|
|||||||||||
|
|||||||||||
|
 |
Схемотехника усилителей мощности звуковой частотыВесьма интересен один из первых автомобильных усилителей с преобразователем напряжения питания — "Monacor HPB 150" (рис. 2). Он был выпущен в Германии во второй половине 80-х годов и поныне используется в достаточно мощных системах. Максимальная выходная мощность усилителя на нагрузке 4 Ом порядка 40 Вт на канал в обычном включении. В мостовом включении выходная мощность на той же нагрузке составляет около 150 Вт.
Рис. 2 Схема усилителя — пример остроумных и простых технических решений. На входе установлен коммутируемый переключателем SA1 делитель напряжения из резисторов R2—R6. Коммутация обеспечивает выбор трех уровней чувствительности усилителя — 150, 250 и 500 мВ при входном сопротивлении около 20 кОм. Кроме линейного входа имеется также вход высокого уровня XS1, рассчитанный на подключение магнитолы как с обычным, так и с мостовым усилителем мощности. Чувствительность усилителя с этого входа — около 2,5 В, входное сопротивление — порядка 150 Ом. Первый каскад усилителя мощности звуковой частоты дифференциальный, напряжение в цепи эмиттеров стабилизировано на уровне -12В общим для обоих каналов параметрическим стабилизатором R8VD101. Второй каскад — усилитель напряжения с ПОС по питанию ("вольтодобавкой") и двухтактный выходной каскад на комплементарных составных транзисторах. В выходном каскаде применена защита по току за счет нелинейной ООС. Ток выходного каскада контролируется по падению напряжения на резисторах R24, R25 в цепи эмиттеров транзисторов VT9,VT10. Характерная особенность усилителя в мостовом включении, не встречающаяся в современных схемах, — переключение левого усилительного канала в инвертирующий 'режим с единичным коэффициентом передачи выходного сигнала правого канала. Секция переключателя SA2.2 замыкает на общий провод вход левого канала, а секция SA2.3 через резистор R115 подключает базу транзистора VT2 к выходу правого канала. Вход левого канала в мостовом режиме отключается, суммирование сигналов левого и правого каналов в этом режиме не предусмотрено. Нет в усилителе и активных фильтров. При повторении конструкции в выходном каскаде можно использовать комплементарные пары транзисторов серий КТ818 и КТ819, в предоконечном — КТ816 и КТ817. Цепи защиты можно исключить — при разумной эксплуатации это никак не скажется на надежности. На входе каждого канала усилителя мощности установлен линейный усилитель (драйвер), выполненный на ОУ DA1 (рис. 3, нумерация элементов условная). Коэффициент усиления переменным резистором R5 изменяется на 20 дБ. Это позволяет регулировать чувствительность усилителя в диапазоне 0,15...1,5 В. Питание ОУ осуществляется от простейшего параметрического стабилизатора напряжения на стабилитронах VD1, VD2.
Рис. 3 Схема усилителя мощности полностью симметрична от входа до выхода, что способствует уменьшению искажений сигнала. В выходном каскаде использованы параллельно включенные транзисторы. Для линеаризации характеристик выходного каскада при малом уровне сигнала введена глубокая местная ООС за счет резисторов сопротивлением 10 Ом в эмиттерах выходных транзисторов. При увеличении падения напряжения на этих резисторах до 0,7 В они шунтируются диодами и на работу усилителя при большом сигнале влияния не оказывают. Такое построение выходного каскада обеспечивает глубокую местную ООС при малых уровнях сигнала, что положительно сказывается на качестве звучания. Обычно в усилителях классов В и АВ с малым током покоя наблюдается резкий рост искажений сигналов низкого уровня, что приводит к потере "прозрачности" звучания и детализации звуковых образов (в слуховых тестах усилителей подобные искажения описываются как "смазанный звук"). Для уменьшения искажений приходится увеличивать ток покоя выходного каскада. Примененное решение позволяет сохранить экономичность усилителя и повысить качество "первого ватта". Фильтр R1 R2C2 на входе УМ с частотой среза порядка 100 кГц предотвращает попадание в тракт радиопомех и наводок от встроенного преобразователя напряжения питания. Корректирующие конденсаторы С5—С7 обеспечивают устойчивость работы усилителя. С этой же целью на его выходе установлена традиционная цепочка R22C10. Конденсатор С8 снижает искажения сигнала на верхних частотах диапазона. Усилитель смонтирован в массивном алюминиевом корпусе с ребрами, выполняющем функцию теплоотвода. Транзистор VT7 и терморезистор R15 с положительным ТКС (так называемый позистор) имеют тепловой контакт с корпусом. Защита от перегрузки усилителя осуществляется в блоке питания. Указанные на схеме транзисторы ВС546В и ВС556В можно заменить соответственно на КТ3102Ж и КТ3107Б, ВС639 и ВС640 — на КТ645А и КТ644А, 2SC2389 — на любой из серии КТ315. У составных транзисторов выходного каскада TIP142 и TIP147 прямых аналогов нет, но их могут заменить соответственно КТ827 и КТ825 с любым буквенным индексом и дополнительные защитные диоды КД213 (их подключают между коллектором и эмиттером в обратной полярности). При повторении конструкции имеет смысл отказаться от предварительного усилителя на ОУ и регулировать коэффициент усиления изменением глубины ООС усилителя мощности звуковой частоты. У четырехканального усилителя "PPI 4240" (4x60 Вт) аналогичная структура (рис. 4). На входе каждого канала установлен предварительный усилитель на ОУ DA1 с общим для каждой пары каналов регулятором уровня входной чувствительности VR1 (сохранена заводская нумерация элементов). Коэффициент передачи предварительного усилителя изменяется от -6 до +20 дБ, что обеспечивает широкий диапазон регулировки чувствительности — от 150 мВ до 3 В. Для работы каналов усилителя в мостовом включении предусмотрен инвертор на ОУ микросхемы DA2, включаемый в один из каналов каждой пары.
