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无线电电子与电气工程百科全书 EA 级放大器（Super A，非开关）。 无线电电子电气工程百科全书
（五个选项） 对工作原理和制造原理进行了详细的说明。 此音频功率放大器是在以下条件下设计的：
的操作原理 最初，该 UMZCH（图 1）是作为研究放大器非线性失真的模型而开发的。 输入级根本不应该有“阶跃”失真。 为此，级联是最合适的，可以说，在+和-电源（VT1、VT2）之间并联连接，因此它们被称为“并联”。 发射极 VT1(VT2) 连接到低于负输入电压的电位，以便能够控制闭合 VT5(VT6) 的时刻和性质（模式 A、EA、AB、B）。 然后产生了通过R1（R2）向发射极VT5、VT6提供反馈电压（OOS）到已经形成的并联（它们也是复合）级联的想法，这降低了发射极VT1（VT2）的电势，防止VT5（VT6）突然闭合和断开，从而形成EA模式下的静态电流。 研究结果总结在输出电流波形图中（图2），其中（1）是负载中的电流，+I是电流VT5，-I是电流VT6。 这些模式是经过精心设置的，以确定出现扭曲的阈值。 点2——模式B中的“阶跃”型失真，此时VT5急剧关闭，而VT6尚未打开。 在第 2 点中，可能会出现具有不同频率的信号突发，这些信号突发出现在信号组合中或当两个频率同时馈送到放大器输入时。 这样的PA具有较高的谐波系数，其中的高频听起来很尖锐，带有嘶嘶的泛音，并且正弦波的下降-上升斜率增大。 晶体管在小信号下缓慢打开，然后急剧打开，使信号失真。 正确的轨迹是第 3 行。可以看出，相对于第 3 行（半周期）形成了正弦曲线（周期），这意味着具有双倍频率的泛音（轰鸣）。 当模式B改进时，区域2变成亮点，然后消失。 此外，在研究非线性失真时，很明显，即使在具有高静态电流的模式 A 中，如果对侧臂与信号不成比例地关闭（过于急剧），波形失真和谐波系数的增加（点 4）也会发生，从而加速当前负载的增加。 这样的头脑发出的声音会很响亮，带有金属回声，就像在击打橡皮球时一样。 出于这个原因，一些具有高参数和高静态电流的放大器在电路方面比简单的放大器听起来更差，自然声音更差。 在模式 A 中，如果静态电流严格稳定（在本例中为 250 mA，虚线），则会在点 5 处发生急剧中断，这会立即影响在此打开的下臂 (4) 特性的线性度。片刻。 在点 4，输出信号的中断和突发是可能的。 这意味着重要的不是晶体管的静态电流，而是它们平滑（尽可能接近有用信号的形状）的打开和关闭。 这充分证实了来源 [1] 的正确性，并使得在该 PA 中应用经济模式 A (EA) 成为可能（Io，图 7 中的第 8 行和第 2 行）。 这种模式也被称为 Super A，或非切换（不切换）[1]，但 EA 的名称更接近真相。 事实是，EA 会在不降低参数的情况下动态降低静态电流（提高音质！），通过减少直通电流来减少输出晶体管的发热，从而提高放大器的效率和效率。
放大器原理 （图3） 输入信号被施加到运算放大器的非反相输入端并被放大至 8V。 从运算放大器的输出通过 R8，信号被馈送到基极 VT3、VT4。 由于发射极VT3、VT4接稳压源，运放的电源也稳压，所以集电极电流VT3、VT4只取决于信号电平，对供电电压的影响很小。 其实VT3(VT4)是VT5(VT6)的可控电流发生器，也就是说Upit对VT5集电极电流的影响也会减弱。 而电流 VT11 又取决于集电极电流 VT5。 这意味着在放大器中，即使没有反馈，电源电压也不会对有用信号进行调制，并且音质，特别是在低频下，将与具有稳定电源的放大器相同。 只有在输出电压接近电源电压的最大功率下，功率下降才会很明显。 晶体管 VT3 和 VT5（VT4 和 VT6）构成复合级联，其中引入了决定增益的分压器。 