Журнал Радио 11 номер 1971 год.

Журнал Радио 11 номер 1971 год. ПОВЫШЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ РАБОТЫ БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ Инж. М. ЕРОФЕЕВ

Практика эксплуатации переносных радиоаппаратов, работающих в различных температурных условиях, показывает, что большинство усилителей на транзисторах дает заметное ухудшение качества звучания установок при снижении окружающей температуры и разряде автономных источников тока. В данной статье кратко рассмотрены причины указанных явлений и даются рекомендации и практические схемы, позволяющие улучшить параметры усилителей.

В качестве исходной выбрана широко распространенная схема усилителя мощности, представленная на рис. 1. Одним из наиболее важных параметров усилителя, влияющим на нелинейные искажения и определяющим экономичность усилителя, является величина тока покоя мощных транзисторов Т4 и Т5. Наличие этого тока необходимо для устранения специфических искажений сигнала (искажения типа «ступенька»), возникающих из-за нелинейности характеристик Iк=f(Uб) транзисторов Т2—Т5 особенно при малых токах коллекторов. Для того, чтобы указанные искажения практически отсутствовали, достаточно выбрать ток покоя выходных транзисторов равным Iп=7—15ма, имея в виду, что в качестве выходных чаще всего используются транзисторы П213—П217, ГТ403 и т. п. Необходимый ток покоя создают установкой начального смещения Uаб (рис. 1) на базах выходных транзисторов. Для этого чаще всего используют включение между точками А и Б диодов или диодов с резисторами — см. рис. 2, а, б, в. Эти же цепочки одновременно выполняют функции термостабилизации тока покоя. Необходимую величину смещения Uаб в схеме рис. 1 устанавливают либо подбором типа и экземпляра диода, либо подбором величины коллекторного тока транзистора Т1. Не следует ток коллектора транзистора Т1 устанавливать менее 1ма, рекомендуемая его величина порядка 1—3 ма.

Зависимость тока покоя Iп от величины напряжения питания Ек усилителя представлена на графиках рис. 3. Эти графики сняты экспериментально при выбранном номинальном напряжении Ек=9,4 в. В каждом случае при этом напряжении устанавливалась одинаковая величина тока Iп, принятая на рис. 3 за 100%. Кривые 1, 2, 3 сняты при включении между точками А и Б цепочек, схемы которых даны на рис. 2 а,б,г соответственно. Из рис. 3 видно, что даже в случае наилучшей стабилизации (кривая 1) изменение напряжения питания на ±30% ведет к изменению тока покоя в пределах 30—200%. В цепочке а рис. 2 были опробованы диоды типов Д2, Д7, Д9 с различными буквенными индексами. Результаты примерно одинаковы. Следует обратить внимание на то, что включение последовательно или параллельно диоду резистора Rд или Rп (рис. 2 б, в), что часто применяют на практике, ухудшает стабилизирующие свойства цепочек как по температуре, так и по напряжению питания, причем чем больше величина Rд или меньше Rп, тем хуже стабилизирующие свойства цепочки.

Термостабилизирующие свойства рассмотренных цепочек с диодами также невысоки, и поэтому усилитель с такой цепочкой удовлетворительно работает только в диапазоне температур порядка от +5 до +30°С. При снижении окружающей температуры ток покоя обычно значительно уменьшается, что вызвано уменьшением обратного тока выходных транзисторов Т2—Т5 (примерно в 2 раза на каждые 10°С), сдвигом соответствующих характеристик этих транзисторов в сторону больших напряжений (рис. 4) и, наконец, уменьшением коэффициента усиления по току транзисторов. Одним лишь диодом невозможно скомпенсировать все эти факторы, и поэтому ток покоя снижается при снижении температуры. При этом падает и коллекторный ток транзистора T1, протекающий через диод д1, что также ухудшает термостабилизацию диодом тока покоя. Одновременное действие дестабилизирующих факторов (снижение температуры и Ек) приводит к резкому уменьшению тока покоя Iп и возникновению больших нелинейных искажений.

Частично ослабить это явление можно, выбрав ток покоя при нормальной температуре несколько большим, чем необходимо, например, Iп=15—20 ма. Однако это приведет к снижению экономичности и термостабильности усилителя в условиях повышенной температуры. Можно также последовательно со стабилизирующим диодом включить резистор Rп, (рис. 2 д), подобранный заранее так, чтобы при температурах от—5 до—10°С был обеспечен необходимый ток покоя Iп. При работе усилителя в условиях пониженной температуры переключатель П1 размыкают. Таким образом может быть подобрано смещение для различных условий эксплуатации. Цепь смещения надо выполнять так, чтобы при коммутации не происходило обрыва этой цепи, так как при этом возможен выход из строя оконечных транзисторов.

