Схема простого 500 Вт усилителя мощности

Термостабильный УМЗЧ класса В для сабвуфера или озвучки массовых мероприятий

Рано ли, поздно ли, но у любого неугомонного до приключений радиолюбителя неизбежным концом встаёт вопрос постройки ну ооочень мощного усилителя. С одной стороны, не сказать, что ему это сильно надо, с другой, – а почему бы и нет, когда да? И что бы там не говорили про те десять заповедей, таки приятно, что, во-первых, их только десять, а во-вторых, там нет ничего по поводу мощ­нос­ти!
И вот приходят мне с различных локаций до боли похожие письма – а как бы ваш 200-ваттный усилитель переделать на 500, а ещё лучше на киловатт... или два?!
А давайте-ка, уважаемые коллеги, немного подискутируем: вы назовёте цель умощнения агрегата, мы от души посмеемся, а потом поговорим о деле. Ибо великая сермяжная правда, как ни верти, заключается вот в чём:
1. Если вам нужен мощный концертный усилитель, то неприлично смотреть в сторону классов А, В, АВ. Здесь всё уже придумано до потопа, и в этой индустрии рулит класс D в бюджетной нише или класс G или H – в ценовой категории, что не каждый лабух может себе позволить. Для интересующихся: класс G и H – это тот же класс АВ (или В), только с изменяющимся в зависимости от выходной мощности напряжением питания (отсюда высокий КПД).
2. Сабвуфер! Сабвуфер тоже может быть мощным, но если в жилом помещении вдуть в него киловатт, то так закинешь глаза, что уже никакой рот в рот не по­мо­жет. Поэтому с такой номинальной мощностью сабвуферы делаются редко, а если и делаются, то в основном с усилителями класса D.
Другое дело, более распространённые сабвуферы с номинальной мощностью 200...500 Вт (обратите внимание, что я оперирую номинальной мощностью, т. е. мощностью, при которой аппаратуру ещё можно слушать при приемлемом Кг). На самом деле, и 500 ватт будет достаточно для 20...30-ти метровой комнаты, чтобы выпрыгнуть из тапочек. Однако такие мощности уже разумны и вполне вписываются в концепцию громкого прослушивания музыки (скажем, на 50-ти ваттах) с пяти-десятикратным запасом на отработку пиков. Такой значительный запас полезен в основном для классической музыки, у джазовой, поп и рок-музыки пик-фактор существенно ниже. При этом усилители в этой мощностной категории могут быть как класса D, так и АВ (или В) в зависимости от пред­поч­тений производителя.

Однако хватит уже мусолить информацию, пора переходить к действиям!
На Рис.1 приведена схема относительно простого 500-ваттного УМЗЧ, который не претендует на попадание в секту изысканного звука, однако вполне надёжен и подойдёт для работы с сабвуфером или озвучки массовых мероприятий.
Простота УМЗЧ при приемлемых характеристиках обусловлена использованием операционного усилителя, обладающего огромным усилением при разомкнутой ООС, а надёжность – работой выходных транзисторов в классе В, снимающим все вопросы термостабильности.

Рис.1 Схема простого 500 Вт усилителя мощности

Концепцию использования класса В в концертных усилителях из числа первых начала использовать американская компания «Peavey» – одна из крупнейших в мире по производству профессионального звукового оборудования. Искажения типа «ступенька» при наличии глубокой ООС в таких усилителях практически не заметны, а повышенный КПД (по сравнению с АВ) и отсутствие начального смещения у выходных транзисторов – являются залогом высокой температур­ной стабильности, а соответственно, и надёжности.

Однако вернёмся к нашим баранам.
На ОУ ОР1 (TL071) выполнен предварительный усилитель напряжения. Ввиду крайне высокого коэффициента усиления ОУ, появляется возможность введения очень глубокой ООС, что необходимо для нейтрализации главного недостатка, присущего классу В, – искажений типа «ступенька». Операционный усилитель запитан двухполярным напряжением, которое стабилизировано посредством стабилитронов D1, D2 на уровне ±15 В.

Второй каскад усиления на транзисторах Т1...Т5 предназначен для усиления сигнала (как по току, так и по напряжению), поступающего с выхода операцион­ного усилителя до амплитуд, необходимых для подачи на выходной каскад (т. е. практически до ±Еп).
Цепь смещения на транзисторе Т1 задаёт ток покоя через транзисторы Т4, Т5 на уровне 50 мА. Приличный ток и высокая мощность этих транзисторов связана с малым входным сопротивлением выходного каскада, представляющего собой параллельное соединение 8-ми силовых комплементарных транзисторов, вклю­ченных по схеме с общим коллектором.
Диод D5 формирует смещение на базах выходных транзисторов. Величина этого смещения ниже порога открывания транзисторов, тем не менее его наличие увеличивает угол отсечки выходного каскада, что благоприятно сказывается на общем уровне нелинейных искажений.

Для повышения устойчивости схемы усилитель охвачен 2-мя петлями обратных связей с цепями коррекции: первая – локальная (R14✓R20✓C10; R15✓R21✓C11), вторая – общая ООС (R2✓R3✓R4✓C2). Локальная задаёт усиление 2-го каскада, общая – усиление всего УМЗЧ. В нашем случае Кu = R4/R2 + 1 = 63 (36 дБ).

Каждый из предвыходных транзисторов Т4 и Т5 должен быть посажен на свой радиатор, рассчитанный на отвод 5 Вт тепла. Не возбраняется объединить эти два теплоотвода в один 10-ваттный. Ну а для перфекционистов, желающих позаботиться о термокомпенсации данного каскада, следует закрепить на одном из этих радиаторов (или общем) транзистор Т1.

На основном радиаторе УМЗЧ должны быть закреплены только выходные транзисторы. Его габариты в идеале должны быть рассчитаны на рассеивание суммарной тепловой мощности около 200 Вт. Если такой радиатор покажется слишком большим, то прямая дорога к изделию с более скромными размерами и прину­дительной вентиляцией.

Настройка усилителя:

1. Перед включением питания подстроечный резистор R7 следует установить в среднее положение, R9 – в положение, соответствующее максимальному сопро­тивлению.
2. Подключить питание и, ориентируясь на напряжение на выводах R23, устано­вить ток стока Т4 – 50 мА.
3. Посредством R7 выставить нулевое напряжение на выходе.

Характеристики: