Усилитель мощности на СИТ приборах

Усилители, выполненные с использованием СИТ-приборов, имеют следующие положительные свойства:

низкие нелинейные искажения при малой глубине отрицательной обратной связи (ООС);

стабильную работу в широком диапазоне изменения температуры без использования каких-либо схем компенсации;

высокую надежность, т.к. СИТ-приборы обладают отрицательным температурным коэффициентом, т.е. при повышении температуры их токи покоя уменьшаются;

уменьшается потребность в схемах защиты, поскольку СИТ-приборы более устойчивы к повреждениям, возникающим при коротком замыкании выходных клемм УМЗЧ, а это в целом упрощает схему усилителя.

Эксперты, проводившие сравнительный анализ «качества звучания» двух усилителей с одинаковыми параметрами на биполярных транзисторах и СИТ-приборах, отметили более чистое, естественное и прозрачное звучание последних. Очевидно, существуют какие-то конструктивные особенности, устраняющие эффект «транзисторного» звучания.

Предлагаю две схемы УМЗЧ на СИТ-приборах КП801А и КП801Б.

Рис. 1

Рис.1 Усилитель мощности звуковой частоты на СИТ приборах

Первая — это УМЗЧ с выходной мощностью 10 Вт, выполненный по схеме рис.1, имеет следующие технические характеристики:

максимальная выходная мощность, Вт	12
коэффициент гармоник при Рвых—10 Вт, %, не более	0,15
полоса рабочих частот, Гц	20…20000
нелинейность АЧХ, дБ, не более	0,25
входное сопротивление, кОм	10
отношение сигнал/шум, дБ, не менее	80
ток покоя, мА	100

Схема состоит из входного каскада (транзисторы VT1, VT2), каскада усиления напряжения (VT3, VT4) и выходного каскада, выполненного на СИТ-приборах (VT5, VT6).

Входной каскад выполнен по схеме дифференциального каскада с симметричным выходом. Входной сигнал поступает на базу транзистора VT1 через разделительную цепочку, состоящую из резистора R1 и конденсатора С1. Конденсатор С2 служит для подавления ВЧ наводок на входе усилителя.

Сигнал ООС подается с выхода усилителя через делитель, состоящий из резисторов R10, R12. Таким образом, дифференциальный каскад сравнивает выходное напряжение с «нулевым» напряжением общего провода, и если по каким-либо причинам постоянное напряжение на выходе усилителя становится отличным от нуля, сигнал рассогласования с выхода дифференциального каскада поступает на выходной каскад, обеспечивая тем самым нулевое напряжение на выходе усилителя. Изменяя соотношение R12/R10, можно изменять коэффициент усиления УМЗЧ.

С выхода дифференциального каскада сигнал поступает на усилители напряжения, а с нагрузочных резисторов R 11, R14 — подается на затворы транзисторов выходного каскада (VT5, VT6).

Стабилитрон VD1 создает начальное смещение для входного дифференциального каскада. Стабилитрон VD2 защищает выходные транзисторы VT5, VT6 от пробоя в момент включения питания, когда по цепям стока могут протекать значительные импульсные токи. Причиной их появления является запаздывание запирающего напряжения затвор-исток выходных транзисторов VT5, VT6.

Резистором R6 выставляется ток покоя УМЗЧ порядка 100 мА при замкнутом входе.

Рис. 2

Рис.2 Усилитель мощности звуковой частоты на СИТ приборах

Вторая схема — УМЗЧ с выходной мощностью 25 Вт, приведенный на рис.2, обладает улучшенными свойствами. За основу взято схемотехническое решение из [2], однако при этом схема существенно переработана:

введены элементы R8, VD2 и R9, VD3;

дифференциальный каскад на входе заменен на каскодную схему;

участок затвор-исток СИТ-прибора VT5 защищен стабилитронами VD4…VD6 от перенапряжения, которое может возникнуть в различных аварийных режимах;

введением кремниевого диода VD7 улучшена температурная стабильность тока покоя УМЗЧ.

Каскодная схема на входе УМЗЧ выполнена на транзисторах VT1, VT2 разной проводимости. При этом первая часть схемы (на VT1) представляет собой эмиттерный повторитель, а вторая (на VT2) — каскад с общим эмиттером. Для сигнала ООС, поданного на эмиттер VT2, этот транзистор включен по схеме с общей базой. Тем самым гарантируется минимальная задержка сигнала. Делитель напряжения, определяющий коэффициент усиления УМЗЧ, состоит из низкоомных резисторов R4, R5, что также способствует минимальным задержкам сигнала ООС.

В предоконечном каскаде транзистор VT3 включен по схеме с общим эмиттером, а транзистор VT4 — по схеме с общей базой по отношению ко входному сигналу. Каскад можно было бы считать дифференциальным, если бы не «нестандартное» включение резистора R7, однако такое включение позволило получить на порядок меньший коэффициент искажений, чем при «классическом» включении резистора R7.

Стабилитрон VD1 создает начальное смещение для входной каскодной схемы. Резистор R12 служит для установки тока покоя УМЗЧ порядка 150 мА.

Корректирующая цепь, состоящая из R17, R18, С4 и L1, служит для устранения самовозбуждения УМЗЧ в области высоких частот. Катушка L1 намотана на резисторе R17 (МЛТ-2) и содержит 20 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,8 мм.

УМЗЧ имеет следующие технические характеристики:

максимальная выходная мощность, Вт	27
коэффициент гармоник при Рвых = 20 Вт, %, не более	0,06
полоса рабочих частот, Гц	20…25000
нелинейность АЧХ, дБ, не более	0,25
входное сопротивление, кОм	10
отношение сигнал/шум, дБ, не менее	80
ток покоя, мА	150

Усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) является важнейшим узлом звуковоспроизводящей аппаратуры, т.к. его параметры в значительной мере определяют качество звучания и надежность.

В настоящее время отечественная промышленность освоила выпуск мощных полевых транзисторов с вертикальной структурой, имеющих триодные вольтамперные характеристики. За рубежом их называют транзисторами со статической индукцией (СИТ-приборами).

СИТ-приборы объединяют в себе лучшие свойства биполярных и полевых транзисторов, т.к. затворные характеристики СИТ-приборов аналогичны затворным характеристикам полевых транзисторов, а характеристики инжекции тока аналогичны инжекционным характеристикам биполярных транзисторов.