В. Иванов, Радио №2/1970, ст.29
До недавнего времени радиолюбители строили транзисторные усилители НЧ в основном с трансформаторными выходными каскадами. Наиболее существенные недостатки таких усилителей — неравномерность усиления по диапазону звуковых частот, значительные фазовые и нелинейные искажения, вносимые трансформаторами. Кроме того, они сравнительно громоздки, что ограничивает использование их в малогабаритных приемниках, магнитофонах, телевизорах. Эти обстоятельства и заставляют радиолюбителей конструировать бестрансформаторные транзисторные усилители НЧ, как более надежные, дающие равномерное усиление в очень широком диапазоне звуковых частот без нелинейных искажений, вызываемых отсечкой тока в режиме класса B, и имеющие значительно меньшие габариты и вес. Исключение составляют в основном лишь те усилители, вопрос экономии питания которых имеет первостепенное значение (бестрансформаторные усилители менее экономичны).
Предлагаемый вниманию радиолюбителей усилитель НЧ разработан в лаборатории журнала «Радио». Его принципиальная схема не претендует на новизну. Достоинство усилителя заключается в том, что он прост конструктивно, легко налаживается, имеет хорошие параметры и достаточно стабильно работает в течение длительного времени. Тщательно отработанная монтажная схема позволяет выполнить усилитель даже малоопытным радиолюбителям.
Усилитель пригоден для работы с грамзаписью, а также в роли оконечного каскада в радиоприемниках и магнитофонах.
Чувствительность усилителя — 250 мв, выходная мощность, измеренная на нагрузке 6,5 ом, — 2 вт при коэффициенте нелинейных искажений 2,3%. Выход усилителя рассчитан на подключение к нему одного или нескольких громкоговорителей с общим сопротивлением звуковых катушек в пределах 4,5—7,5 ом. Питается усилитель от аккумуляторной батареи или выпрямителя, потребляя при максимальной мощности ток около 200 ма.
Принципиальная схема усилителя показана на 3-й странице обложки. Первый каскад усилителя выполнен на транзисторе T1, включенном по схеме с общим эмиттером. Входной сигнал поступает на базу этого транзистора через резистор R1 и разделительный конденсатор C1. Резистор R4 стабилизирует режим транзистора T1 по постоянному току, а шунтирующий его конденсатор C3 устраняет отрицательную обратную связь по переменному току. Напряжение смещения на базу транзистора подается с делителя R2R3. Питается делитель с точки симметрии выходного каскада, благодаря чему между выходом и входом усилителя создается сильная отрицательная обратная связь, способствующая стабилизации напряжения покоя (в точке симметрии) оконечного каскада.
У правильно отлаженного усилителя напряжение в точке симметрии равно половине напряжения источника питания. Температурные изменения напряжения покоя транзисторов приводят к снижению максимальной выходной мощности из-за того, что к одному из них подается меньшее напряжение источника питания.
Второй, фазоинверсный каскад усилителя собран на транзисторах T2 и T3 различного типа проводимости. Транзистор T2 p-n-p типа усиливает отрицательную полуволну напряжения сигнала, а транзистор T3 n-p-n типа — положительную. Напряжение сигнала подается на их базы непосредственно из коллекторной цепи транзистора T1.
Для уменьшения зависимости тока покоя оконечных транзисторов от температуры и предотвращения их теплового пробоя необходимо, чтобы напряжение на резисторе R6 в базовой цепи транзисторов Т2 и Т3 уменьшалось с повышением температуры. Здесь это достигнуто включением последовательно с резистором R6 диода Д1. Прямое падение напряжения на этом диоде уменьшается с увеличением температуры (примерно 2 мв на 1° C), что и используется для температурной стабилизации.
Нагружен фазоинверторный каскад на резисторы R8 и R9 одинаковых сопротивлений, с которых сигнал подается на базы транзисторов T4 и T5 усилителя мощности. Эти резисторы частично выравнивают выходное сопротивление плеч фазоинверторного каскада.
Выходной каскад, выполненный по бестрансформаторной схеме, нагружен на громкоговоритель Гр1.
Для снижения частотных и нелинейных искажений в усилитель введена еще цепь отрицательной обратной связи — между выходом усилителя и базой транзистора T1 через резистор R10.
В усилитель можно ввести раздельную регулировку усиления высших и низших звуковых частот. Для этого надо вместо резистора R10 включить цепь частотно-зависимой обратной связи, схема которой показана на рис. 1. Резистор R13 обеспечивает подъем усиления в области высших частот, а R15 — завал в области низших частот.
