УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ЛАНЗАР.
СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

ДВУХВХОДОВОЙ УСИЛИТЕЛЬ

      Ну для начала соберемка схемку, приведенную на рисунке 1. С виду эта схемка похожа на схему с ОЭ, вот только эмиттеры двух транзисторов соеденены вместе.

Рисунок 1. Двухвходовой или дефференциальный усилитель.

      Данный усилитель имеет два входа и два выхода, по постоянному напряжению ситуация на выводах транзисторов имеет вид рисунка 2.

Рисунок 2

      Как видно из рисунков подобное скрещивание не обошлось без изменений режимов работы по постоянному току. Да и по переменному напряжению картина изменилась тоже весьма интересно. Если вход IN2 соеденить с землей, а сигнал подавать на вход IN1, то получается система 3 в 1:
      Для выхода OUT1 транзситор VT1 включен с ОЭ, для резистора R3 VT1 включен по схеме с ОК, т.е. на его эмиттере напряжение такой же амплитуды как и на его базе. А вот транзистор VT2 для выхода OUT2 уже получается по схеме с ОБ. Таким образом переменные напряжения в этой схеме приобратает вид, приведенный на рисунке 3.

Рисунок 3.

      Если же сигналы на входах имеют одинаковую амплитуду, то мы получим картинку рисунка 4.

Рисунок 4.

      Как видно из рисунка амплитуда меняет свою фазу на противоположную и увеличивается очень незначительно.
      Ну и наконец последний вариант - когда амплитуда на одном входе больше чем на втором. В этом варианте амплитуда уже зависит от того на каком из входов сигнал больше и приобретает вид рисунка 5.

Рисунок 5.

      Как видно из рисунка даже едва заметная разница уровней входных сигналов влечет за собой серьезные изменения усиления транзисторов VT1 и VT2. Таким образом становится ясно, что данный усилитель усиливает разницу между сигналами на его входах, может выдавать сигнал как проинвертированный по фазе, так и повторенный, а коф усиления имеет максимальное значение при отсутствии сигнала на одном из входов, минимальное - при одинаковой амплитуде на обоих входах. Такое построение транзистороного усилителя называется дифференциальным усилителем.

ДОБАВЛЯЕМ ЕЩЕ КАСКАД     

      Поскольку при построении усилителя высокой мощности требуется большое выходное напряжение, а входное напряжение имеет не слишком большую амплитуду - обычно в райное 1 вольта и меньше. Следовательно для увеличения амплитуды выходного сигнала потребуется уже многокаскадный усилитель. Возьмем за основу усилитель расмотренный выше и добавим к нему еще один каскад по схеме с ОЭ, поскольку нам требуется усиливать не только амплитуду выходного напряжения, но и иметь возможность пропускать через транзисторы больший ток для получения максимальной выходной мощности.
      В результате мы получим схему приведенную на рисунке 6.

Рисунок 6. Дополнительный каскад усиления напряжения.

      Хоть предлагаемая схема и имеет сходства с предыдущей, тем не менее есть кое какие принципиальные отличия. Первым является то, что в коллекторе VT2 резистор. По большому счету он нам и не не нужен, поскольку VT2 будет использоваться как эмиттерный повторитель, т.е. транзистор по схеме с ОК. Смещение на VT3 создается транзистором VT1 таким образом, что на коллекторе VT3 половина напряжения питания. Назначение конденсаторов, надеюсь, объяснять уже не нужно.
      Ну вот вроде уже получили схему много каскадного усилителя, однако этот усилитель имеет один существенный недостаток - у него фиксированыйй коф усиления и его изменение повлечет за собой уход по постоянному напряжению и как следствие - перерасчет всех номиналов схемы. Это крайне не удобно, поэтому предлагаю воспользоваться вторым входом дифференциального усилителя и получить схему, приведенную на рисунке 7.

Рисунок 7. Введение отрицательной обратной связи в усилитель напряжения

      Как видно из рисунка в схему введен делитель на R13 и R14, сигнал с которого заведен на второй вход дифференциального усилителя. Таким образом мы получили отрицательную обратную связь (ООС), с помощью которой регулируется общий коф услиления усилителя и создаются некоторые предискажения, необходимые при работе на реактивную нагрузку (индуктивности и емкости). Коф усиления теперь у нас может меняться в ОЧЕНЬ широких пределах и равен он Ку = R13 / R14 + 1. По поводу необходимости ООС в усилителях ведутся нескончаемые дибаты, мол она вносит дополнительные искажения. Опять же какая она должна быть - токовой или по напряжению. Вникать в суть этих споров у меня нет желания - хотите - разбирайтесь.
      Поскольку переменное напряжение имеет и отрицательную и положителную полуволну, то было бы справедливо предположить, что для наиболее качественного воспроизведения потребуется два источника питания - один для положительной полуволны, а второй - для отрицательной. Другими словами нужен двуполярный источник, у которого относительно общего провода есть и плюсовое напряжение и минусовое. Однако при таком положении желательно иметь иметь и два усилителя, один их которых усливал бы положительную полуволну сигнала, а второй - отрицательную. Чтож, давайтека так и сделаем - возьмем за базу рисунок 7 и добавим к нему точно такой же усилитель, но только для отрицательной полуволны. В результате такой селекции получилась схемка, приведенная на рисунке 8.

