Принципиальные схемы двух вариантов такого усилителя изображены на рис. 174. Они, по существу, являются повторением схемы разобранного сейчас транзисторного усилителя. Только на них указаны данные деталей и введены три дополнительных элемента: R1, С3 и S1. Резистор R1 - нагрузка источника колебаний звуковой частоты (детекторного приемника или звукоснимателя); С3 - конденсатор, блокирующий головку В1 громкоговорителя гю высшим звуковым частотам; S1 - выключатель питания. В усилителе на рис. 174, а работают транзисторы структуры р-n-р, в усилителе на рис. 174, б - структуры n-p-n. В связи с этим полярность включения питающих их батарей разная: на коллекторы транзисторов первого варианта усилителя подается отрицательное, а на коллекторы транзисторов второго варианта - положительное напряжение. Полярность включения электролитических конденсаторов также разная. В остальном усилители совершенно одинаковые.

В любом из этих вариантов усилителя могут работать транзисторы со статическим коэффициентом передачи тока h21Э 20-30 и больше. В каскад предварительного усиления (первый) надо поставить транзистор с большим коэффициентом h21Э. Роль нагрузки В1 выходного каскада могут выполнять головные телефоны, телефонный капсюль ДЭМ-4м или абонентский громкоговоритель. Для питания усилителя используй батарею 3336Л или сетевой блок питания (о котором я рассказал в предыдущей беседе).

Предварительно усилитель собери на макетной панели, чтобы всесторонне изучить и научиться налаживать его, после чего перенесешь его детали на постоянную плату.

Сначала на панели смонтируй детали только первого каскада и конденсатор С2. Между правым (по схеме) выводом этого конденсатора и заземленным проводником источника питания включи головные телефоны.

Рис. 174. Двухкаскадные усилители ЗЧ на транзисторах структуры р-n-р (а) и на транзисторах структуры n-р-n (б)

Если теперь вход усилителя соединить с выходными гнездами детекторного приемника, настроенного на какую-либо радиостанцию, или подключить к нему звукосниматель и проиграть грампластинку, в телефонах появится звук радиопередачи или грамзаписи. Подбирая сопротивление резистора R2 (так же, как при подгонке режима работы однотранзисторного усилителя, о чем я рассказывал в седьмой беседе), добейся наибольшей громкости. При этом миллиамперметр, включенный в коллекторную цепь транзистора, - должен показывать ток, равный 0,4-0,6 мА. При напряжении источника питания 4,5 В это наивыгоднейший режим работы транзистора.

Затем смонтируй детали второго (выходного) каскада усилителя, телефоны включи в коллекторную цепь его транзистора. Теперь телефоны должны звучать значительно громче. Еще громче, возможно, они будут звучать после того, как подбором резистора R4 будет установлен коллекторный ток транзистора 0,4-0,6 мА.

Можно, однако, поступить иначе: смонтировать все детали усилителя, подбором резисторов R2 и R4 установить рекомендуемые режимы транзисторов (по токам коллекторных цепей или напряжениям на коллекторах транзисторов) и только после этого проверять его работу на звуковоспроизведение. Такой путь более техничный. А для более сложного усилителя, а тебе придется иметь дело в основном именно с такими усилителями, он единственно правильный.

Надеюсь, ты понял, что мои советы по налаживанию двухкаскадного усилителя в равной степени относятся к обоим его вариантам. И если коэффициенты передачи тока их транзисторов будут примерно одинаковыми, то и громкость звучания телефонов - нагрузок усилителей должна быть одинаковой. Но, как я уже говорил, нагрузкой усилителя может быть телефонный капсюль ДЭМ-4м или абонентский громкоговоритель. Режим работы выходного транзистора при этом должен измениться. С капсюлем ДЭМ-4м, сопротивление которого 60 Ом, ток покоя транзистора каскада надо увеличить (уменьшением сопротивления резистора R4) до 4-6 мА, а с абонентским громкоговорителем (сопротивление первичной обмотки его согласующего трансформатора, используемого как выходной трансформатор, еще меньше)-увеличить до 8-10 мА.

Принципиальная схема третьего варианта двухкаскадного усилителя показана на рис. 175. Особенностью этого усилителя является то, что в первом его каскаде работает транзистор структуры р-n-р, а во втором - структуры n-р-n. Причем база второго транзистора соединена с коллектором первого не через связующий конденсатор, как в усилителе первых двух вариантов, а непосредственно или, как еще говорят, гальванически. При такой связи расширяется диапазон частот усиливаемых колебаний, а режим работы второго транзистора определяется в основном режимом работы первого, который устанавливают подбором резистора R2.

В таком усилителе нагрузкой транзистора первого каскада служит не резистор R3, а эмиттерный р-n переход второго транзистора. Резистор же нужен лишь как элемент смещения: создающееся на нем падение напряжения открывает второй транзистор. Если этот транзистор германиевый (МП35-МП38), сопротивление резистора R3 может быть 680-750 Ом, а если кремниевый (МП111-МП116, КТ315) - около 3 кОм. К сожалению, стабильность работы такого усилителя при изменении напряжения питания или температуры невысока. В остальном все то, что сказано применительно к усилителям первых двух вариантов, относится и к этому усилителю.

Можно ли усилители питать от источника постоянного тока напряжением 9 В, например от двух батарей 3336Л, или, наоборот, от источника напряжением 1,5-3 В - от одного-двух элементов 332 или 316?

Рис. 175. Усилитель на транзисторах разной структуры

Рис. 176. Монтажная плата двухкаскадного усилителя ЗЧ

Разумеется, можно: при более высоком напряжении источника питания нагрузка усилителя - головка громкоговорителя - должна звучать громче, при более низком - тише. Но при этом несколько иными должны быть и режимы работы транзисторов. Кроме того, при напряжении источника питания 9 В номинальные напряжения электролитических конденсаторов С2 первых двух вариантов усилителя должны быть не менее 10 В. Пока детали усилителя смонтированы на макетной панели, все это нетрудно проверить опытным путем и сделать соответствующие выводы.

Смонтировать детали налаженного усилителя на постоянной плате - дело несложное. Для примера на рис. 176 показана монтажная плата усилителя первого варианта (по схеме на рис. 174, а). Плату выпили из листового гетинакса или текстолита толщиной 1,5-2 мм. Ее размеры, указанные на рисунке, примерные и зависят от габаритов имеющихся у тебя деталей. Например, на схеме мощность разисторов обозначена 0,125 Вт, емкости электролитических конденсаторов - по 10 мкФ. Но это не значит, что только такие детали надо ставить в усилитель. Мощности рассеяния резисторов могут быть любыми. Вместо электролитических конденсаторов К50-3 или К52-1, показанных на монтажной плате, могут быть конденсаторы К50-6, к тому же на большие номинальные напряжения. В зависимости от имеющихся у тебя деталей может измениться и монтажная схема усилителя.

О самом монтаже я уже говорил в девятой беседе. Если забыл, загляни в нее еще раз.

Любой из усилителей, о которых я рассказал в этой части беседы, пригодится тебе в будущем, например для портативного транзисторного приемника. Аналогичные усилители можно использовать и для проводной телефонной связи с живущим неподалеку приятелем.

В предлагаемой книге рассматриваются особенности схемотехнических решений, применяемых при создании миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств. В соответствующих главах приводится информация о принципах действия и особенностях функционирования отдельных узлов и каскадов, принципиальные схемы, а также другие сведения, необходимые при самостоятельном конструировании простых радиопередатчиков и радиомикрофонов. Отдельная глава посвящена рассмотрению практических конструкций транзисторных микропередатчиков для систем связи малого радиуса действия.

Книга предназначена для начинающих радиолюбителей, интересующихся особенностями схемотехнических решений узлов и каскадов миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств.

