Мало кто знает, что такое Мосфет, но почти все слышали, что это есть очень хорошо. Давайте сначала разберёмся с этим словом. MOSFET — английское сокращение от metal-oxide-semiconductor field effect transistor. Структура его состоит из металла и полупроводника, разделённых слоем диоксида кремния (SiO2). В общем случае структуру называют МДП (металл — диэлектрик — полупроводник).
Транзисторы на основе таких структур, в отличие от биполярных, управляются напряжением, а не током и называются униполярными транзисторами, так как для их работы необходимо наличие носителей заряда только одного типа. Высокая температурная стабильность, малая мощность управления, слабая подверженность к пробою, самоограничение тока стока, высокое быстродействие в режиме коммутации, малый уровень шума — это основные преимущества полевых MOSFET транзисторов перед радиолампами и биполярными транзисторами.
Большинство любителей высококачественного звуковоспроизведения оценивают усилитель на полевых MOSFET транзисторах на очень высоком уровне, практически как и ламповых, ведь по сравнению с усилителями на обычных биполярных транзисторах они выдают более мягкое звучание, создают меньше искажений и устойчивы к перегрузке. MOSFET превосходят классические ламповые усилители, как по коэффициенту демпфирования, так и по передаче низких и высоких частот. Частота среза таких усилителей значительно выше, чем у усилителя на биполярных транзисторах, что благоприятно сказывается на звуке.
Мощные полевые MOSFET транзисторы имеют меньший разброс основных параметров, чем биполярные транзисторы, что как бы облегчает их параллельное включение и уменьшает общее выходное сопротивление усилителя мощности.
Параметры усилителя
- Выходная мощность (RMS): 140 Вт при нагрузке 8 Ом, 200 Вт на 4 Ом.
- Частотный диапазон: 20 Гц — 80 кГц -1dB.
- Входная чувствительность: 800 mV при мощности 200 Вт на 4 Ом.
- Искажения: <0.1% (20 Гц — 20 кГц).
- Соотношение сигнал/шум: > 102dB невзвешенных, 105 дБ (A-взвешенное с учетом 200 Вт на 4 Ом).
На рисунке показана схема одного из самых простых УМЗЧ с применением полевых транзисторов этого типа в выходном каскаде. А мощность его составляет целых 200 ватт! Этот усилитель мощности MOSFET подходит для многих целей, таких как мощный концертный гитарник или домашний кинотеатр. Усилитель имеет хороший диапазон частот — от 1 дБ 20 Гц до 80 кГц. Коефициент искажений менее 0,1% при полной мощности, а соотношение сигнал/шум лучше, чем -100 dB. Дальнейшее упрощение возможно за счёт применения ОУ в предусилительном каскаде.
Вся конструкция УНЧ размещена в небольшом алюминиевом корпусе. Питается схема от простого двухполярного выпрямителя с тороидальным трансформаторомна 250 ватт. Обратите внимание, что на фото показан моноблок — то есть одноканальный усилитель, так как он собран для электрогитары.
Радиатор применён из черного анодированного алюминиевого профиля. Корпус имеет длинну 300 мм и снабжен сзади 80 мм вентилятором охлаждения. Вентилятор работает постоянно, поэтому радиатор всегда прохладный, даже при максимальной мощности (или, по крайней мере, несколько выше температуры окружающей среды).
Принципиальная схема
Усилитель — двухкаскадный, первый каскад выполнен на ОУ А1, второй — на транзисторах VЗ, V5—V7. Для получения максимально возможного размаха усиливаемого сигнала применено так называемое «плавающее» питание ОУ (за счет подачи в цепь питания части выходного сигнала через резистор R6).
В основу выходного каскада положена схема так называемого «параллельного» усилителя, нашедшего применение в маломощных (до 1 Вт) усилителях мощности. Для улучшения амплитудной характеристики между базами транзисторов V6, V7 включен диод V4. При отсутствии сигнала и до тех пор, пока он не достигнет определенного уровня, этот диод закрыт и на работу каскада не влияет.
Рис. 1. Принципиальная схема термостабильного усилителя мощности А. А. Агеева.
В момент ограничения нарастающего в положительную сторону сигнала, когда токи через резистор R7 и базу транзистора V6 становятся равными, и транзистор V5 закрывается, напряжение обратного смещения на диоде V4 начинает уменьшаться, так как транзистор V3 открыт, и сигнал на его эмиттере продолжает увеличиваться. Наконец, наступает момент, когда диод открывается, и вместо канала усиления V5—V6, образуется канал V3—V4—V6.
При усилении сигнала, нарастающего в отрицательную сторону, аналогично образуется канал V5—V4—V7. Резистор R8, шунтирующий диод V4, устраняет резкие изломы выходного сигнала в моменты закрывания транзисторов V3, V5 и открывания диода V4. Высокая термостабильность усилителя достигается использованием хорошей тепловой связи между транзисторами V3, V6 и V5, V7.
