Если чувствительность любого усилителя определяется в основном предварительными каскадами, то мощность его зависит от выходных, иначе говоря, от усилителя мощности. Вот почему на страницах популярных изданий нередко можно встретить наряду с описанием «полных» усилителей рассказ о том или ином усилителе мощности. О подобной конструкции и пойдет разговор.
Предлагаемый усилитель мощности рассчитан на работу с нагрузкой сопротивлением 4 Ом, на ней он способен развивать мощность около 20 Вт. При этом коэффициент гармоник в диапазоне частот 20...20 000 Гц не превышает 1%, а вообще усилитель способен пропускать сигналы частотой до нескольких сотен килогерц. Чтобы получить номинальную выходную мощность, на вход усилителя требуется подать сигнал амплитудой 0,7 В. Входное же сопротивление усилителя не превышает 12 кОм — это необходимо учитывать при подборе подходящего предварительного усилителя.
В усилителе десять транзисторов (рис. У-19). На транзисторах VT1 и VT2 собран дифференциальный каскад, он нужен для поддержания весьма малого (почти нулевого) постоянного напряжения на нагрузке — громкоговорителе ВА1, чтобы через звуковую катушку динамической головки (или головок) громкоговорителя не протекал постоянный ток выходного каскада усилителя. Но в этом случае режим работы дифференциального каскада должен быть весьма стабилен — вот почему он питается через стабилизатор тока, выполненный на полевом транзисторе VT3.
Сигнал с предварительного усилителя поступает через разъем XS1 и конденсатор С1 на базу одного из транзисторов дифференциального каскада (VT1). С нагрузки каскада (резистор R2) сигнал подается на базу транзистора VT5, в коллекторной цепи которого также стоит стабилизатор тока (на транзисторе VT4), являющийся одновременно нагрузкой. С нее сигнал поступает на фазоинверсный каскад, собранный на транзисторах VT7, VT9. Между базами этих транзисторов включена цепочка из транзистора VT6 и подстроечного резистора R6. Напряжение смещения между базами зависит от сопротивления участка коллектор-эмиттер транзистора VT6, а оно, в свою очередь, зависит от положения движка подстроечного резистора — им и устанавливают нужное смещение.
В выходном каскаде, как и в фазоинверсном, применены транзисторы разной структуры (VT8, VT10). Выходной каскад соединен с дифференциальным через цепочку R5C4R4C3. Это отрицательная обратная связь, снижающая нелинейные искажения и улучшающая частотную характеристику усилителя мощности. Для предотвращения возможного самовозбуждения усилителя на высших частотах резистор нагрузки дифференциального каскада зашунтирован конденсатором С2.
Питается усилитель от двуполярного выпрямителя. В цепи питания поставлены плавкие предохранители FU1 и FU2, основное назначение которых — защитить мощные транзисторы от перегрева при коротких замыканиях в усилит еле или в громкоговорителе.
В усилителе можно использовать постоянные резисторы МЛТ не ниже указанной на схеме мощности, подстроечный — типа СПЗ-1 или СП-0,4. Оксидные конденсаторы С1 и С2 — КЗО-6, конденсатор СЗ — КТ или КД. На месте VT1, VT2, VT5—VT7, VT9 могут стоять другие транзисторы этих серий с коэффициентом передачи тока не менее 30. Вместо транзистора КТ808А можно использовать KT8Q2A, КТ803А, КТ805А, КТ805Б с коэффициентом передачи не менее 30. Такие же транзисторы могут стоять и на месте VT10, но подключать их придется иначе — коллектором к разъему X1, эмиттером ~ к предохранителю FIJ2, Как и в других подобных усилителях, желательно соблюдать условие, при котором произведение коэффициентов передачи транзисторов VT7, VT8 равнялось бы произведению коэффициентов передачи VT9, VT10.
Полевые транзисторы могут быть серий КП303Г—КПЗ0ЗИ, КП302А— КП302В, но их следует подобрать по начальному току стока и определить сопротивление резисторов R3 и R7. Для этого транзистор подключают к источнику питания напряжением 9 В и двум переменным резисторам по схеме, приведенной на рис, У-20, Перемещением движков резисторов добиваются тока через стрелочный индикатор около 2 мА. Измеряют сопротивление, получившееся при этом, подбирают постоянный резистор с таким сопротивлением (это будет R3) и устанавливают транзистор на место VT3, Аналогично подбирают полевой транзистор на место VT4, но резистор R7 выбирают с таким со противлением, при котором начальный ток стока равен 4 мА.
Не следует огорчаться, если нужный ток стока не будет даже при полностью выведенных сопротивлениях переменных резисторов. Ведь разброс по этому параметру у транзисторов, скажем, КПЗ0ЗГ составляет 3...12 мА, а у КП303А — 3...24 мА, поэтому в случае неудачи придется установить другой транзистор.
Детали усилителя, кроме входного и выходного разъемов, мощных транзисторов VT8, VT10 и предохранителей можно смонтировать на плате из изоляционного материала. Чертеж платы приведен на рис. У-21. Хотя использован фольгированный материал и применен печатный монтаж, соединения между выводами деталей можно выполнить обычным способом — монтажными проводниками, а для подпайки выводов установить на плате шпильки из отрезков облуженного медного провода. Мощные выходные транзисторы прикрепляют к ребристым радиаторам.
Плату и транзисторы устанавливают внутри корпуса подходящих габаритов (в этом случае корпус делают только для усилителя мощности, предварительного усилителя и источника питания). Разъемы располагают на задней стенке корпуса, держатели предохранителей с предохранителями — там же, а ручки управления — на лицевой панели.
