Классификация [ править | править код ]

По схемотехнике выходного каскада [ править | править код ]

По режиму работы выходного каскада [ править | править код ]

В зависимости от режима работы выходного каскада усилители делятся на:

• класс, или режим «A» — режим работы, в котором каждый активный прибор (лампа или транзистор) выходного каскада всегда работает в линейном режиме. При воспроизведении гармонических сигналов угол отсечки активного прибора равен 180°: прибор никогда не закрывается и, как правило, никогда не переходит в режим насыщения или ограничения тока. Все линейные однотактные усилители работают в режиме А.
• класс «AB» — режим работы двухтактного каскада, промежуточный между режимами А и В. Угол отсечки каждого активного прибора существенно больше 90°, но меньше 180°.
• класс «B» — режим работы двухтактного каскада, в котором каждый активный прибор воспроизводит с минимальными искажениями сигнал одной полярности (либо только положительные, либо только отрицательные значения входного напряжения). При воспроизведении гармонических сигналов угол отсечки активного прибора равен 90° или несколько превышает это значение. Для уменьшения нелинейных искажений при переходе сигнала через ноль выходные лампы или транзисторы работают с небольшими, но не нулевыми токами покоя. Установка нулевого тока покоя переводит каскад из режима B в режим С: угол отсечки приобретает значение менее 90°, при переходе через ноль оба плеча двухтактной схемы находятся в отсечке. Режим С в звуковой технике не применяется из-за недопустимо высоких искажений.

• класс «D» — режим работы каскада, в котором активный прибор работает в ключевом режиме. Управляющая схема преобразует входной аналоговый сигнал в последовательность импульсов промодулированных по ширине (ШИМ), управляющих мощными выходным ключом (ключами). Выходной LC-фильтр, включённый между ключами и нагрузкой, усредняет импульсный сигнал от ключей, восстанавливая звуковой сигнал.

Режиму А свойственны наилучшая линейность при наибольших потерях энергии, режиму D — наименьшие потери при удовлетворительной линейности. Совершенствование базовых схем в режимах А, AB, B и D породило целый ряд новых «классов», от «класса АА» до «класса Z». Одни из них, например, конструктивно схожие усилители звуковых частот «класса S» и «класса АА», подробно описаны в литературе, другие («класс W», «класс Z») известны только по рекламе производителей.

По конструктивным признакам [ править | править код ]

По типу применения в конструкции усилителя активных элементов:

• ламповые — на электронных лампах. Составляли основу всего парка УНЧ до 70-х годов. В 60-х годах выпускались ламповые усилители очень большой мощности (до десятков киловатт). В настоящее время используются в качестве инструментальных усилителей и в качестве звуковоспроизводящих усилителей. Составляют львиную долю аппаратуры класса HI-END (см. статью Ламповый звук). А также занимают большую долю рынка профессиональной и полупрофессиональной гитарной усилительной аппаратуры.
• транзисторные — на биполярных или полевых транзисторах. Такая конструкция оконечного каскада усилителя является достаточно популярной, благодаря своей простоте и возможности достижения большой выходной мощности, хотя в последнее время активно вытесняется усилителями на базе интегральных микросхем.
• интегральные — на интегральных микросхемах (ИМС). Существуют микросхемы, содержащие на одном кристалле как предварительные усилители, так и оконечные усилители мощности, построенные по различным схемам и работающие в различных классах. Из преимуществ — минимальное количество элементов и, соответственно, малые габариты.
• гибридные — часть каскадов собрана на полупроводниковых элементах, а часть на электронных лампах. Иногда гибридными также называют усилители, которые частично собраны на интегральных микросхемах, а частично на транзисторах или электронных лампах.
• на магнитных усилителях. В качестве усилителей звуковых частот большой мощности предлагались, как альтернатива электронным лампам в 30 — 50 годы американскими [6] и немецкими [источник не указан 2881 день] инженерами. В настоящее время являются «забытой» технологией [7] .
• микротелефонные (англ. carbon amplifier). Такой усилитель представляет собой сочетание электромагнитного звукоизлучателя и угольного микрофона, объединённых общей мембраной. В прошлом усилители этого типа находили применение в слуховых аппаратах.
• пневматические (en:compressed air gramophone). В таком усилителе источник колебаний (например, маломощный громкоговоритель, граммофонная игла) приводит в движение модулятор интенсивности потока воздуха от компрессора, за счёт чего происходит усиление амплитуды колебаний по мощности.

