На цей час розроблено багато варіантів УМЗЧ з вихідними каскадами на польових транзисторах. Привабливість цих транзисторів як потужні підсилювальні прилади неодноразово відзначалася різними авторами. На звукових частотах польові транзистори (ПТ) працюють як підсилювачі струму, тому навантаження на попередні каскади незначне і вихідний каскад на ПТ із ізольованим затвором можна безпосередньо підключати до попереднього каскаду посилення, що працює в лінійному режимі класу А.
При використанні потужних ПТ змінюється характер нелінійних спотворень (менше вищих гармонік, ніж при використанні біполярних транзисторів), знижуються динамічні спотворення, суттєво нижчий за рівень інтермодуляційних спотворень. Однак внаслідок меншої, ніж у біполярних транзисторів, крутизни нелінійні спотворення витокового повторювача виявляються більшими, оскільки крутість залежить від рівня вхідного сигналу.
Вихідний каскад на потужних ПТ, де вони витримують коротке замикання в ланцюзі навантаження, має властивість термостабілізації. Деякий недолік такого каскаду - менший коефіцієнт використання напруги живлення, і тому необхідно застосовувати ефективніший тепловідвід.
До головних переваг потужних ПТ можна віднести невисокий порядок нелінійності їх прохідної характеристики, що зближує особливості звучання у підсилювачів на ПТ і лампових, а також високий коефіцієнт посилення по потужності для сигналів звукового діапазону частот.
З останніх публікацій у журналі про УМЗЧ із потужними ПТ можна відзначити статті. Безперечною перевагою підсилювача є низький рівень спотворень, а недоліком - мала потужність (15 Вт). Підсилювач має більшу потужність, достатню для житлових приміщень, і прийнятний рівень спотворень, але видається відносно складним у виготовленні та налаштуванні. Тут і далі йдеться про УМЗЧ, призначені для використання з побутовими АС потужністю до 100 Вт.
Параметри УМЗЧ, орієнтовані на відповідність міжнародним рекомендаціям IEC (МЕК), визначають мінімальні вимоги до апаратури категорії hi-fi. Вони цілком обґрунтовані як з психофізіологічного боку сприйняття спотворень людиною, так і реально досяжними спотвореннями аудіосигналів акустичних системах(АС), на які власне і працює УМЗЛ.
Відповідно до вимог IEC 581-7 для АС категорії hi-fi повний коефіцієнт гармонічних спотворень не повинен перевищувати 2 % у діапазоні частот 250… 1000 Гц та 1 % у діапазоні понад 2 кГц при рівні звукового тиску 90 дБ на відстані 1 м. характеристичної чутливості побутових АС, що дорівнює 86 дБ/Вт/м, це відповідає вихідний потужності УМЗЧ лише 2,5 Вт. З урахуванням пікфактора музичних програм, що приймається рівним трьом (як гаусового шуму), вихідна потужність УМЗЧ повинна становити близько 20 Вт. У стереофонічної системі звуковий тиск на НЧ приблизно подвоюється, що дозволяє відсунути слухача від АС вже на 2 м. При видаленні на 3 м цілком достатня потужність стереопідсилювача 2×45 Вт.
Неодноразово наголошувалося, що спотворення в УМЗЧ на польових транзисторах зумовлені, в основному, другою та третьою гармоніками (як і у справних АС). Якщо вважати незалежними причини виникнення нелінійних спотворень в АС та УМЗЧ, то результуючий коефіцієнт гармонік за звуковим тиском визначається як корінь квадратний із суми квадратів коефіцієнтів гармонік УМЗЧ та АС. І тут, якщо повний коефіцієнт гармонічних спотворень в УМЗЧ втричі нижче, ніж спотворення в АС (тобто. не перевищує значення 0,3 %), їм можна знехтувати.
Діапазон ефективно відтворюваних частот УМЗЧ повинен бути не чутним людиною - 20 ... 20 000 Гц. Що стосується швидкості наростання вихідної напруги УМЗЧ, то відповідно до результатів, отриманих у роботі автора, достатня швидкість 7 В/мкс для потужності 50 Вт при роботі на навантаження 4 Ом і 10 В/мкс - при роботі на навантаження 8 Ом.