В миниатюрных транзисторных радиопередающих устройствах нередко возникает необходимость получения большого значения коэффициента усиления низкочастотного сигнала, для чего требуется использовать два и более каскадов усиления. В этом случае применение многокаскадных микрофонных усилителей с емкостной связью, каждый из каскадов которых выполнен на основе рассмотренных схем, не всегда приводит к удовлетворительным результатам. Поэтому в миниатюрных радиопередающих устройствах широкое распространение получили схемотехнические решения микрофонных усилителей с непосредственной связью между каскадами.

Такие усилители содержат меньше деталей, имеют меньшую энергоемкость, легко настраиваются и менее критичны к изменениям величины напряжения питания. Помимо этого усилители с непосредственной связью между каскадами имеют более равномерную полосу пропускания, а нелинейные искажения в них могут быть сведены к минимуму. Одним из главных достоинств таких усилителей является сравнительно высокая температурная стабильность.

Однако высокая температурная стабильность, как и остальные перечисленные выше преимущества усилителей с непосредственной связью между каскадами, могут быть реализованы лишь при использовании глубокой отрицательной обратной связи по постоянному току, подаваемой с выхода на первый каскад усилителя. При применении соответствующего схемотехнического решения любые изменения тока, вызванные как температурными колебаниями, так и другими причинами, усиливаются последующими каскадами и подаются на вход усилителя в такой полярности. В результате усилитель возвращается в исходное состояние.

Принципиальная схема одного из вариантов двухкаскадного микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 2.11. При напряжении питания от 9 до 12 В и максимальном входном напряжении 25 мВ уровень выходного напряжения в частотном диапазоне от 10 Гц до 40 кГц может достигать 5 В. При этом потребляемый ток не превышает 2 мА.

Рис. 2.11. Принципиальная схема микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами (вариант 1)

Низкочастотный сигнал, сформированный микрофоном ВМ1, через разделительный конденсатор С2 поступает на вход первого усилительного каскада, выполненного на транзисторе VT1. Конденсатор С1 обеспечивает фильтрацию нежелательных высокочастотных составляющих входного сигнала. Через резистор R1 на электретный микрофон ВМ1 подается напряжение питания.

Усиленный сигнал с коллекторной нагрузки транзистора VT1 (резистор R2) подается непосредственно на базу транзистора VT2, на котором выполнен второй усилительный каскад. С коллекторной нагрузки этого транзистора сигнал поступает на выход усилителя через разделительный конденсатор С4.

Необходимо отметить, что резистор R2, используемый в качестве нагрузочного резистора в цепи коллектора транзистора VТ1, имеет сравнительно большое сопротивление. В результате напряжение на коллекторе транзистора VТ1 будет достаточно малым, что позволяет подключить базу транзистора VТ2 непосредственно к коллектору транзистора VТ1. Немалое значение в выборе режима работы транзистора VТ2 играет и величина сопротивления резистора R6.

Между эмиттером транзистора VТ2 и базой транзистора VТ1 включен резистор R4, обеспечивающий возникновение между каскадами отрицательной обратной связи по постоянному току. В результате напряжение на базе транзистора VТ1 формируется с помощью резистора R4 из напряжения, присутствующего на эмиттере транзистора VТ2, которое в свою очередь формируется при прохождении коллекторного тока этого транзистора через резистор R6. По переменному току резистор R6 шунтирован конденсатором С3.

Если по какой-либо причине ток, проходящий через транзистор VТ2, увеличится, то соответственно увеличится и напряжение на резисторах R5 и R6. В результате, благодаря резистору R4, увеличится напряжение на базе транзистора VТ1, что приведет к увеличению его коллекторного тока и соответствующему увеличению падения напряжения на резисторе R2, а это вызовет уменьшение напряжения на коллекторе транзистора VТ1, к которому непосредственно подключена база транзистора VТ2. Уменьшение значения напряжения на базе транзистора VТ2 приведет к уменьшению коллекторного тока этого транзистора и соответствующему уменьшению напряжения на резисторах R5 и R6. При этом уменьшится напряжение на базе транзистора VТ1, этот транзистор прикроется и вновь будет работать в нормальном, первоначально установленном режиме. Таким образом, токи и рабочие точки транзисторов VТ1 и VТ2 будут стабилизированы. Аналогичным образом схема стабилизации функционирует и при возможном уменьшении коллекторного тока транзистора VТ2, например, при уменьшении температуры окружающей среды.

У усилителей с непосредственной связью между каскадами для установки режима обычно бывает достаточно подобрать величину сопротивления лишь одного резистора. В рассмотренной схеме режим работы устанавливается подбором сопротивления резистора R6 или резистора R2.

В связи с тем, что резистор R3 не зашунтирован конденсатором, в данном усилителе возникает обратная связь по переменному току, обеспечивающая резкое уменьшение искажений.

Необходимо отметить, что при любом изменении номинала резистора R4 или величины питающего напряжения усилителя необходимо откорректировать и положение рабочей точки. Важную роль в этом процессе играет резистор R6, вместо которого в процессе налаживания конструкции обычно устанавливается подстроечный резистор, обеспечивающий правильный выбор рабочей точки транзисторов VТ1 и VТ2.

Принципиальная схема еще одного варианта двухкаскадного микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 2.12. Отличительной особенностью данного схемотехнического решения, по сравнению с предыдущим, является то, что для стабилизации режима работы в предлагаемой схеме используются две цепи обратной связи с выхода на вход.

Рис. 2.12. Принципиальная схема микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами (вариант 2)

Нетрудно заметить, что помимо передачи напряжения, снимаемого с эмиттера транзистора VT2, на базу транзистора VT1 через резистор R4, в данной конструкции также обеспечивается изменение напряжения эмиттера транзистора первого каскада в зависимости от величины тока, проходящего через коллекторную нагрузку транзистора VT2 (резистор R6). Вторая цепь обратной связи, подключенная между коллектором транзистора VT2 и эмиттером транзистора VT1, образована включенными параллельно резистором R5 и конденсатором С3. Необходимо отметить, что от величины емкости конденсатора С3 зависит значение верхней граничной частоты полосы пропускания данного микрофонного усилителя.

При напряжении питания от 9 до 15 В и максимальном входном напряжении 25 мВ уровень выходного напряжения рассмотренного двухкаскадного усилителя в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц может достигать 2,5 В. При этом потребляемый ток не превышает 2 мА.

Принципиальная схема еще одного варианта микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Принципиальная схема микрофонного усилителя с непосредственной связью между каскадами (вариант 3)

В данной конструкции сигнал, сформированный микрофоном ВМ1, через разделительный конденсатор С1 и резистор R2 проходит на базу транзистора VТ1, на котором собран первый каскад усиления. Усиленный сигнал с коллектора транзистора VТ1 подается непосредственно на базу транзистора VТ2 второго усилительного каскада.

Между эмиттером транзистора VТ2 и базой транзистора VТ1 включен резистор R4, обеспечивающий возникновение между каскадами отрицательной обратной связи по постоянному току. В результате напряжение на базе транзистора VТ1 формируется с помощью резистора R4 из напряжения на эмиттере транзистора VТ2, которое в свою очередь формируется при прохождении коллекторного тока этого транзистора через резистор R6. По переменному току резистор R6 шунтирован конденсатором С3.

Сформированный на коллекторе транзистора VТ2 сигнал через разделительный конденсатор С4 и потенциометр R8 подается на выход микрофонного усилителя. Для уменьшения частотных искажений в области нижних частот емкость разделительного конденсатора С4 увеличена до 20 мкФ. Потенциометр R8 выполняет функцию регулятора уровня выходного НЧ-сигнала и имеет логарифмическую характеристику (тип В).

В обычных усилительных каскадах, в которых транзистор включен по схеме с общим эмиттером, коэффициент усиления каскада определяется в первую очередь особенностями самого транзистора. В данной схеме коэффициент усиления в значительной степени зависит от параметров второй цепи обратной связи, включенной между выходом усилителя и эмиттером транзистора VТ1. В рассматриваемой схеме эта цепь обратной связи образована резистором R7. Теоретически коэффициент усиления К УС двухступенчатого усилительного каскада с непосредственной связью определяется соотношением величин сопротивлений резисторов R7 и R3, то есть вычисляется по формуле:

К УС = R7/R3.