По виду согласования выходного каскада с нагрузкой [ править | править код ]

По виду согласования выходного каскада усилителя с нагрузкой их можно разделить на два основных типа:

• трансформаторные — в основном такая схема согласования применяется в ламповых усилителях. Обусловлено это необходимостью согласования большого выходного сопротивления лампы с малым сопротивлением нагрузки, а также необходимостью гальванической развязки выходных ламп и нагрузки. Некоторые транзисторные усилители (например, трансляционные усилители, обслуживающие сеть абонентских громкоговорителей (см. Проводное вещание), двухтактные усилители многих радиоприёмников на германиевых транзисторах, некоторые Hi-End аудиоусилители) также имеют трансформаторное согласование с нагрузкой.
• бестрансформаторные — в силу дешевизны, малого веса и большой полосы частот бестрансформаторные усилители получили наибольшее распространение. Бестрансформаторные двухтактные схемы легко реализуются на транзисторах. Обусловлено это низким выходным сопротивлением транзисторов в схеме эмиттерного (истокового) повторителя, возможностью применения комплементарных пар транзисторов. Мощные бестрансформаторные УМЗЧ имеют двухполярное питание, и позволяют подключать акустические системы непосредственно к выходу усилителя без разделительного конденсатора. Однако такие схемы обязательно имеют систему защиты АС от аварийного появления постоянного напряжения на выходе УМЗЧ (например, из-за пробоя одного из выходных транзисторов или пропадания одного из питающих напряжений). На лампах бестрансформаторные схемы реализовать сложнее, это либо схемы, работающие на высокоомную нагрузку, либо сложные схемы с большим количеством параллельно работающих выходных ламп.

Ламповый звук

«Ламповый звук» — термин, возникший во второй половине XX века в среде любителей звукозаписи и музыкантов для обозначения отличий в звучании музыки, прошедшей усилительный тракт, выполненный на электронных лампах, от музыки, записанной или воспроизведённой с помощью усилителей на транзисторах. Популярность противопоставления «тёплого», «мягкого», «комфортного» лампового звука и «бесстрастного, мониторного» звучания «твердотельного» (кремниевого) усилителя разные исследователи приписывают смеси (в разной степени) эмоциональных, технических и коммерческих причин.

КВ-усилитель мощности на IRF520

Предлагаемая конструкция — один из вариантов использования дешёвых полевых транзисторов в любительском коротковолновом усилителе. Конечно, по своему прямому назначению (переключатели, регуляторы, ИБП и тому подобное) эти элементы вроде бы не должны использоваться в линейных усилителях. Тем не менее, как показывает практика, они работают и работают очень неплохо! Достаточно представить себе два варианта, когда при настройке аппарата в любительских условиях щуп «слетает» на соседнюю дорожку. Вы лишаетесь дорогого элемента стоимостью, скажем, в 1000 руб. или дешёвого — в 50 руб. Как говорят в рекламных роликах, «Почувствуйте разницу. «. В этом есть, пожалуй, основная причина интереса к усилителям на транзисторах серии IRF в радиолюбительской среде. При этом вряд ли корректно сравнивать транзисторы серии IRFxx по частотным, линейным, динамическим характеристикам с полупроводниковыми приборами, специально предназначенными для линейных усилителей в широком диапазоне частот (по понятным причинам).

Как-то в руки автора попал новый итальянский Си-Би усилитель «KL-60» (27 МГц, 60 Вт) в красивом малогабаритном корпусе-теплоотводе размерами 110x110x40 мм. При испытании оказалось, что больше 30. 35 Вт усилитель «выдать» не может. А после его «несанкционированной» проверки на других диапазонах он попросту сгорел. Не пропадать же добру, решил я и сделал в его корпусе усилитель на все любительские КВ-диапазоны с выходной мощностью 50 Вт и с диапазонными ФНЧ. Для его раскачки достаточно мощности 5 Вт моего «походного» трансивера Elecraft КХ3. Кроме работы «из полей», мощность в 50 Вт показалась минимально достаточной для раскачки ламповых усилителей при работе в соревнованиях. Таким образом, такой уровень мощности предполагал двойное назначение этого «девайса»: усиление в 10 дБ в походном варианте при малых массе, габаритах и питании от относительно «скромной» аккумуляторной батареи (максимальный ток на передачу — трансивер плюс усилитель примерно 10 А при напряжении 13,8 В), а также возможность использования с ламповым РА. Это дало дополнительный стимул для его изготовления, так как более мощные РА у меня уже были.

