понедельник, 9 февраля 2015 г.

Усилитель тока APG-30А.

Продолжаю рассказ про гибридный усилитель APG-30A. Теперь на очереди выходная часть – усилитель тока. 

Схема усилителя тока APG-30A
Схема усилителя тока APG-30A



























     
Выбранная схема повторителя с токовой нагрузкой часто используется как выходной каскад в классе А. 
Встречается в различных реализациях и на разной компонентной базе.

Особенно сильно влияющими на звук и качество схемы, на наш взгляд, являются три момента: тип используемых силовых элементов, схема источника тока и способ подключения нагрузки.

Вообще тип элемента влияет на динамические характеристики, на нелинейность каскада и ее характер (спектр, зависимость от частоты), надежность каскада и т.д. Например, использование биполярных транзисторов позволило бы расширить АЧХ вверх (за счет меньшей входной емкости транзисторов), при этом усложнив согласование с ламповым усилителем напряжения. Можно было бы увеличить общую линейность, при этом проиграв в ее спектре, т.к. в «биполярном» каскаде хвост гармоник длиннее. Именно из-за благоприятного спектра гармоник мы выбрали MOSFET транзисторы. При этом для того чтобы  обеспечить АЧХ выше 20КГц (желательно хотя бы 80КГц) и не допустить сильного роста общего уровня гармоник, необходимо использовать те транзисторы которые имеют минимальную возможную входную емкость и максимальную крутизну характеристики.

Схема построения источника тока в усилителе тока также существенно влияет на качество работы всего каскада. Поэтому хочется подробнее чуть подробнее остановиться ней.

Схема источника тока в усилителе тока APG-30A
Схема источника тока


















Вообще желательно использовать схему имеющую максимально возможную стабильность тока от температуры силового транзистора, от напряжения на нем и от времени.

В аналогичных выходных каскадах встречается много разных вариантов источников тока. В качестве активных элементов используются и полевые и биполярные транзисторы. Встречались схемы и на интегральных стабилизаторах типа LM317 (если токи позволяют).

Мы предпочли схему, в которой за током следит дополнительный транзистор. Это позволило, незначительно усложняя схему, получить достаточную стабильность тока.
В тех случаях, когда нагрев транзисторов не велик (например выходной каскад усилителя для наушников) возможно использование и совсем примитивных схем, например такой как показано на рисунке. Такое решение работало даже в мощном каскаде (ток покоя 2 А), но ток сильно плыл с прогревом усилителя.

Еще один важный момент, влияющий на  основные параметры каскада – это включение нагрузки. Она может быть подключена как между выходом и питанием (как это сделано у нас), так и между выходом и общим проводом (см. схему). При этом значительно меняется поведение схемы. 

Схема включения нагрузки в усилителе тока APG-30A
Схема включения нагрузки



























Если нагрузка подключена к «питанию», то ток текущий через каскад постоянен, вне зависимости от сигнала на нагрузке (пренебрегая высокочастотной составляющей протекающей через паразитную емкость источника тока). Изменение тока через нагрузку происходит только за счет перераспределения тока между нею и транзистором VT1. Это позволяет использовать совсем незначительную емкость блокировочного (по питанию) конденсатора, заботясь только о наличии высококачественного пленочного конденсатора для шунтирования высокочастотной составляющей. Чем ближе источник тока к идеальному (ниже паразитные емкости, выше стабильность тока), тем меньше проникновение тока нагрузки в источник питания.

По существу путь аудиосигнала замыкается через конденсатор C7, нагрузку и транзистор VT1. Путь становиться коротким, а качество остальных конденсаторов (в блоке питания) становиться не столь существенным. Но такое включение имеет и серьезный недостаток: схема очень критичная к качеству фильтрации питающего напряжения, все помехи и фон без ослабления проникают в нагрузку.

Вариант включения нагрузки между выходом и «общим», ведет себя иначе. Ток потребляемый от источника питания перестает быть постоянным, он пульсирует вслед за током в нагрузке. В этом случае необходимо на пару порядков увеличивать емкость блокировочного конденсатора (составного из нескольких) и долю пленочных конденсаторов в его составе.

Теперь путь сигнального тока проходит и через источник питания, а значит становиться критичным качество используемых в нем конденсаторов. Преимуществом данной схемы является изолированность нагрузки от питания, что позволяет эффективно давить пульсации питания.

На наш взгляд, с точки зрения звука, вариант подключения нагрузки между выходом и «питанием» значительно более предпочтителен, потому мы его и используем. При этом серьезно приходиться подходить к фильтрации напряжения питания, но это задача решаемая.

Статья сформирована из наших постов на Google+: "Усилитель тока APG-30А. Транзисторы.""Усилитель тока APG-30А. Источник тока." "Усилитель тока APG-30А. Включение нагрузки."