"Симметричный" транзисторный усилитель мощности.

В процессе вечного холивара "усилитель vs лампа" одной из точек преткновения называют отрицательную обратную связь, которую вводят в усилителях, как это считается "для обеспечения линейности (=уменьшения нелинейных искажения)". Транслировать в бложек все эти изыскания я не буду, вы сами сможете их найти.

Но вот о чём почему-то упоминается далеко не в первую очередь - так о куда более важной функции обратной связи, в поддержании постоянной "рабочей точки" - т.е. напряжения на выходе усилителя, равного нулю относительно средней точки питания. И на деле задача эти оказывается весьма непростой: из-за большого коэффициента усиления и наличия непосредственной (гальванической) межкаскадной связи малейшие любые изменения, не связанные с полезным сигналом (например, температурного режима или питания) выводят схему из баланса. И выглядит этот процесс довольно просто: вы включаете схему, и спустя какое-то время или мгновенно в неё на выходе в отсутствие сигнала появляется постоянное напряжение.

Попытки сделать стабильный транзисторный усилитель без ООС делали многие, в том числе и я. Ниже пойдёт речь о моём опыте разработки (доработки?) такой конструкции во всех подробностях.


Под катом - схема и описание

Итак, прототипом стала схема в журнали Радио №1 за 1980 год и похожая на неё, более современная, найденная на просторах интернета. Они будут приведены ниже. Особенностью из была полностью симметричная структура, т.е. на входе стояли два абсолютно одинаковых дифференциальных усилителя с источниками тока, только на транзисторах разной проводимости. Входы соединялись параллельно, выходы раскачивали разные половинки усилителя напряжения, соответственно - так же разной проводимости, включённые в одну цепь. А далее - всё, как в обычном усилителе. Мощный выходной каскад: в одной модификации он был на полевых транзисторах, в другой - на биполярных, включённых по схеме Дарлингтона и Шиклаи. Вторая как раз была напечатана в журнале Радио и в прилагавшейся к ней статье было написано, что из-за "полной симметричности схемы" (что, собственно, так и было) она способна работать без ООС: т.е. температурным изменениям в равной степени подвергаются все каскады, и возникающие отклонения в одном компенсируются такими же по значению, но противоположными по знаку в другом.

Прототип 1: Журнал Радио №1 за 1980 г. Прототип 2: взят с сайта Electronic projects circuits

Конечно же, я "купился" на эту заманчивую симметричность и решил схему собирать, предварительно доработав. От полевых транзисторов решил отказаться сразу (как в выходном каскаде, так и в источниках тока для ДУ), так же как и от множества каскадов, как в первом прототипе на выходе. Вообще все транзисторы взял из тех, что были под рукой. Так, все маломощные - комплиментарные 2SA1015 и 2SC1815, усилитель напряжения на BD139/BD140, предвыходной каскад можно реализовать на них же, а можно взять транзисторы помощнее. В выходном каскаде - опять де комплиментарная пара 2SA1943 и 2SC5200. Можно использовать и не комплементарную пару, например два одинаковых NPN транзистора. В этом случае одно плечо выходного каскада будет соединено по схеме Дарлингтона, другое - по схеме Шиклаи. Если кому-то будет интеренсо - выложу и её. В своей модификации я сделал обратную связь отключаемой с возможностью регулировать её глубину. Так же изначально в конструкции несколько увеличил токи покоя дифференциальных каскадов, желая этим получить запас по входному напряжению и увеличить динамический диапазон. Схема получилась такой.

Запуск показал сдеюующее: без обратной связи и с завышенным током покоя усилитель сразу уходит в насыщение. Добиться стабильной работы можно, только включив обратную связь и снизив токи покоя дифф. каскадов (подбор резисторов R4 и R10). В такой вариации схема работает хорошо. Так же в моей пробной конструкции отсутствовали R18 и R19 что, впрочем, на работоспособность не влияло.

Итак, пара слов для тех, кто захочет её собрать. Значения указаны те, при которых схема стабильно работает. Особенность её, которая во многом должна быть привлекательной для начинающих радиолюбителей - она позволяет использовать замену практически для всех её элементов, на случай, если каких-то не окажется под рукой. Главное при этом - соблюдать симметричность.

Так, во входных дифференциальных усилителях может быть применена почти любая комплиментарная пара маломощных транзисторов со следующими параметрами:

  • Uce>Uпит.
  • Iс>100mA
  • h21>50

    При замене необходимо будет подобрать резисторы R4 и R10 - они отвечают за ток покоя дифференцилаьных усилителей. Так, если будут использоваться более мощные транзисторы или при большем, чем 35В напряжени питания (которое, кстати, тоже можно менять в пределан от 20В до 45В) их сопротивление можно незначительно уменьшить. Если же усилитель даже с ООС будет сразу уходить в насыщении или будут нагреваться входных транзисторы - R4 и R10 следует взять не мене 1кОм. Транзисторы в коллекторной цепи дифференциального каскада отвечают за его коэффициент усиления и так же могут быть изменены в небольших пределах, главное - чтобы все четыре были одинаковы.

    Транзисторы в усилителе напряжения так же подлежат замене на аналоги па параметрам. Что же касается транзисторов Q10 и Q11 - их мы можем взять такими же, как и Q7 и Q9 или более мощными, если на выходе будут использованы мощные транзисторы (Q12 и Q13) с небольшим коэффициеном передачи тока и вообще.

    Ток покоя выходных транзисторов задаётся потенциометром VR2, глубина ООС - потенциометром VR1.

    Свою конструкцию я питал напряжением ±35В, подбором глубины обратной связи при указанных ниже элементах (в частности, транзисторах) можно добиться максимальной мощности около 100Вт. Опять же, тот факт, что моя конструкция "отказывается" работать без обратной связи - возможно, проблема не структуры схемы, а выбранных в ней режимов. Вы можете "поиграться" с ними подбором резисторов в коллекторных цепях транзисторов входных каскадов и эмиттерных цепях источников тока для них.


    Внешний вид конструкции:

    Стерео вариант, уже в корпусе

    В общем, надеюсь, мой опыт кому-нибудь пригодится. Пишите, если что. Мой вариант печатной платы - ниже


  • Скачать файл печатной платы в формате Sprint Layout
  • Список деталей
  • Схема - крупная картинка