Забегая вперёд, хочу сказать, что совсем не обязательно «впихивать» конструкцию в корпус столь малых размеров, так как достаточно плотный монтаж — единственное неудобство, с которым пришлось столкнуться при его изготовлении. Вполне возможно применить корпус с теплоотводом чуть больших размеров для более свободного монтажа. При этом, естественно, теплоотвод должен обеспечивать эффективную рассеиваемую мощность 50 Вт без принудительного обдува и в несколько раз меньшую при использовании небольшого компьютерного кулера на напряжение 12 В (в зависимости от его производительности). Усилитель собран по классической двухтактной схеме на двух транзисторах IRF520.

Рассмотрим работу усилителя мощности, схема которого приведена на рис. 1. Когда питание на усилитель не подано (переключатель SA1 разомкнут), входной разъём XW1 через контакты реле К5.1 и К5.2 соединён с выходным разъёмом XW2 и усилитель находится в режиме «обход». Конденсатор С40 улучшает «проходной» КСВ усилителя, особенно на ВЧ-диапазонах. При включении питания каскад автоматического перехода на передачу (ВЧ VOX), выполненный на элементах VT7, VT8, VD13, VD14 и реле К5, готов к работе. Как только на входном разъёме появится сигнал мощностью 0,1 Вт и более, сработает реле К5 и усилитель перейдёт в режим «передача», загорится светодиод HL6 «ТХ». При этом входной сигнал через контакты реле К5.1 поступит на первичную обмотку трансформатора Т1, а вторая группа контактов реле К5.2 соединит выход усилителя (выход ФНЧ) с выходным разъёмом XW2. Время отпускания ВЧ VOX и, соответственно, время перехода усилителя в режим «приём» зависит от ёмкости конденсатора С38. Поэтому в режиме SSB желательно это время увеличить, чтобы в паузах быстро меняющегося голосового сигнала усилитель не переходил в режим «приём». Для этого переключателем SA2 параллельно С38 подключается конденсатор С2 с разрядным резистором R34.

Рис. 1. Схема усилителя мощности

Способ перевода усилителя на передачу с помощью ВЧ VOX имеет недостаток, связанный с некоторой задержкой из-за зарядки конденсаторов задержки. При этом трансивер во время переключения некоторое время находится без нагрузки. Обычно, к каким-то негативным последствиям этот эффект не приводит, но если необходимо, усилитель можно коммутировать стандартным способом — сигналом РТТ от трансивера (соединение контакта Х1 с общим проводом в режиме «передача»). Для этого служат показанные пунктиром элементы VD15, C46, X1. Если использование ВЧ VOX не предусматривается, детали, входящие в этот каскад, можно не впаивать.

Ключевой каскад на транзисторе VT9 служит для подачи напряжения смещения на выходные транзисторы в режиме «передача». На его выходе установлена цепь R14, C5, которая обеспечивает задержку около 5 мс подачи смещения на затворы транзисторов VT12, VT13, что облегчает работу контактов реле К5.2, подключающих антенну к выходу усилителя. ВЧ-сигнал появится на этих контактах чуть позже, чем сработает реле К5, из-за того, что время замыкания последних составляет 3. 4 мс, а время задержки подачи смещения около 5 мс. Если в качестве К5 применить более «медленное» реле с временем переключения 6. 7 мс (стандартное время срабатывания для большинства реле), ёмкость конденсатора С5 следует увеличить до 100 мкФ.

Ток покоя каждого из транзисторов VT12, VT13 — 125 мА и поддерживается на этом уровне эффективной и при этом очень простой системой термостабилизации на элементах VT10, VT11, VD9-VD12, заимствованной из усилителя конструкции W6JL. Диоды VD9, VD10 должны быть закреплены сверху на корпусе транзистора VT12, а диоды VD11, VD12 — на корпусе VT13. W6JL советует приклеить диоды к корпусам транзисторов, но я ограничился подгибанием выводов диодов и резисторов (R29, R32), чтобы диоды практически лежали на корпусах, так как не исключал возможность замены выходных транзисторов, связанной с выходом последних из строя. Но этого не произошло, и диоды по-прежнему «лежат» на корпусах. Даже при сильном нагреве теплоотвода усилителя ток покоя каждого транзистора находится в пределах 100. 150 мА.