Рисунок 8. Построение симметричного усилителя напряжения

      Как видно из рисунка делитель обратной связи у обоих усилителей общий (R8 и R10), а так же выхода обих усилителей объединяются для получения на общем выходе уже сумарного сигнала. Однако не смотря на то, что приведенная схема полностью работоспособна она как то не очень красиво смотрится, ведь у нас есть теперь две полярности напряжения, так почему же не использовать этот ньюанс и не избавиться от "не нужных" деталей. Ведь заведя резисторы R5 и R6 на другую полярность мы можем избавится от резисторов задающих первоначальное смещение на базах транзисторов дифференциального усилителя и в качестве смещения использовать общий провод. При таком раскладе отпадет и необходимость в проходных конденсаторах С3 и С4, а так же С2 станет не нужным - достаточно будет С1, а базы VT1 и VT2 можно будет соеденить вместе. В итоге мы получим схему, приведенную на рисунке 9.

Рисунок 9. Балансировка усилителя напряжения

    Ну вот собственно и получилась симметричная схема усилителя, вот только динамик к нему подключать пока нельзя - выходной каскад не вытянет ребуемый ток, да и немного доработать ее не помешало бы. В первую очередь необходимо как то стабилизировать ток, протекающий через дифференциальный каскад, поскольку от него сильно зависят искажения. Так же было бы не плохо увеличить нагрузочную способность данного усилителя.
      Для решения первой проблемы лучше ввести стабилизаторы в эмиттерных цепях дифференциального каскада, поскольку в этом варианте эта стабилизация будет работать как для схемы с ОБ, следовательно обеспечится максимальная точность, а на работу по переменному току это ни как не повлияет.
      Для решения второй проблемы надо ввести каскад по схеме с ОК, т.е. усилить выходной ток, ведь амплитуда у нас уже имеет достаточный уровень. Но введение каскада с ОК требует установить начальный ток, который будет протекать через эти транзисторы даже без сигнала. Это необходимо сделать для ликвидации искажений типа "ступенька", это когда при переходе сигнала через ноль появляется небольшой горизонтальный участок. Т.е. транзисторы последнего каскада должны быть немного приоткрыты и через них должен протекать ток, ток холостого хода именуемый током покоя оконечного каскада. В результате доработоко получаем схему приведенную на рисунке 10.

Рисунок 10. Умощнение усилителя напряжения эмиттерными повторителями

      Здесь на стабилитронах VD1 и VD2 организованы источники опорного напряжения для дифференциального каскада, а на транзисторе VT7 организован регулятор тока покоя. Кроме этого этот транзистор выполняет роль температурного стабилизатора этого тока, ведь ни для кого не секрет, что при повышении температуры активное сопротивление полупроводника уменьшается, следовательно увеличивается протекающий через него ток. Изменение тока покоя не желательно, поэтому и был введен узел термостабилизации, выполненный на транзисторе VT7.
      Кроме этого введены несколько конденсаторов малой емкости. С6 предназначен для снижения импульсных помех на входе усилителя, С8, С9 и С11 предназначены для завала амплитудо-частотной характеристики (АЧХ, это зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты) на частотах выше 30 кГц и придаче усилителю большей устойчивости, поскольку усилитель уже имеет довольно большой коф усиления и разумеется повышается склоность в возбуждению (возникновению самопроизвольной генерации на частотах выше звукового диапазона, как правило подобные возбуды выпаливают транзисторы оконечного каскада). Эту схему уже можно использовать как усилитель для наушников или же как предварительный усилитель.
      Не смотря на то, что выходная мощность у нас уже достаточно повысилась ее все равно не достаточно для подключения динамиков, имеющих сопротивление 4...8 Ом. Поэтому введем еще один каскад по схеме с ОК, состоящих из двух, включенных параллельно транзисторов и получим схему, приведенную на рисунке 11.

Рисунок 11. Принипиальная схема усилителя мощности Ланзар.

      По сути это уже финальная схема усилителя, единственно, что остается добавить, так пояснить назначение цепочки C12-R26. Это цепочка придает дополнительную устойчивость усилителю к возбуждениеям по ВЧ и хотя большинство усилителей, собранных по этой схеме склонность в возбудам не показали цепочку эту лучше всетаки оставить.
      Что касается класса, в котором работает этот усилитель, то многие склонны думать что это А-В. Однако я придерживаюсь мнения Железного Шихмана, которое гласит, что это класс А, точнее псевдо А, поскольку нагрузочным для схемы является резистор R19 и протекающий ток через транзисторы VT8 и VT9 ток почти не меняется во всем диапазоне мощностей, а транзисторы VT10...VT13 лишь усиливают ток.
      Ну и на последок - ток покоя оконечного каскада необходимо выставить подстроечным резистором R15 в пределах 70...90мА.

НАЧАЛО:
СТРАНИЦЫ       СТАТЬИ

ПРОДОЛЖЕНИЕ:
ТЮНИНГ, ИЗМЕНЕНИЕ СХЕМОТЕХНИКИ