Экономичный усилитель мощности звуковых частот на ОУ LM358
Схема простого УНЧ с низким потреблением тока для приёмников и прочих устройств с питанием от батареек или аккумуляторов.
Режим класса С в действии
Современная элементная база позволяет создавать электронные устройства с очень низким потреблением тока, будь то: миниатюрный приёмник,
плеер или какое-либо иное устройство, подразумевающее питание от гальванических или химических источников тока.
За счёт мобильности и отсутствия наводок, подобные источники зачастую имеют ряд преимуществ перед сетевыми, однако постоянная
необходимость замены батареек и зарядки аккумуляторов создаёт ряд неприятных проблем для человека, не обременённого хорошей памятью, рассеянного и
раздражительного.
Зачастую главным поедателем электрической энергии в устройстве выступает усилитель мощности звуковых частот (УМЗЧ), он же – усилитель
низких частот (УНЧ).
И если выходная мощность усилителя – это параметр небесполезный, т. е. параметр, описывающий качественные параметры
УНЧ, то ток покоя в режиме молчания – абсолютно паразитная величина, снижающая КПД как усилителя, так и всего устройства в целом.
Избавиться от этой паразитной величины довольно просто – достаточно ввести выходной каскад в режим класса C.
Данный режим имеет очень высокий КПД (около 90%), но зачастую сопровождается большими искажениями усиливаемого сигнала, т. к.
рабочая точка транзисторов находится за точкой отсечки полупроводника, а конкретно – на 0,6...0,7В ниже начала области относительной
линейности.
Однако если перед таким выходным каскадом поставить современный операционный усилитель с Ku ~ 100000 и охватить всё это хозяйство
100% обратной связью, то эта зона нелинейности снизится всё в те же 100000 раз и составит жалкие единицы микровольт.
Итак, поскольку мне (да думаю, что и многим другим) в радиолюбительской практике часто нужен достаточно качественный, но очень
небольшой и экономичный звуковой усилитель, работающий от батарейки системы "Крона", было решено остановиться на следующем
схемотехническом решении:
Рис.1 Схема экономичного усилителя мощности звуковых частот
Усилитель выполнен на распространённом операционном усилителе LM358, который в одном корпусе содержит два независимых маломощных
операционных усилителя с высоким коэффициентом усиления и частотной компенсацией. Отличается низким потреблением тока (~0,7мА) и
возможностью работать в схемах с однополярным питанием от 3 до 32 вольт.
Собственно говоря, именно эти 0,7 мА УНЧ и потребляет от батарейки в режиме молчания. А если сравнивать его с популярной микросхемой
усилителя мощности LM386 с током покоя 4...5 мА, то разница в 4мА для маломощной батарейки это, поверьте,
приличная величина, которая позволяет значительно продлить срок её службы.
На первой половинке LM358 (ОР.1.1) выполнен обычный неинвертирующий каскад усиления, входное сопротивление которого составляет
~ 100 кОм, а коэффициент усиления регулируется переменным резистором R3 в диапазоне от 2 до 300.
Выходные транзисторы, работающие в режиме класса C, охвачены со второй половиной LM358 100% ООС и образуют обычный повторитель
напряжения. Для получения максимальной выходной мощности важно, чтобы их коэффициент передачи тока был не менее 2000/Rн.
Отметим, что LM358 относится к типу микросхем с несимметричным ограничением выходного сигнала при установленном напряжении на выходе,
равном половине Еп. Поэтому для получения максимальной неискажённой выходной мощности имеет смысл подобрать номинал резистора
R1 с целью одновременного начала ограничения обеих полуволн.
Лучше всего это сделать при помощи генератора и осциллографа, а при их отсутствии – посредством собственного слухового аппарата при
максимально громком воспроизведении какого либо музыкального, либо иного материала.
Так как усилитель используется мной в основном для экспериментальных целей и подразумевает работу совместно с наушниками, то я без
зазрения совести впаял в выходном каскаде маломощные транзисторы из имеющихся в наличии – КТ3102 и КТ3107. Усилитель, подключённый
к звуковому разъёму телефона, продемонстрировал отличное качество воспроизведения музыки при любых уровнях громкости, по крайней мере –
лучшее, чем сам телефон с подключёнными к нему напрямую наушниками.
При использовании типов транзисторов, указанных на схеме, выходная мощность усилителя при работе на 8-омную нагрузку составит около 600 мВт.
|