Усилитель мощности звуковой частоты «Падик», он же дачно-гаражно-подвальный усилитель, разработанный Ильей Стельмах. Уже не раз я успешно повторял схемы усилителей мощности и импульсных источников питания, разработанные Ильей, и вот пришел момент собрать «Падик». Собрать его решил «для себя», исходя из спортивного интереса и для пополнения личного опыта.
Основной целью автора, при разработке схемы, было создать простой, недорогой усилитель с малыми габаритами, но с приемлемыми техническими характеристиками, основу компонентной базы которого составляют транзисторы широкого применения. Это полезно когда нет под рукой микросхемы TDA7294 и подобной ей, но есть транзисторы.
Помимо всего написанного выше, я рекомендую собрать «Падик» начинающим радиолюбителям, так как усилитель обладает хорошей повторяемостью, отличной устойчивостью, надежностью и простой схемотехникой, позволяющей легко разобраться в ней и без особых усилий понять принцип работы усилителя.
Основные технические характеристики
Напряжение питания ….. ±35В.
Выходная мощность (Rн=4Ом) ….. 90Вт.
Выходная мощность (Rн=8Ом) ….. 50Вт.
КНИ: (1кГц, 45Вт, 4Ом) ….. 0,02%.
КНИ: (10кГц, 45Вт, 4Ом) ….. 0,1%.
КНИ: (1кГц, 25Вт, 8Ом) ….. 0,02%.
КНИ: (10кГц, 25Вт, 8Ом) ….. 0,1%.
Диапазон усиливаемых частот ….. 8Гц – 250 000Гц.
Скорость нарастания сигнала ….. 18В/мкС.
Схема усилителя «Падик»
Усилитель представляет классическую схему Лина. Входной каскад состоит из генератора стабильного тока (ГСТ) на транзисторе VT1, который питает дифференциальный каскад на VT2 и VT3. Полосу пропускания формируют фильтр верхних частот, образованный элементами R2С2, а также фильтр нижних частот, образованный элементами C1R1.
Каскад усиления напряжения (КУН) образован транзистором VT6, который питается от генератора стабильного тока VT5. Транзистор VT6 защищен от короткого замыкания на выходе усилителя, а также от клиппинга КУН. В роли защиты выступает VT4, который при превышении тока КУН шунтирует базу транзистора VT6, тем самым закрывая его. Без этого элемента при КЗ транзистор VT6 моментально выходит из строя.
Транзисторы ГСТ открываются за счет падения на диодах VD1 и VD2 при протекании через них тока резистора R8. Токи генераторов задаются резисторами R3 и R10.
Узел установки тока покоя реализован на транзисторе VT7 и он не имеет элементов подстройки (читать ниже).
Выходной каскад построен на полевых МОП (MOSFET) транзисторах VT10 и VT11, которые защищены транзисторами VT8 и VT9 от короткого замыкания на выходе усилителя. При перегрузке или КЗ ток через истоковые резисторы R22 и R24 возрастает, а следовательно и падение напряжения на них растет и при достижении определенного значения VT8 и VT9 открываются, шунтируя затворы транзисторов выходного каскада.
Компоненты
Все резисторы мощностью 0,25Вт за исключением истоковых резисторов R22 и R24, их мощность должна быть 2Вт.
Конденсатор C2 может быть как пленочным, так и керамическим. Остальные неполярные емкости керамического типа.
Диоды можно ставить любые выпрямительные.
Транзисторы дифференциального каскада VT2 и VT3 необходимо подобрать с одинаковым коэффициентом усиления по току (бетта). При монтаже их корпуса желательно обмазать теплопроводящей пастой, соединить вместе и утянуть термоусадочной трубкой.
Также желательно подобрать в пары резисторы R4/R7 и R2/R9. Эти подборы необходимы для того, чтобы снизить постоянную составляющую на выходе усилителя. Если все же из-за небольшого разброса параметров компонентов на выходе усилителя (при замкнутом входе) присутствует несколько сотен милливольт, то можно снизить ток ГСТ каскада усиления напряжения, увеличив сопротивление резистора R3 до 470-680Ом.
Транзисторы 2N5401 можно заменить на BC556, BC557, КТ3107А, КТ3107Б и другие PNP транзисторы с напряжением К-Э не менее 40В.
Транзисторы 2N5551 можно заменить на BC546, BC547, КТ3102А, КТ3102Б и другие NPN транзисторы с напряжением К-Э не менее 40В.
Транзистор BD135 меняется на BD137 или BD139, либо на любой другой транзистор средней мощности с NPN структурой.
В качестве MOSFET транзисторов я установил IRF640/IRF9540.
Внимание! При заменах полупроводниковых элементов обязательно сравнивайте цоколевку.