Наличие двух входов упрощает использование усилителя в многополосных системах с разделительными фильтрами на входе. Так, в двухполосной системе достаточно установить всего лишь один фильтр верхних частот между входами одного из усилителей (низкочастотный сигнал образуется в результате вычитания сигналов со входа и выхода фильтра).
При использовании инвертирующего входа 2 следует помнить, что сопротивление источника сигнала входит в цепь отрицательней обратной связи, охватывающей ОУ А1, поэтому оно не должно превышать 15 кОм.
Неиспользуемый вход в любом случае необходимо соединить с общим проводом. Для повышениия устойчивости усилителя против самовозбуждения на входе необходимо включить фильтр нижних частот с частотой среза 20 кГц.
усилитель воспроизведения Агеева circuit
Усилители-корректоры, предварительные усилители, селекторы входа, эквалайзеры, регуляторы громкости и тембров. Защита панели ЭПУ от вибрации.
Замена рычага опускания микролифта электромагнитом с электронным устройством управления. Карасев Г. Динамический фильтр в «Веге МПС». Носков А. Основные тенденции развития микрофонной техники Вахитов Ш. Сравнительный анализ. Предусилитель-корректор для магнитного звукоснимателю Данюк Д. Тонкомпенсированный регулятор громкости Иванов А. Из наборов «Старт». Дифференциальный предусилитель-корректор на ОУ Данюк Д.
Логарифмический индикатор уровня сигнала с перемещающейся точкой Пономаренко О. Канал записи с адаптивным подмагничиванием Ещенко Н. Счетчики расхода магнитной ленты Шаронов В.
УЗЧ для миниатюрных приемников Рыбаков Г. Усилители мощности звуковой частоты. Динамический псевдостереопреобразователь Панкратьев Д.
Автоматический поиск фонограмм по паузам Гуливец Ю. Цифровой регулятор громкости с распределенной коррекцией Хныков А. Число дискретных ступеней регулирования громкости 31 Шаг дискретизации 2 дБ. Индикатор перегрузки громкоговорителя Синьков Д. И снова 35АС Кунафин Р. Схема, рисунок печатной платы. Магнитные головки для кассетных магнитофонов Сухов Н. Основные нлектрические параметры.
Подавление надтональных помех в бытовой звукозаписи Агеев С. Обзор публикаций. Автоматизация включения режимов магнитофона Ринкус Э. Кассетные плейеры и их ремонт Меркулов А. Импортные и отечественные. Доработка пллейера Промышленная Аппаратура Винокуров Л. Схемотехника усилителей мощности звуковой частоты высокой верности Корзинин М. Фильтры высококачественных громкоговорителей Панкратьев Д. Усовершенствание процессорного блока стереокомплекса «ВегаС» Панкратьев Д. Схемотехника усилителей мощности высокой верности Корзинин М.
Пиковый индикатор мощности Потачин И. Помещение для прослушивания. Что это? Развитие техники магнитной записи Агеев С. Исторические заметки. Исторические заметки Защита громкоговорителя от постоянного напряжения Панкратьев Д.
К недостаткам усилителя можно отнести зависимость коэффициента гармоник от выходной мощности, однако максимального значения (0,5 % па частоте 20 кГц) он достигает при выходной мощности, меньшей 30 мВт; при больших же ее значениях и на всех других частотах он значительно меньше (например, на частоте 4 кГц в интервале мощностей 0,5…30 Вт не превышает 0,15%).
Основные технические характеристики
Номинальный диапазон частот, Гц, при неравномерности АЧХ на краях не более 1,5 дБ
| 20…20 000 | |
| Выходная мощность, Вт, на нагрузке сопротивлением 8 Ом при коэффициенте гармоник в номинальном диапазоне частот не более 0,5% | 30 |
| Чувствительность, В | 1,5 |
| Фазовый сдвиг в номинальном диапазоне частот | 10° |
| Коэффициент подавления пульсаций питающих напряжений в номинальном диапазоне частот дБ, не менее | 55 |
| Температурный интервал устойчивой работы усилители, °С | -20 +60 |
Принципиальная схема усилителя мощности показана на рис. 1. Его первый каскад собран на ОУ А1. Входной сигнал поступает на инвертирующий вход ОУ через фильтр верхних частот (ФВЧ) RIC1R3 с частотой среза 20 кГц. Для того чтобы этот параметр ФВЧ существенно не изменился, выходное сопротивление предварительного усилителя должно быть не более 200 Ом. Со входом усилителя мощности его необходимо соединить через электролитический конденсатор емкостью 10 мкФ (полярность включения зависит от знака напряжения на выходе предусилителя).
|
|
| Рис. 1 |
На неинвертирующий вход ОУ А1 через делитель напряжения R4R5 поступает сигнал ООС с выхода усилителя. Конденсатор C3 служит для фазовой коррекции усилителя в области высоких частот (выше 130 кГц). Частота среза входного каскада (с учетом коррекции ОУ через конденсатор С5) — около 30 кГц.