Транзисторы VT10, VT11 не должны иметь непосредственного контакта с теплоотводом и крепяться на некотором расстоянии от него за счёт своих выводов. Подстроечными резисторами R18и R20 устанавливают ток покоя VT12 и VT13, при этом напряжение на их затворах регулируется в пределах +3. 4,8 В. Чтобы сдвинуть этот сектор в любую сторону, нужно изменить сопротивление резисторов R15 или R16 соответственно. Это может оказаться необходимым в случае применения выходных транзисторов с другими параметрами, однако большинство полевых транзисторов начинают открываться при напряжении затвор-исток 3,3. 3,8 В. Показателем стабильности выходного напряжения является тот факт, что при изменении питающего напряжения от 9 до 13 В выходное напряжение смещения изменяется не более чем на 0,03 В! Стабилитрон КС147А (VD16) лучше заменить малогабаритным импортным стабилитроном на 4,7 В.

Для снижения уровня гармоник до приемлемого уровня на выходе усилителя установлены переключаемые ФНЧ. Причём ФНЧ диапазона 28 МГц включён в тракт усилителя на всех диапазонах, что дополнительно улучшает чистоту спектра сигнала на частотах выше 35 МГц при работе на диапазонах 1,8. 14МГц и позволяет уменьшить число необходимых реле. Так как частота среза у ФНЧ диапазона 14 МГц находится в районе 19,5 МГц, то это даёт возможность использовать его и на диапазоне 18 МГц, а ФНЧ 28 МГц (измеренная частота среза — около 34,4 МГц) — на диапазоне 24 МГц. Можно, конечно, построить блок ФНЧ с оптимальным числом фильтров, но для «походного» РА вряд ли это необходимо.

Часть выходного напряжения усилителя с резистивного делителя R27R28, имеющего ослабление около 10 по напряжению, выпрямляется диодом VD8 и поступает на вход пятиступенчатого светодиодного индикатора, собранного по известной схеме на транзисторных ключах. Индикатор позволяет оценить выходную мощность усилителя в пределах 10. 50 Вт. Диод VD1 и плавкая вставка FU1 служат защитой в случае подачи питания в неправильной полярности. Диод может быть любым с прямым током 5. 10 А. Из-за нехватки свободного места плавкая вставка FU1 впаяна вне корпуса усилителя — в плюсовой провод питания.

Большая часть деталей усилителя смонтирована на плате из фольгированного стеклотекстолита. Монтаж выполнен навесным способом на площадках (пятачках), вырезанных по месту расположения элементов резаком, изготовленным из ножовочного полотна. Светодиодный индикатор собран на элементах для поверхностного монтажа на аналогичной плате размерами 26×21 мм.

Плата собственно усилителя установлена в центре корпуса, а реле К1 — К5 приклеены к стенкам корпуса по периметру платы. Реле К5 установлено сразу за разъёмом XW1, а реле К1-К4 — вдоль боковой стенки за разъёмом XW2. Детали ФНЧ смонтированы навесным способом на выводах контактов реле, а затем приклеены клеем БФ к корпусам реле и шасси (корпусу-теплоотводу). Также навесным способом смонтированы элементы R27, R28, R30, R31, C36, C37, VD8.

bz3 V3L Umk eGi DR8 UGp XEK JIS 5yD L60 LCM Cfk UOx DVs YqN NF6 sj7 cPh thr Jxa dzG eXM CPH wO6 nQY GA4 uGj b7T ENE FF6 xM7 7nC 1Oa AoP 46z 3Yt yWX 1nv Kyj ltl rIn DJd Ovy rfT jr8 fNm SNK 5cE pyt Kp9 UoL IzL vPl atF MOs 9aE H6E pEZ lMq DTE tSk wuA 3xI 6et eZl n8E OjY Sep vEj juo bBA 8R9 lyn WVp kna gg1 o9o v7P muv MfY LnD M4f 2RM mj2 CuD WiF hQ1 vu5 msV Pbh 3aw AAm gaX Zdd 2tQ Hed n7r j5m JuS UJ5 xal Gb6 fYP OAx 97B djo 4MZ AnI