Усилитель - 4

Продолжим.
Как я упоминал, рассмотренный нами усилитель обладает существенным недостатком – у него очень низкое входное сопротивление, обусловленное как необходимостью поддержать большой ток коллектора транзистора VT1, так и действием параллельной обратной связи. Для его повышения необходимо на вход поставить эмиттерный повторитель, как показано на схеме ниже.

При этом ток транзистора VT4 можно выбрать 1 мА, напряжение на его эмиттере 2 – 4 В, ток базового делителя (R7, R8) – 30 – 100 мкА.
В этом случае сопротивление резистора регулятора громкости может быть до 47 кОм.

Но дополнительному транзистору можно найти другое применение, которое сразу улучшит многие параметры усилителя — входное сопротивление, усиление, температурную стабильность, частотную характеристику и прочее. Для этого его нужно включить так, чтобы обратная связь стала последовательной.

Схема представляет из себя рассмотренный ранее «перевернутый усилитель», к которому подключен усилитель на транзисторе VT4. В ней эмиттер транзистора VT4 подключен через резистор R6 к средней точке соединения эмиттеров выходных транзисторов. Из-за цепочки последовательно соединенных резистора R2 и конденсатора C3 с выхода усилителя на эмиттер транзистора обеспечивается 100% передача постоянного напряжения; переменное же напряжение, при соответствующем выборе емкости конденсатора (Хс много меньше R2), передается ослабленным в (R2 + R6) / R2 раз.
Так как выходное постоянное напряжение поступающее на эмиттер VT4 вычитается из входного (на его базе), любые изменения напряжения в средней точке будут скомпенсированы. Обратная связь по переменному напряжению снижает нелинейные искажения и выравнивает частотную характеристику усилителя. Из-за ее действия очень легко рассчитывается усиление такого усилителя – оно равно коэффициенту ослабления обратной связи, то есть:
Ky = (R2 + R6) / R2
Причем, если выходное напряжение усилителя должно быть равно 10 В, а его чувствительность 500 мВ, то коэффициент усиления усилителя должен быть равен 20.
Из-за ограниченных усилительных свойств транзисторов не рекомендуется устанавливать коэффициент усиления больше 100. Для это есть предварительные усилители.
Еще одной особенностью усилителя является то, что из-за увеличения числа усилительных каскадов, при малом коэффициенте усиления (от 1 до, наверное, 10), возможно его самовозбуждение. Проще всего оно устраняется подбором емкости конденсатора C4.
В рассматриваемой схеме ток через транзистор VT4 можно принять в районе 1 мА. При этом желательно, чтобы в режиме покоя между его коллектором и эмиттером было напряжение не менее 2 – 3 В. Напряжение на резисторе R1 – 0,65 В. Соответственно с этим и рассчитываются номинальные сопротивления резисторов R1 и R6. Ток базового делителя (R7, R8) – 30 – 100 мкА.
Эта схема обладает хорошей стабильностью и повторяемостью и на ее основе даже делались микросхемы – зарубежная TBA810P и ее советские аналоги К174УН7 и К174УН9, а так же К174УН14 и К174УН15.
Недостаток такой схемы – большой ток через резистор обратной связи R6, из-за чего напряжение на базе транзистора VT4 нельзя установить равным половине напряжения питания, что упростило бы схемотехнику выходных цепей, настройку и дополнительно улучшило стабильность усилителя. Чтобы уменьшить этот ток, можно включить в его цепь буферный эмиттерный повторитель.

Такая схема, с вариациями, является основной для построения практически всех современных усилителей низкой частоты, как на дискретных элементах, так и в виде микросхем.
В ней ток через R6 в h21э (в 100-1000 раз) меньше, чем в предыдущей схеме, поэтому падение напряжения на нем составляет доли вольта. При этом напряжение на базе VT4 можно выбрать равным половине напряжения питания и, в дальнейшем, использовать такой усилитель для питания от двухполярного источника питания.

