них.
При налаживании усилителя (сначала без мощных транзисторов VT17, VT18, см. рис. 2) его включают и, подав сигнал от генератора, убеждаются в работоспособности устройства без нагрузки. Затем, подключив выходные транзисторы, проверяют его под резистивной нагрузкой как с помощью синусоидального сигнала, так и сигнала "меандр" до частоты 20 кГц. Выходной сигнал должен быть чистым, без какого-либо выброса или "звона". Особое внимание следует обратить на форму выходного сигнала при выходе усилителя из перегрузки по напряжению. На синусоидальном сигнале не должно быть никаких признаков даже кратковременного возбуждения.
Параметры усилителя, показанного на рис. 2, можно улучшить, применив в качестве выходных транзисторов более высокочастотные составные транзисторы или отдельные транзисторы с частотой единичного усиления не ниже 20 МГц.
Основные технические характеристики УМЗЧ
Цепи ООС (R5, С6) и С1 отключены;
R= 4 Ом
Коэффициент усиления,
не менее1000
Коэффициент гармоник, % ,
не более, на частоте
1000 Гц 0,5
10 кГц 0,6
20 кГц 0,9
Полоса пропускания, кГц 110
Цепи ООС и ФНЧ (С1) включены; R = 4 Ом
Коэффициент усиления 16
Глубина ООС. дБ36
Коэффициент гармоник, % ,
не более, на частоте
1000 Гц 0,02
10 кГц 0,02
20 кГц 0,03
Номинальнаявыходная мощность, Вт 60
Полоса усиливаемых частот,
малосигнальная, кГц 130
Входное сопротивление, кОм 5
Таблица 1. Импортные аналоги отечественных транзисторов и операционных усилителей.
| Номер по схеме | Отечественный элемент | Импортный аналог |
| Транзисторы | ||
| VT1 | КТ6117А | 2N5551 |
| VT2 | КТ6116А | 2N5401 |
| VT7 | КТ3117А | 2N2222 |
| VT8 | КТ3108А | 2N3250 |
| VT11 | КТ9115А | BF423 |
| VT12 | КТ940А | BF471 |
| VT17 | КТ825А | MJE15029 |
| VT18 | КT827A | EL2006G |
| Диоды | ||
| VD1 | КС212А | BZX84-C12 |
| VD3 | КД522Б | IN4148 |
| VD13 | КД208А | IN4007 |
| ОУ | ||
| DA1 | КР544УД1А | LF411CN |
Моделирование УМЗЧ
Подобрав аналоги к отечественным элементам построим схему (рис.3), воспользовавшись программой Elektronics Workbench (EWB) (Multisim 8).
Анализ работы
Прежде чем проводить анализы требуется проверить работоспособность схемы на импортных элементах, т.е. проверить соответствие параметров в полученной схеме.
Проверим усиление на выходе, для этого установим на вход источник синусоидального сигнала AC Voltage со следующими параметрами:
Напряжение- 1.41В
Частота- 20КГц
Сигнал на нагрузке снимем с помощью осциллографа:
Рис.4.Выходной сигнал схемы на зарубежных элементах.
Рис.5 Выходной сигнал схемы на отечественных элементах.
Определим мощность, которая выделяется на выходной нагрузке:
Создание моделей
Для создания моделей отечественных элементов воспользуемся встроенной программой Multisim 8: Create Component
Модель транзистора.
1. Вводим имя транзистора и ставим точку в пункте Simulation Only (model)
2. Вводим число выводов.
3. Выбираем графическое обозначение для элемента. Для этого воспользуемся стандартной библиотекой Multisim 8. Нажимаем Copy from DB.Выбираем любой PNP транзистор и нажимаем Ok затем Next.
4. Нажимаем Next.
5.В поле Model Data вводим параметры Pspice модели транзистора. Нажимаем Next.
6. Выставляем номера выводов:
E (Emitter)-3
C (Collector)-1
B (Base)-2
Нажимаем Next.
7. Выбираем в пользовательской библиотеке раздел Transistors. Нажимаем Add Family и вводим название семейства для транзистора, например KT. Нажимаем Ok и Finish.
