Схема усилителя мощности класса А на полевых транзисторах, построенная по архаичной ламповой схемотехнике

Попробуем заставить транзисторы петь тёплым ламповым хором

Автор: Перенесу-ка я сюда схему усилителя с предыдущей страницы.

Рис.1 Схема усилителя мощности класса А на полевых транзисторах

При указанном питании максимальная выходная мощность УМЗЧ, ограниченная 1%-ми нелинейных искажений, составляет: 20Вт на 4-омной нагрузке, 16Вт – на 6-омной, 14Вт – на 8-омной при стоковых токах выходных транзисторов 1,2А.

Если усилитель предполагается использовать только с 6 или 8-омной акустикой, то ток покоя транзисторов целесообразно снизить до 1,1А в первом случае и до 1А – во втором. У меня под рукой оказались 6-омные колонки, поэтому дальнейшее описание буду проводить исходя из этого.

Для интересующихся приведу зависимость коэффициента нелинейных искажений от выходной мощности усилителя:
0,5Вт – 0,01%, 1Вт – 0,02%, 2Вт – 0,03%, 4Вт – 0,05%, 8Вт – 0,12%, 12Вт – 0,4%, 16Вт – 1%.
Параметры эти можно существенно улучшить простым повышением напряжения питания схемы. Надо это Вам или нет, каждый решает сам, ведь при увеличении напряжения питания пропорционально увеличивается и мощность, рассеиваемая на теплоотводах транзисторов. Тем не менее, приведу эту же зависимость при 50-ти вольтовом источнике питания и 6-омной нагрузке:
0,5Вт – 0,01%, 1Вт – 0,015%, 2Вт – 0,02%, 4Вт – 0,04%, 8Вт – 0,08%, 12Вт – 0,2%, 16Вт – 0,3%.
Максимальная выходная мощность усилителя, ограниченная 1% - 28Вт.

Полоса пропускания усилителя по уровню -3дБ: 10Гц – 150кГц.

Теперь по схеме.
Выходной каскад выполнен на мощных комплементарных транзисторах Т2, Т3, включённых по схеме с ОИ. Такое построение, в отличие от схемы с ОС позволяет не только обеспечить усиление сигнала по току, но и по напряжению. За счёт этого, размах выходного напряжения усилителя может достигать значений, практически равных напряжению питания усилителя.
Общий коэффициент усиления каскада – около 2,5 по напряжению. Такое значение было вымученно экспериментально, как компромисс между приемлемым уровнем нелинейных искажений и нежеланием предъявлять серьёзных требований к предыдущему каскаду.

Достаточно высокие значения сопротивлений истоковых резисторов R18 и R19 выбраны из соображений максимальной температурной стабильности выходного каскада, работающего в режиме А, а значит при высоких токах транзисторов, не зависящих от уровня входного сигнала.

Стабилитроны D2, D3 носят предохранительный характер. Они защищают полевики от возможности превышения допустимых значений Uзи в начальный момент включения источника питания или подаче на вход усилителя импульсного сигнала значительной величины.

Подстроечный резистор R12 отвечает за напряжение на затворе Т3, а значит и общий ток покоя выходных транзисторов.
Резисторы R10, R16 образуют обратную связь по постоянному току, полезную для стабилизации напряжения средней точки выходных транзисторов.

Ну и наконец, ОС по переменному току через (R8+R_выхТ1), R11 устаканивает коэффициент усиления выходного каскада на уровне 8,4дБ и подводит черту под местными обратными связями нашего оконечника.

Ввиду невысокого коэффициента усиления выходного каскада, для получения приемлемой чувствительности усилителя (в пределах 1В) необходим драйвер, т. е. усилительный каскад, обладающий коэффициентом усиления – около 7. С его функцией замечательно справился такой же мощный полевик Т1, включённый по канонам лампового жанра по схеме с общим истоком (катодом) и работающий при значительном токе покоя. Не один менее мощный транзистор на его месте не смог обеспечить уровень искажений, сопоставимый с IRFP140.
При настройке схемы может потребоваться подбор резистора R1 для установки напряжения на стоке транзистора Т1, равным 17В.
Корпус транзистора Т1 следует снабдить небольшим радиатором.

Ну, что ещё скажешь – всё предельно просто, как и должно быть в настоящей ламповой схемотехнике.

Оппонент: Почти везде ставят RC фильтры на выходах усилителей, и на радиолюбительских и на заводских. Я так понимаю, они нужны для ограничения полосы выходного сигнала.

Автор: А шланг у противогаза нужен для того, чтобы при взрыве башка далеко не улетала.

Не выпучивайся, это аллегория. Бедолага Отто Юлия Цобель, перевернулся бы в гробу, а может даже и выпрыгнул оттуда, узнав, что цепь, придуманная им в муках творчества для компенсации реактивного сопротивления динамиков, будет трактоваться нерадивыми Оппонентами как фильтр для ограничения полосы выходного сигнала.