Для рассматриваемого каскада коэффициент К УС = 10000/180 = = 55,55. Приведенная формула справедлива для значений коэффициента усиления, находящихся в пределах от 10 до 100. При иных соотношениях вступают в силу дополнительные факторы, влияющие на величину коэффициента усиления. Особые методики расчета следует применять в тех случаях, когда в цепь обратной связи включаются последовательные или параллельные RC-цепочки.

Рассматривая классические схемы микрофонных усилителей на биполярных транзисторах, нельзя не упомянуть о двухкаскадном усилителе, выполненном на двух биполярных транзисторах разной проводимости. Принципиальная схема простого микрофонного усилителя, выполненного на n-p-n и p-n-p транзисторах, приведена на рис. 2.14.

Рис. 2.14. Принципиальная схема микрофонного усилителя на биполярных транзисторах разной проводимости

Несмотря на простоту, данный усилитель, который можно использовать для усиления сигналов, снимаемых с выхода конденсаторного микрофона, имеет весьма приемлемые параметры. При напряжении питания от 6 до 12 В и максимальном входном напряжении 100 мВ уровень выходного напряжения в частотном диапазоне от 70 Гц до 45 кГц достигает 2,5 В.

Сформированный на выходе микрофона ВМ1 сигнал через разделительный конденсатор С1 подается на базу транзистора VТ1, имеющего n-p-n проводимость, на котором выполнен первый усилительный каскад. Напряжение смещения, подаваемое на базу транзистора VТ1, формируется делителем, который образован резисторами R2 и R3.

Величина спада частотной характеристики данного микрофонного усилителя в области нижних частот в значительной степени зависит от емкости разделительного конденсатора С1. Чем меньше емкость этого конденсатора, тем больше спад частотной характеристики. Поэтому при указанном на схеме номинале емкости конденсатора С1 нижняя граница диапазона воспроизводимых усилителем частот находится на частоте около 70 Гц.

С коллектора транзистора VТ1 усиленный сигнал подается непосредственно на базу транзистора VТ2, имеющего p-n-p проводимость, на котором выполнен второй усилительный каскад. В данном усилителе, как и в рассмотренных ранее конструкциях, используется схема с непосредственной связью между каскадами. В качестве нагрузочного резистора в цепи коллектора транзистора VТ1 используется резистор R4, имеющий большое сопротивление. В результате напряжение на коллекторе транзистора VТ1 будет сравнительно малым, что позволяет базу транзистора VТ2 подключить непосредственно к коллектору транзистора VТ1. Немалое значение в выборе режима работы транзистора VТ2 играет и величина сопротивления резистора R7.

Сформированный на коллекторе транзистора VТ2 сигнал через разделительный конденсатор С4 подается на выход микрофонного усилителя. Для уменьшения частотных искажений в области нижних частот емкость разделительного конденсатора С4 увеличена до 10 мкФ. Величина спада в области верхних частот воспроизводимого усилителем диапазона может быть обеспечена уменьшением сопротивления нагрузки, а также использованием транзисторов с более высоким значением предельной частоты.

Коэффициент усиления данного усилителя определяется соотношением сопротивлений резисторов R5 и R6 в цепи обратной связи. Конденсатор С3 ограничивает усиление на высших частотах, препятствуя самовозбуждению усилителя.

При применении конденсаторного микрофона в цепь его включения потребуется подавать напряжение, необходимое для его питания. С этой целью в схеме установлен резистор R1, который одновременно является нагрузочным резистором выхода микрофона. При использовании рассматриваемого микрофонного усилителя с электродинамическим микрофоном резистор R1 из схемы можно исключить.

Особого внимания заслуживают схемотехнические решения двухкаскадных микрофонных усилителей, в которых входной каскад выполнен на полевом, а выходной каскад – на биполярном транзисторе. Принципиальная схема одного из вариантов простого микрофонного усилителя, выполненного на полевом и биполярном транзисторах, приведена на рис. 2.15. Данная конструкция характеризуется не только низким уровнем шумов и сравнительно высоким входным сопротивлением, но и значительной шириной диапазона частот усиливаемого сигнала. При напряжении питания от 9 до 12 В и максимальном входном напряжении 25 мВ уровень выходного напряжения в частотном диапазоне от 10 Гц до 100 кГц может достигать 2,5 В. При этом потребляемый ток не превышает 1 мА, а входное сопротивление составляет 1 МОм.

Рис. 2.15. Принципиальная схема микрофонного усилителя на полевом и биполярном транзисторах разной проводимости

Снимаемый с выхода микрофона ВМ1 сигнал через разделительный конденсатор С1 и резистор R1 подается на затвор полевого транзистора VТ1, на котором выполнен входной усилительный каскад. Резистор R2, величина сопротивления которого определяет значение входного сопротивления всей конструкции, обеспечивает по постоянному току связь затвора транзистора VТ1 с шиной корпуса. По постоянному току положение рабочей точки транзистора VТ1 определяется величинами сопротивлений резисторов R3, R4 и R5. По переменному току резистор R5 шунтирован конденсаторами С2 и С3. Сравнительно большая емкость конденсатора С2 обеспечивает достаточное усиление в нижней части диапазона частот усиливаемого сигнала. В свою очередь, величина емкости конденсатора С3 обеспечивает достаточное усиление в верхней части диапазона частот.

Усиленный сигнал снимается с нагрузочного резистора R3 и подается непосредственно на базу транзистора VT2, имеющего p-n-p-проводимость, на котором выполнен второй каскад усиления. Резистор R6, включенный в коллекторную цепь транзистора VT2, не только является нагрузочным резистором во втором усилительном каскаде, но и входит в состав цепи обратной связи транзистора VT1. Соотношением величин резисторов R6 и R4 определяется коэффициент усиления всей конструкции. При необходимости усиление можно уменьшить, подобрав величину сопротивления резистора R4. Сформированный на коллекторе транзистора VТ2 сигнал через резистор R7 и разделительный конденсатор С4 подается на выход микрофонного усилителя.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Разработать схему двухкаскадного усилителя с непосредственной связью.

Исходные данные для проектирования приведены в таблице 1.

Таблица 1. Исходные данные

ВВЕДЕНИЕ

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2. Выбор транзистора по граничной частоте, максимальному напряжению коллектор – эмиттер и максимальному току коллектора

3. Расчет режима работы транзистора по постоянному току и выбор пассивных элементов схемы: резисторов, конденсаторов, индуктивностей

4. Расчет схемы по переменному току, состоящий из определения коэффициента усиления, входного и выходного сопротивления каскада

5. Расчет номинальных значений пассивных и частотозадающих элементов схемы

6. Замена расчетных значений пассивных элементов значениями из ряда Е24

7. Проверочный расчет режима работы электронной схемы

8. Моделирование работы схемы в среде MicroCap 8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного курсового проекта является изучение методики постановки задачи при проектировании электрических принципиальных схем на полупроводниковых приборах, составления технического задания на проектируемое устройство, получение навыков поэтапного комплексного схемотехнического проектирования электрических узлов, приобретение опыта использования современных информационных технологий и систем имитационного моделирования.

В данном курсовом проекте разрабатывается схема двухкаскадного усилителя с непосредственной связью.

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Выбор схемы электронного устройства в зависимости от заданных параметров

Рис. 1. Схема двухкаскадного усилителя с непосредственной связью.

Выбор схемы электронного устройства осуществляется в соответствии с полученным заданием и характеристиками устройства.

Так как требуется обеспечить высокий коэффициент усиления и нет необходимости в очень высоком значении входного сопротивления, то выберем схему ОЭ-ОЭ.

Согласно варианта задания выбрана схема двухкаскадного усилителя с непосредственной связью по схеме ОЭ-ОЭ (Рис. 1.)