Примечание: модель ОУ создается аналогично
Анализ схемы
Линейные искажения обусловлены влиянием реактивных элементов усилителя — конденсаторов и катушек, сопротивление которых зависит от частоты. Эти искажения имеются и в линейном усилителе, например, при усилении очень слабых сигналов, когда нелинейность активных элементов усилителя можно не учитывать.
К линейным искажениям относятся: частотные, фазовые и переходные искажения. Частотные искажения в усилителях являются следствием неодинаковости коэффициента усиления на различных частотах в пределах заданной полосы пропускания. Из-за них нарушаются реальные соотношения между амплитудами компонент сложного колебания, а это значит, что меняется энергетический спектр сигнала, искажается форма звукового сигнала, что приводит к значительному изменению тембра звука. При больших частотных искажениях звучание различных музыкальных инструментов теряет прозрачность, речь делается неразборчивой. Если коэффициент усиления на верхних частотах звукового диапазона больше чем на нижних, то передача становится ненатуральной: звук теряет свою сочность, тембр получается звенящим, металлическим. При сильном подъеме нижних частот тембр передачи становится глухим, все низкие ноты оказываются ненатурально подчеркнутыми. Для неискаженного воспроизведения колебаний звуковой частоты необходимо равномерно усиливать все частоты в пределах некоторой полосы.
Частотные искажения, вносимые усилителем, оценивают по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ). Количественно они определяются нормированным коэффициентом усиления М (его часто называют коэффициентом частотных искажений), равным отношению коэффициента усиления на данной частоте К к коэффициенту усиления на средних частотах Ко:
M=K/K0.
В логарифмических единицах он равен G[дБ]=20lgM.
Область АЧХ, в которой G практически не зависит от частоты (обычно от 200 Гц до 10 кГц), называют областью средних частот. Нижней fн и верхней fв граничными частотами называют такие, на которых G уменьшается до заданного (допустимого) значения Gдоп относительно коэффициента усиления на средних частотах. Область частот от fн до fв -рабочий диапазон частот, или полоса пропускания усилителя.
Коэффициенты частотных искажений на низших GН и высших GВ частотах
Gн = 20 lg [К (/fн)/К0], Gв = 20 lg [К (fв)IK0].
В многокаскадном усилителе общий коэффициент частотных искажений на любой частоте равен сумме коэффициентов частотных искажений в отдельных каскадах.
Рис. 6. Амплитудно-частотная характеристика усилителя ЗЧ
Их взаимной коррекцией можно добиться, что усилитель в целом будет иметь плоскую АЧХ.
На практике усилители ЗЧ, выполненные по большинству схем, имеют некоторый спад усиления в области нижних и верхних частот из-за наличия реактивных элементов и частотных свойств транзисторов. Степень линейных искажений усилителя ЗЧ для отечественной бытовой аппаратуры задается по ГОСТ 24388—80. У лучших образцов усилительных узлов неравномерность АЧХ в диапазоне рабочих частот не должна превышать 0,5... 1,5 дБ. Для уменьшения линейных искажений диапазон рабочих частот усилителя выбирают шире диапазона частот, воспроизводимых акустическими системами.
Амплитудно-частотная характеристика усилителей на транзисторах в области верхних частот определяется емкостями эмиттерного и коллекторного переходов, в области нижних частот — емкостью разделительных и блокировочных конденсаторов. Чтобы расширить частотный диапазон в сторону верхних частот, либо уменьшают сопротивления на входе и выходе резистивного каскада, либо выбирают более высокочастотный транзистор. Диапазон усиливаемых частот может простираться до 100 кГц и более, что приводит к исчезающе малым линейным искажениям. Однако без специальных мер это обстоятельство приводит к таким нежелательным явлениям, как усиление низкочастотных помех (20... 100 кГц), создаваемых промышленными установками, генерация на высоких частотах, усиление остаточных напряжений ПЧ с детектора приемника и т. д. Появляются нелинейные искажения, вызываемые интерференцией звуковых и поднесущих частот при работе с тюнером или приемником.