Усилитель мощности с нулевым током покоя: схема и описание

Данный проект представляет собой схему усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ), ключевой особенностью которого является отсутствие тока покоя в выходном каскаде. Такая архитектура позволяет существенно снизить тепловыделение радиаторов и повысить энергоэффективность устройства, сохраняя при этом высокое качество звучания. Усилитель отличается низким уровнем нелинейных искажений и простотой налаживания, что делает его отличным выбором для радиолюбителей, интересующихся УМЗЧ с малыми нелинейными искажениями.

Основные технические характеристики:

Номинальное входное напряжение: 0,5 В
Номинальная выходная мощность: 35 Вт (при нагрузке 8 Ом)
Номинальный диапазон частот: 20…20 000 Гц
Коэффициент гармоник: не более 0,1% на частоте 1 кГц

Принцип работы схемы основан на использовании двух операционных усилителей (ОУ). Входной сигнал поступает на неинвертирующий вход ОУ DA1, который усиливает его примерно в 40 раз. С выхода DA1 сигнал подается на базу выходного транзистора VT3, а через конденсатор С3 — на неинвертирующий вход ОУ DA2. Для напряжения сигнала на базе VT3 выходного каскада ОУ DA2 работает как повторитель напряжения.

Одновременно DA2 выполняет функцию слежения за током покоя выходного каскада, контролируя падение напряжения на резисторах R10 и R11. Это напряжение усиливается ОУ и совместно с сигналом поступает на базу VT4 выходного каскада. В паузах звукового сигнала схема приводит ток покоя к нулю. Закрытие транзистора VT4 предотвращает изменение выходного напряжения обратной связи по постоянному току, что, в свою очередь, вызывает снижение тока транзистора VT3, поддерживая на выходе усилителя среднее напряжение, близкое к 0 В. Подробные примеры других схем, таких как усилитель мощности низкой частоты с эффективной мощностью 125Вт, демонстрируют различные подходы к построению выходных каскадов.

При усилении звукового сигнала конденсаторы С3–С5 подзаряжаются пульсирующим напряжением, действующим на переходах база-эмиттер мощных транзисторов. Транзисторы VT1 и VT2 обеспечивают защиту выходного каскада от короткого замыкания нагрузки благодаря обратной связи по току. Напряжение для этой цели снимается с резисторов R10 и R11 в цепях эмиттеров мощных транзисторов, в результате чего выходной ток мощного каскада ограничен значением 6 А.

При использовании нагрузки 4 Ом выходная мощность повысится до 100 Вт. В этом случае минимальные размеры радиаторов охлаждения должны соответствовать габаритам 35×100×200 мм. Для подключения выходных каскадов транзисторов необходимо использовать провод с сечением не менее 0,75 мм².

В случае отсутствия указанных в схеме транзисторов допустимо использование следующих аналогов:

VT1, VT2 — КТ315Б и, соответственно, КТ361Б.
Микросхему К1408УД1 можно заменить на LM343 в корпусе 301.8-1 (обратите внимание на отличия в цоколевке).

Усилитель практически не нуждается в налаживании. Рекомендуется для проверки подключить к выходу LR-цепь: резистор МЛТ-2 номиналом 10 Ом, на котором намотана катушка проводом ПЭВ-2 диаметром 0,38 мм в один слой. Если вы ищете более простое решение для старта, ознакомьтесь с проектом простого стереоусилителя.

Литература: