Звукотехника
УМЗЧ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Я. ТОКАРЕВ, г. Москва
В нашей редакционной почте нередки письма с просьбой о публикации описаний УМЗЧ на полевых транзисторах. Отвечая пожеланиям наших читателей, предлагаем несложный усилитель мощности. Он отличается широкой полосой пропускания и линейностью даже при разомкнутой цепи общей ООС. Схемотехника усилителя позволяет при необходимости увеличить его выходную мощность или снизить допустимое сопротивление нагрузки.
Описываемый УМЗЧ с мощными полевыми транзисторами отличается высокой температурной стабильностью, имеет малый ток покоя, не боится замыканий в нагрузке, достаточно устойчив и надежен. К особенности предлагаемой конструкции можно отнести ограниченный выходной ток и в связи с этим необходимость использования громкоговорителей с номинальным сопротивлением 8 или 16 Ом.
Технические характеристики усилителя
Номинальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом, Вт ..........................32
Чувствительность, В..............1
Входное сопротивление, кОм ......20
Глубина ООС на частоте 20 кГц, дБ....................36
Коэффициент гармонических искажений при Рвых=8 Вт на частоте 20 кГц, %, не более ..................0,015
Отношение сигнал/шум усилителя не измерялось, но вблизи АС заметного шума при включенном УМЗЧ не прослушивается.
Основная особенность устройства — использование высокочастотных генераторных полевых транзисторов с горизонтальной структурой канала (КП904А). Как известно из [1], этот тип МДП транзисторов отличается относительно линейной передаточной характеристикой и высоким быстродействием. Однако сравнительно невысокая крутизна характеристики и повышенное сопротивление в открытом состоянии ограничивают максимальный ток транзистора.
Как выяснилось из экспериментов с транзисторами КП904А, кривизна начального участка их проходной характеристики незначительна, и при токе покоя около 30 мА проходная характеристика выходного каскада уже достаточно линейна, поэтому коммутационные искажения оказываются очень низкими. Относительно малые значения емкостей этих транзисторов позволяют отказаться от их форсированной перезарядки.
Транзисторы серии КП904 перспективны и в качестве усилителя напряжения, так как дают значительное линейное усиление и быстродействие при отсутствии эффекта насыщения. Благодаря их достаточно линейным характеристикам искажения в таком усилителе не имеют широкого спектра гармоник, который бывает с биполярными транзисторами.
Сам усилитель охвачен общей ООС средней глубины, которая на всех звуковых частотах практически не уменьшается. Коррекции "вперед" или "назад", вызывающие перегрузку на импульсном сигнале либо снижающие скоростные характеристики, в нем не использованы.
Схема УМЗЧ приведена на рис. 1. Входной сигнал после ФНЧ R2C1 приходит на один из входов дифференциального усилителя, выполненного на транзисторах VT1—VT4. Применение составных транзисторов повышает линейность входного каскада и его входное сопротивление. Генератор тока каскада выполнен на VT5; диоды VD2, VD3 и резистор R11 задают его ток, а резистор R12 улучшает симметрию плеч каскада на высоких частотах. Сам этот генератор питается напряжением, определяемым стабилитроном VD1. Дифференциальный усилитель при токе покоя 3 мА имеет спад коэффициента усиления на 1 дБ на частоте около 360 кГц (входная емкость последующего каскада — около 300 пФ).
Транзисторный усилитель мощности без обратной связи
К. МУСАТОВ, г. Москва
В статье предложен вариант транзисторного стереоусилителя на базе популярного в свое время среди меломанов лампового усилителя "Прибой-204" или "Прибой-104". Фактически от него используются лишь корпус, сетевой и выходные трансформаторы. Использование компенсационного метода линеаризации характеристик усилительных каскадов и применение приборов с "встроенной" обратной связью позволило получить небольшие нелинейные искажения с гармониками низкого порядка и малое выходное сопротивление без введения внешней отрицательной обратной связи.
Человеческое ухо — нелинейный преобразователь; как показали исследования [1], уровень гармонических искажений в нем спадает в энергетическом выражении примерно как 10", где п — номер гармоники. В логарифмическом исчислении это по 10 дБ на каждый интервал между гармониками. Исходные данные, снятые на тональном сигнале Г. Олсоном, были обработаны Д. Чивером в [2] и в нормированном относительно уровня тестового сигнала виде представлены на рис. 1. Из графиков видно, что при изменении звукового давления от 50 дБ (тихий голос) до 90 дБ (уровень звучания в студии) нелинейные искажения, продуцируемые ухом при преобразовании слышимого звука в ухе и обработке его в мозге, изменяются от 1,5 до 20 % по второй гармонике и от 0,3 до 3 % по третьей. Получается, что если усилитель внесет в сигнал меньший уровень гармонических искажений, то эти искажения будут замаскированы собственными искажениями уха. Учитывая, что слух частично адаптируется к собственным искажениям, установим запас по уровню спектральных составляющих искажений в 10 дБ. Этот запас позволит не демаскировать искажения на низких частотах, когда гармоники попадают в область максимальной чувствительности слуха, а также обеспечить приемлемый уровень интермодуляционных искажений, к которым слух более чувствителен. Поскольку автор поставил задачу построения двухтактного усилителя (у таких усилителей в спектре искажений основная гармоника третья), то ориентиром будет служить значение 1 % искажений по третьей гармонике при уровне звукового давления около 90 дБ. Также из графика видно, что при уровнях звукового давления до 70. ..80 дБ усилитель не должен продуцировать высшие гармоники, начиная с седьмой.
