Усилитель тока низкой частоты

Было время когда большое внутреннее сопротивление усилителя НЧ рассматривалось неизбежным и потому достижение равенства между выходным сопротивлением и сопротивлением нагрузки считалось идеальным. Хотя по закону элементарной электротехники этот идеал оплачивался потерей половины полезной мощности. Десятилетиями продолжался поиск путей уменьшения выходного сопротивления усилителя. Положительные результаты достигались преимущественно за счет использования ламп с меньшим внутренним сопротивлением и применения отрицательной обратной связи. И все же получить выходное сопротивление менее 1 кОм не удалось. Согласующий трансформатор, как составная часть нагрузки, добавил лишь потери мощности, внес свои специфические искажения, но не уменьшил и не мог уменьшить выходное сопротивление самого усилителя как источника электрической энергии.

Из опыта построения ламповых усилителей некоторые конструкторы транзисторных усилителей заимствовали устаревшее представление об оптимальном выходном сопротивлений усилителя и сейчас еще удовлетворяются выходным сопротивлением, равным сопротивлению нагрузки. И только потому, что выходное сопротивление транзисторного усилителя имеет преимущественно реактивный характер, больших потерь мощности не бывает, хотя нелинейные искажения остаются, несмотря на то, что их можно было бы снизить до уровня, в принципе недостижимого в ламповых конструкциях.

Поскольку громкоговоритель с полным сопротивлением 4— 10 Ом, подключенный к бестрансформаторному транзисторному усилителю, требует небольшого усиления по напряжению, эффективная отдача мощности при достигнутом снижении выходного сопротивления обеспечивается более значительным усилением по току. Сейчас определилась необходимость и имеется реальная возможность строить усилители НЧ с выходным сопротивлением в 5— 10 раз меньшим сопротивления нагрузки. Поэтому было бы большой ошибкой не воспользоваться этой новой возможностью в развитии техники усиления вообще и в решении некоторых практических задач в частности.

Путей достижения эффективного усиления тока видимо много и для того, чтобы оценить то или иное техническое решение, достаточно воспользоваться методами измерения выходного сопротивления, как величины обратнозависимой от тока. Оценить демпфирующие свойства усилителя можно, подавая на его вход сигнал частотой 50 Гц, сформированный в виде прямоугольных импульсов. Для контроля величины паразитной ЭДС звуковой катушки громкоговорителя можно воспользоваться мостовым, компенсационным и дифференциальным методами.

Нами для контроля выходного сопротивления в диапазоне самых низких звуковых частот в выходную цепь включенного усилителя (вместо громкоговорителя) через резистор сопротивлением 10 Ом подавалось сетевое напряжение, пониженное до 3—5 В. При этом напряжение на резисторе, на самом усилителе и в различных его цепях измерялось вольтметром, а форма его просматривалась на экране осциллографа.

Схема доработанного усилителя, приведена на рисунке. Его выходное сопротивление на частоте 50 Гц удалось уменьшить до 0,5—1 Ом. Работает усилитель на малогабаритную акустическую систему 10МАС-1М. Другие его параметры практически не изменились.

Резистор R8 в цепи обратной связи позволяет максимально уменьшить усиление по напряжению, а резистор R7 — регулирует глубину положительной обратной связи, компенсирующей отрицательную обратную связь через резисторы R3, R4, R5.

В результате выполненного эксперимента можно предложить следующие технические решения, позволяющие достигнуть существенного уменьшения выходного сопротивления.

Во-первых — усилитель лучше строить с минимальным числом переходных и блокирующих конденсаторов большой емкости и желательно по схеме усилителя постоянного тока с автоподстройкой режима. Такая схема обеспечивает более высокую эффективность использования транзисторов, лучшую частотную, фазовую и амплитудную характеристики.

Во-вторых — усилитель лучше строить по автобалансной схеме с изолированным плюсовым и минусовым полюсами источника питания и заземленной динамической средней точкой. Такое построение обеспечивает хорошую помехоустойчивость с минимальным числом развязок по цепям питания и более широкий динамический диапазон усилителя при максимальной выходной мощности.

В третьих — звуковую катушку громкоговорителя лучше включать в диагональ моста, образованного плечами выходного каскада усилителя и последовательно соединенными блокировочными конденсаторами. Такая схема более эффективно уменьшает динамическое сопротивление опорной точки включения громкоговорителя.

В четвертых — в усилителе должна использоваться отрицательная обратная связь по напряжению.

В пятых — большинство используемых транзисторов желательно включать по схеме с общим коллектором, особенно в выходном каскаде.

В заключение необходимо отметить возможность определения коэффициента усиления тока через соотношение входного и выходного сопротивлений, при известном коэффициенте усиления напряжения. Поскольку ближайшая цель данного эксперимента сводилась к снижению сопротивления выходной цепи, улучшающему демпфирование звуковой катушки громкоговорителя, входному сопротивлению усилителя внимание не уделялось, хотя то и другое находится в теснейшей зависимости от достигнутой эффективности использования транзистора как усилительного прибора с токовым управлением.