Усилитель Орлова на полевых транзисторах (10 Вт/8 Ом)

В радиолюбительской практике широкое распространение получил усилитель мощности ЗЧ (УМЗЧ), выполненный по симметричной схеме. Комплементарные биполярные транзисторы его входного каскада включены по схеме двухтактного дифференциального усилителя, а следующего за ним – по схеме с общим эмиттером.

Существенно улучшить параметры такого УМЗЧ позволяет использование в его входных каскадах биполярных и полевых транзисторов (рис.1), включенных по каскадной схеме общий исток общая база (ОИ-ОБ). При таком построении каскада с помощью стабилитронов VD1-VD2 удается поддерживать постоянство потенциалов баз транзисторов VT1, VT4 (а следовательно, истоков VT2, VT3) и таким образом исключить их перегрузку и возможность выхода из строя. При соответствующем выборе режима работы входного каскада можно получить нулевой потенциал в точке соединения резисторов R8, R9 и через резистор R12 ввести сюда глубокую ООС по постоянному току, обеспечив тем самым высокую термостабильность усилителя. Из других достоинств усилителя следует отметить высокую частоту среза АЧХ, низкий уровень шумов, хорошую устойчивость. Основной недостаток такого входного каскада – довольно значительная чувствительность к пульсациям питающего напряжения, что требует применения стабилизированного источника питания.

При необходимости расчета каскада следует задаться током покоя I₀ через его транзисторы VT1-VT4. Сопротивления резисторов R8, R9 находят из следующих соотношений:

R8 = |U_{зи отс2}| ∙ (1 – (I₀ / I_н2) ∙ / I₀,

R9 = |U_зиотс3| ∙ (1 – (I₀ / I_н3) ∙ /I₀,

 

где     U_{зи отс2}, U_{зи отс3} – напряжения отсечки,

I_н2, I_н3 – начальные токи стока транзисторов VT2 и VT3 соответственно.

Например, при одинаковых параметрах этих транзисторов (U_{зи отс2}=U_{зи отс3}=2,4 В, I_н2=I_н3 =6 мА) и токе покоя I₀=3 мА сопротивления резисторов R8=R9=240 Ом.

Второй каскад УМЗЧ выполнен на транзисторах VT5-VT8, включенных также по каскадной схеме ОИ-ОБ.

 

Основные технические характеристики усилителя:

 

Номинальный диапазон частот (без R2C1): 10 – 400000 Гц

Номинальная выходная мощность при К_г<0,1 % в диапазоне 20 – 20000 Гц: 6 Вт

Максимальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом: 10 Вт

Номинальное входное напряжение: 0,8 В

Входное сопротивление: 100 кОм

Скорость нарастания выходного напряжения (без R2C1), 75 В/мкс

Отношение сигнал/шум: 94 дБ

 

Рис. 1

 

В усилителе можно использовать резисторы СП3-16 (R6, R15) и МЛТ (остальные), конденсаторы КТ1 (С1, С4), МБМ (С2, С7), К50-6 (С3, С5, С6). Транзисторы КП303Д можно заменить на КП303Г(Е); КП103М – КП103Л; KT3102A – КТ3102Б; КТ3107А – КТ3107Б; КП904А – КП904Б.

Транзисторы VT2 и VT3 необходимо предварительно подобрать. Для этого их следует включить в соответствии со схемой, изображенной на рис.2. При подборе транзистора VT2 необходим источник положительного напряжения, а транзистора VT3 – отрицательного. Для работы в усилителе пригодны транзисторы, при включении которых падение напряжения на резисторе R1 находится в пределах 1-1,1 В. Полевые транзисторы VT5, VT8 нуждаются в подборе по начальному току стока, который при напряжении сток-исток 8 В должен лежать в пределах 5,5-7 мА. Остальные транзисторы в подборе не нуждаются.

Перед налаживанием усилителя движок резистора R15 следует установить в среднее положение. Начинают налаживание с установки резистором R6 нулевого напряжения на выходе усилителя. После чего прогревают усилитель в течение 5 мин и резистором R15 устанавливают ток покоя транзисторов выходного каскада в пределах 150-200 мА. Затем, подавая на вход усилителя прямоугольные импульсы частотой 1 кГц, подбором конденсатора С4 добиваются отсутствия выбросов на переходной характеристике при изменении выходного напряжения от 0,1 до 9 В на нагрузке сопротивлением 8 Ом.

Макет усилителя испытывался при работе на громкоговоритель от радиолы “Симфония-2-стерео”. В ходе испытаний входной каскад описанного УМЗЧ (VT1-VT4) заменялся на двухтактный дифференциальный каскад на комплементарных биполярных транзисторах (при соблюдении равенства коэффициентов усиления обоих каскадов с целью сохранения одинаковой глубины общей ООС). Затем на место второго каскада УМЗЧ (VT5-VT8) включался усилительный каскад, выполненный на биполярных транзисторах по каскадной схеме ОЭ-ОБ (опять же при сохранении прежней ООС). В обоих случаях было подтверждено существенное преимущество усилительных каскадов с использованием полевых транзисторов, проявлявшееся в лучшей «разборчивости» и «прозрачности» звучания. Объясняется это, вероятнее всего, тем, что полевые транзисторы имеют близкие к квадратичным переходные характеристики, которые способствуют снижению интермодуляционных искажений.

И наконец, сравнивалось звучание описанного УМЗЧ, при замене его второго каскада каскадами, выполненными по схеме ОЭ-ОБ и ОЭ (первый каскад был выполнен по схеме ОИ-ОБ, и глубина ООС не изменялась). При сравнении звучания этих вариантов УМЗЧ было выявлено преимущество каскада ОЭ-ОБ, при использовании которого отмечалось более естественное звучание высших звуковых частот, что связано, очевидно, с частичной компенсацией искажений каскадом, выполненным по каскадной схеме ОЭ-ОБ.

 

Рис. 2

 

Автор: В. Орлов, г. Москва