0

Модификация усилителя Hiraga в классе AB

В статье описывается вариант перевода из­вестного УМЗЧ Hiraga [1] для работы в классе AB.

В дополнение к модификации усилителя Hiraga в классе А [2] рассмотрим его вариант в классе AB, рис.1.

Рис. 1

Если сравнить со схемой класса A [1, 2] то можно заметить следующие изменения:

  • на входе усилителя добавлен буферный ка­скад в виде повторителя на ПТ;
  • добавлены параметрические стабилизато­ры ±7.5 В;
  • добавлены резисторы R20, R21;
  • номинал резисторов R22, R23 уменьшен втрое;
  • напряжение питания увеличено до ±30 В;
  • последовательно с резистором R18 добав­лен ГСТ стоком 5 мА для устранения влияния девиации тока через светодиоды на работу масштабного отражателя тока;
  • выходные транзисторы заменены составны­ми транзисторами по схеме Дарлингтона.

Таким образом на этот вариант может быть разработана универсальная печатная плата ко­торая будет пригодна на оба варианта (класс А и АВ). Принцип работы усилителя подробно описан в предыдущих статьях об этом усилителе [1,2].

Пару слов об эффектах от сделанных дорабо­ток. Введение буферного каскада делает усилитель нечувствительным к сопротивлению источ­ника сигнала. Дело в том, что часто оконечный усилитель мощности используется без предуси­лителя, при этом для регулирования громкости используют потенциометр сопротивлением от 10 до 50 кОм. В крайних положениях движка вы­ходное сопротивление минимально, а в среднем положении равно примерно 1/4 номинального значения.

Как неоднократно указывал известный радио­любитель Ю. Макаров, сопротивление потен­циометра оказывает существенное влияние на приведенную скорость нарастания (ПСН) уже на входе усилителя. Чем больше сопротивление по­тенциометра, тем больше оно негативно влияет на скоростные параметры. Часто неопытные ра­диолюбители не обращают внимания на номинал конденсатора радиочастотного фильтра на вхо­де. Чаще всего можно встретить RC-фильтр в ви­де резистора 1 кОм и конденсатора 1 нФ. В этом случае при нулевом сопротивлении источника сигнала будем иметь частоту среза ФНЧ 160 кГц, а при сопротивлении потенциометра 50 кОм, в среднем положении движка, частота среза филь­тра понизится в 13.5 раз и УМЗЧ превратится в «бабушкино радио». Этим недостатком не стра­дают инвертирующие усилители. Выходное со­противление источника сигнала лишь влияет на их коэффициент усиления.

Дополнительно хо­чу обратить внимание на эффект от каскада со следящим питани­ем. Благодаря следя­щему питанию устра­няется эффект Эрли и тем самым снижается влияние уровня вы­ходного напряжения на уровень кубических искажений (3-я, 5-я и т. д. гармоники).

Снимем диаграм­му Боде, рис.2.

Рис. 2

Из диаграммы Бо­де видно, что усиле­ние составляет 25 дБ (чуть меньше 20 раз), ГВЗ во всем звуковом диапазоне и далеко за его пределами по­стоянно и равно всего 39 нс. Это и есть время задержки прохожде­ния сигнала. Я обычно измеряю его по ГВЗ на частоте 20 кГц.






Измерим петлевое усиление, рис.3. Из этого графика следу­ет, что петлевое усиле­ние во всем звуковом диапазоне составляет 35 дБ, первый полюс равен 70 кГц, запас по фазе около 70 граду­сов, а запас по усиле­нию 15 дБ.

Рис. 3

Снимем график за­висимости гармони­ческих искажений от частоты, рис.4.

Рис. 4

Во всем звуковом диапазоне при вы­ходном напряжении 25 В (пик) искажения равны 0.02%, рост ис­кажений начинается выше 50 кГц, т. е. вы­ше частоты первого полюса. В подавляю­щем большинстве со­временных усилите­лей первый полюс не превышает 1…3 кГц, поэтому и рост иска­жений начинается с этих частот. При малых мощностях ис­кажения не превы­шают 0.01%, причем в спектре преимуще­ственно 2-я гармо­ника.

Были измерены коммутационные ис­кажения, они оказа­лись ничтожно малой величины, причем в спектре гармоник практически одна 2-я гармоника.

Следующий пара­метр, на который од­но время возлагали большие надежды, — демпинг-фактор или отношение со­противления нагруз­ки к выходному со­противлению УМЗЧ. Обычно его измеряют на частоте 1 кГц и записывают в паспорт усилителя, умалчивая при этом, что оно зависит от частоты, имеет фазовые искажения (связано с фазой петлевого усиления) и не только. Изме­рим выходное сопротивление на краях звуково­го диапазона, т. е. на частоте 20 Гц, и на частоте 20 кГц. Для этого закорачиваем вход усилителя на общий провод, а между общим проводом и нагрузкой включаем генератор и снимаем сиг­нал на выходе усилителя.

