Усилители А.Гладкого
Второе название : УМЗЧ с термостабильным режимом Супер-А
Довел до ума несколько схем УМЗЧ . Предлагаю ознакомиться.
На рис.1 представлена схема симметричного и высоколинейного усилителя на биполярных транзисторах. В ней применена глубокая отрицательная обратная связь по току в выходном каскаде, что позволило жестко стабилизировать рабочую точку каскада, причем без использования термодатчиков. Для каждой полуволны используется свой "хитрый "дифференциальный усилитель на транзисторах VT20-VT30. Эта схема запатентована в 1986 г. (!!!) японцем Накаяма из корпорации Pioneer (патент можно посмотреть в приложении) и через 26 лет её назвал "новым" классом I и доработал Кастор-Перри Кендал (её можно посмотреть на сайте www.edn.com и в приложении). В моем варианте схемы (смотри рис.1) на транзисторах дифференциального каскада выделяется минимальная мощность( в отличии от схемы Кендала), они не нагреваются и уверенно отслеживают милливольты сигнала обратной связи. Также в этой схеме с помощью резисторов R19,R23,R26 можно выставить желаемый ток покоя и напряжение минимума для режима Супер-А. Прекрасным свойством схемы является её "правильная" работа при ограничении сигнала - никаких выбросов и никаких сквозных токов ( ток ограничения определяется напряжением 4,7 В стабилитронов - светодиодов HL5 - HL10). Схема легко выдерживает меандр +/- 30 В -100 кГц на 4 -Ома нагрузки и несколько секунд короткого замыкания при полном входном сигнале .
Входное сопротивление такого выходного каскада довольно нелинейное и перед ним пришлось применить эмиттерный повторитель со стабильным выходным током на транзисторах VT12,VT13, VT16,VT17.
Усилитель напряжения построен по классической схеме на включенных встречно дифкаскадах и при однокаскадной схеме (а значит при высокой устойчивости ) имеет усиление 87 дБ на резистор нагрузки 200 кОм при полосе 14 кГц.
Макетирование усилителя позволили уточнить цепи коррекции и удивило возможностью такого большого усиления вообще без емкостей по питанию (на плате) !!!
Скорость нарастания выходного напряжения 75/100 В /мкС (с входным фильтром и без).Выходное сопротивление (измеренное до выходного фильтра ) менее 0,01 Ом. Меандр идеальной формы 20 кГц и амплитудой +/- 30 В не меняет форму при переключении нагрузки - нет нагрузки - 8 Ом или 4 Ома. КНИ на частоте 20 кГц менее 0,001 % при выходных мощностях 2-150 Вт . На частоте 1 кГц искажения менее 0,0004 %.
АЧХ на синусе и меандре не имеет выбросов. Полоса по уровню -3 дБ 550/1500 кГц (с входным фильтром и без него).
Режим Супер-А на уровне 30/100 мА на каждый транзистор (30 - это ток минимума,100 - ток покоя). При этом размах "переключательных" искажений на частоте 20 кГц амплитудой 30 В около 5 мВ.
Амплитуда выходного напряжения усилителя меньше напряжения питания (мгновенного значения) на 3,8-4,5 В (при нагрузке 8-4 Ома). Если вместо генераторов тока на транзисторах VT15-19-23 и VT18-22-28 применить вольтдобавку на С12-С13 и R32-R33
- (она показана пунктиром)-можно увеличить максимальную амплитуду на 1 вольт - при этом все параметры усилителя сохраняются !
Рассматривать и оценивать искажения сигнала (в том числе и "переключательные") позволяет компенсационный метод, когда из выходного искаженного сигнала вычитается
усиленный идеальным усилителем и подстраиваемый по амплитуде и фазе входной сигнал. Микрокап прекрасно позволяет это сделать виртуально. На приведенной схеме МС9 /Рис-1 -CIR/ на транзисторах Q39-Q51 собран "идеальный"усилитель, искажения которого на порядок меньше измеряемого (их можно измерить перенеся точку OUT на правую сторону резистора R47). С помощью слайдеров (справа) подобраны амплитуда и фаза и на резисторе R52 можно наблюдать характерные переключательные искажения !!!
