Экономичный усилитель

Усилитель рассчитан на работу с транзисторными радиоприемниками и другими устройствами, имеющими каскады предварительного усиления НЧ.

Чувствительность усилителя 0,2 В. Входное сопротивление около 9 кОм. Максимальная выходная мощность 0,22 Вт при коэффициенте нелинейных искажений не более 2%. Полоса рабочих частот 100 Гц — 9 кГц. Сопротивление нагрузки 6,5 Ом. Питается усилитель от батареи Крона-ВЦ напряжением 9 В. Ток покоя усилителя 2 мА.

Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 1. Первый его каскад выполнен по обычной трансформаторной схеме на транзисторе 77 и охвачен отрицательной обратной связью, создаваемой резистором R3 в эмиттерной цепи транзистора TL Оконечный каскад собран на транзисторах Т2 — Т5 по двухтактной схеме.

С половины первичной обмотки выходного трансформатора в цепь эмиттера транзистора Т1 через резистор R8 подается напряжение обратной связи. Глубина ее около II дБ, Охватывая оба каскада, она снижает нелинейные и частотные искажения.

Конденсатор С6 способствует выравниванию напряжений на половинах обмоток, что также снижает коэффициент нелинейных искажений. (В представленном в редакцию образце усилителя подключение конденсатора С6 снижало коэффициент нелинейных искажений с 2,4 до 0,9%).

Резисторы R4 — R7 задают начальное смещение на транзисторы Т2 и Т4, устраняющее обычные искажения типа ступенька. Для подачи смещения точку соединения резисторов R5 и R6 не обязательно соединять с точкой с. Однако выполнение этого соединения обеспечивает симметрию плеч по постоянному напряжению, поскольку в этом случае резисторы RS, R6 создают в каждом плече усилителя последовательную отрицательную обратную связь. Конденсаторы С4 и CS создают параллельную отрицательную обратную связь в области высших звуковых частот, что повышает устойчивость усилителя к паразитной генерации и уменьшает выбросы напряжения на выходе.

Плечи выходного каскада работают поочередно. Одно плечо формирует положительные полупериоды напряжения на нагрузке, а другое — отрицательные, как и в обычном двухтактном усилителе класса В.

Рассмотрим работу выходного каскада, руководствуясь его упрощенной схемой, приведенной на рис. 2. Вторичные обмотки трансформатора Tp1, с которых усиливаемое напряжение подается на транзисторы Т2 и Т4, условно изображены в виде эквивалентных генераторов е1 и е2. У выходного трансформатора здесь показаны только первичные обмотки 1 — 2 и 3 — 4, а вторичная обмотка 5 — 6 также условно изображена в виде эквивалентного генератора е3.

В исходном состоянии, когда е1 = е2 = 0, в силу симметрии схемы на конденсаторе С7 (точка с) устанавливается половинное напряжение источника питания Е_с = 1/2 Е. Диоды Д1 и Д2 закрыты напряжением источника Е. При малых мгновенных значениях напряжения на обмотке 3 — 4 на отрезке времени от 0 до tt (рис. 3) транзистор Т2 питается от конденсатора С7, заряженного до напряжения Е_с, которое через диод ДЗ подается на коллектор транзистора Т7.

По мере увеличения мгновенных значений e1 все больше возрастает ток транзистора Т2, а значит и мгновенные значения напряжения на обмотке 3 — 4 и напряжения е3 на обмотке 5 — 6 выходного трансформатора Тр2. При этом напряжение Uкэ2 (мгновенные значения) между коллектором и эмиттером транзистора Т2 уменьшается. Уменьшается и запирающее напряжение на диоде Д1, так как приближенно можно считать, что Uкэ2 через промежуток эмиттер — база транзистора ТЗ и резистор R9 приложено к диоду Д1. Фаза напряжения е3 такова, что оно стремится открыть диод Д1 и транзистор ТЗ. Поэтому как только наступит равенство е3 = Uкэ2 Диод Д1 и транзистор ТЗ откроются и транзистор ТЗ подключит к транзистору Т2 источник питания £. Одновременно диод ДЗ запрется (так как E > Е_с) и разряд конденсатора С7 прекратится (момент t1). Резистор R9 ограничивает ток базы транзистора ТЗ. На рис. 3 ступенчатый график упрощенно изображает напряжение питания одного плеча оконечного каскада как функцию времени. При уменьшении мгновенных значений е1 все происходит в обратном порядке. В момент t2 снова отпирается диод ДЗ и возобновляется разряд конденсатора С7.