2. Выбор транзистора второго каскада по граничной частоте, максимальному напряжению коллектор – эмиттер и максимальному току коллектора

Основным критерием выбора типа транзистора для усилительного каскада служит допустимое напряжение между коллектором и эмиттером U КЭ, которое определяется из условия

Максимальный ток коллектора транзистора должен превышать рабочий ток каскада

Граничная частота транзистора должна превышать максимальную частоту рабочего диапазона DF

По полученным результатам выбираем транзистор КТ312В (ВF240). Для выбранного биполярного транзистора выписываем справочные данные и заносим их в таблицу 2.

Таблица 2.

3. Расчет режима работы транзистора второго каскада по постоянному току и выбор пассивных элементов схемы: резисторов, конденсаторов, индуктивностей

Расчет начнем с выбора тока покоя биполярного транзистора I K 0 . Так как каскад работает в режиме А, то ток коллектора выбирается из соотношения:

Для предложенной схемы усилителя R H не задано, поэтому ток коллектора выбираем равным 45 мА.

На рисунке 2 приведено семейство выходных характеристик транзистора.

Определим положение рабочей точки на выходной характеристике выбранного транзистора, учитывая, что он работает в режиме А.

Рис. 2. Семейство выходных характеристик транзистора КТ312В

Так как транзистор работает в режиме А, то U КО = Е П / 2= 12 / 2 = 6 В.

Примем U КО = 6 В.

Ток покоя базы транзистора определяется из соотношения:

По двум точкам (I КО, U КО) = (0,045 А, 6 В) и (0, Е П) = (0, 12 В) на семействе выходных характеристик строим нагрузочную прямую.

Рабочую точку выбираем при токе коллектора 22,5 мА, напряжении коллектор – эмиттер 9 В.

Делитель напряжения на резисторах R К1 R VT 1 R Э1 должен обеспечивать расчетное значение тока базы. Для этого должно выполняться условие

тогда номинальные значения R K 1 и R VT 1 R Э1 можно определить из условия

где U Б выбирается из условия U Б = U БЭ + U Э – для маломощных кремниевых транзисторов U БЭ = 0,5…0,8 В.

Для усилительного каскада U Э обычно выбирают в пределах (0,1…0,3)Е П.

Примем R K 1 равным 2861 Ом. Тогда U Б = 1,7 В.

Ток, проходящий через резистор R Э2 , определяется суммой коллекторного и базового токов

тогда номинальное значение R Э2 можно определить по формуле

Общее сопротивление каскада, по которому протекает коллекторный ток, равно

Расчет второго каскада по переменному току, состоящий из определения коэффициента усиления, входного и выходного сопротивления каскада.

коэффициент усиления по напряжению

входное и выходное сопротивления

Чем проще конструкция, тем больше в ней простора для творчества. Схема двухкаскадного усилителя вылизана до блеска, но вы можете «приправить» звучание по собственному вкусу.

СВЯТАЯ ПРОСТОТА

Этот материал, в отличие от большинства других, редакцией не заказывался, а пришел «самотеком» по e-mail. Поэтому традиционного представления автора - с портретом и комплиментами - не будет. Уверены, что по прочтении оного в вашем воображении портрет нарисуется сам собой, а уж насчет комплиментов решайте сами.

Intro

Вообще-то, звук - дело вкуса. От схемы я старался добиться нейтральности, детальности и ровных на слух тембрального и частотного баланса, как исходной посылки для дальнейших процедур. Что-то вроде чистого холста.

Под детальностью я подразумеваю передачу тонких оттенков тембров, реверберации, естественности затухания звуков, послезвучия… Она же, детальность, проявляется в натуральности передачи и естественности динамики хорошо знакомых нам звуков, впитанных нами с детства.

Что же касается музыки, то здесь, особенно на неважно сделанных записях, иногда хочется что-нибудь подкрасить или, наоборот, замазать. Вплоть до установки переключателя «мягко - нейтрально - динамично».

В результате все решения окончательно выбирались (или отбраковывались) путем прослушивания. Это мой усилитель, и звучит он так, как я считаю должным. Без претензий на Абсолют(ность)…

В тоже время я особо не «затачивался» на том, что схема не потерпит вольного вмешательства и никак не подойдет «чайникам» с необременительным достатком. Но, несмотря на внешнюю простоту, схема усилителя вылизывалась долго - несколько лет. Её возможности раскроются только с хорошими источником и акустикой.

На мой слух усилитель вышел из-под паяльника достаточно прозрачный, чтобы получить любой желаемый тип звука путем подбора соответствующих деталей . Если кто-нибудь из вас или ваших знакомых хотя бы попробует первый каскад (собственно, вся изюминка в нем!) в максимально строгом окружении - было бы совсем здорово! А то ссылки на восторженные отзывы только одного человека, к тому же автора схемы - это не совсем убедительно.

В первую очередь, это анодный резистор первого каскада и межкаскадный конденсатор. Ну, и остальные компоненты тоже что-то значат…

Часть 1

Вот и начали! Входной сигнал поступает на сетку лампы Л1 через антизвонный дроссель Др1. Выбор дросселя вместо традиционного резистора объясняется, прежде всего, его лучшими звуковыми свойствами в сравнении с обычным резистором. Также следует отметить, что лампа 6С17К проявляет неустойчивость на ВЧ. Дроссель устраняет автогенерацию, не внося заметных искажений. Конечно, применение обычного резистора 1 кОм эту проблему тоже снимает, но слегка портит звук.

Первый каскад построен по схеме с фиксированным смещением. Построение схемы определялось следующим «техзаданием»:

Отказ от шунтирующего конденсатора в цепи катода;

Отказ от нежелательной ООС в той же цепи через «классический» резистор;

Отказ от первого переходного конденсатора;

Работа от источника музыкального сигнала с нулевой постоянной составляющей на выходе.

Таким образом, нельзя было возложить задачу организации сеточного смещения на источник сигнала. Была разработана и опробована схема с катодным резистором очень маленького номинала (от долей до единиц Ом), необходимое падение напряжения на котором получалось не за счет тока катода лампы, как в классической схеме, а за счет подачи на этот резистор большого тока от отдельного источника. На практике таким источником явился стабилизатор накала +6,5 В.

Первоначально нужный ток задавался внешним резистором, номинал которого определялся из необходимого напряжения смещения на катоде. В конкретной же схеме оказалось возможным воспользоваться током накала самой лампы 6С17К-В (300 мА), тем более что один из выводов нити накала соединяется с катодом внутри лампы. Было много сомнений по поводу качества работы схемы, были опасения по поводу пролезания помех из стабилизатора накала в усиливаемый сигнал, но всё оказалось хорошо.

Стабилизатор накала не представляет собой ничего особенного: мостовой выпрямитель на диодах с малым падением напряжения, электролитический конденсатор 10000 мкФ/16 В и стабилизатор 7806 с кремниевым диодом, соединенный последовательно с общим выводом для повышения напряжения с 6 до 6,5 В.

Звучание оказалось однозначно лучше, чем в схемах с сеточным входным и/или шунтирующим катодным конденсатором независимо от качества этих конденсаторов. В течение года я два раза возвращался к «классическим» схемам с конденсаторами в указанных местах и всегда убеждался в их ущербности.

Нежелательная ООС на катодном резисторе также практически отсутствует благодаря малости его номинала.

Не стану настаивать на абсолютной новизне этого решения, но пусть кинет в меня камень тот, кто найдет другую схему усилителя с таким вот выкрутасом!

Часть 2

Лампы на входе в принципе при «обычных» условиях можно использовать любые с небольшим напряжением смещения. Ток смещения в этом случае лучше задавать отдельным резистором, а не прогонять его через накал, как это сделано у меня. Но на звучании это не скажется - проверено. Я перепробовал всевозможные лампы, начиная от 6С2П, 6С3П и кончая экзотикой типа нувисторов 6С53Н или сверхминиатюрных триодов, но усиления всё равно остро не хватало. Попутно я выяснил, что разрекламированная лампа 6С45П в самом деле не так уж и хороша - звук мутный и смазанный. А вот 6С3(4)П замечательна, а нувисторы просто великолепны! По опыту друзей и знакомых могу также сказать, что для 2С4С с традиционным входом можно остановиться на 6Ж4 (зарубежные аналоги - 6АС7, 6F10, 6AJ7) в триодном включении и межкаскадном трансформаторе.

