• О магазине
 
• Как купить
 
• Адреса магазинов
 
• Оптовые продажи

• Прайс-лист
 
• Статьи, схемы и программы
 
• Отзывы
 
• Фотогалерея

Усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) на операционных усилителях (ОУ) и MOSFET-ах

( Sergej Schulz, Jul 2003 , отзывы на amp@users.itmr.net )

Продолжение.

Коэффициент усиления УМЗЧ определяется как R3/(R1+R2)=27. при понижении напряжения питания до +-32В возможно уменьшение R3 до 220к, что дает Ку=22. Конденсатор C3=2пФ для нормальной работы усилителя не требуется, но значительно повышает устойчивость усилителя при работе на емкостную нагрузку. Повышение С3 более 4пФ ухудшает параметры усилителя. Диоды D1,D2 Ц любые высокочастотные маломощные кремниевые диоды с малой паразитной емкостью, типа КД521. Они помогают ОУ не входить в глубокое насыщение как в случае перегрузки усилителя по входу сигналом, так и в случае импульсных помех.
УМЗЧ является инвертирующим, со всеми преимуществами такого включения - повышенная устойчивость к возбуждению, отсутствие синфазных сигналов на входах ОУ, резистивное суммирование входного сигнала и сигнала ООС.
В реальном усилителе вместо одиночного ОУ я использую сдвоенный вариант как TL082 или OPA2134. При этом эмиттерные повторители стереоканалов подключаются коллекторами на стабилитроны 18Вольт, тем самым снабжая OУ напряжением питания. В состоянии покоя каждый эмиттерный повторитель имеет ток коллектора около 15мА, на максимуме сигнала этот ток доходит до 25мА. ОУ потребляет 4мА TL082 или 8мА OPA2134, еще 4мА используется для второго стабилизатора напряжения 10 Вольт. Итак, остальной ток от 18 до 28мА поглощается стабилитроном. Мощность на стабилитроне: 30мА*18В=550мВт. Потому стабилитрон должен быть мощностью минимум 1.5Вт. я взял на 5Вт. Конденсаторы С4,С5 100мкФ х 25Вольт обеспечивают отсутствие просадок в питании, когда эмиттерные повторители обеих каналов закрыты, и, кроме того, вместе с резисторами R4,R5 создают схему «мягкого включения» усилителя.
Сигнал с выхода ОУ через резисторы R8,R9 поступает симметрично на каскады, образованные транзисторами Q1,Q2 по схеме с общей базой. Напряжение на базах транзисторов опеределяет ток покоя выходных транзисторов усилителя и стабилизировано мвломощными стабилитронами с последовательно включенными диодами. Диоды здесь являются частью термокомпенсации усилителя и могут быть любыми маломощными выпрямительными кремниевыми диодами. У меня поставлены 1N4007. В качестве транзисторов Q1,Q2 у меня используются BC639,BC640. В качестве замены подойдут кремниевые маломощные транзисторы c Uкэ >= Uпит, граничной частотой усиления тока > 50МГц и c h21>= 50. Транзисторы Q1,Q2 создают источники тока, управляемые напряжением. Для усиления этого тока и превращения его в управляющее затворами выходных транзисторов напряжение используются каскады эмиттерных повторителей на транзисторах Q3,Q4.
В качестве таковых я использую BD139, BD140. При указанных параметрах цепей они рассеивают в рабочих режимах около 250мВт мощности и в радиаторах не нуждаются. В качестве замены подойдут транзисторы средней мощности c Uкэ >= Uпит, граничной частотой усиления тока > 50МГц и c h21>= 50. Диоды D9,D10 приклеены на выходные транзисторы и служат для термокомпенсации тока покоя выходных транзисторов. В качестве таковых подойдут маломощные кремниевые высокочастотные диоды. Ток покоя выходных транзисторов 100-200мА оптимален.
Диоды D11,D12 служат для защиты выходных транзисторов от вхождения в режим насыщения. В качестве таковых я использую 1N4007.

Выходные каскады охвачены местной обратной связью через пары резисторов R10,R8 и R11,R9.
Эти резисторы должны быть подобраны с достаточно высокой точностью. Кроме того коэффициент усиления оконечного каскада не должен быть менее 5. Проблема в том, что при уменьшении резисторов R10,R11 может быть достигнут случай, что на пиках напряжения на выходе током через резисторы обратной связи будет открываться и противоположное плечо усилителя. Сквозной ток как результат.

Конденсаторы С8 и С9 осуществляют коррекцию на опережение выходного каскада усилителя.Без такой коррекции выходной каскад имеет частоту среза около 100кГц. C конденсаторами коррекции в 180пФ получаем абсолютно гладкую АЧХ вплоть до 10МГц но от источника сигнала с нулевым выходным сопротивлением. На реальных ОУ величины конденсаторов были установлены в 220пФ. При этом для TL081 частота среза выходного каскада достигает 800кГц, а для OPA134 лежит выше 2МГц.

Конструктивно усилитель размещается на печатной плате размерами 90х50мм, при этом выходные транзисторы попарно крепятся на общих медных пластинах с размерами 40х25х3мм и через теплопроводящую изолирующую прокладку на общий радиатор.

Сильноточная и сигнальная «земли» усилителя соединяются раздельными проводами с общей точкой «земли» вблизи конденсаторов фильтра питания. Поскольку усилитель имеет ограниченный сверху максимальный выходной ток, то схемы защиты от КЗ отсутствуют, но легко могут быть введены, используя как датчики тока резисторы R21,R20. я ограничился на сегодня плавкими предохранителями на 5А в плечах питания усилителя.

 
Здесь вы можете скачать файл в формате SprintLayout3.0;
Предупреждение: возможны ошибки в разводке - проверять!

В дальнейших моих планах Ц создание упрощенных версий усилителя в 4-х и 2-х канальных вариантах с напряжением питания +/-32В на базе TL084 TL082 для домашнего кинотеатра.

Возможности развития УМЗЧ:

Любителям ДВысокого КонцаУ, не отрицающих схем с ООС:
Используйте высококачественные ОУ, Транзисторы от Тошибы, замените входной конденсатор на интегратор в цепи ООС Ц инвертирующий вход ОУ свободен для использования.

Любителям высоких мощностей:
Возможность параллельного включения выходных каскадов не исключена.

Для скупых рыцарей:
За исключением мощных выходных транзисторов в схеме практически нет
"принудительно-дорогих" компонентов. По сложности схема на уровне TDA7294,
По качеству Ц ну просто обязана переиграть большинство интегральных решений,
не капризен, даже в самом несчастном случае нет эффекта «сгорания дотла»
как у микросхемных усилителей.