Транзисторный УНЧ с питанием 3V

Схемы аудиотехники

В. Тимофеев, г. Москва

Усилитель предназначен для использования в аппаратуре с низковольтным питанием (например в носимом радиоприемнике), способен работать при напряжении всего 3 Вольта, не содержит дефицитных деталей и прост в изготовлении.

Схема усилителя

Входной сигнал с регулятора громкости R1 поступает на затвор полевого транзистора VT1, имеющего очень высокое входное сопротивление, что позволяет использовать усилитель с высокоомными источниками сигнала. Работа диодного амплитудного детектора, например, заметно улучшается при высоком сопротивлении нагрузки: увеличиваются коэффициент передачи и чувствительность, уменьшаются искажения. Очень небольшой (30 мкА) ток стока первого транзистора создает на сопротивлении нагрузки R2 падение напряжения около 0,5 В, достаточное для открывания второго транзистора VT2, «раскачивающего» оконечный каскад усилителя.

Ток коллектора VT2 составляет приблизительно 140 мкА, а амплитуда усиленного напряжения ЗЧ может достигать 1,5 В. Это напряжение приложено к входу составного эмиттерного повторителя, собранного на двух комплементарных парах германиевых транзисторов VT3-VT6. Они усиливают только ток, амплитуда которого при работе усилителя на восьмиомную нагрузку может достигать 100 мА. Режим выходного каскада близок к режиму класса В, а это означает, что при положительной полуволне сигнала открывается только верхнее (VT3 и VT5) плечо каскада, а при отрицательной — только нижнее (VT4 и VT6). Небольшое начальное смещение около 0,15 В, необходимое для уменьшения искажений типа «ступенька», получается за счет прямого падения напряжения на диодах VD1, VD2.

Режим усилителя, а он, как видно из схемы, имеет непосредственную связь между каскадами, стабилизируется следующим образом: постоянное напряжение 1,5 В с выхода усилителя, поступающее через резистор R4 на исток транзистора первого каскада, является его напряжением смещения, поскольку затвор, соединенный по постоянному току с общим проводом через регулятор R1, имеет потенциал -1,5 В относительно истока. Случайное повышение, например, выходного напряжения приводит к уменьшению тока стока транзистора VT1. Вслед за ним уменьшается ток коллектора VT2, напряжение на его коллекторе понижается и заставляет выходное напряжение вернуться к прежнему уровню. Таким образом, получается 100 % ООС по постоянному току. Коэффициент ООС по переменному току значительно меньше благодаря цепочке R3C1, уменьшающей переменную составляющую напряжения на истоке транзистора VT1 примерно в восемь раз. Такое же значение имеет и коэффициент усиления по напряжению всего усилителя. Его можно установить, изменяя номинал резистора R3.

В усилителе имеется еще и цепь положительной обратной связи (ПОС). Она образуется при соединении правого (по схеме) вывода резистора R5 не с общим проводом, а с «горячим» выводом головки громкоговорителя ВА1. Коэффициент ПОС несколько меньше единицы, поскольку меньше единицы коэффициент передачи по напряжению выходного каскада, поэтому усилитель не самовозбуждается. ПОС значительно улучшает симметричность выходного напряжения, т. е. уменьшает нелинейные искажения.

Дело в том, что при положительной полуволне выходного напряжения транзисторы верхнего плеча выходного каскада VT3 и VT5 открываются хорошо, так как ток базы VT3 задает открывающийся транзистор VT2. При отрицательной же полуволне этот транзистор закрывается, а базовый ток транзистора VT4 определяется резистором R5, уменьшать сопротивление которого невыгодно из-за снижения экономичности усилителя. Присоединив резистор к верхнему (по схеме) выводу головки громкоговорителя ВА1, мы увеличиваем напряжение на нем, а следовательно, и открывающий ток транзистора VT4. Такое включение иногда называют схемой «вольтодобавки».

В усилителе ЗЧ применим полевой транзистор с напряжением отсечки 1,5…2 В. Его можно выбрать из транзисторов серий КП303 (предпочтительнее индексы А, Б, И) и КП307 (А, Е). Желательно, чтобы коэффициент усиления по току биполярных транзисторов был не ниже 50…70.

Будет совсем хорошо, если транзисторы выходного каскада подобрать с примерно одинаковыми коэффициентами усиления. Пару с меньшим коэффициентом лучше применять в качестве VT5, VT6. К остальным деталям никаких особых требований не предъявляется.

Динамическая головка ВА1 — 2ГД-38 или ей подобная с сопротивлением звуковой катушки 8 Ом. Желательно использовать головки с большой отдачей, невзирая на их размеры и мощность. Настоятельно рекомендуется поместить головку в деревянный корпус больших размеров — и отдача (громкость) и качество звучания при этом значительно улучшатся.

Налаживание усилителя начинают с проверки режима: напряжение в точке соединения коллекторов транзисторов VT5, VT6 должно равняться половине напряжения питания, т. е. 1,5 В. Его можно подкорректировать, подбирая сопротивление резистора R2. Если же сделать это не удается при изменении сопротивления в разумных пределах (скажем, от 10 до 27 кОм), то надо взять транзистор VT1 с большим напряжением отсечки, это позволит получить большее напряжение на выходе. Затем, включив миллиамперметр в цепь питания и подбирая число и тип включенных параллельно диодов VD1, VD2, устанавливают ток покоя усилителя, равный 1…1,5 мА. Нельзя отключать сразу все диоды, потому что ток усилителя возрастет до недопустимо большой величины. Подойдут любые маломощные германиевые диоды, например, Д2, Д9, Д18, Д311, ГД507 и т. д. В заключение, подав на вход усилителя звуковой сигнал и наблюдая напряжение на динамической головке с помощью осциллографа, убеждаются в отсутствии искажений типа «ступенька» и симметричности ограничения полуволн выходного напряжения при больших его амплитудах.

Усилитель, изготовленный автором, имел следующие параметры: напряжение питания — 3 В, ток покоя — 1,3 мА, ток при максимальном сигнале — 30 мА, максимальная мощность неискаженного сигнала на нагрузке 8 Ом — 25 мВт, полоса воспроизводимых частот — 70…10 000 Гц.

При необходимости расширить полосу в сторону нижних частот надо увеличить емкость конденсаторов С1 и С3. Ограничить полосу со стороны верхних частот можно, включив между коллектором и базой транзистора VT2 конденсатор емкостью 150…300 пФ.