Можно и с большим смещением, типа 6H8C, но напряжение вспомогательного источника придется поднять вольт до 30, что неудобно.

Мой же окончательный выбор лампы для входного каскада был обусловлен несколькими требованиями. Во-первых, хотелось ограничиться простой двухкаскадной схемой усилителя. Во-вторых, получить при этом чувствительность не хуже 0,15 - 0,2 В, поскольку предполагалась работа входного каскада усилителя непосредственно с сигналом, пришедшим с токового выхода ЦАПа.

ЦАП очень простой: преобразователь AD1860, токовый выход которого идет на резистор 619 Ом. Именно этот резистор обозначен на схеме как R1. Без фильтров. Коробка ДАКа (бывший DAC-in-BOX Audio Alchemy) размещена прямо в корпусе усилителя, провода из коробки выведены к входной лампе, и тут же распаян резистор R1. Идея была такая: как можно дальше уйти от ЦАПа током, чтобы быть нечувствительным к нелинейностям контактов и паек, и распаять резистор преобразователя I-U прямо у входной лампы. Кстати, резистор безвыводной типа С6-9 размерами примерно 1 х 1 х 1,5 мм.

И тут в справочнике обнаружилась ранее мне неведомая лампа 6С17К-В. Сначала я пролистнул её не глядя, решив, что это очередное генераторное изделие с «правой» характеристикой. К тому же соединение накала и катода внутри баллона делало её непригодной практически для всех стандартных включений, чем и объясняется, видимо, её полное отсутствие в звукоусилительных схемах. Невозможность установки этой лампы в панельку, видимо, также отпугивала от неё усилителестроителей. И последний гвоздь в крышку был забит смехотворной цифрой наработки 200 часов, если верить справочнику.

Но потом разум возобладал, и выяснились следующие вещи:

1. Лампа идеально подходит к моей схеме организации смещения.
2. Коэффициент усиления порядка 150 - 180 позволяет добиться вожделенной чувствительности при двух каскадах.
3. Долговечность по вкладышу к этой лампе в действительности составляет 2000 часов, а с учетом недогрузки её по мощности (1,2 Вт при максимальных 2-х) и пониженного напряжения накала (5,7 В, как нетрудно вычислить, глядя на схему), можно ожидать, что её ресурс окажется не хуже, чем у электролитических конденсаторов.
4. Прямой монтаж благотворно сказывается на звуке из-за отсутствия лишних контактов, проводов и паек.
5. В реальной схеме лампа весьма линейна, и конкретно в моей схеме имеется запас в 6 - 8 дБ по перегрузке до появления слышимых искажений. Тем более об этом можно судить при таком, как у меня, включении регулятора громкости, но это некоторое забегание вперед.
6. Имеется ложечка дегтя: у ламп большой разброс по параметрам…
7. …но ещё ведро мёда: лампа не страдает микрофонным эффектом, несмотря на большую крутизну (10 мА/В) и коэффициент усиления под две сотни.

Да, с винилом она не потянет, да и с хорошим магнитофоном тоже - нет запаса по входу. Даже, в общем-то, впритык, и для ЦАПа и усиление бешеное. А есть еще входные трансы… Но, несмотря на кажущуюся хилость 6С17К-В в качестве драйвера, все обстоит гораздо лучше, чем можно было предположить. Неустойчивости режима 2С4С мною не замечено. Выходное сопротивление регулятора громкости - максимум 25 кОм в среднем положении, достаточно малая величина. Да и никто не мешает уменьшить резистор утечки хоть в десять раз с соответствующим увеличением межкаскадной емкости. В конце концов, речь идет о конкретной и рабочей схеме.

Так что моя попытка создать «шведскую семью» между 6С17К-В, ЦАПом и 2С4С оказалась вполне успешной! И вот сейчас, пока вы читаете эти строки, все работает себе замечательно. Причем без слышимых искажений, несмотря на полный размах на входе. Каждый вечер слушаю. Вероятно, справочные данные и реальность, как и в Одессе, это две большие разницы.

Впрочем, ещё раз повторю, что, если не требуется такое усиление, вполне можно поставить что-нибудь более традиционное, почти не меняя схему. Если кто-то из вас соберется ею воспользоваться, он, разумеется, внесет в неё изменения в соответствии со своим видением и запросами. В таком случае лучше перенести регулятор громкости на привычное место - на вход. И все дела - пойдет с любым источником!

Часть 3

Усиливаемый сигнал снимается с резистора анодной нагрузки R2, лампы Л1 и идет на регулятор громкости, выполненный на переменном резисторе R4.

Предварительно мною были рассмотрены три варианта включения регулятора громкости:

1. Параллельно анодному резистору R2. Недостатки очевидны: при регулировке происходит кратковременное изменение режима усилителя по постоянному току, и практически наверняка в звуковой сигнал будут пролезать шорохи от движка. К тому же меня повергло в беспокойство мнение Серёжи Рубцова о недопустимости подачи на этот тип резистора сколько-нибудь существенного постоянного смещения.
2. Резистор заземляется через развязывающий конденсатор. Так и сделано в моей схеме. В качестве развязывающего применяются Black Gate (С2), шунтированные фторопластом (С3). Наблюдается некоторое снижение максимального размаха напряжения, что нетрудно компенсировать повышением напряжения питания. Вот почему оно на первом каскаде выше, чем на втором.
3. Резистор заземляется напрямую. Недостатки аналогичны п. 1. При этом за счет образования делителя R2/R4 резко снижается максимальный размах напряжения первого каскада. Не пойдет, хотя отсутствие конденсатора теоретически могло бы улучшить звук.

Фирма «ЭРАудио» (бывш.«НЭМ»), г. Новосибирск. - Прим. ред.

Вынос регулятора из входных цепей в середину схемы объясняется просто: слишком сильно его негативное влияние на звук, несмотря на дороговизну и попытки включить его по схеме Г-регулятора. Бескомпромиссное построение первого каскада как бы вытеснило регулятор громкости в сильноточные участки схемы. Сразу скажу, что такое построение возможно только при гарантии отсутствия перегрузок по напряжению первого каскада. Это не составляет проблем при цифровом источнике (выше 0 дБ не прыгнешь), но, например, с магнитофоном аккуратность потребуется. С винилом же или произвольным источником придется возвращать регулятор на стандартное место в начало схемы либо предусмотреть для таких источников регулируемый (или нерегулируемый) аттенюатор на соответствующем входе.

Если для конденсатора анодного питания первого каскада С1 шунтирование не требуется, то для C2 оно желательно. Я объясняю это так: малое внутреннее сопротивление лампы Л1 (несколько кОм) с большим сопротивлением анодной нагрузки R2 образуют делитель, который эффективно отсекает от усиливаемого сигнала возможные пакости со стороны конденсатора С1. То есть сигнал в основном определяется лампой.

В случае положения регулятора в начале сектора влияние С2 может оказаться существенным. Практика показала, что так оно и есть. Даже Black Gate не идеальны! Влияние проявляется в первую очередь в слабой, но заметной резковатости верха, а также в некотором их завале. По мере разогрева (не «эзотерического» , а самого что ни на есть температурного) примерно в течение часа эти эффекты существенно слабеют, и звучание улучшается и заметно «натурализуется».

Возможно, следовало бы применить серию «K/FK» конденсаторов Black Gate, специально предназначенную для использования в аудиоцепях и отличающуюся низкими шумами менее 150 дБ. - Прим. ред.

«Эзотерический» разогрев конденсатора связан, прежде всего, с процессом формовки, который происходит каждый раз в той или иной степени после подачи напряжения на электроды. - Прим. ред.

Почему это так, можно посмотреть у Клауса (www.klausmobile. narod.ru). У него есть ссылка на исследования нелинейностей и потерь конденсаторов, где очень наглядно показано, насколько (во сколько раз!) улучшаются характеристики электролитических конденсаторов при нагреве.

Выбор типа шунтирующего конденсатора - вопрос ещё до конца мною не решенный, но он не велик: либо фторопласт, либо бумага - масло. Может быть, ещё и слюда. И всё. Никакие прочие пленки «не катят» - это я уже понял. Вопрос с «маслом» не решен по причине отсутствия нужных конденсаторов у меня. Эксперименты не закончены, процесс идет…

Часть 4

С регулятора громкости через разделительный конденсатор С4 сигнал поступает на сетку 2С4С. Антизвонный резистор отсутствует, поскольку мои эксперименты показали его полную ненужность. Построение второго каскада не имеет особенностей, разве что вместо мощного переменного резистора для организации искусственной средней точки в катоде для минимизации фона применены два постоянных резистора. Опыт показал, что вполне достаточно использовать постоянные резисторы с допуском не хуже 1%. Высокое качество такого решения очевидно, и проблем с фоном, по крайней мере, с 2С4С, не наблюдается.

Тип резисторов здесь не очень критичен. Они могут быть проволочными, металлопленочными прецизионных типов. Надо избегать лишь углерода и всяких МЛТ. Малый номинал при малом же коэффициенте усиления и крутизне 2С4С не создают существенной ООС на этих резисторах, что, в свою очередь, не требует применения специальных мер для удавления этой ООС.

Можно заметить, что лампы в моей схеме используются с некоторой перегрузкой по мощности на аноде. Это от жадности, не обращайте внимания, тем более что за год с лишним лампам ничего не сделалось.

Резисторы R8, R9 и R10 предназначены для отсечения от усилителя возможных нелинейностей выходных конденсаторов блока питания. Опять же это объясняется образованием делителя, состоящего из внутреннего сопротивления Black Gate в усилителе (не более десятков мОм) и собственно вышеуказанных резисторов. Кроме того, эти резисторы существенно ослабляют индуктивные помехи, которые могут появляться при образовании внешних замкнутых петель соединительных проводов. Специальных экспериментов по выявлению влияния этих резисторов на звучание я пока не проводил.

В конце малоутомительного пути сигнал с анода 2С4С попадает на первичку выходного трансформатора, из особенностей которого можно отметить лишь исключительно высокое качество и очень «плохую» цену. Качество его я оцениваю очень просто: он совершенно «прозрачен» для звука, его присутствие в тракте незаметно. Любые, даже самые незначительные изменения в схеме, включая лишние пайки и даже перемещение монтажного провода, сразу становятся слышны в моих АС.

Если внимательно посмотреть на схему, то можно заметить, что общий провод накала первого каскада и общий вывод конденсаторов С6 + С7 не присоединяются непосредственно к общей точке. Это не случайно, но о причинах пока умолчу. Должны же остаться какие-то тайны…

О вкусной и здоровой пище

Блок питания я сделал выносной с раздельным питанием накала, предварительных цепей и оконечного каскада. Он присоединяется к усилителю через громадный армейский разъём с посеребрёнными пластинчатыми контактами. Все основные напряжения блока, кроме накальных, регулируются, для чего применены простейшие стабилизаторы на полевых высоковольтных транзисторах. Да не ругайтесь вы, что БП диодный! Зато с принятыми мерами по помехоподавлению вообще и снижению помех от диодов в частности.

«…Если у тебя раздельные источники питания для первого и второго каскада, то можно довольно просто обойтись и без разделительного конденсатора. Цепляешь сетку выходной лампы прямо на анод входной (там постоянный потенциал +200 вольт), а от слаботочного источника питания - от которого питается первый каскад, - с помощью высокоомного резистивного делителя получаешь потенциал +245 вольт, и к этой точке цепляешь катод первой лампы. Мощное же питание, благо оно изолировано, цепляешь минусом на катод выходной лампы, а плюсом - на «холодный» конец трансформатора. В результате избавляешься от переходного конденсатора и всей цепи фиксированного смещения. Добавляется два резистора и высоковольтный (к сожалению) конденсатор, шунтирующий «земляное» плечо резистивного делителя. Примененный тобой способ регулирования громкости уместен и в данной конфигурации». - Прим. сочувствующего Андрея из Интернета.

На выходе БП стоят «мягкие» стабилизаторы по простейшей схеме: полевик в режиме повторителя, в цепи затвора - полупроводниковый стабилитрон. Выход стабилитрона через последовательный резистор подцеплен на большую емкость, присоединенную вторым концом к общему проводу - она дает плавный старт и добивает возможные пульсации-помехи-шумы. Параллельно конденсатору стоит переменный резистор, движок которого и подключен к затвору. Всё!

Диоды выпрямителя импульсные высоковольтные. Сюда подойдут любые, предназначенные для импульсных блоков питания с допустимым обратным напряжением не меньше утроенного выпрямленного. Сейчас на любом радиорынке всё это легко найти. Конкретно К20-39 просто были под рукой.

Последовательно с диодами стоят резисторы 10 Ом, параллельно диодам (параллельно каждому) керамическая емкость 0,1мкФ. На входе выпрямителя расположена емкость 0,1 мФ, на выходе - 1,0 мкФ.

Накальный трансформатор - ТПП 304, анодный слабосильный (для питания предварительного каскада) - ТА 84-220-50, анодный сильносильный - ТС180. Анодные трансформаторы включены в сеть через помехоподавляющий фильтр. В результате усилитель получился совершенно нечувствительным к помехам от сети, даже к щелчкам старого холодильника.

Выковырян из монитора, представляет собой C-L-C фильтр.

В планах у меня заказ либо покупка фирменных забугорных трансформаторов, а то отечественные изделия не вызывают доверия - гудят.

Можно и заказные «Электрон-Комплекс» попробовать. - Прим. ред.

Конечно же, мною был изготовлен макет блока питания на кенотронах 5Ц3С и 6Ц4П. Ну куда же я без этого! Как это ни крамольно, но в моей схеме он не показал заметных преимуществ перед полупроводниковым БП. Возможно, дело в том, что в обоих БП использовались большие выходные емкости по 470мкФ, а от помех диодного моста мне удалось эффективно избавиться. К тому же стабилизатор, будучи просто истоковым повторителем, совершенно равнодушен к переменчивости нагрузки. Так что пришлось засунуть кенотронный БП подальше и забыть про него, поскольку напряжение в розетке у меня свободно разгуливает от 170 до 220 В. В любом случае благодаря нашей военной промышленности смена блоков занимает минуту.

Часть 5

В звуковом отношении схема оказалась весьма чувствительна к качеству монтажа и количеству паек, причем настолько, что пришлось катодную цепь радикально минимизировать: катодный резистор одним выводом припаян прямо к ножке лампы, другим - к общей точке схемы. Монтаж входного каскада и цепей регулятора громкости сделан серебряной моножилой Jensen диаметром 0,8 мм. Все остальные цепи - медным проводом.

Также данная схема весьма чувствительна к типу катодного резистора. Углеродные, в том числе и БЛП, здесь оказались просто отвратительны, проволочные удовлетворительны, но не более того. ПТМН мне вообще не очень понравились, хотя набрал я их для экспериментов чудовищное количество. Как настроечный же элемент для получения желаемой окраски звука усилителя в целом катодный резистор непригоден.

Анодный резистор первого каскада - вот идеальный элемент для необходимой подкраски звука усилителя! Выбор типа этого резистора оказывает прямое влияние на звук.

Сейчас у меня это танталовый фольговый резистор, но я так и не смог сделать окончательный выбор между ним и Riken Ohm. Звук у них разный: Riken Ohm дает очень красивый окрас середины, какую-то особую динамику, смягчая верх и чуть смазывая детальность, а тантал стерилен и очень детален.