Мне нравится компенсационный метод из-за своей наглядности. Если использовать осциллограф в режиме Х- Y (на Х подается входной сигнал, а на Y - искажения) прекрасно видна не только амплитуда искажений, но и точка их возникновения на амплитудной характеристике. При такой векторной индикации гораздо легче производить и саму компенсацию и заметить небольшие подвозбуды на некоторых участках амплитуды сигнала.
Итак, можно отметить положительные качества схемы : независимость токов покоя от нагрева выходных транзисторов, отсутствие настроек, высокая устойчивость даже при емкостных нагрузках в несколько микрофарад, работа от нестабилизированных источников питания 20 - 50 В, полная симметричность схемы, токовая защита выходных транзисторов и т.п.
На рис.2 показана схема термостабильного инвертирующего усилителя на полевых транзисторах, в которой удалось получить такие же высокие характеристики (и без использования импортного патента).
Схема, также как предыдущая, не требует настройки и элементов термостабилизации. Она также прекрасно ведет себя при ограничении сигнала и при КЗ нагрузки. Скорость нарастания выходного напряжения 70 В/мкС при меандре частотой 20 кГц и амплитуде 30 В /без сквозных токов/. КНИ менее 0,001 % на 20 кГц и 0,0002 % на 1кГц и на мощностях от 1 до 150 Вт на 4 Ома !!! Полоса усиления 370/510 кГц, коммутационные искажения размахом 7 и 2 мВ на частотах 20 и 10 кГц соответственно (при 30 В выходного сигнала и при режиме супер-А =30/90 мА). Искажения можно оценить компенсационным методом на резисторе R52 ( файл МС9 Рис-2-CIR). Вольт-добавка на R30-31, C11-VD1,C14-VD2 позволила лучше использовать питающие напряжения : амплитуда выходного напряжения равна напряжению питания (Vпит) минус 3 / 3,5 вольт (для нагрузки 4 / 8 Ом соответственно). Высокое усиление двухкаскадного усилителя напряжения и схема расщепителя на транзисторах VT13-VT16 позволили отказаться от промежуточного эмиттерного повторителя и обеспечили высокую термостабильность нуля. Уход нуля при прогреве и изменении питающих напряжений (в диапазане 15-50 В) не более 10 мВ .
На рис.3 показана схема использования операционных усилителей со схемой термостабильного выходного каскада. На VT1,VT5 и VT2,VT7 собран токовый расщепитель сигнала, который через токовые зеркала на VT3-VT9-VT10 и VT8-VT11-VT12 передает полуволны сигнала на резисторы R13-R14 . Далее термостабильные усилители эти полуволны усиливают и обеспечивают правильные режимы работы
выходных транзисторов VT23-VT26. Параметры выходного каскада - КНИ = 0,4 % во всем диапазоне частот и полоса не менее 1 МГц.
Благодаря хорошей частотной характеристике и небольшому сдвигу фазы этого выходного каскада, с ним может работать практически любой операционный усилитель.
Собственно от характеристик ОУ и будет зависеть итоговый КНИ усилителя и его частотные параметры. Например при желании получить на частоте 20 кГц КНИ менее 0,004 % необходима глубина ООС не менее 40 дБ и при общем усилении УМЗЧ=30 дБ усиление ОУ на частоте 20 кГц должно быть на ниже 70 дБ , а это могут далеко не все. Например LM4562 показывает, по моим измерениям, искажения около 0,03 %. Если бы удалось найти высококачественный операционник -мог бы получиться неплохой термостабильный и без настроек - идеальный УМЗЧ.
На рис.4 я привожу схему высококачественного и термостабильного УМЗЧ с минимальным количеством элементов, пригодную для повторения начинающими радиолюбителями. ( Мне кажется они ещё где-то есть)...
Сообщение от begemot61
Социальные закладки