Необходимость применения корректирующей цепочки Цобеля зависит и от типа усилителя и от типа нагрузки. Многие усилители вообще не могут устойчиво работать без этой цепи при любом раскладе.
В нашем случае, ввиду отсутствия глубоких отрицательных обратных связей, схема сохраняет высокую устойчивость при работе с широким диапазоном видов нагрузок. Хотя, теоретически, при высокой добротности динамика, через сток-истоковые ёмкости выходных транзисторов может организоваться положительная ОС, которая и приведёт-таки к потере устойчивости нашей устойчивой схемы.
В идеале, нужно стремиться избегать каких-либо корректирующих цепей, но в любом случае после полной отладки схемы с эквивалентом нагрузки, нелишним будет подключить к усилителю реальный громкоговоритель, ткнуться в него осциллографом и, подав на вход усилителя 1кГц сигнал, при выходной мощности близкой к максимальной пронаблюдать на приборе идеальную синусоиду. Если на пиках синусоидального сигнала поселилась посторонняя рябь, можете смело обращаться к наследию Цобеля или Буше, ничего страшного.

Теперь, что касается настройки. Она проста, но есть моменты, на которые надо обратить серьёзное внимание.

АХТУНГ №1 !!! R18 и R19 должны быть мощностью не менее 1 вт. Не используйте проволочные резисторы, а то вместо мощного НЧ усилителя, получите мощный ВЧ генератор. И не стоит размышлять о том, что проволочный резистор непременно должен внешне отличаться от непроволочного. Я специально указал на схеме 1-омные резисторы, поскольку непроволочные резисторы меньшего номинала найти достаточно сложно.

АХТУНГ №2 !!! Если не хотите отправить Ваши мощные транзисторы к праотцам электроники Ому и Амперу, не торопитесь их подпаивать к плате. То, что они обязаны заботливо покоиться на радиаторе, я думаю понятно не только ёжику.
После того, как схема будет спаяна, установите центральные выводы подстроечных резисторов R10 и R12 в нижнее по схеме положение. Очень желательно, чтобы они были многооборотными. Подключите питание и вольтметром проверьте напряжения на центральном выводе R12 - оно должно быть равно 0v.

А вот теперь можно подпаивать транзисторы и приступать к настройке схемы.

Подключаем амперметр между шиной питания и стоками выходных транзисторов. Не торопясь, вдумчиво покручивая R12, устанавливаем ток стока транзистора Т3, равный 1,2А.
Отключаем амперметр. Мысленно поднимаем тост за успех мероприятия.

На этот раз берём вольтметр и подключаем его между шиной питания и все теми же стоками транзисторов. Уже не так вдумчиво крутим подстроечный резистор R10 до тех пор, пока прибор не начнёт показывать значение, равное половине напряжения питания.
Отключаем вольтметр. Поднимаем второй тост за успех мероприятия и радиолюбительское братство.

Усомнившись в окончательности результата, подключаем амперметр в разрыв цепи питания и убеждаемся в том, что через транзисторы течёт все тот же 1,2А. Если показания все же незначительно отличаются, резистором R12 возвращаем значение тока в родные пенаты.
Повторяем манипуляции с вольтметром и R10.

Не выключая питания, трогаем пальцем радиатор с транзисторами. Матерясь и рассматривая волдырь на пальце, делаем вывод, что произошла роковая ошибка, и радиатор, который казался достаточно большим для 20 ваттного усилителя, вообще не справляется с возложенным на него высоким доверием.

Достаём из холодильника недопитую в выходные бутылку водки, наливаем рюмаху и выпиваем её залпом и без тоста. Обзывая себя куском идиота, северным оленем и грёбаным упырём, заказываем в интернете нормальный радиатор, предварительно рассчитанный по формуле из умной книжки. И не забываем – мощность, выделяемая в виде тепла на обоих транзисторах = Iпокоя*Еп.

Если мы прошли все эти этапы, а в шкафу завалялся низкочастотный генератор с размахом выходного напряжения +-1,5В, подключаем его на вход нашего усилителя, на выход сажаем эквивалент нагрузки и умилённо наблюдаем на экране осциллографа – то чистую синусоиду, то мягкое и симметричное ограничение выходного сигнала, в зависимости от уровня поступающего на вход сигнала.

Всё! Теперь со спокойной совестью можем выпить и закусить и даже вспомнить какой-нибудь тост из грузинского фольклора.
Вот такой мой сказ.

Оппонент: А темброблок для настоящего High End не нужен!

Автор: А вот это мы подробно обсудим на следующей странице, а на страницу vpayaem.ru/questions_amplifier1.html будем сбрасывать вопросы – ответы по теме данного девайса.

Назад

Дальше