Как видно из рис. 3, в отличие от обычного двухтактного усилителя, данный усилитель не все время питается напряжением £. Часть времени (от 0 до t1 и от t2 до Т/2) питание происходит от меньшего напряжения Е_с — = 1/2E. Это и обусловливает частичную экономию энергии питания, то есть повышает к. п. д.

Во второй полупериод первое плечо не работает, так как напряжения е1, и е3 меняют свою полярность и запирают транзисторы Т2, ТЗ. В этот полупериод работает только второе плечо (транзисторы Т4, Т5). При малых мгновенных значениях напряжения на обмотке 1 — 2 каскад питается от напряжения Е_ac, т. е. от последовательно соединенных конденсатора С7 и батареи Е. При этом ток через конденсатор С7 протекает в направлении от b к с, т. е. подзаряжает его, причем подзаряжается конденсатор С7 ровно на столько, на сколько он разрядился в первый полупериод. Вследствие этого напряжение Е0 на конденсаторе С7 в среднем за период усиливаемого колебания неизменно. При больших мгновенных значениях сигнала транзистор Т5 подключает к усилителю все напряжение питания Е и диод Д4 запирается. Таким образом, второе плечо работает аналогично первому.

Чтобы обеспечить поочередность работы плеч, вторичные обмотки трансформатора Tpl должны подключаться к эмиттерам транзисторов Т2 и Т4 синфазно, так как эти транзисторы имеют разный тип проводимости. Для облегчения правильного подключения начала обмоток отмечены точками (см. рис. 1). Такие точки поставлены и у обмоток выходного трансформатора. Указанное на схеме включение обеспечивает правильную взаимную фазировку положительных и отрицательных полупериодов напряжения на громкоговорителе и необходимую фазу напряжения е3.

Исследования показали, что теоретически при амплитуде сигнала, не превышающей 50% ее максимального значения, к. п. д. описанного оконечного каскада вдвое выше, чем обычного двухтактного каскада класса В. Практически выигрыш по к. п. д. даже при малых амплитудах меньше двух, что объясняется наличием тока покоя. В таблице приведены значения токов, потребляемых оконечным каскадом от источника питания.

Ток I_ок соответствует данной схеме (на время отсчета по прибору тока I_ок вольтметр и осциллограф, используемый для проверки формы сигнала на выходе, от нагрузки следует отключать), а ток I_кo — обычному двухтактному каскаду. UH — напряжение на нагрузке (эффективное значение). Ток I_ок измерен при выпаянных транзисторах ТЗ и Т5, которые заменялись перемычками (между точками присоединения эмиттера и коллектора).

Конструктивно усилитель выполнен на плате из стеклотекстолита (рис. 4) размерами 65 X 130 мм. От платы идут три пары проводов: входные, выходные и провода питания.

С целью повышения чувствительности усилитель может быть дополнен еще одним каскадом предварительного усиления и применяться для усиления сигнала НЧ в радиоприемниках и других аппаратах с батарейным питанием.

Транзисторы выходного каскада должны иметь усиление по току В-60 — 70. При использовании транзисторов с В-50 обмотку 5 —- 6 выходного трансформатора следует увеличить на 25 вит-

ков провода ПЭВ 0,1 — 0,2. В противном случае при максимальном сигнале в средней части полупериодов выходного напряжения будут наблюдаться искажения типа ступенька как признак позднего открывания транзисторов ТЗ и Т5. При В < 50 число дополнительных витков должно быть больше 25.

В усилителе использованы резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы электролитические К50-6 и К50-ЗБ, остальные БМ-2. Выключатель В1 — тумблер ТВ2-1. Громкоговоритель можно использовать любой с сопротивлением звуковой катушки 6,5 Ом.

Выходной трансформатор усилителя от магнитофона Комета-206 или от приемника Спидола. Он выполнен на сердечнике из пластин Ш8Х8. Первичная обмотка содержит 350 X 2 витков провода ПЭВ-2 0,18, а вторичная 92 X 2 витков провода ПЭВ-2 0,29. Средний вывод первичной обмотки прогревают паяльником, свитые проводники раскручивают и аккуратно отделяют один от другого. Затем их прозванивают омметром или пробником и припаивают по отдельности к двум предварительно залуженным проволочным контактам.

. Разделительный или переходной трансформатор от приемников Спидола или ВЭФ-12. Первичная обмотка этих трансформаторов содержит 1498, а вторичная 400 X 2 витков провода ПЭЛ 0,12, сердечник Ш8 X 8. Как и в выходном трансформаторе, средний вывод вторичной обмотки разделяют. При этом надо иметь в виду, что после раскручивания проводников их оказывается не два, а четыре. Два из них балластные, для увеличения жесткости и прочности выводов. Разобраться в проводниках поможет омметр или пробник.