В работах [2, 3] показано, что при замыкании цепи обратной связи происходит расширение спектра гармоник. Усилители с ламповыми триодами и полевыми транзисторами имеют передаточную функцию, близкую к линейно-параболической. Усилительный каскад на мощном полевом транзисторе при уровне искажений по второй гармонике 10 % до замыкания цепи ООС создает резко спадающий спектр. После замыкания цепи ООС получается более широкий спектр уменьшенных по уровню искажений.
УМЗЧ на полевых мощностью 100..500 Вт
Мощные полевые транзисторы фирмы (http://www.profusionplc.com/static/exicon.htm) также ориентированы “на звук” - имеют слабую зависимость крутизны (forward transfer admittance) от тока стока и сглаженные выходные ВАХ. По электрическим параметрам подобны хитачевским n-канальным 2SK133-35, 2SK175-76 и р-канальным 2SJ48-50, 2SJ55-56, но при несколько большей цене имеют более близкие характеристики комплементарных пар. Выпускаются как в металлических корпусах ТО-3, так и в пластмассовых ТО-264, ТО-247.
Типичные представители - серия EC-10N20 (n-канальный) и ЕС-10Р20 (р-канальный) имеют рассеиваемую мощность 125 Вт (макс, температура перехода 150 °С, тепловое сопротивление переход-корпус 1 °С/Вт), постоянный ток стока 8 А, максимальное напряжение сток-исток 200 В, входную емкость 500 (700 для ЕС-10Р20) пФ, выходную 300 пФ, время включения 100...120 нс, выключения 50..60 нс, крутизну 0,7...2 А/В. Такие характеристики позволяют создавать на одной паре транзисторов (см. типовую схему с n-канальным TR8 и р-канальным TR9) УМЗЧ мощностью 100...500 Вт (на нагрузке 4 Ома) с коэффициентом гармоник <0,01% и полосой полной мощности 100 кГц.
ВЫХОДНОЙ КАСКАД УЗЧ на К174УН19
В последнее время в качестве выходных каскадов радиолюбительских аппаратов широко применяются интегральные усилители серии К174, Наиболее подходящими для этих целей я считаю использование микросхем К174УН14 и К174УН19 (аналоги - 2003 и 2030 соответственно). Обычно микросхемы используются в типовом включении, хотя можно использовать их с большей пользой.
УМЗЧ с раскачкой по шинам питания ОУ
Николай Асенов, г. София (Болгария)
В усилителе с максимальной выходной мощностью 75 Вт (на нагрузке сопротивлением 4 Ома) раскачка на двухтактный каскад усилителя напряжения (VT1VT2, включенные по схеме с общим эмиттером) осуществляется с выводов питания операционного усилителя DA1. Выходной квазикомплементарный каскад выполен на супер бета-транзисторах VT5, VT6 и мощных VT7, VT8 одного типа проводимости (n-p-n).
Диоды VD3-VD6 задают и термостабилизируют режим работы транзисторов выходного каскада. Эти диоды необходимо монтировать на радиаторах VT7 или VT8. Транзиторы VT3, VT4 образуют схему защиты от перегрузки. Цепь общей ООС как по переменному, так и постоянному току замыкается через делитель R3R1C2C3.
Супер Сабвуфер!
для тех, кто играет ...
Всеволод Марценюк, г.Харьков
Многие, кто играет и работает на компьютере, наверняка замечали, что звучание мультимедийных колонок (если они, конечно, не куплены за “бешеные деньги”) сильно отличается в худшую сторону от более-менее приличного стационарного комплекта бытовой аудиоаппаратуры. Те колонки, которые обычно покупаются к компьютеру, отличаются небольшими размерами, соответственно, размер динамика в них ограничен конструктивно, а, значит, и воспроизведение низкочастотной составляющей звукового сигнала практически недоступно.
Обычно на колонках “китайского” производства написан частотный диапазон 20-20000 Гц и мощность в несколько сот ватт “РМРО”. Поздравим изготовителей с хорошим чувством юмора. В лучшем случае колонки в ценовой группе 100-120 грн ($25-$30) могут воспроизвести от 100 до 14000 Гц при весьма большой неравномерности в этом диапазоне, а “настоящая” синусоидальная мощность от 5 до 15 Вт.
Основная же мощность звукового сигнала (около 70%) лежит в низкочастотной области ниже 200 Гц. И обычно при игровом процессе именно НЧ-составлющая создает эффект присутствия (взрывы, выстрелы, удары, гул мотора). Дешевые мультимедийные колонки лишают слушателя всех этих прелестей, просто не воспроизводя звуки ниже 100 Гц.
Предлагаемая вашему вниманию конструкция поможет устранить указанные недостатки. Достаточно добавить к обычным дешевым колонкам сабвуфер, как звуковая картина преобразится. Появляется четко очерченный “низ”, взрывы действительно давят на грудь и чуть ли не сшибают с ног ©.
В чем же “изюминка” предлагаемого сабвуфера? Прежде всего, в высоком КПД - применена новая микросхема интегрального усилителя класса D. КПД у данной микросхемы превышает 80%, а отдаваемая мощность при мостовом включении - 180 Вт.
Основные характеристики;
Потребляемая мощность (при максимальной
громкости).................................................................. 230 Вт
Коэффициент гармоник (20 Вт) ....................................0,3%
(180 Вт).................................. 10%
Уровень входного сигнала................................................ 1 В
Частотный диапазон..............................................18-100 Гц.
Принципиальная схема сабвуфера приведена на рис.1.
Высоколинейный УМЗЧ с внутренним истоковым повторителем
Олег Папуш, г.Херсон
В усилителе, схема которого изображена на рисунке, высокая линейность даже без ООС достигнута благодаря внутреннему истоковому повторителю на VT11, который удачно согласует большое (более 1 МОм) выходное сопротивление каскада усиления напряжения на VT9 с существенно меньшим и нелинейным входным сопротивлением выходных каскадов на VT13, VT15-VT18.