А.ПЕТРОВ,г.Могилев.

(Продолжение. Начало в №№4-8/11)

1.2. Выходные каскады на базе "троек"
В высококачественных УМЗЧ чаще используются трехкаскадные структуры: "тройки" Дарлингтона, Шиклаи с выходными транзисторами Дарлингтона, Шиклаи с выходными транзисторами Bryston и другие комбинации.

Одним из самых популярных выходных каскадов в настоящее время является ВК на базе составного транзистора Дарлингтона из трех транзисторов (рис.39), АЧХ и ФЧХ которого представлена на рис.40. При подключении емкостной нагрузки в виде конденсатора емкостью 2 мкФ АЧХ имеет подъем около 3 дБ на частоте 200 кГц. Поэтому на входе УМЗЧ целесообразно устанавливать ФНЧ (RC-цепочку) с частотой среза ниже 200 кГц. Чаще всего используют цепочку из резистора 1 кОм и конденсатора 1 нФ с частотой среза около 160 кГц. В полосе частот 1.. .20 кГц при сопротивлении генератора Rg=0, 1... 10 кОм нелинейные искажения не превышают 0,3%.



При применении составных транзисторов нелинейные искажения уменьшаются в 1,5 раза. Входное сопротивление такого каскада достаточно высокое (около 670 кОм на частоте 20 кГц при выходном напряжении 30 В на нагрузке 4 Ом). На рис.41 показан ВК с разветвлением каскадов: входные повторители одновременно работают на два каскада, которые, в свою очередь, также работают на два каскада каждый, а третья ступень включена на общий выход. В результате, на выходе такого ВК работают счетверенные транзисторы. Искажения такой "тройки" практически не зависят от сопротивления источника сигнала и равны примерно 0,1% во всей полосе звуковых частот.

Входное сопротивление каскада— очень высокое (более 1 МОм) и стабильное. Из графиков на рис.42 можно сделать вывод, что полоса пропускания такого ВК имеет большой запас, а фазовая характеристика линейна практически до 100 кГц. При подключении емкостной нагрузки (конденсатора емкостью 2 мкФ)



подъем на АЧХ появляется на частоте 350 кГц, т.е. индуктивная составляющая выходного сопротивления очень мала (доли микрогенри). Схема В К, в которой в качестве выходных транзисторов использованы составные транзисторы Дарлингтона, изображена на рис.43. Диоды VD1 и VD2 служат для улучшения температурной стабильности каскада. Входное сопротивление такого ВК примерно такое же, как и у "двойки" Дарлингтона со спаренными выходными транзисторами. Нелинейные искажения в полосе частот 1.. .20 кГц при работе на нагрузку 4 Ом и Rq=100 Ом составляют 0,02...0,03%, а при RG=10 кОм —' 0,25%. Аналогичный выходной каскад был использован в усилителе [6] и показал хорошие результаты.



Параметры ВК на рис.43 можно существенно улучшить, если включить на его входе хорошо зарекомендовавший себя с "двойками" па-раллельный буферный каскад (рис.44). Его характеристики даны на рис.45. Искажения такого ВК во всем диапазоне изменения Rq (от 0,1 до ЮкОм) — не более 0,04%. При подключении реактивной нагрузки (конденсатора 2 мкФ) выходное сопротивление (с приведенной на схеме коррекцией) ведет себя как чисто активное, частота среза АЧХ — около 100 кГц.

Вариант ВК Шиклаи по схеме на рис.4г с применением составных транзисторов Bryston показан на рис.46, его характеристики — на рис.47. Этот ВК имеет самые высокие параметры по сравнению с остальными каскадами. Такой выходной каскад выгодно использовать в УМ34, в котором предварительные каскады и ВК питаются от одного источника питания. Он позволяет максимально использовать напряжение питания и тем самым получить максимальный КПД УМЗЧ.



Подключение в качестве нагрузки конденсатора емкостью 2 мкФ дает подъем АЧХ на частоте 1,2 МГц, что говорит об очень малой индуктивной составляющей выходного сопротивления. Этот подъем АЧХ хорошо "лечится" включением последовательно с выходом LR-цепочки (катушки индуктивностью несколько микрогенри, намотанной на резисторе сопротивлением 4,7...10 Ом).

На рис.48 показан вариант ВК на транзисторах Шиклаи (рис.4д) с коэффициентом передачи около 5, в котором входные транзисторы работают в классе А (цепи термоета-билизации не показаны). Такой ВК выполнен по структуре операционных усилителей с токовой ОС [7].



Эмиттерные цепи входных транзисторов подключены через резисторы R6 и R9 к шинам ±15 В дополнительного источника питания. Сигнал ООС поступает с выхода ВК через резисторы R7 и R8 в эмиттеры входных транзисторов. Усилитель напряжения выполнен на транзисторах VT3, VT4, которые работают на выходной двухтактный повторитель на одиночных транзисторах VT5, VT6 (это даже не "двойка" Дарлингтона). Резистор R1 предназначен для точной установки тока покоя выходных транзисторов (250 мА). На транзисторах VT7, VT8 выполнен ограничитель максимального выходного тока каскада на уровне 6 А (в реальной схеме ток ограничения будет около 5 А).

Характеристики этого каскада при работе от источника сигнала с выходным сопротивлением 50 Ом представлены на рис.49. Такое сопротивление выбрано из-за того, что этот каскад в исходной схеме предназначен для работы от операционного усилителя. Как видно из графиков, полоса пропускания этого ВК невысока (чуть больше 200 кГц).
Спектр гармоник выходного сигнала частотой 20 кГц на нагрузке 4 Ом при подаче на вход сигнала амплитудой 6 В представлен на рис.50. Выходной сигнал имеет очень высокий уровень нечетных гармоник и явно выраженные искажения типа "ступеньки" несмотря на большой ток покоя (250 мА) и источник сигнала сопротивлением 50 Ом. Ни один из рассмотренных до эттого ВК (даже "двойки") не имел подобных искажений при сопротивлении источника сигнала 100 Ом.



При коэффициенте, усиления по напряжению 5 и входном сигнале амплитудой 6 В мы должны получить на выходе сигнал амплитудой 30 В, но реально получаем чуть больше 20 В, а дальнейшее увеличение входного сигнала до 9 В не дает пропорционального роста сигнала на выходе, т.е. сигнал ограничивается на уровне около 25 В, причем на низких частотах искажения оказываются не меньше. Остается только уповать на "всемогущество" общей ООС при работе такого каскада совместно с операционным усилителем.

(Продолжение следует)