Как раз с танталовыми резисторами меня и подстерегла засада. Примерно год назад, излившись в Интернете (www.dvdworld.ru/cgi-bin/audiobbs.pl) мыслями по поводу звуковых качеств разных резисторов, я забраковал тантал. Но позднейшие мои изыскания показали, что это была ловушка, от попадания в которую я сам же и предостерегал. Дело в том, что хороший компонент может показаться «плохим», если в результате его установки в схему проявятся недостатки других узлов тракта. И резкость звука, которая мне тогда казалась свойством тантала, в действительности оказалась недостатком моего тогдашнего ЦАПа. Сейчас же справедливость восторжествовала, но звук Riken Ohm мне всё равно нравится.

В утечку первого каскада лучше что-нибудь пленочное - хорошее и прецизионное. Про прецизионные резисторы я говорю не случайно. Обычно это означает повышенное качество резистора вообще. (Во втором каскаде не так критично - можно и пленку, и углерод.) Подозреваю, что фольговые танталовые или медные будут еще лучше, но пока я не смог найти их на столь малые номиналы. Наилучшими здесь пока оказались отечественные С2-10.

С2-10 являются высокочастотными точными, что хорошо видно при внешнем осмотре. Основные признаки:

• Блестящие не закрашенные колпачки.
• На проводящем слое отсутствуют спиральные канавки - безындуктивность.
• Присутствуют следы подгонки - продольные пропилы, сделанные алмазным диском.
• Некоторые резисторы имеют темный синеватый металлический оттенок покрытия проводящего слоя.

Что касается выбора конденсатора С4, то моя остановка на ФТ определяется просто - это лучшее, из того, что я пробовал. По ФТ могу сказать то же, что и по танталовым резисторам: нейтральность и детальность без яда и резкости. Не буду утверждать, что они лучшие вообще. Например, очень хочу попробовать знаменитые медные конденсаторы Jensen (бумага - масло), о которых весьма положительно отзывались С. Рубцов и О. Хавин. Как у нас говорят: «Будут деньги - будет и медь с маслом!».

Прослушивались же такие конденсаторы: МБМ, К40-У9, К73, К71 - всё очень плохо! MultiCap RTX и PPFX, алюминиевый Jensen (бумага - масло) 1973 года , ССГ, К31 - сносно, но не более.

Неудача с Jensen, вероятно, вызвана тем, что они были старые и чисто электротехнические, несмотря на то, что выдраны из какого-то Audio Note.

Если вы задумали строить усилитель, то затраты на выходные трансформаторы настоятельно рекомендую планировать следующим образом:

1. Располагая энной суммой под построение усилителя и имея намерение потратить её более-менее сразу, на трансформаторы отложите половину и никак не меньше.
2. Если вы планируете потратить энную сумму в течение длительного времени (постепенная доводка), то повысьте стоимость трансов до двух третей этой суммы. Постепенно тратить легче.

Выходные трансформаторы (да и любые трансформаторы вообще!) не бывают слишком хорошими, просто бывает мало денег. Если даже в хорошей и «правильной» схеме поставить дешевое железо - чуда не случится, она не заиграет так, как могла бы. Трансформатор - сердце усилителя.

К сожалению, серьезная технология изготовления качественных трансформаторов, особенно для однотактных усилителей, за 80 последних лет не придумала дешевых решений. Так что не советую вам тешить себя надеждой намотать качественный выходной трансформатор самому на кухне. К тому времени, когда они станут у вас получаться более-менее сносными, уже наступят возрастные болезни, в том числе и ухудшение слуха.

Изготовление по-настоящему хороших трансформаторов под силу слаженным коллективам, например, нашим родным «ЭРАудио» из Новосибирска либо иноземным дядькам из Tamura-Magnequest-Sowter’ов и др. При этом ещё раз хочу напомнить историю о том, что трансформаторы Tango перестали выпускаться по причине преклонного возраста делавших их японских дедушек, которые так и не смогли передать накопленный опыт молодому поколению.

В настоящее время трансформаторы Tango продолжают выпускаться в Японии, но уже другим «коллективом авторов». Их номенклатура поредела более чем на две трети, а дорогие и качественные однотактные модели из неё исчезли совсем. Трансформаторы Tango прежних лет в настоящее время постепенно переходят в разряд антиквариата, в том числе и по цене. - Прим. ред.

Final

Если редакция сочтет возможным , то продолжение последует! В этом случае я планирую рассказать предысторию и дать несколько пройденных вариантов схем, схему фиксированного смещения выходного каскада. Подумаю также над оптимальной комплектацией усилителя, исходя из разных бюджетов.

Уже сочла. - Прим. ред.

Таблица 1

Выходные каскады на базе " двоек "

В качестве источника сигнала будем использовать генератор переменного тока с перестраиваемым выходным сопротивлением (от 100 Ом до 10,1 кОм) с шагом 2 кОм (рис. 3). Таким образом, при испытаниях ВК при максимальном выходном сопротивлении генератора (10,1 кОм) мы в какой - то степени приблизим режим работы испытуемых ВК к схеме с разомкнутой ООС, а в другом (100 Ом) - к схеме с замкнутой ООС.

Основные типы составных биполярных транзисторов (БТ) показаны на рис. 4. Наиболее часто в ВК используется со ставной транзистор Дарлингтона (рис. 4 а) на базе двух транзисторов одной проводимости (" двойка " Дарлингтона), реже - составной транзистор Шиклаи (рис. 4б) из двух транзисторов разной проводимости с токовой отрицательной ОС, и еще реже - составной транзистор Брайстона (Bryston , рис. 4 в).
" Алмазный " транзистор - разновидность составного транзистора Шиклаи - показан на рис. 4 г. В отличие от транзистора Шиклаи, в этом транзисторе благодаря " токовому зеркалу " ток коллекторов обоих транзисторов VT 2 и VT 3 практически одинаков. Иногда транзистор Шиклаи используют с коэффициентом передачи больше 1 (рис. 4 д). В этом случае K П =1+ R 2/ R 1. Аналогичные схемы можно получить и на полевых транзисторах (ПТ).

1.1. Выходные каскады на базе " двоек ". " Двойка " - это двухтактный выходной каскад с транзисторами, включенными по схеме Дарлингтона, Шиклаи или их комбинации (квазикомлементарный каскад, Bryston и др.). Типовой двухтактный выходной каскад на " двойке " Дарлингтона показан на рис. 5. Если эмиттерные резисторы R3, R4 (рис. 10) входных транзисторов VT 1, VT 2 подключить к противоположным шинам питания, то эти транзисторы будут работать без отсечки тока, т. е. в режиме класса А.

Посмотрим, что даст спаривание выходных транзисторов для двойки " Дарлингт она (рис. 13).

На рис. 15 приведена схема ВК, использованная в одном из професс и ональных усилителей.

Менее популярна в ВК схема Шиклаи (рис. 18) . На первых порах развития схемотехники транзисторных УМЗЧ были популярны квазикомплементарные выходные каскады, когда верхнее плечо выполнялось по схеме Дарлингтона, а нижнее - по схеме Шиклаи. Однако в первоначальной версии входное сопротивление плеч ВК несимметрично, что приводит к дополнительным искажениям. Модифицированный вариант такого ВК с диодом Баксандалла, в качестве которого использован базо - эмиттерный переход транзистора VT 3, показан на рис. 20.

Кроме рассмотренных " двоек ", есть модификация ВК Bryston , в которой входные транзисторы эмиттерным током управляют транзисторами одной проводимости, а коллекторным током - транзисторами другой проводимости (рис. 22). Аналогичный каскад может быть реализован и на полевых транзисторах, например, Lateral MOSFET (рис. 24) .

Гибридный выходной каскад по схеме Шиклаи с полевыми транзисторами в качестве выходных показан на рис. 28 . Рассмотрим схему параллельного усилителя на полевых транзисторах (рис. 30).