如此成功的组合，可以通过R3（R4）将负反馈信号（NFB）直接施加到VT27（VT28）发射极电路，同时让您可以轻松地在EA中形成输出级的操作模式，以高压摆率和增益获得高线性度。 OOS 电压施加到发射极 VT3 (VT4)，防止其突然关闭。 即使在最大信号电平 (osc.6) 下以电流截止运行时，输出晶体管也会提前平滑打开，并且不会在低信号电平（最有利于发生谐波的区域）产生失真。 放大器晶体管部分的增益等于R27/R17（R28/R18）+1的比率。 整个放大器的增益等于比率 R5/R3+1。 放大器的灵敏度通过选择 R3 来设置。 选择放大器工作模式 在开发和测试任何 UMZCH 时，主要任务是以最少的加热实现最高质量。 放大器在从 A 到 B 的所有模式下进行了测试（图 2，振荡器 6、7、8）。 在这个 PA 中，实际上没有模式 B。上边电流的截止（第 6 行）发生在超过 2A 的下边电流处，对有用信号的形状影响不大，实际上是AB模式，只有根据EA原理形成下跌-上涨。 应该注意的是，沿 osc.7 的静态电流的形状是理想化的，实际上是模式 A。效率低得不合理，加热与模式 A 几乎没有区别，而声音没有明显改善。 甚至反之亦然，（根据作者）声音过于平滑，某些作品的高音丢失了。 在经济性方面，最理想的是osc.9模式，最大信号时静态电流降至0。 电流形状是在最大效率下通过实验确定的（振荡器 8、40 mA，无截止），并制作了第一个版本的放大器。 然后，通过增加局部 OOS，可以增加输入晶体管电流的动态增加，从而将谐波减少一半。 音质有所改善。 同时，事实证明，当 EA 模式将电流带到直线段时，是否有电流截止不再有区别（osc. 6 和 8）。 声音几乎没有变化。 这就是第二个和后续选项的制作方式。 当然，任何人都可以自行选择任何静态电流特性系列（图 2）。 为了增加剩余电流（无截止运行），需要将 R13-R14 减小到 360 ... 340 欧姆，使用 R16 增加恒定分量。 为了使静态电流为 osc.7，需要将 R11-R12 减小到 5,6 ... 5,1k。 （必须在禁用输出晶体管的情况下进行更改。） 放大器的第一个版本 其方案与图 3 所示的方案完全相同。 13，与以下仅在额定值R14-R360=27 Ohm，R28-R4,3=8k不同。 静态电流的形式为 osc.XNUMX。 放大器的第二个版本 （图 3）与第一个不同之处在于改变了 VT3-VT4 的工作模式并引入了更深的 EA 模式（意味着更平滑的静态电流上升-下降）。 R13-R14 上的动态电流增加已增加，其恒定分量已减少 (R15-R16)。 除了改善音质外，这还提高了热补偿的效率。 更深的 EA 模式显着降低了浊音（奇次谐波）的水平，并且几乎完全消除了声音的任何音色着色。 结合放大器的零输出阻抗，这使得任何扬声器的音质都非常高。 通过正确选择运算放大器、根据增益和元件额定值选择晶体管以实现肩对称，谐波系数在 0,0006 kHz 时不超过 1%，在 0,002 kHz 频率时不超过 20。 静止电流的形式为 osc.6 (0…5 mA)。 第三版功放 （图4） 从单元库的特点出发，进一步改进参数的方法。 众所周知，运算放大器失真随着频率、输出电压和电流的增加而增加。 在一个操作系统中实现所有高参数是很困难的。 解决这种情况的方法是使用具有高负载能力的运算放大器的缓冲级，即两个运算放大器的组合。 第一个运放的输出电压立即降低2-4倍，谐波系数几乎相同，第二个（缓冲）运放的增益增加一倍。 作为第一级，最好使用输入端带有场效应晶体管的运算放大器，其 Kg 非常低，并且第一个极点高于音频范围；作为第二级，最好使用带有 TOC 的运算放大器，具有非常高的输出电压转换速率和负载能力。 高频 TOC 运算放大器在音频范围内具有非常低的失真。 还已知晶体管特性的增益和线性度取决于集电极电流，即电流范围越小，失真度越低。 输出是在输出级中使用成对的晶体管。 在此基础上，开发了第三个版本的放大器。 通过正确选择运算放大器、晶体管增益和肩对称元件额定值，可以实现每 0,0005 kHz 谐波系数不超过 1%，并且在整个频率和功率范围内不超过 0,001。