Налаживают усилитель мощности так. Вместо громкоговорителя к выходному разъему подключают резистор мощностью 20...25 Вт (типа ПЭВ) и сопротивлением 4 Ом, а в цепь коллектора транзистора VT8 включают миллиамперметр с током полного отклонения стрелки 50... 100 мА. Движок подстроечного резистора устанавливают примерно в среднее положение. Сигнала на вход усилителя не подают. Включив питание, замечают по индикатору ток покоя и перемещением движка подстроечного резистора делают его равным 30...40 мА. Милливольтметром постоянного тока измеряют напряжение на нагрузке — оно не должно превышать 0,05 В, иначе придется подобрать точнее резистор R3. Одновременно можно проверить и ток в цепи коллектора транзистора VT1 — он должен быть около 1 мА.
После этого можно подключить к нагрузке осциллограф и вольтметр переменного тока, подать на вход усилителя сигнал с генератора 3Ч и проверить основные параметры усилителя — частотную характеристику и выходную мощность. Необходимый для получения максимальной мощности входной сигнал укажет на чувствительность усилителя. Такой сигнал должен развивать предварительный усилитель.
Как уже было сказано, усилитель рассчитан на работу с громкоговорителем сопротивлением 4 Ом. Это может быть промышленный громкоговоритель, например 35АС-1, или самодельный, головки которого должны быть включены так, чтобы общее сопротивление их стало равным заданному. Подойдет и громкоговоритель сопротивлением 8 Ом, но выходная мощность в этом случае упадет.
Выпрямитель для питания усилителя может быть собран по простой схеме (рис. У-22) с понижающим трансформатором, у которого вторичная обмотка имеет отвод от средней точки. Напряжение одной полярности фильтруется конденсатором С5, другой — С6. В первичной обмотке стоит общий предохранитель FU3, защищающий блок питания от коротких замыканий и перегрузок в усилителе.
Для трансформатора понадобится магнитопровод Ш20Х40. Обмотка I должна содержать 1250 витков провода ПЭВ-2 0,3...0,35, обмотка II — 148 витков ПЭВ-2 0,9...1,1 с отводом от середины.
Наматывать трансформатор не обязательно, если использовать в блоке питания два унифицированных трансформатора ТВК-110Л2 (выходной трансформатор кадровой развертки телевизоров). Их первичные обмотки соединяют параллельно и синфазно (рис. У-23), а вторичные — последовательно, чтобы получилась средняя точка. Выпрямитель на таких трансформаторах обеспечивает выходные напряжения по 15 В при токах нагрузки до 0,8 А.
Предварительный усилитель должен обеспечивать выходное напряжение 0,7...1 В в диапазоне полосы пропускаемых усилителем мощности частот. Конечно, в предварительном усилителе должны быть и регулятор громкости и регуляторы тембра. Если Вы затрудняетесь в выборе такого усилителя, можете воспользоваться приведенной на рис. У-24 схемой усилителя, собранного на операционном усилителе. Его входное сопротивление 10 кОм, коэффициент передачи — около 100, чувствительность — 10 мВ. При использовании усилителя с пьезоэлектрическим звукоснимателем входное сопротивление нетрудно повысить, включив последовательно с верхним по схеме выводом переменного резистора R1 постоянный резистор сопротивлением около 200 кОм.
Поступающий на входной разъем сигнал подается через регулятор громкости на инвертирующий вход операционного усилителя. С выхода усилителя сигнал поступает на цепи регулировки тембра. Переменным резистором R8 можно изменять тембр звука по низшим частотам, резистором R11 — по высшим. Снимаемый с движка резистора R11 сигнал подается далее на входной разъем усилителя мощности. Но, в принципе, в данном случае разъем не обязателен, движок резистора можно сразу соединить с плюсовым выводом конденсатора С1 усилителя мощности.
Предварительный усилитель питается от того же блока, что и усилитель мощности. Потребляемый ток не превышает 20 мА. В цепи питания каждого канала стоит параметрический стабилизатор. Балластный резистор стабилизатора совместно с конденсатором, включенным параллельно стабилитрону, образуют развязывающий фильтр, предотвращающий самовозбуждение усилителя в целом через источник питания. Вообще, операционный усилитель допускает максимальное питающее напряжение 15 В, поэтому, если выходное напряжение блока питания не превышает этого значения, можно не ставить стабилитроны, несколько увеличив сопротивление балластных резисторов. При появлении же самовозбуждения на высших частотах параллельно электролитическим конденсаторам следует подключить конденсаторы емкостью 0,047 мкФ. В случае если попадется операционный усилитель с большим коэффициентом усиления, чувствительность усилителя нетрудно снизить уменьшением напряжения питания — для этого достаточно увеличить сопротивление балластных резисторов или поставить стабилитроны с меньшим напряжением стабилизации. Помните при этом, что ток через балластный резистор должен быть равен сумме токов потребления операционного усилителя и минимального тока стабилизации стабилитрона (обычно около 3 мА, но с учетом колебаний напряжения источника лучше взять 5 мА).
Общую чувствительность получившегося усилителя проверяют так же, как и чувствительность усилителя мощности — подают на вход такой сигнал, при котором на нагрузке будет выделяться номинальная мощность. Амплитуда входного сигнала и есть чувствительность усилителя. Желательно проверить ее при крайних положениях ручек регулировки тембра.
При работе с усилителями повышенной мощности, наподобие описанного, следует обращать внимание на надежность подключения нагрузки и отсутствие коротких замыканий в ней. Дело в том, что одна из причин выхода из строя мощных выходных транзисторов как в самодельных, так и в промышленных усилителях заключается именно в плохом контакте усилителя с нагрузкой или в замыкании проводников нагрузки.