Катушка индуктивности L1 намотана на оправе диаметром 6-8мм и имеет 16 витков эмалированного провода диаметром 0,8-1мм.
Питание
Диапазон питающих напряжений усилителя «Падик» может быть от ±20В до ±40В.
Для питания усилителя можно применить, как импульсный источник питания (ИИП), так и линейный блок питания.
Мощность трансформатора линейного БП должна быть равна выходной мощности усилителя или иметь запас. У трансформатора должно быть две вторичные обмотки. Напряжение вторичных обмоток выбирается исходя из выходной мощности усилителя, но не более ~25В (на нагрузке).
При проверке усилителя я использовал трансформатор ТПП-322, задействовав обмотки ~20В и ~2,5В, соединив их последовательно. На холостом ходу я получил на каждой вторичной обмотке напряжение 26В. После выпрямления диодным мостом KBPC3510 на емкости фильтра я получил напряжение ±34,7В. Емкость конденсаторов на каждом плече 10 000мкФ.
На нагрузке сопротивлением 4Ома (резистор) при мощности 58Вт напряжение питания просело до ±31В, при дальнейшем увеличении мощности в выходном сигнале появлялся клиппинг. В качестве сигнала использовался генератор синусоидальной формы сигнала с частотой 1000Гц.
Напомню, что я применил MOSFET транзисторы в корпусе TO-220, и увеличивать напряжение питания (до ±35 на нагрузке) смысла нет, так как при нагрузке более 50Вт транзисторы выходного каскада имеют очень значительный нагрев. Ко всему этому, нагрев VT10 и VT11 вызван их неоригинальными экземплярами.
При напряжении питания ±35В (на нагрузке) и применив транзисторы IRFP240/IRFP9240 с необходимым охлаждением можно вытянуть 90Вт, как заявлено в характеристиках у автора схемы.
Охлаждение
Основная часть тепла рассеивается на корпусах полевых транзисторов VT10 и VT11, поэтому их необходимо установить на теплоотвод с площадью поверхности не менее 1000см2, ну или из расчета – минимум 10см2 на 1Вт мощности.
Между корпусами транзисторов и теплоотводом необходимо установить диэлектрическую прокладку, а в отверстие фланца для крепежного винта (касается корпуса TO-220) необходимо установить диэлектрическую втулку.
Очень важно, транзистор VT7 необходимо установить как можно ближе к VT10 и VT11, так как он отвечает за термостабилизацию и не позволяет усилителю уйти в тепловой разгон.
Также важно применение термопроводящей пасты, без нее теплоотдача от компонентов к радиатору будет проходить труднее.
Ток покоя
Как уже говорилось выше, усилитель не имеет подстроечного резистора для установки тока покоя (Iп). Разработчик убрал этот узел для упрощения схемы и повышения повторяемости устройства. Однако, для любителей «поковыряться», путем изменения сопротивления R12 можно установить необходимый ток покоя. При R12=750Ом он составляет 20-30мА (на моем усилителе 20мА). Если номинал R12 уменьшить до 680Ом, то значение тока покоя будет в пределах 70-80мА. При увеличении номинала R12 ток покоя соответственно снижается.
Контроль значения Iп осуществляется с помощью измерения падения напряжения на одном из истоковых резисторов R22 или R24. Выход усилителя должен быть нагружен (например, резистором 4Ом). После хорошего прогрева усилителя, необходимо его вход (IN) замкнуть на общую шину (sGND) и щупами милливольтметра постоянного тока коснуться выводов резистора R22 или R24. Полученное значение (у меня 4,5мА=0,0045А) нужно разделить на его сопротивление (0,22Ома). Iп=0,0045А/0,22Ом=0,02А или 20мА.
Можно падение измерять на двух резисторах и полученное значение разделить на их суммарное сопротивление (0,44Ом).
Запуск усилителя
Перед первым запуском необходимо проверить все номиналы компонентов согласно схемы. Обязательно убрать все остатки флюса и других вспомогательных веществ для монтажа. Визуально (с помощью лупы) проверить, нет ли замкнутых между собой дорожек печатной платы, непредусмотренных схемой.
Первый запуск усилителя «Падик» я рекомендую производить с закороченным входом и ограничением тока с помощью резисторов по 100Ом, установленных в шины питания. Убедившись, что нет чрезмерного нагрева элементов усилителя, необходимо демонтировать эти резисторы. Далее нужно проверить ток покоя, он должен быть в районе 20-30мА. После чего проверяется ноль на выходе с помощью милливольтметра постоянного тока. Если на выходе 10-50мВ, то все отлично, можно делать пробный прогон.
Печатная плата СКАЧАТЬ
По материалам сообщества [Nem0] Аудиотехника и Радиоэлектроника