第四个放大器选项 其不同之处在于前置级使用稳压电源，使用FF运算放大器，以及在SMD元件（表面贴装）上组装印刷电路板的能力，这大大减小了其尺寸。 有必要选择图中所示晶体管的 SMD 类似物。 如上所述，该放大器的音质和输出电压电平不取决于电源电压的衰减和纹波。 在这种情况下，为前置终端级使用稳压电源仅使输出晶体管的静态电流独立于电源电压的大变化，并且可以根据制造商的要求应用。 组件编号根据选项 1 和 2 保留。
第五个放大器选项 在最后阶段使用复合晶体管可以简化电路和放大器设置，这对于初学者和没有经验的无线电爱好者很重要。 其尺寸的显着减小使其能够与具有更高参数的集成 UMZCH 在尺寸上竞争。 同时，低频增益线性度大于UMZCH微电路，在相对较低的电源电压下输出电压更大，对电源电压下降不敏感，这对于小型电源尤为重要。 双通道版本示意图如下图所示。 在这种情况下，OU 和稳压器 VT1-VT2 是通用的。
放大器选项 5 几乎不需要调整。 这一切都归结为检查电源电压、输出端是否存在恒定电压，以及使用最大加热输出晶体管设置所需的静态电流。 由于较低的电流增益，此处的静态电流随温度的漂移小于选项 2，但由于复合晶体管的电压增益较大，可能会过度放大和削波信号，这并不总是有用的扬声器。 因此，R19-R20 的阻值不应低于 0,075 欧姆，即使是大功率的扬声器也是如此。 如果需要，您可以从选项 2 中添加热控制和电流保护。如果您难以测量 0,075 欧姆的电阻，那么您可以通过两种方式摆脱这种情况。 1) 并联两个 0,15 欧姆电阻或四个 0,3 欧姆电阻。 2）测量康铜或镍铬合金丝的电阻（例如拆开一个0,51欧姆、1%的线电阻），将其拉直，沿长度精确等分，得到所需的电阻。 建议在阿司匹林片剂的末端镀锡并用酒精擦拭。 一块拉直的镍铬合金没有电感，可以以跳线或支架的形式焊接到板上。 第五选件放大器的谐波系数没有测量，但主观上声音在整个频率和功率范围内不超过5%。 举个例子，如图所示。 图12-13显示了放大器的双通道版本的印刷电路板。 TO-142 情况下的输出晶体管为 TIP147T/TIP220T，TO-142R 情况下的输出晶体管尺寸小于 TIP147/TIP3。 当嵌入到有振动的多媒体扬声器中时，R13-R14 被替换为一个常数 92 ... 100k。 在小型散热器的微型版本中，应选择冷散热器上的静态电流为 5 ... 10 mA，并且在预热时不会升至 40 ... 60 mA 以上。 这种模式可以归类为AV+EA。 电容器C1——小型陶瓷电容器，C3——无极性电解电容器。 放大器参数 完全取决于所使用的操作系统类型. 第二种选择的放大器的最大可能正弦输出功率为120W，但在4欧姆负载和电源电压高于+/-35V时，需要限制VT11、VT12（R33、R34）或给它们上电，否则输出晶体管的功耗将超过最大允许值。 当仅施加 4 欧姆负载时，电源电压无需升高至 +/-35V 以上。 确实，这会降低 8 欧姆负载时的输出功率。 据笔者介绍，电阻为6-8欧姆的扬声器声音更自然，4欧姆的扬声器功率输出和动态更大。 放大器的频率响应从直流（无 C1）到 200 kHz（无 C2、C6）呈线性，幅度从 200 kHz 平滑下降至 1 MHz。 当频率为 1 MHz、频率为 1 kHz 的幅度调制的信号施加到放大器的输入时，它被中波接收器接收。 以 1mV 的步长向 PA 输入（无 C0）施加从 1V 到 10V 的恒定电压，而输出电压从 0V 绝对线性增加到 30V，即该放大器的行为类似于精密直流放大器，这表明其具有高增益线性度，因此具有低谐波和高声音保真度。 放大器在 2 欧姆的电阻负载下使用频率为 6 kHz 的矩形脉冲进行测试。 