Любительский трансформаторный

ЛЮБИТЕЛЬСКИЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ...

А. ГРИГОРЬЕВ

Название этой статьи, возможно, озадачит некоторых читателей, особенно тех из них, кто сформировался как радиолюбитель в последние годы. Действительно, сложилось мнение, что усилитель мощности НЧ с хорошими характеристиками может быть только бестрансформаторным. Однако, как это нередко бывает, совершенствование технологии заставляет порой по-новому взглянуть на возможности некоторых забытых узлов. Наглядный пример этому — согласующий трансформатор, бывший некогда обязательным элементом многих звуковоспроизводящих устройств. Оказалось, что изготовленный по особой технологии (кстати, легко воспроизводимой в любительских условиях) такой трансформатор можно использовать в высококачестженном усилителе мощности, причем в результате число необходимых для его сборки деталей сокращается ж 2...3 раза (по сравнению с аналогичным по характеристикам, но бестрансформаторным усилителем). А это немаловажное достоинство, так как для многих радиолюбителей пока еще остается проблемой приобретение современных, нередко дефицитных полупроводниковых приборов. К тему же усилитель с согласующим трансформатором отличается высокой стабильностью ж работе, не требует ставшей обычной для бестрансформаторных усилителей с двуполярным питанием защиты выходного каскада от короткого замыкания в нагрузке, а в самом каскаде можно использовать доступные транзисторы со сравнительно небольшим (равным напряжению питания) предельно допустимым напряжением эмиттер — коллектор.

Макет усилителя, описываемого в статье А. Григорьева, испытан в редакционной лаборатории. Результаты испытаний показали практически полное соответствие его характеристик указанным в описании (несколько уже — 20..Гц — оказался номинальный диапазон частот усилителя). Коэффициент гармоник на частотах до 2 кГц не превышал 0,2%, на всех остальных (до 20 кГц) - 1%.

Редакция обращается с просьбой к тем, кто повторит этот усилитель, сообщить, какие встретились трудности в его изготовлении и налаживании, какие достигнуты параметры, а также свое мнение о качестве его работы.

В последнее время в подавляюшем большинстве эвуковоспроизводящих устройств используются бестрансформаторные усилители мощности. При очевидных достоинствах (широкая полоса усиливаемых частот, малые нелинейные и динамические искажения, низкий уровень шума) им свойственны и довольно существенные недостатки: в частности, они. как правило, содержат много деталей, недостаточно надежны в эксплуатации.

требуют принятия специальных мер по защите выходных транзисторов от короткого замыкания в нагрузке и мер по защите громкоговорителей при нарушениях в работе выходного каскада и т. д.

От этих недостатков свободны усилители с согласующим трансформатором и бестрансформаторным выходом, причем по сравнению с бестрансформаторными усилителями с аналогичными параметрами они содержат в два-три раза меньше деталей и не требуют применения пока еще дефицитных и дорогих комплементарных пар транзисторов.

Усилители с согласующим трансформатором и бестрансформаторным выходом в свое время использовались в радиолюбительских и промышленных устройствах [1, 2], но из-за неравномерности фазо-частотной характеристики согласующего трансформатора и большой нелинейности АЧХ усилителя в целом они не могли конкурировать с бестрансформаторными усилителями. Проведенные в последние годы исследования [3] показали, что при соответствующем выполнении согласующего трансформатора [4] можно построить усилитель, не уступающий по параметрам бестрансформаториому на комплементарных парах транзисторов.

Принципиальная схема одного из вариантов такого усилителя приведена на рис. 1. Его основные технические характеристики следующие:

Номинальная выходная мощность. Вт. при коэффициенте гармоник в номинальном диапазоне частот менее 1% на нагрузке сопротивлением 4 Ом........20

Номинальный диапазон частот. Гц, при спаде АЧХ на его краях не более -3 дБ........5...105

Чувствительность, мВ.....100

Входное сопротивление, кОм... 45

Уровень фона, дБ.......-65

Такие характеристики удалось получить благодаря применению согласующего трансформатора с так называемой «тесной» индуктивной связью и необычному схемному решению предоконечного каскада усилителя.

Как видно из схимы, усилитель мощности выполнен всего на пяти транзисторах. Три из них (V1, V3, V4) использованы в усилителе напряжения, два других (V5, V6) — в выходном каскаде. Благодаря развязке оконечного и предоконечного каскадов по постоянному току выходным транзисторам не страшно короткое замыкание в цепи нагрузки. Последняя включена в диагональ моста, образованного транзисторами V5, V6 и конденсаторами С7. С8, что позволило улучшить АЧХ усилителя в области низших звуковых частот и уменьшить его габариты [5].

С целью снижения нелинейных искажений усилитель охвачен общей ООС, напряжение которой снимается с нагрузки и подается в цепь эмиттера транзистора V1. Цепь R2R6 обеспечивает ООС по напряжению в первых двух каскадах усилителя. Переменная составляющая тока замыкается через цепь С2R1С1, элементы которой (C2 и R1) совместно с резистором R2 одновременно служат и для компенсации пульсаций частотой 100 Гц, проникающих на вход усилителя через цепь R8C6 при питании от нестабилизированного источника. Резистор R1 совместно с конденсатором С1 выполняют также функции развязывающего фильтра в цепи питания предварительного усилителя. Если же этот усилитель питается от отдельного источника, то конденсатор С1 необходимо шунтировать резистором сопротивлением 3 кОм. Небольшое число деталей позволяет смонтнровить усилитель на печатной плате размерами 170x65 мм. Постоянные резисторы могут быть типа МЛТ. Подстроечные — СП3-1б. конденсаторы — К50-6, КМ-5. В предоконечном оконечном каскадах необходимо использовать транзисторы с одинаковыми статическими коэффициентами передачи тока h21э (в каждой паре). Транзисторы V5 и V6 должны быть установлены на теплоотводах с площадью охлаждения 400 см2. Терморезистор R13 необходимо приклеить к корпусу первого из них, а R14 — к корпусу второго.

