Усилитель на транзисторах мощностью 200 Вт. Представленная в этой статье схема усилителя мощности выполнена полностью на основе транзисторов и дискретных компонентах. Это позволяет настраивать его в соответствии с собственными требованиям. Усилитель понравится всем тем, кто любит солидные и надежные схемные конструкции и качественный звук.
Мощный усилитель на транзисторах HEXFET в оконечном каскаде
При реализации транзисторного усилителя с мощностью более 100 Вт, бывает что возникает множество проблем. Одной из которых является большой ток, протекающий в выходном каскаде, а зачастую и высокое напряжение, используемое для управления усилителем мощности. В этом случае, очень важное место занимает конструкция печатной платы и выбор правильных силовых транзисторов. Представленная здесь схема УМЗЧ характеризуется полной симметрией передачи сигнала от входного до выходного каскада.
Усилитель на транзисторах и других дискретных элементах представляет собой современную классику. Он имеет двухкаскадный входной предварительный усилитель с дифференциальным входом и симметричный выходной каскад усиления, в котором используются две пары комплементарных силовых HEXFET-транзисторов: IRF640 и IR-F9640. Его принципиальная схема приведена на рисунке ниже.
Принципиальная схема усилителя на транзисторах
Дифференциальный каскад
Транзисторы T1 и T2 работают в схеме дифференциального усилителя, а транзистор T1O — в схеме источника тока. Напряжение на базе этого транзистора стабилизируется диодом Зенера D2. Для ограничения верхней полосы передаваемых частот на входе используется фильтр нижних частот, собранный на резисторе R8 и конденсаторе C1. Элементы C3, R8 и R7 являются фильтром верхних частот, который устраняет постоянную составляющую сигнала на входе. Нагрузкой входного каскада служат транзисторы Т3 и Т4, включенные по схеме с общей базой. Их основная функция — согласование импеданса.
Диод Зенера D1 устанавливает правильные рабочие точки транзисторов T3 и T4, задавая базовое напряжение 15 В. Транзисторы T13 и T14 выполняют роль дополнительного усилительного каскада, нагрузкой которого является силовые транзисторы T12, T5 и T11. Для предотвращения возбуждения в усилителе, между базой и коллектором транзисторов T13 и T14 включены конденсаторы емкостью 10 пФ. Конденсатор C1O, включенный параллельно резистору R28, улучшает качество импульсной характеристики усилителя, что особенно важно для входных сигналов.
Корректировку поляризации оконечных каскадов в состоянии покоя выполняют транзистор Т12 и цепочка компонентов R14. R15, R17, PR1 и С9. Потенциометром PR1 регулирует ток покоя усилителя, значение которого должно быть установлено на уровне 200 мА (по 100 мА на каждое плечо выходных транзисторов). Элементами, образующими выходную цепь, являются параллельно включенные комплементарные силовые транзисторы Т6/Т7 и Т8/Т9. Такая комбинация транзисторов увеличивает выходной ток нагрузки, до 10 А в пиковом состоянии, а размах амплитуды может достигать 45 В.
Монтажная схема усилителя
Резисторы R21…R24, установленные в цепях выходных транзисторов, служат для ограничения тока из-за разницы в сопротивлениях цепи и коэффициентов усиления транзисторов Т6…Т9. Резисторы R9. R18. R19 и R20, включенные последовательно с затворами силовых транзисторов, ограничивают скорость заряда емкости затвора. Это несколько ограничивает частотную характеристику, однако далеко за пределами слышимого диапазона и одновременно защищает транзисторы от слишком быстрого нарастания выходных токов.
Для защиты силовых транзисторов от коротких замыканий используются быстродействующие предохранители. Силовая цепь напряжения для управления выходными каскадами отделена от основного источника питания с помощью последовательно включенных диодов D3 и D4. Такое решение позволяет улучшить работу каскадов за счет устранения колебаний напряжения питания на основных элементах. Именно эти компоненты влияют на рабочую точку усилителя. Они работают как однонаправленные затворы, через которые энергия накапливается в емкостях С7 и С8.
Усилитель на транзисторах мощностью 200 Вт — сборка и настройка
Сборку усилителя нужно начинать выполнять с установки семи перемычек на печатной плате, после этого впаиваются резисторы, конденсаторы и диоды. Теперь нужно скомпоновать все транзисторы от самых маленьких до самых больших. Закрепите выходные транзисторы на радиаторе, используя силиконовые прокладки и втулки для изоляции винтов от корпусов транзисторов. Убедитесь, что между радиатором и любым из силовых транзисторов нет короткого замыкания. Установите транзисторы Т5, Т10…Т11 в лежачем положении и прикрутите их винтами к плате.
Для работы усилителя потребуется трансформатор мощностью не менее 250 Вт и напряжение питания 2х38 В переменного тока. В качестве выпрямителя можно использовать комплект АVТ-1505. Напряжение питания должно быть не выше ±55 В постоянного тока.
В предохранительные держатели установите предохранители на 1 А (быстродействующие), а в положительную или отрицательную цепь питания — амперметр для установки холостого тока. Перед подачей питания потенциометр PR1 нужно полностью повернуть против часовой стрелки. После включения питания с помощью потенциометра PR1 установите ток покоя на 220 мА (с клеммы «+» подается ток на остальные элементы схемы).
Для уверенности необходимо измерить ток как на положительном, так и на отрицательном выводе источника питания. Завершающим действием будет — измерение постоянного напряжения на выходе усилителя, которое не должно быть больше 100 мВ. После установки тока покоя и измерения выходного напряжения усилителя замените предохранитель 1 А на предохранитель 8 А.
Усилитель, выпрямитель и трансформатор должны быть соединены между собой проводами с большим сечением и размещены как можно ближе друг к другу во избежании электрических наводок. Что касается большого сечения проводов, это нужно для того, чтобы минимизировать падение напряжения на питающих проводах. Радиатор с принудительным охлаждением, который использует данный усилитель на транзисторах, очень хорошо отводит тепло даже при полной мощности, так что габариты конструкции вместе с радиатором составляют всего 77х170х62 мм.
Испытания усилителя проводились с использованием преобразователя напряжения AVT—2732 и блока питания AVT-1505. В качестве нагрузки был взят НЧ-динамик. На входе был задействован регулируемый фильтр нижних частот 100…250 Гц. Инвертор позволяет, например, использовать предварительный усилитель в автомобиле. Тестирование усилителя прошло очень успешно. Измеренная музыкальная мощность при питании от инвертора была сопоставима с мощностью полученной при питании от сети. Способ подключения усилителя к блоку питания AVT-1505 и инвертору AVT-2732 показан на рисунке ниже.
Подключение усилителя к преобразователю напряжения АVТ-2732 или источнику питания АVТ-1505
Усилитель на транзисторах HEXFET в макетном варианте, применялись транзисторы IRF640 и IRF9640, но имеет смысл заменить их на транзисторы (соответственно:) 2SK1530 и 2SJ201. Sq — это компоненты, предназначенные для использования в схемах аудиоусилителей. Несмотря на относительно высокую цену, их замена оправдывает себя, поскольку приводит к ощутимому улучшению звучания.
Перечень компонентов