Наилучшим способом термостабилизации тока покоя усилителей по рассматриваемой схеме считают включение между точками А и Б терморезистора. Однако при постоянной температуре терморезистор будет вести себя как линейное сопротивление, и какая-либо стабилизация Iп при изменении Eк будет отсутствовать.

Один из способов получения стабильного напряжения смещения с помощью кремниевых диодов (стабилитронов), включенных в прямом направлении, показан на рис. 5. С цепочки диодов Д1—Д2 снимают стабильное напряжение порядка 1— 1,2 в, которое через делитель R5—R6 и диод Д3 подводится к точкам А и Б. Зависимость тока покоя от Ек в данной схеме значительно меньше (рис. 3, кривая 4), чем в рассмотренных ранее, поэтому в данном случае становится целесообразным включение между точками А и Б любых термостабилизирующих цепочек, в том числе и терморезисторов. Усилитель по схеме рис. 5 хорошо работает в интервале температур от 0 до +40°С, причем токи покоя при крайних температурах различаются не более, чем в 3 раза. Стабилизирующие диоды Д1 и Д2 не дают заметных нелинейных искажений сигнала, так как их динамическое сопротивление мало, и нагрузкой транзистора Т1 по существу является лишь резистор R2.

Термостабилизацию тока покоя бестрансформаторных усилителей можно осуществлять не только терморезисторами и диодами, но также используя температурную нестабильность коллекторного тока маломощных транзисторов. Заслуживает внимания, например, одна из описанных схем подобного типа (см. «Радио», 1966, ╧ 6, стр. 28—30).

Однако такая схема совершенно не обладает стабилизацией по напряжению питания. Предлагаемая на рис. 6 схема не имеет этого недостатка. Здесь для стабилизации по напряжению питания и термостабилизации тока покоя усилителя используется комбинация германиевого транзистора Т2 и германиевого диода Д1. Усилитель по приведенной схеме имеет высокую стабильность как в интервале температур от —20 до +50°С так и по напряжению питания. Однако схема работоспособна и без терморезистора; вместо резисторов R8 — R10 может быть включена любая из цепочек рис. 2 а — в, при этом лишь несколько снижается эффективность стабилизации при пониженной температуре. При изменении Ек разность напряжений на коллекторах транзисторов Т1 и Т2 остается практически постоянной. Вследствие температурной нестабильности коллекторного тока транзистора Т2 и тока диода Д1 это напряжение при низких температурах растет, а при повышенных падает, компенсируя нежелательные изменения тока покоя. Например, при уменьшении Ек напряжение на базе транзистора Т2 снизится, а на эмиттере оно изменится мало благодаря нелинейности диода Д1. Ток коллектора транзистора Т2, следовательно, уменьшится, снижая падение напряжения на резисторе R4, и напряжение между коллекторами транзисторов T1 и Т2, являющееся источником смещения на оконечные транзисторы, останется неизменным. Эффективность стабилизации тока покоя в сильной степени зависит от выбора величины тока, протекающего через транзисторы Т1 и Т2 — чем он больше, тем эффективнее стабилизация. Если же этот ток более 2 ма, то может наступить перекомпенсация, когда при снижении Ек ток Iп даже возрастает.

Этот случай соответствует кривой 5 рис. 3, которая показывает зависимость Iп от Ек для усилителя по схеме рис. 6. Регулировка усилителя состоит в выборе сопротивления резистора R2 так, чтобы при свежей батарее питания напряжение между коллекторами транзисторов Т1 и Т2 составляло 1—1,5 в. Резистор R4 выбирается таким, чтобы ток, протекающий через транзисторы Т1 и T2, был порядка 1,5—2,0 ма. Напряжение в точке В (0,5Ек) остается почти неизменным, если транзисторы Т3 и Т4, Т5 и T6 выбраны попарно близкими по усилению, а коэффициенты усиления по току транзисторов Т1 и T2 отличаются друг от друга не более, чем на 20%. Конденсаторы С1 и С2 служат для устранения отрицательной обратной связи. В схемах рис. 5 и 6 возможно более эффективное использование напряжения питания, если ввести в них положительную обратную связь по методу, изложенному в «Радио» 1970, ╧ 2, стр. 48. Необходимо отметить, что для достижения высокой термостабильности усилителей и защиты от теплового пробоя выходных транзисторов не следует выбирать величину резисторов R11,R12 более 100—200ом. Термокомпенсирующие элементы (диоды, терморезисторы, транзисторы) в подобных усилителях необходимо устанавливать на радиаторах мощных выходных транзисторов T4, T5. Это устранит опасность теплового пробоя этих транзисторов, а также предохранит усилитель от резкого увеличения тока покоя при низких температурах, возникающего вследствие тепловой инерционности мощных транзисторов и компенсирующих элементов.

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 11 номер 1971 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.