В таком усилителе постоянное напряжение на выходе равно нулю (с погрешностью, обусловленной неодинаковостью параметров транзисторов VT5 и VT6) и громкоговоритель может быть подключен без применения разделительного конденсатора.
Конденсатор C3 должен быть неполярным, так как на обеих его обкладках одинаковый потенциал общего провода. Можно его исключить, но, в этом случае погрешность постоянного напряжения на выходе усилителя увеличится (эта погрешность называется смещением нуля) в (R2 + R6) / R2 раз и может достигать 0,5 В.

При этом через динамик сопротивлением 4 Ома потечет постоянный ток 125 мА, что может значительно ухудшить его параметры. Во избежание такой ситуации необходимо подобрать транзисторы VT5 и VT6 с наиболее близкими параметрами и использовать резисторы R8 и R2 с одинаковыми сопротивлениями.
Одновременно хочу обратить внимание, что по такой же схеме строятся все современные операционные усилители (с добавлениями, повышающими его стабильность, технологичность и точность).

Поэтому такой усилитель мощности (например, TDA2030) можно использовать в качестве мощного операционного усилителя для управления моторами и прочими исполнительными устройствами. Правда нужно учесть, что у усилителя мощности и у операционного усилителя производители нормируют разные параметры. Кроме того, усилители мощности не рассчитаны на работу с низким (1 – 10) коэффициентом и может начаться самовозбуждение, с которым придется бороться. Но думаю, что цена в 29 рублей за ту же TDA2030 это оправдывает.
  • +6
  • 21 июня 2011, 19:27
  • mzw

Комментарии (11)

RSS свернуть / развернуть
Ыыы, статьи все интересней) Плавненько перешли к дифференциальному усилителю :)
А почему у VT6 ни в одной схеме нету коллекторной нагрузки? Вроде обычно диффкаскады делаются симметричными.
Алсо, в варианте с двуполярным питанием наверно надо добавить кондер, развязывающий динамик по постоянному току? C1 и C2 эту функцию уже не выполняют, а выходное напряжение усилителя в покое может и отличаться от нуля вроде.
Соответственно с этим и рассчитываются номинальные сопротивления резисторов R1 и R5.
Баг. R1 и R6, наверное.
0
  • avatar
  • Vga
  • 21 июня 2011, 20:39
Алсо, в предпоследней схеме вроде же можно выкинуть С3? По крайней мере, у ОУ обычно внешняя ОС делается без него.
0
По инерции — выкину. Спасибо.
0
В данной схеме коллекторная нагрузка у VT6 ничего не дает — симметрия практически не нарушается. Вот когда будет токовое зеркало или транзистор, симметричный VT4…
Для этого и сделана такая схема, чтобы конденсатора, развязывающего динамик, не было.
R5 — ткнул и не заметил.
0
Кстати, не выкину. Только поменяю на неполярный. Иначе ООС по постоянному току ослабится.
0
Такой цикл статей может и на конкурс потянуть, имхо.
0
да, надо плашку поставить.
0
Спасибо, но у меня все есть — RIGOL DS1042CD, анализатор LOGIC-U PLUS, газовый паяльник и плата Марсоход.
Пусть лучше они достанутся тем, кому нужнее.
0
Вопрос по самой первой схеме в посте. Не могу разобраться как обеспечить выолнение:
При этом ток транзистора VT4 можно выбрать 1 мА, напряжение на его эмиттере 2 – 4 В, ток базового делителя (R7, R8) – 30 – 100 мкА.
R7, R8 должны устанавливать на базе VT4 половину питания? Т.е. R7=R8 и R7+R8=Eп/(30 – 100 мкА)? Как рассчитывается R6? R6=(2 — 4В)/1мА, так?
0
Нет, на базе VT4 необязательно половина питания.
Главное, чтобы напряжение на его эмиттере было больше амплитуды входного сигнала — чтобы не было искажений. А напряжение на базе должно быть на 0,65 В больше, чем на эмиттере.
А дальше по формулам.
Допустим на эмиттере 2 В. Ток коллектора — 1 мА.
Значит сопротивление эмиттерного резистора — 2 КОм.
Тогда на базе напряжение 2,65 В.
При токе делителя 100 мкА сопротивление нижнего резистора — 27 КОм (округлил). Сопротивление верхнего резистора посчитайте сами.
0
Спасибо за подробный ответ!
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.