В качестве эффективного способа повышения и стабилизации входного сопротивления " двойки " предлагается использовать на ее входе буфер, например, эмиттерный повторитель с генератором тока в цепи эмиттера (рис. 32).

Из рассмотренных " двоек " наихудшим по девиации фазы и полосе пропускания оказался ВК Шиклаи. Посмотрим, что может дать для такого каскада применение буфера. Если вместо одного буфера использовать два на транзисторах разной проводимости, включенных параллельно (рис. 35) , то можно ожидать дальнейшего улучшения пара метров и повышения входного сопротивления. Из всех рассмотренных двухкаскадных схем наилучшим образом по нелинейным искажениям показала себя схема Шиклаи с полевыми транзисторами. Посмотрим, что даст установка параллельного буфера на ее входе (рис. 37).

Параметры исследованных вы ходных каскадов сведены в табл. 1 .

Анализ таблицы позволяет сделать следующие выводы:
- любой ВК из " двоек " на БТ как нагрузка УН плохо подходит для работы в УМЗЧ высокой верности;
- характеристики ВК с ПТ на вы ходе мало зависят от сопротивления источника сигнала;
- буферный каскад на входе любой из " двоек " на БТ повышает входное сопротивление, снижает индуктивную составляющую выхода, расширяет полосу пропускания и делает параметры независимыми от выходного сопротивления источника сигнала;
- ВК Шиклаи с ПТ на выходе и параллельным буфером на входе (рис. 37) имеет самые высокие характеристики (минимальные искажения, максимальную полосу пропускания, нулевую девиацию фазы в звуковом диапазоне).

Выходные каскады на базе " троек "

В высококачественных УМЗЧ чаще используются трехкаскадные структуры: " тройки " Дарлингтона, Шиклаи с выходными транзисторами Дарлинг тона, Шиклаи с выходными транзис торами Bryston и другие комбинации. Одним из самых популярных вы ходных каскадов в настоящее вре мя является ВК на базе составно го транзис тора Дарлингтона из трех транзисторов (рис. 39). На рис. 41 показан ВК с разветвлением каскадов: входные повторители одновременно работают на два каскада, которые, в свою очередь, также работают на два каскада каждый, а третья ступень включена на общий выход. В результате, на выходе такого ВК работают счетверенные транзисторы.

Схема ВК, в которой в качестве выходных транзисторов использованы составные транзисторы Дарлингтона, изображена на рис. 43. Параметры ВК на рис.43 можно существенно улучшить, если включить на его входе хорошо зарекомендовавший себя с " двойками " параллельный буферный каскад (рис. 44).

Вариант ВК Шиклаи по схеме на рис. 4 г с применением составных транзисторов Bryston показан на рис. 46 . На рис. 48 показан вариан т ВК на транзисторах Шиклаи (рис.4 д) с коэффициентом передачи около 5, в котором входные транзисторы работают в классе А (цепи термоста билизации не показаны).

На рис. 51 показан ВК по структуре предыдущей схемы только с единичным коэффициентом передачи. Обзор будет неполным, если не остановиться на схеме выходного каскада с коррекцией нелинейности Хауксфорда (Hawksford), приведенной на рис. 53 . Транзисторы VT 5 и VT 6 - составные транзисторы Дарлингтона.

Заменим выходные транзисторы на полевые транзисторы типа Lateral (рис. 57

По вышению надежности усилите лей за счет исключения сквозных то ков, которые особенно опасны при кли пировании высокочастотных сиг налов, способствуют схемы антинасыщения выходных транзисторов. Варианты таких решений показаны на рис. 58. Через верхние диоды происходит сброс лишнего тока базы в коллектор транзистора при прибли жении к напряжению насы щен ия. На пряжение насыщения мощных транзисторов обычно находится в пределах 0,5...1,5 В, что примерно совпадает с падением напряжения на базо-эмиттерном переходе. В первом варианте (рис. 58 а) за счет дополнительного диода в цепи базы напряжение эмитте р - коллектор не доходит до напряжения насыщения пример но на 0,6 В (падение напряжения на диоде). Вторая схема (рис. 58б) требует подбора резисторов R 1 и R 2. Нижние диоды в схемах предназначены для быстрого выключения транзисторов при импульсных сигналах. Аналогичные решения применяются и в силовых ключах.

Часто для повышения качества в УМЗЧ делают раздельное питание, повышенное, на 10...15 В для входного каскада и усилителя на пряжения и пониженное для вы ходного каскада. В этом случае во избежание выхода из строя выходных транзисторов и снижения перегрузки предвыходных необходимо использовать защитные диоды. Рассмотрим этот вариант на примере модификации схемы на рис. 39. В случае повышения входного напряжения выше на пряжения питания выходных транзисторов открываются дополнительные диоды VD 1, VD 2 (рис. 59), и лишний ток базы транзисторов VT 1, VT 2 сбрасывается на шины питания оконечных транзисторов. При этом не допускается повышения входного на пряжения выше уровней питания для выходной ступени ВК и снижается ток коллектора транзисторов VT 1, VT 2.

Схемы смещения

Ранее, с целью упрощения, вместо схемы смещения в УМЗЧ использовался отдельный источник напряжения. Многие из рассмотренных схем, в частности, выходные каскады с параллельным повторителем на входе, не нуждаются в схемах смещения, что является их дополнительным достоинством. Теперь рассмотрим типовые схе мы смещения, которые представлены на рис. 60 , 61 .

Генераторы стабильного тока. В современных УМЗЧ широко используется ряд типовых схем: диф ференциальный каскад (ДК), отражатель тока (" токовое зеркало "), схема сдвига уровня, каскод (с последова тельным и параллельным питанием, последний также называют " лома ным каскодом "), генератор стабильного тока (ГСТ) и др. Их правильное применение позволяет значительно повысить технические характеристики УМЗЧ. Оценку параметров основных схем ГСТ (рис. 62 - 6 6) сделаем с помощью моделирования. Будем исходить из того, что ГСТ является нагрузкой УН и включенпараллельно ВК. Исследуем его свойства с помощью методики, аналогичной исследованиям ВК.

Отражатели тока

Рассмотренные схемы ГСТ - , это вариант динамической нагрузки для однотактного УН. В УМЗЧ с одним дифференциальным каскадом (ДК) для организации встречной динамической нагрузки в УН используют структуру " токового зеркала " или, как его еще называют, " отражателя тока " (ОТ). Эта структура УМЗЧ была характерна для усилителей Холтона, Хафлера и др. Основные схемы отражателей тока приведены на рис. 67 . Они могут быть как с единичным коэффициентом передачи (точнее, близким к 1), так и с большим или меньшим единицы (масштабные отражатели тока). В усилителе напряжения ток ОТ находится в пределах 3...20 мА: Поэтому испытаем все ОТ при токе, например, около 10 мА по схеме рис. 68.

Результаты испытаний приве дены в табл. 3 .

В качестве примера реального усилителя предлагается схема усилителя мощности S. BOCK , опубликованная в журнале Радиомир, 201 1 , № 1, с. 5 - 7; № 2, с. 5 - 7 Radiotechnika №№ 11, 12/06

Целью автора было построение усилителя мощности, пригодного как для озвучивания " пространства " во время прадничных мероприятий, так и для дискотек. Конечно, хотелось, чтобы он умещался в корпусе сравнительно небольших габаритов и легко транспортировался. Еще одно требование к нему - легкодоступность комплектующих. Стремясь достичь качества Hi - Fi , я выбрал комплементарно - симметричную схему выходного каскада. Максимальная выходная мощность усилителя была задана на уровне 300 Вт (на нагрузке 4 Ом). При таком мощности выходное напряжение составляет примерно 35 В. Следовательно для УМЗЧ необходимо двухполярное питающее напряжение в пределах 2x60 В. Схема усилителя приведена на рис. 1 . УМЗЧ имеет асимметричный вход. Входной каскад образуют два дифференциальных усилителя.

А. ПЕТРОВ, Радиомир, 201 1 , №№ 4 - 12