За основу пропонованого УМЗЧ було взято підсилювач, в якому для «розгойдування» вихідного каскаду у вигляді складових повторювачів на біполярних транзисторах використовувався швидкодіючий ОУ зі стеженням харчування. Слідче харчування використовувалося також ланцюга усунення вихідного каскаду.
До підсилювача внесено такі зміни: вихідний каскад на комплементарних парах біполярних транзисторів замінений каскадом з квазікомплементарною структурою на недорогих ПТ із ізольованим затвором IRFZ44 та обмежена глибина загальної СОС до 18 дБ. Принципова схемапідсилювача показано на рис. 1.
Як попередній підсилювач використаний ОУ КР544УД2А з високим вхідним опором та підвищеною швидкодією. Він містить вхідний диференціальний каскад на ПТ з р-n переходом та вихідний двотактний повторювач напруги. Внутрішні елементи частотної корекції забезпечують стабільність різних режимахзворотного зв'язку, у тому числі у повторювачі напруги.
Вхідний сигнал надходить через ФНЧ RnC 1 з частотою зрізу близько 70 кГц (тут внутрішній опір джерела сигналу = 22 кОм). який використовується для обмеження спектра сигналу, що надходить на вхід підсилювача потужності. Ланцюг R1C1 забезпечує стійкість УМЗЧ при зміні величини RM від нуля до нескінченності. На неинвертирующий вхід ОУ DA1 сигнал проходить через ФВЧ, побудований на елементах С2, R2 з частотою зрізу 0,7 Гц, що служить відділення сигналу від постійної складової. Місцева ООС для операційного підсилювачавиконана на елементах R5, R3, СЗ і забезпечує коефіцієнт посилення, що дорівнює 43 дБ.
Стабілізатор напруги двополярного живлення ОУ DA1 виконаний на елементах R4, С4, VDI та R6, Сб. VD2 відповідно. Напруга стабілізації вибрано рівним 16 В. Резистор R8 спільно з резисторами R4, R6 утворюють дільник вихідної напруги УМЗЧ для подачі "стежить" харчування на ОУ, розмах якого не повинен перевищувати граничних значень синфазної вхідної напруги ОУ, тобто +/-Ю В .«Наступне» харчування дозволяє істотно збільшити розмах вихідного сигналу ОУ.
Як відомо, для роботи польового транзистора з ізольованим затвором, на відміну біполярного, потрібно зміщення близько 4 В. Для цього в схемі, наведеній на рис. 1, для транзистора VT3 застосована схема зсуву рівня сигналу на елементах R10, R11 иУОЗ.У04на 4,5 В. Сигнал з виходу ОУ через ланцюг VD3VD4C8 і резистор R15 надходить на затвор транзистора VT3, постійна напруга на якому відносно загального дроту + 5 Ст.
Електронний аналог стабілітрона на елементах VT1, VD5, VD6, Rl2o6ecne4H-ває зсув напруги на -1,5 В щодо виходу ОУ для забезпечення необхідного режиму роботи транзистора VT2. Сигнал із виходу ОУ через ланцюг VT1C9 також надходить на базу включеного за схемою із загальним емітером транзистора VT2, який інвертує сигнал.
На елементах R17. VD7, С12, R18 зібрана ланцюг регульованого зсуву рівня, що дозволяє задати необхідне зсув транзистора VT4 і тим самим встановити струм спокою кінцевого каскаду. Конденсатор СЮ забезпечує "стежить живлення" ланцюга зсуву рівня шляхом подачі вихідної напруги УМЗЧ в точку з'єднання резисторів R10, R11 для стабілізації струму цього ланцюга. З'єднання транзисторів VT2 та VT4 формує віртуальний польовий транзистор з каналом р-типу. т. е. утворюється квазікомплементарна пара з вихідним транзистором VT3 (з каналом п-типу).
Ланцюг С11R16 збільшує стійкість підсилювача в ультразвуковому діапазоні частот. Керамічні конденсатори С13. С14. встановлені у безпосередній близькості від вихідних транзисторів, служать тій самій меті. Захист УМЗЧ від перевантажень при коротких замиканнях у навантаженні забезпечується плавкими запобіжниками FU1-FU3. оскільки польові транзистори IRFZ44 мають максимальний струм стоку 42 А і витримують навантаження до згоряння запобіжників.
