Ультралинейный усилитель мощности на 100 Вт

Ультралинейный усилитель мощности на 100 Вт. В 1975 г. на страницах радиолюбительских журналов многих стран появились сообщения о создании мощных ультралинейных усилителей низкой частоты, в которых оконечные каскады выполнены на …полевых транзисторах. Речь шла о качественно новых усилительных приборах высокой и сверхвысокой частоты — так называемых полевых МОП-транзисторах с вертикальной структурой затвора. Оказалось, что полевые транзисторы большой мощности, разработанные для использования в передатчиках высоких и сверхвысоких частот, могут с успехом работать в усилителях мощности низкой частоты. Так, уже первые образцы усилителей с полевыми транзисторами в оконечных каскадах имели выходную мощность до 100 Вт на канал при коэффициенте гармонических искажений не более 0,01%. На средних частотах искажения сигнала были настолько малы, что их трудно было измерить существующими измерительными приборами. Речь идет о коэффициенте гармонических искажений на уровне 0,002—0,003%.

Полевые транзисторы обладают значительно лучшими характеристиками при усилении сигнала без искажений, но приборы, пригодные для работы в оконечных каскадах, появились лишь в начале 70-х годов.

На рис. 1 приведена принципиальная схема усилителя мощности низкой частоты в полосе частот от 10 Гц до 600 кГц на 100 Вт.

Рис. 1.

Как видно из рис. 1, усилитель по своей структуре очень похож на класические УНЧ с двуполярным питанием: входной усилитель по дифференциальной схеме на транзисторах Т1, Т2 и ТЗ, Т4, каскад предварительного усиления на транзисторе Т5 и оконечный каскад с бестрансформаторным выходом по схеме с дополнительной симметрией на полевых транзисторах (Т6, Т7 и Т8, Т9) с различным типом проводимости канала Начальное смещение на затворах транзисторов Т6, Т7 и Т8, Т9, включенных попарно параллельно, регулируется переменным резистором R13. Для защиты затворов полевых транзисторов от больших бросков напряжений, наблюдаемых при включении и выключении усилителя при работе с перегрузкой, применены дополнительные диоды Д2—Д5. Для уменьшения влияния разброса входных характеристик полевых транзисторов на работу усилителя в целом в цепи затворов транзисторов Т6—Т9 включены резисторы R14—R17 по 220 Ом.

Использование попарно включенных транзисторов в оконечном каскаде позволяет при сопротивлении нагрузки 8 Ом получить выходную мощность 100 Вт Если использовать только по одному полевому транзистору и нагрузку с сопротивлением 16 Ом, то выходная мощность составит 50 Вт. В одной из конструкций в оконечном каскаде усилителя на 60 Вт используют шесть полевых транзисторов, включенных параллельно по три. В этом отношении полевые транзисторы имеют большие преимущества перед биполярными, параллельное включение которых затруднительно.

Необходимо отметить две характерные особенности усилителя. Первая заключается в том, что используются четыре источника питания: два нестабилизированных, питающих оконечный каскад, и два стабилизированных для питания предварительных каскадов. Вторая особенность в том, что на выходе усилителя включены три корректирующие цепи- R18C8, R20C9 и R19, L1. Назначение RС-цепей предотвращать самовозбуждение усилителя на высоких и сверхвысоких частотах. Цепь, состоящая из дросселя L1, зашунтированного резистором R19, уменьшает гармонические искажения сигнала на частотах выше 3—4 кГц. Оказывается, что при отсутствии этой цепи коэффициент гармонических искажений усилителя на высоких частотах около 0,01%. а с цепью уменьшается до 0,002%. К сожалению, в зарубежной литературе не указаны данные дросселя L1, поэтому при повторении конструкции усилителя необходимо подбирать намоточные данные экспериментальным путем.

В усилителе можно применять только кремниевые высоковольтные транзисторы высокой частоты. Если не стремиться к достижению очень большой выходной мощности и ограничиться пределом в 30—40 Вт, то можно снизить напряжение каждого из четырех источников питания до 40 В и применить отечественные транзисторы: типа КТ626 с любыми буквенными индексами (T1, Т2, Т5), типа КТ602 также с любыми последующими буквенными индексами (ТЗ, T4) и полевые транзисторы типа КП904А (Т6, T7), КП901А (Т8, Т9). Диоды Д1, Д2, Д5 типа Д220; ДЗ и Д4 — типа КС156А. Входное гнездо Гн1 типа СГ-3 или СГ-5.

Налаживание усилителя с четырьмя источниками питания сводится к установке переменным резистором R13 такого напряжения смещения на затворах полевых транзисторов, при котором начальный ток стока каждого полевого транзистора составит около 50 мА. При таком начальном токе практически полностью устраняются искажения сигнала вида “ступеньки”.

Приступая к работе с полевыми транзисторами, необходимо учитывать их склонность к пробою затвора под действием разряда статического электричества, поэтому требуется соблюдение условий, оговариваемых в инструкции, прилагаемой к транзистору. Следует также учитывать, что полевые транзисторы вообще и мощные в особенности являются приборами нового типа, поэтому их приобретение может быть связано с рядом трудностей.

Остается напомнить, что полевые транзисторы, работающие в оконечных каскадах, так же как и их предшественники биполярные транзисторы, требуют применения эффективных теплоотводов. Правда, у полевых транзисторов есть одно важное преимущество: они не боятся короткого замыкания на выходе. Если такое случится, то происходит повышение температуры канала и уменьшение его тока.