Следующий каскад — двухтактный каскодный (ОЭ — ОБ) усилитель с частотой среза 4,7 МГц на транзисторах V6, V5 и V7, V4. Он выполняет функции фазоинвертора и генератора стабильных токов смеще-
ния для транзисторов предоконечного каскада. Последний выполнен на транзисторах разной структуры V8, V9 и охвачен местными ООС по току (резисторы R12. R13 в цепях эмиттеров). Термостабилизирующее действие этих ООС вместе с питанием базовых цепей транзисторов V8, V9 стабильными токами смещения определяет высокую температурную стабильность усилитсля в целом. Ток покои транзисторов V8. V9 — около 30 мА (при +60°С он увеличивается до 50 мА). Частота среза этого каскада — 130 кГц.
Выходная ступень (V10, V11) представляет собой эмиттерный повторитель с частотой среза около 140 кГц. Поскольку транзисторы этой ступени, как уже говорилось, работают без начального смещения, то для снижения неизбежных в режиме В искажений типа «ступенька» введен резистор R14, который при. малых уровнях сигнала (когда транзисторы. V10, V11 закрыты) соединяет нагрузку с выходом линейного предоконечного каскада.
С громкоговорителем усилитель соединяют кабелем, собственная емкость которого не должна превышать 1000 пФ. Если же его емкость больше, то для сохранения устойчивости работы усилителя между выходом и кабелем необходимо включить катушку индуктивностью 3…5 мкГ (диаметр провода — не менее 1 мм), шунтированную резистором сопротивлением 10…20 Ом.
Питать усилитель можно от любого двухполярного нестабилизированного выпрямителя с емкостным фильтром, обеспечивающего выходное напряжение ±30 В при токе нагрузки 1 А.
Конструкция и детали. В усилителе можно использовать ОУ К140УД1Б с коэффициентом усиления напряжения не менее 2000. Транзисторы каскодного усилителя могут быть и иных, чем указано на схеме, типов, но обязательно с предельно допустимым напряжением эмиттер — коллектор не менее 30 В и граничной частотой не менее 40 МГц (в частности, вместо транзисторов ГТ321А можно применить кремниевые транзисторы КТ626 с индексами А, Б и В). Транзисторы оконечного каскада (V10, V11) желательно подобрать со статическим коэффициентом передачи тока h21э>50. Для улучшения симметричности плеч усилителя германиевые транзисторы в предоконечном и оконечном каскадах желательно заменить кремниевыми: вместо ГТ905А установить КТ814Г, а вместо ГТ806В — КТ816Г. В усилителе применены резисторы МЛТ-0,25, конденсаторы КТМ, КМ и К50-6.
При отсутствии стабилитрона КС133А базовую цепь транзистора V4 можно питать от делителя напряжения, составленного из резисторов сопротивлением 3…6.2 кОм (его подключают к точке соединения резистора R6 со стабилитроном V1 и выводом 7 ОУ А1) и 1 кОм (его соединяют с общим проводом и шунтируют — с учетом полярности — электролитическим конденсатором емкостью 10 мкФ на номинальное напряжение 6 В). Стабилитрон Д814Б (V1) в этом случае необходимо заменить на Д814Г, соединив его анод непосредственно с общим проводом. Резистор большего сопротивления (3…6,2 кОм) подбирают таким образом, чтобы при отключенной нагрузке и комнатной температуре ток покоя транзисторов V8, V9 составил 30…35 мА.
|
|
|
|
| Рис. 2 |
Все детали усилителя монтируют на печатной плате (рис. 2), изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Транзисторы V8, V9 закрепляют на полках теплоотвода П-образной формы, согнутого из полосы.листового алюминиевого сплава размерами 100x50X2 мм. Размеры основания теплоотвода — 50X50, полок — 25×50 мм. К печатной плате его Крепят проволочными скобками со стороны установки деталей. Транзисторы V10, V11 устанавливают на имеющихся в продаже универсальных оребреных теплоотводах 8.650.022 (площадь охлаждения -300см2).
Усилитель, собранный из исправных деталей, в налаживании практически не нуждается. Единственное, что необходимо сделать до подключения громкоговорителя, это убедиться в отсутствии постоянного напряжения на выходе (допустимо напряжение не более ±0,1 В) и в том, что ток покоя транзисторов предоконечного каскада не превышает 50 мА. г. Москва
ЛИТЕРАТУРА
- Zapf J., Schvenn R. Ein Okonomishes, vollgeschutztes Hi-Fi Verstarkerkonzept fon 20 W bis 200 W. — Funkschau, 1977, Heft 25, z: 130 — 134.
Радио № 7 — 8 1981г.