Для зменшення постійної напруги на виході УМЗЧ, а також зниження нелінійних спотворень запроваджено загальну ООС на елементах R7, С7. R3, ПЗ. Глибина ООС змінного струму обмежена значенням 18.8 дБ, що стабілізує коефіцієнт гармонік в звуковому діапазоні частот. По постійному струму ОУ спільно з вихідними транзисторами працюєте в режимі повторювача напруги, забезпечуючи постійну складову вихідної напруги УМЗЧ не більше кількох мілівольт.
Низькочастотні підсилювачі є дуже популярними серед любителів радіоелектроніки. На відміну від попередньої схеми, даний підсилювач потужності на польових транзисторахскладається в основному з транзисторів і використовує вихідний каскад на , які при двополярному напрузі живлення 30 вольт можуть забезпечити на динаміках опором 4 Ом вихідну потужність до 70 Вт.
Принципова схема підсилювача на польових транзисторах
Підсилювач зібраний на базі операційного підсилювача TL071 (IO1) або будь-який аналогічний до нього, який створює основне посилення диференціального сигналу. Посилений низькочастотний сигнал з виходу операційного підсилювача, більшість якого надходить через R3 до середньої точки. Частина сигналу, що залишилася, достатня для прямого посилення на MOSFET IRF9530 (T4) і IRF530 (T6).
Транзистори T2, T3 і навколишні компоненти служать для стабілізації робочої точки змінного резистора, так як вона повинна бути правильно встановлена в симетрії кожної напівхвилі на навантаженні підсилювача.
Усі деталі зібрані на односторонній друкованій платі. Зауважте, що на платі необхідно встановити три перемички.
Налаштування підсилювача
Налаштування підсилювача найкраще зробити шляхом подачі синусоїдального сигналу на його вхід і підключенням резистора навантаження зі значенням 4 Ом. Після цього резистор R12 встановлюється в такий спосіб, щоб у виході підсилювача сигнал був симетричним, тобто. форма і розмір позитивної та негативної напівхвиль були однаковими при максимальній гучності.
На малюнку показана схема 50 Вт підсилювача з вихідними польовими транзисторами MOSFET.
Перший каскад підсилювача є диференціальним підсилювачем на транзисторах VT1 VT2.
Другий каскад підсилювача складається із транзисторів VT3 VT4. Кінцевий каскад підсилювача складається з МОП-транзисторів IRF530 та IRF9530. Вихід підсилювача через котушку L1 з'єднаний із навантаженням 8 Ом.
Ланцюг, що складається з R15 і C5, призначений для зниження рівня шуму. Конденсатори С6 та С7 фільтри живлення. Опір R6 призначений для регулювання струму спокою.
Примітка:
Використовуйте двополярне джерело живлення +/-35В
L1 складається з 12 витків мідного ізольованого дроту діаметром 1мм.
С6 і С7 може бути розрахований 50В, інші електролітичні конденсатори на 16В.
Необхідний радіатор для МОП-транзисторів. Розміром 20x10x10 см із алюмінію.
Джерело - http://www.circuitstoday.com/mosfet-amplifier-circuits
- Схожі статті
Увійти за допомогою:
Випадкові статті
- 21.09.2014
Ця схема автоматичного вимикачаосвітлення в темний час доби автоматично увімкне світло і вимикається його вранці. Як датчик освітлення використовується фоторезистор LDR. До схеми можуть бути підключені будь-які лампи (люмінесцентні, розжарювання…). Основа автоматичного вимикача тригер Шмітта на таймері 555. LDR та таймер 555 використовуються спільно для автоматичного перемикання. Світло …
- 26.06.2018
У цьому прикладі показана можливість взаємодії php та Arduino. Тест проводиться на Ubuntu 14.04, встановлений веб-сервер Apachе 2, php 5.5. У тесті випробувано включення та вимкнення цифрового виходу, а також опитування стану виходу за допомогою php. test.php