Конструкция (см. обложку). Усилитель смонтирован на плате из гетинакса размерами 110х65х2 мм. Схема размещения деталей и разметка отверстий на плате показаны на рис. 2. Монтаж может быть выполнен как печатным методом, так и с помощью монтажных проводников. В первом случае основой для платы служит фольгированный гетинакс. На него наносят рисунок монтажа, для выводов деталей просверливают отверстия диаметром 1,1 мм, а затем рисунок токонесущих проводников покрывают кислотоупорным лаком. После высыхания лака (5–6 час) рисунок корректируют остро заточенным скальпелем, удаляя размывы, подтеки, затем вытравливают лишнюю фольгу в растворе хлорного железа, после чего плату промывают в теплой воде, очищают от защитного лака и сушат.
Во втором случае в отверстия (теперь уже диаметром 0,9 мм) в текстолитовой или гетинаксовой плате, просверленные по рисунку монтажа, запрессовывают облуженные медные штифты диаметром 1 мм. С нижней стороны платы к штифтам подпаивают соединительные проводники, а с верхней — детали.
Для облегчения теплового режима транзисторы выходного каскада укреплены на радиаторах. В описываемой конструкции усилителя применены двупластинчатые радиаторы. Площадь наружных пластин 27 см² (90х30 мм), внутренних пластин — около 20 см² (67х30 мм). Пластины изготовлены из листового алюминия толщиной 1,5–2 мм. Если монтаж выполняется на штифтах, то те из них, которые окажутся под радиаторами, не должны выступать сверху платы. В этом случае полезно под радиаторы подложить тонкий текстолит.
Если с усилителя предполагается снимать неполную мощность, в пределах 1–1,2 вт, то опорных гаек радиаторов (см. обложку) может не быть. Тогда наружные пластины радиаторов будут плотно прилегать к монтажной плате.
Конденсатор С4 укреплен непосредственно на громкоговорителе.зисторов, предназначенных для установки в усилитель, неизвестны, целесообразно предварительно собрать усилитель на макетной плате, скорректировать сопротивления резисторов применительно к имеющимся транзисторам, наладить усилитель, а затем детали перенести на подготовленную монтажную плату.
Для хорошей работы усилителя его оконечные транзисторы должны иметь одинаковые коэффициенты усиления по току Вст как при малых (1–2 ма), так и больших (60–80 ма) коллекторных токах, это позволит снизить коэффициент нелинейных искажений при полной мощности усилителя.
В усилителе желательно применить транзисторы с коэффициентами усиления по току Вст: в первом каскаде — 60–80, фазоинверсном — 45–80, в оконечном — 35–60. Можно, разумеется использовать транзисторы и с меньшими значениями Вст, что несколько снизит выходную мощность усилителя (при неизменном коэффициенте нелинейных искажений).
Чтобы предупредить возможный пробой транзисторов оконечного каскада при первом включении, входные зажимы усилителя надо закоротить и убедиться в надежности подключения к выходу усилителя нагрузки — громкоговорителя или его эквивалента. Затем в общую цепь питания включить миллиамперметр на ток 50–100 ма. В первый момент включения питания возможен бросок тока, после чего ток тут же должен уменьшиться до 3–5 ма. Если общий ток остается значительным (20–30 ма и больше), питание надо выключить и еще раз проверить монтаж.
В правильно смонтированном усилителе при напряжении источника питания 12 в токи коллекторных цепей не должны отличаться от указанных на принципиальной схеме более чем на 10%.
Установив режимы транзисторов, можно проверить работу усилителя от источника звуковой частоты.
Зависимость максимальной выходной мощности от сопротивления нагрузки при напряжении питания 12 в иллюстрируется таблицей 1, а зависимость выходной мощности от напряжения источника питания при постоянном сопротивлении нагрузки, равном 7,5 ом, — таблицей 2.
Частотная характеристика усилителя показана на рис. 3. В области низших звуковых частот ее можно несколько расширить, увеличив емкость конденсатора C4.
При налаживании усилителя особое внимание следует уделить данным резистора R6 и диода Д1, подбирая их применительно к используемым транзисторам. При минимальном входном сигнале (15–20 мв) частотой около 1000 гц надо подобрать такой экземпляр диода Д1, при котором на экране осциллографа, подключенного к выходу усилителя, просматривается хорошая форма синусоиды без «ступеньки» в средней ее части. Этому требованию отвечают диоды Д18. После этого, но уже без сигнала на входе усилителя, подбирают сопротивление резистора R6 так, чтобы ток покоя оконечных транзисторов был не более 2–4 ма. Производить замену диода Д1 можно только после отключения питания.