在这种情况下，获得了 30 V/μs 的输出电压转换速率，并且仅受矩形脉冲源的限制；没有观察到信号形状的失真和尖峰。 额定输出电压 = Upit.-5 V。放大器的最大输出电压 = Upit.-3V。 当电源电压通过双极性稳压电源降低时，输出信号的幅度不减小，直到电源达到Uout+5V的值，当Upit=Uout+3V时，输出信号逐渐受到限制。 放大器的输出阻抗 = 0。放大器对高达 100mV 的可变分量的电源背景不敏感。 电源电压范围 - 从 +/- 25 到 +/- 40V。 使用套件中包含的两个 G3-118 发生器和陷波滤波器测量失真。 将 20 Hz 至 20 kHz 的信号应用于输入时，总非线性失真水平低于 [1]（图 8）中给出的水平，并且处于 S1-65A 示波器的干扰水平本身（0,2 ... 0,3 mV，输出电压为 32V），这意味着谐波系数不超过 0,002%。 使用计算机频谱分析仪进行的测量也显示了相同的结果。 但与此同时，主要目标是满足条件 2。放大器在 I® = 150 mA 条件下使用高质量散热器进行了测试和运行。 尽管零件数量相对较多，但放大器本身由一个微电路和6个晶体管（VT3、VT4、VT5、VT6、VT11、VT12）组成。 VT1 和 VT2 - 稳压器 +/- 15 V； VT7、VT8——输出晶体管静态电流热补偿节点； VT9、VT10——最大电流限制器（6A）。 VT1、VT2、VT9、VT10、VD1、VD2、R9、R10、R19-R20、R33、R34 在存在单独的稳定 +/- 15 V 电源且输出功率降低 (Upit. = +/- 25V，Pout 50W）从该方案中，您可以排除并制作一个简化的小尺寸版本的PA。 温度补偿装置 需要注意的是，当晶体管（尤其是 VT3-VT4）升温和电源电压变化时，放大器的静态电流会发生显着变化，因此需要准确选择 VT7-VT8 晶体管（用于改变的补偿器）的工作点。来自温度和电源电压的静态电流）。 同时，静态电流在 +/- 20 mA 内的局部波动不会影响放大器的参数。 在对 UMZCH 的热模式进行研究后，作者得出以下结论： 1. 即使最低功率的输入晶体管轻微发热，输出晶体管的静态电流也会增加 2-3 倍，因此希望控制尽可能多的阶段的模式。 2. 最好将每个输出晶体管放置在没有绝缘垫圈的单独散热器上并控制其温度。 温度补偿装置的工作原理如下。 电流发生器晶体管VT7通过云母垫片安装在VT11散热器上。 （VT8 散热器上的 VT12）。 当散热器升温时，电流 VT7 增加并通过 R23 (R24) 馈送到发射极电路 VT3 (VT4)，覆盖它。 此处还提供用于限制输出晶体管电流的信号。 通过选择电阻R21-R22，您可以为放大器设置不同的温度条件。 在模式 1 中，实线（当 R21、R22 = 100 欧姆时）静态电流将稳定到 65-70 度，然后急剧下降至 0。在模式 2 中（R21、R22 = 68 欧姆），静态电流与温度成比例减小，即设备保持设定温度。 在模式3（R21，R22 = 150欧姆）下，静态电流不会随着温度的升高而增加，但不会减少以减少晶体管的发热（器件可以承受给定的电流）。 当放大器电源电压从 +/-25 更改为 +/- 40V 时，需要选择 R29-R30 的值，以便 R25-R26 上的偏移为 0,41-0,432 V。计算 R29-R30 的值由公式：R29 (R30) , kOhm = Upit。 /0,432 - 1k。 当输出晶体管被故意重新安装在较小面积的散热器上时，热补偿装置会重建并保持指定的热条件。 结合对功率下降的低敏感性，这使得该 PA 可以集成到现有设备中，其中电源变压器的功率不足（例如“Vega 50U-122S”），或uXNUMXb\uXNUMXbradiators（音乐中心）。 当然，可以在微电路上组装超声波频率，但（根据作者）它们的音质与分立元件上的 PA 不同。 