В обоих случаях диаграммы были как близне­цы. Это говорит о том, что выходное сопротив­ление постоянно во всем звуковом диапазоне, высоко линейно, не имеет фазовых искажений и равно:

Rout = RL·Vout/(Vin-Vout) = 8·0.3/(20-0.3) = 0.120м

При этом демпинг-фактор равен 8/0.12 = 67. И хотя демпинг-фактор не имеет значитель­ной величины, тем не менее, он постоянен во всем звуковом диапазоне. Давно признано, что демпинг-фактор выше 200 не имеет физическо­го смысла из-за реальных сопротивлений аку­стических кабелей.

И хотя петлевое усиление имеет некоторый сдвиг фазы на частоте 20 кГц, мы не наблюдаем этого сдвига в выходном сопротивлении. Это за­интересовало меня, и я решил дополнительно проверить выходное сопротивление на частоте 100 кГц, где сдвиг петлевого усиления уже более 45 градусов, рис.5.

Рис. 5

Как оказалось, и на частоте 100 кГц нет сдвига и выходное сопротивление точно такое же, как и усилителей с малым временем задержки про­хождения сигнала можно привести разработки И. Акулиничева, усилитель «Кумир-001», «Пуль­сар-001», усилитель С. Лозицкого («Схемотехни­ка» №3, 2003) и некоторые другие.

Настройка УМЗЧ

Рекомендации относятся к схеме рис. 1.

В начале не запаивая выходные транзисторы выставляем ток ГСТ в пределах 5±0.2 мА подбо­ром резистора R19 в истоке. Его номинал может колебаться в широких пределах в зависимости от типа ПТ. Вместо резистора R17 временно впаива­ем резистор сопротивлением 82 Ома и последо­вательно с ним подстроечный резистор 47 Ом вы­веденный в состояние нулевого сопротивления. Впаиваем (подключаем) выходные транзисторы и по падению напряжения на резисторах R22, R23 проверяем и настраиваем ток покоя.

Подбором резистора R3 выставляют ток ГСТ в истоке входного повторителя равным 10±1 мА. С помощью подстроечника Х1 выставить ноль на движке (на входе УМЗЧ).

Ток покоя 130±10 мА выставить подбором ре­зистора R17. Предварительно взять резистор 82 Ома и последовательно с ним включить подстроечник 47 Ом выведенный в состояние нуле­вого сопротивления. После выставления тока по­коя запаять на место R17 резистор с суммарным значением сопротивления.

Ноль на выходе выставить с помощью подстроечного резистора Х2.

Требования к разводке печатной платы те же что и для предыдущей модификации. Транзисто­ры Q9, Q11 (Q10, Q12) должны иметь тепловой контакт между собой. Неплохо если и транзисторы Q1, Q7, Q2, Q8 будут размещены компак­тно, и также иметь между собой тепловой кон­такт (например, с помощь пластины прижатой к торцам транзисторов смазанных термопастой). Такая компоновка обеспечит минимальный тем­пературный дрейф нуля.

Пару слов о транзисторах

В качестве маломощных транзисторов можно использовать любые современные транзисторы в корпусе Т092. В качестве полевого транзистора J3 типа JFET желательно использовать транзи­стор с допустимым напряжением не менее 40 В.

В случае использования транзистора с низ­ким допустимым напряжением, например, 25 В придется увеличить номинал резистора R18 до 6.2 кОм, так, чтобы на нем падало примерно 30 В. В этом случае истоковый резистор, обеспечива­ющий ток ГСТ, необходимо предварительно подо­брать при питании ГСТ от лабораторного источ­ника питания с напряжением 15 В.

Рис. 6

Основные типы выходных транзисторов ука­заны на рис.1 и рис.6. Указаны в основном наи­более доступные и дешевые составные транзи­сторы. Параметры усилителя можно улучшить, если использовать более высокочастотные тран­зисторы, например, пары транзисторов типа 2SD2390/2SB1560, 2SD2560/2SB1647 или анало­гичные.

Литература:

  1. Александр Петров. Простой УМЗЧ класса А с ТОС//Радиоаматор. -2019. -№11-12. — С. 12.
  2. Александр Петров Усовершенствованный вариант УМЗЧ класса А с ТОС // Радиоаматор. — -№1-2. -С.6.

Автор: Александр Петров, г. Минск
Источник: Радиоаматор №3-4/20

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.