Рис. 4 Ключи на полевых транзисторах VT1, VT2 блокируют вход усилителя мощности звуковой частоты на время переходных процессов при включении и выключении источника сигнала, обеспечивая "бесшумную" коммутацию. Это необходимо, поскольку усилитель имеет открытый по постоянному току вход. Сигнал для управления ключами и блоком питания формируется отдельным каскадом. Усилитель мощности имеет симметричную структуру. На входе установлен двойной дифференциальный каскад. Для расширения динамического диапазона дифференциального каскада в эмиттеры транзисторов VT3—VT6 включены резисторы R17, R18, R21, R22. Цепи эмиттеров дифференциальных каскадов питаются от дополнительного источника напряжения (на схеме не показан). Второй каскад — усилитель напряжения с местной ООС. Третий каскад — двухтактный эмиттерный повторитель на составных транзисторах. Корректирующие конденсаторы С4, С6, С7 обеспечивают устойчивость усилителя. Ток выходного каскада контролируется на резисторе R31. При увеличении его до 5 А транзистор VT14 открывается и включает триггерную защиту блока питания. Работа преобразователя напряжения блокируется. Для снятия блокировки после устранения перегрузки нужно выключить и вновь включить усилитель. Рассмотренные усилители мощности звуковой частоты выполнены на дискретных компонентах. Во многих усилителях ОУ используют не только в каскадах предварительного усиления, но и для "раскачки" транзисторов выходного каскада. Пример такого схемотехнического решения — усилитель мощности "Hifonics Mercury" (рис. 5). Его особенность — применение многопетлевой ООС. Первый каскад усилителя выполнен на ОУ DA1.1 и через цепь R2R3 охвачен петлей ООС, устанавливающей его усиление 35 дБ. Второй и третий каскады усиления — двухтактные на комплементарных парах транзисторов VT1, VT2 и VT3, VT4, включенных по схеме с ОЭ. Для обеспечения работы транзисторов VT1 ,VT2 на линейном участке характеристики их базовые цепи подключены к цепочке сдвига уровня из последовательно включенных диодов VD1 — VD4. Выходной каскад построен по традиционной схеме на составных эмиттерных повторителях. Его особенность — наличие "выравнивающего" резистора R21 в цепи смещения выходных транзисторов.
Рис. 5 Эти каскады усилителя мощности звуковой частоты также охвачены петлей ООС, снижающей их усиление до 15 дБ. Напряжение обратной связи подается с выхода усилителя на эмиттеры транзисторов VT1 и VT2 через независимые цепи R10R11СЗи R12R13C4. Помимо этого, весь усилитель охвачен общей ООС через резистор R4. Для обеспечения устойчивости усилителя при многопетлевой ООС в выходных каскадах использована коррекция (конденсаторы СЗ—С9). Примененные решения позволяют получить очень низкий коэффициент гармоник усилителя — менее 0,05 % при выходной мощности 2x50 Вт на нагрузке 4 Ом. Рассмотренный канал усиления — инвертирующий. Для работы усилителя с мостовым включением нагрузки второй канал выполнен неинвертирующим. С этой целью там использовано соответствующее включение ОУ первого каскада (рис. 6). Остальная часть схемы отличий не имеет.
Рис. 6 Рассмотренные в статье модели усилителей обеспечивают выходную мощность до 50 Вт на канал. Для большинства автомобильных аудиосистем этого более чем достаточно. С учетом уровня шумов в салоне, чувствительности АС и динамического диапазона сигнала средняя выходная мощность обычно не превышает 3...5 Вт на канал. Запас мощности требуется только для неискаженной передачи кратковременных пиков сигнала. Поэтому многие недорогие модели усилителей спроектированы с учетом этого фактора и долговременная мощность блока питания не соответствует максимальной мощности усилителя. Перегрузочная способность таких усилителей при большой выходной мощности зависит не от схемотехники УМ, а от энергетических возможностей блока питания. Создать усилитель большой мощности не так уж сложно. Намного труднее обеспечить ему надежное питание. Без преувеличения можно сказать, что качественные показатели автомобильного усилителя в режиме большой мощности определяются исключительно блоком питания. Недостаточность мощности преобразователя приводит к дополнительным искажениям пиков сигнала, ухудшению разделения каналов, повышению выходного сопротивления усилителя и, следовательно, снижению демпфирования. В случае работы усилителя на сабвуфер последнее обстоятельство имеет решающее значение. Словом, надежный блок питания — это больше, чем "пол-усилителя". |
|
| © 2006 Integral |