细节和设计 在放大器中，最好使用转换速率至少为 50 V/μs、谐波和固有噪声水平较低、输入端带有场效应晶体管的运算放大器。 晶体管VT3、VT4的选择应具有尽可能高的增益、低噪声水平以及集电极电流对温度的依赖性弱。 作为VT5-VT6，期望使用具有高增益频率和低集电极电容的晶体管。 在放大器中，很可能使用国产运算放大器KR574UD1和增益为130 - 150的晶体管，以便能够用相同的部件重新制作现有的放大器（例如Amfiton）。 这种情况下所有晶体管的最大允许电压必须至少为80V。 根据所需的Uout，需要改变电阻R5，观察条件：(R5/R3)+1=Uout/Uin。 使用其他输出晶体管（场效应或并联时）时，可能需要根据VT31-VT32关闭的R0,55发动机中间位置上16V的压降来选择R11-R12电阻。 根据作者的计算，在该电路的基础上，可以设计出输出电压为80-100V的PA。（放大器能够产生接近电源电压的输出电压）。 相对臂的互补对（VT3 - VT4、VT5 - VT6 等）增益差异不应超过 5%。 上下臂电阻也选用对称位置，误差为5%。 这是输出信号对称和避免非线性失真的必要条件。 电阻器 R33 - R34 由两个并联的 0,2 欧姆 2W 电阻器组成，一个位于另一个电阻器的上方。 R33、R34 必须使用无感性。 请勿使用线绕电阻器。 线圈L1缠绕在电阻R35上，包含2层PEL 0,8线并浸渍有清漆或胶水。 L1、C9、R36安装在输出板上。 散热器VT5-VT6的表面积不小于30cm，VT1-VT2-1..2cm。 如果需要改变棋盘的大小，可以沿着网格移动它。 所有轨道均已焊接。 电源电路和负载的载流轨道通过铺设一根铜线涂有一层厚焊料。 对于安装在散热器上的所有晶体管，必须使用导热膏，对于热传感器的晶体管，垫圈必须由云母制成。 作为C1和C3-C4，最好使用无极性电解电容。
选项 5 双放大器板
从焊接侧查看。 尺寸 55x60 毫米。 放大器的第二个和第三个变体可以组装在通用板上（图8、图9）。 在平衡引脚 1-8 或 1-5 之间的运算放大器的情况下，跳线放置在引脚 8 或 5 上的 X 点处。它必须可靠，以避免运算放大器严重不平衡。 电阻R6可以切换到板上的+和-15V点，或者放置跳线，具体取决于运放的类型。 如果不使用运放DA2，则应在X2点切割走线。 当使用两个运算放大器时，电阻器 R8 切换到 DA6 的引脚 2。 设置放大器 检查正确安装后，您应该：
交流保护单元 在紧急情况下，当直流电流通过扬声器时，其线圈会烧坏，因此使用扬声器保护是强大放大器的先决条件。 保护单元（图 10）的工作原理如下。
供电电压范围：........+/-20…+/-60V
接通电源后，电容C3开始充电（从电源通过R7-R8）。 1 秒后。 其上的电压达到足以打开 VT3 的值，然后 VT4 打开，继电器通过其触点将扬声器连接到放大器。 在 PA 正常工作期间，来自其输出的交流电压来不及给 C1-C2 充电，在紧急情况下，来自放大器输出的恒定电压将打开 VT1 或 VT2（取决于极性），C3 处的电压将减少，继电器将关闭交流电。 在大容量保护误报的情况下，应增加电容C1-C2。 交流保护单元的印刷电路板图如图 11 所示。 12 和 1. 建议为每个通道使用单独的扬声器保护单元。 继电器 (U P1) 必须由电源滤波电容比放大器本身低的电源供电，这样当电源关闭时，继电器 PXNUMX 先关闭。 继电器应使用尽可能大的接触面积和弹簧力，因为微型继电器（尤其是簧片继电器）有触点烧毁和紧急情况下无法关闭的情况。
文学 1. Yu.米特罗法诺夫。 UMZCH 中的 EA。 5,1986年第XNUMX号电台
作者：莱科夫 A.V. （alexandr.laykov@rambler.ru）； 出版：cxem.net
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