Усилитель мощности на комплементарных транзисторах с полной симметрией плеч

Усилитель мощности на комплементарных транзисторах с полной симметрией плеч для обеих полуволн усиливаемого сигнала и с двойным дифференциальным каскадом на входе.

Он имеет следующие основные технические характеристики:

Номинальная выходная мощность ....... 60 Вт
Коэффициент гармоник .......... 0,04%
Полоса рабочих частот .......... 20 ...150 000 Гц
Отношение сигнал-шум .......... 88 дБ
Напряжение питания ........... ±40 В
Ток покоя .............. 60 мА

Усилитель полностью выполнен на комплементарных транзисторах. Он работает в режиме АВ. Примененные схемные решения позволили до минимума снизить нелинейные искажения. Основная особенность усилителя-симметричность плеч для обеих полуволн усиливаемого сигнала. Это дало возможность снизить нелинейные искажения усилителя без введения ООС. Другая особенность со. стоит в схеме выходного каскада, позволяющей усиливать сигнал не только по току, но и по напряжению. При этом облегчился режим работы транзиеторов предварительного каскада, поскольку требуемая амплитуда сигнала существенно меньше, чем для обычного выходного каскада.

Puc.1

Принципиальная схема усилителя показана на рис.1. Он содержит диффе-ренциальный каскад на комплементарных транзисторах (VT1, VT4, VT2, VT5), каскад усиления сигнала по напряжению [VT7, VT8), выходной каскад (VTIO- VТ13, VT15, VT16) и устройство защиты от перегрузок по току (VT14, VT17). Дифференциальный входной каскад на комплементарных транзисторах имеет дополнительное преимущество по сравнению с обычным: при равенстве базовых токов транзисторов VT1 и VT2 (VT4 и VT5) через резисторы R2 и R3 и через резистор R30 ток может вообще не протекать. Это позволяет, не нарушая ба-лансировки каскада, изменять сопротивление этих резисторов в достаточно боль-ших пределах. Чтобы увеличить коэффициент передачи по напряжению и улучшить линейность при высокой термостабильности, в эмиттерные цепи транзис-торов дифференциального каскада включены источники тока на транзистора VT3 и VT6. Каскад усиления по напряжению выполнен на комплементарной паре транзисторов VT7 и VT8, работающих в режиме А.

Плечи выходного каскада содержат по три транзистора VT10, VT12, VT15 (VT11, VT13, VT16}, охваченных местной ООС через резисторы R25 и R29 (и

сответственно R26 и R31). При этом коэффициент усиления по напряжению каждой тройки транзисторов приближается к трем. Местная ООС позволяет также уменьшить разброс в коэффициентах усиления плеч выходного каскада, что снижает требование к идентичности параметров комплементарных транзисторов. Еще одна особенность выходного каскада состоит в следующем. Напряжение местной ООС, охватывающей тройку транзисторов, снимается с резисторов R34 и R35, напряжение на которых пропорционально любым изменениям тока выходных транзисторов (в том числе и в зависимости от температуры). Это дополнительно стабилизирует ток покоя выходных транзисторов. Напряже-ние смещения транзисторов VT10 и VT11 зависит от падения напряжения на участке эмиттер-коллектор транзистора VT9, задаваемого делителем на эле-ментах VD4, R20 - R22.

Параметрическая ООС через диод VD4, расположенный на общем с выходными транзисторами теплоотводе, осуществляет температурную стабилизацию тока покоя транзисторов VT15, VT16. С увеличением температуры уменьшается падение напряжения и на диоде VD4, при этом уменьшается и напряжение эмиттер - коллектор VT9. Все это позволяет поддерживать ток покоя выходдах транзисторов на постоянном уровне при разных уровнях мощности и коле-баниях температуры окружающей среды. Весь усилитель охвачен общей ООС, напряжение которой с выхода усилителя через делитель R30, RI5, СЗ подается на базы транзисторов VT4, VT5.

Элементы С1, С5, С6, С7, С8, С9, R44, L1 предназначены для коррекции частотной характеристики на высоких частотах. Они же обеспечивают устойчи-вость усилителя при охвате его общей ООС и при возможных изменениях нагрузки. Транзисторы VT14, VT17 шунтируют при перегрузке эмиттерный переход выходных транзисторов. Питается усилитель от нестабилизированного двухполярного источника ±40 В.

Диод VD4 размещен на теплоотводе рядом с транзисторами VT15 или VT16. В усилителе использованы резисторы МЛТ, СПЗ-1К (R22), конденсаторы К50-6, КМ. Ка-тушка LI намотана на резисторе R45 (МЛТ-2) и содержит 10 витков провода ПЭВ-2 0,8. Для питания усилителя требуется двухполярный источник, обеспечивающий при напряжении ±40 В ток не менее 2 А.

Регулировка усилителя, собранного из исправных элементов, заключается в проверке правильности монтажа и установке начального тока коллекторов VT15 и VT16 (50... 70 мА) резистором R22.

Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики нормально работающего усилителя приведены на рис.2.