В выходном каскаде можно использовать кик кремниевые, так и германиевые транзисторы большой мощности любой структуры, важно лишь, чтобы они были достаточно высокочастотными и имели небольшое напряжение насыщения (иначе снизится номинальная мощность усилителя). Мри этом, естественно, следует помнить, что необходимый ток покоя у германиевых транзисторов обеспечивается при меньшем, чем для кремниевых, напряжении смещения.

Снижают его пропорциональным уменьшением сопротивлений резисторов R10. R13 и R12, R14. В случае применения транзисторов структуры p-n-p выводы коллекторов и эмиттеров выходных транзисторов меняют местами, нижние (по схеме) выводы резисторов R12. R14 подключают к плюсовому проводу питания, а верхний вывод резистора R9 — к минусовому.

Согласующий трансформатор T1 можно изготовить на любом (качество материала роли не играет) Ш-образном магнитопроводе сечением 1,5...2,5 см2 (автор использовал магнитопровод из пластин Ш12 с прорезным средним стержнем, толщина набора 16 мм). Его обмотки наматывают жгутом из восьми сложенных вместе проводов (шесть из них — провод НЭВ-2 0,17, а два других - НЭВ-2 0,31) до заполнения каркаса (примерно 250...270 витков). После намотки концы проводов облуживают и, выявив с помощью омметра каждый из проводов ПЭН-2 0,17. соединяют их последовательно (начало одного с концом другого и г. д.). Это и будет обмотка 1, а оставшиеся два провода большего диаметра — обмотки II и III. Места соединений первичной обмотки необходимо тщательно изолировать, а сами соединенные выводы приклеить к щечкам каркаса или к изоляционному материалу (лакоткань, кабельная бумага), которым обычно защищают обмотки трансформаторов от повреждений.

Для трансформатора питания использован магнитопровод УШ20Х30. Обмотка I состоит из 1600 витков провода НЭВ-2 0.4], обмотки II и III намотаны одновременно (в дна провода ПЭВ-2 0,9) и содержат по 185 витков.

Налаживание усилителя начинают с установки режимов транзисторов по постоянному току. Установив движок подстроенного резистора R1 и крайнее левое (по схеме) положение и разорвав цепь ООС в точке A, подбором резистора R6 устанавливают на эмиттере транзистора V3 напряжение, ровное половине напряжения питания. После этого подбором резисторов ЯР. R11 такое же напряжение устанавливают в точке Я и измеряют ток покоя транзисторов УД и У6. Требуемого его значения (в пределах 450...500 мА) добиваются подбором этих же резисторов.

Далее на вход усилителя подают сигнал амплитудой 3...10 мВ и частотой 20 кГц и наблюдают осциллограмму напряжения на нагрузке. При появлении искажений типа ступеньки увеличивают ток через транзисторы V3. V4, контролируя его по падению напряжения на резисторе R7. Удобнее всего это сделать, временно включив вместо резистора RЗ переменный резистор сопротивлением 1 кОм. Увеличивая его сопротивление, добиваются исчезновения искажений, следя, однако, за тем, Чтобы ток через транзисторы не превысил )0...)2 мА. Симметричности ограничения выходного напряжения при увеличении сигнала на входе добиваются подбором резисторов R10, R12.

После этого восстанавливают цепь ООС. Если усилитель при этом самовозбудится, меняют местами выводы обмотки I трансформатора T1. Необходимую глубину ООС (согласно рекомендациям в [7] — около 20 дБ) устанавливают подстроечным резистором R8. Благодаря использованию широкополосного согласующего трансформатора ей глубину можно увеличить до 40 дВ. Низкочастотные релаксационные колебания, которые могут возникнуть в этом случае, устраняют увеличением сопротивления резистора R4 и емкости конденсатора С6.

Установив необходимую глубину ООС. сигнал на входе усилителя уменьшают до нуля и. перемешая движок подстроечного резистора R1, добиваются минимума пульсаций частотой 100 Гц на нагрузке. Делают это с подключенным к цепи питания предварительным усилителем, который в данном случае должен обладать выходным сопротивлением в пределах 1...5 кОм (условие, необходимое для получения малых нелинейных искажений). Минимума искажений на высоких частотах добиваются подбором конденсатора С5.

Зависимость коэффициента гармоник от выходной мощности на нагрузке сопротивлением 4 Ом приведена на рис. 2. Сплошной линией показаны зависимости при питании усилителя от стабилизированного, а штриховой — от нестабилизированного источника.

Зависимость максимальной выходной мощности от частоты показана на рис. 3.

ЛИТЕРАТУРА

1. П а к - к а с В. Радиола «Эстония-006-стерео». — «Радио», 1973, № 5, с. 31 — 33.

2. Монофонический усилитель. — «Радио». 1973. № 8, с. 28, 29.

3. Искажения в двухтактных усилителях НЧ. - «Радио», !977, № 9. с. 35-37.

4. Трансформаторные измерительные мосты. Под общей редакцией чл. корр. АН СССР М., «Энергия». 1970, с. 104-107.

5. О способах включения нагрузки усилителей НЧ. - «Радио», 1979, № И, с. 36, 37.

6. Тепловой режим усилителя звуковой частоты. — «Радио», 1979, № 10. с. 53 — 55.

7. Динамические искажения и транзисторных усилителях НЧ «Радио», 1976. № 4. с. 41, 42.