Экономичный УМЗЧ на транзисторах 2SC3331V, 2SA1286, 2SA928A, 2SD2058Y (13Вт)
При ремонте современных усилителей мощности низкой частоты, собранных с применением интегральных микросхем, не всегда есть возможность приобрести требуемые микросхемы или найти подходящие в радиолюбительских закромах.
В таком случае можно взамен неисправной микросхемы изготовить несложный в сборке и настройке транзисторный УМЗЧ, который может работать в широком диапазоне питающих напряжений.
Принципиальная схема
Принципиальная схема такого УМЗЧ показана на рис. 1. Устройство представляет собой одноканальный транзисторный усилитель мощности низкой частоты, рассчитанный на однополярное напряжение питания 5...28 В и сопротивление подключенной нагрузки 2...50 Ом.
Максимальная выходная мощность зависит от напряжения питания, применённых выходных транзисторов и условий их охлаждения. Для упрощения схемы в конструкции применены не составные биполярные транзисторы с высоким и сверхвысоким коэффициентом передачи тока базы.
Рис. 1. Схема экономичного УМЗЧ на 13 Ватт на транзисторах 2SC3331V, 2SA1286, 2SA928A, 2SD2058Y.
Напряжение звуковой частоты через RC фильтр R1C1 поступает на регулятор громкости - переменный резистор R2. Через разделительный конденсатор C3 напряжение ЗЧ поступает на маломощный транзистор VТ1, включенный по схеме с общим эмиттером.
Основное усиление по напряжению осуществляет транзистор VТ2 со сверхвысоким коэффициентом передачи тока базы. Выходной каскад собран на мощных п-р-п транзисторах VТ4, VТ5. Транзистор VТ2 вместе с VT3 представляют собой составной транзистор по схеме Шиклаи.
По схеме такого же составного транзистора включены VТ4, VТ5. Применение транзистора VТ4 позволяет значительно снизить ток коллектора VТ2, а также упрощает управление током покоя выходного каскада, позволяет получить большую выходную мощность при меньших искажениях.
Ток покоя выходного каскада зависит от падения напряжения на последовательно включенных VD1, VD2, RT1. В представленном усилителе он может быть от нуля.
Коэффициент усиления по напряжению задаётся соотношением сопротивлений резисторов R10, R8. При положении подвижного контакта переменного резистора в режиме максимальной громкости он будет около 62. Резистор R6 и конденсатор С2 - фильтр напряжения смещения VT1.
Подстроечным резистором R2 устанавливают в средней точке выходного каскада («+» конденсатора С7) рабочее напряжение, равное половине напряжения питания.
Резистор R11 включен по схеме вольтодобавки для питания VТ4. Резисторы R13, R14 уменьшают сквозной ток через транзисторы VТ4, VТ5 в моменты их переключения, а также, немного стабилизируют их ток покоя.
Цепочка R9C5 уменьшает вероятность самовозбуждения УМЗЧ. Конденсаторы С6, С9 - блокировочные в цепи питания.
При нулевом токе покоя и напряжении питания 9 В УМЗЧ потребляет ток 0,6 мА. То же при напряжении питания 25 В - 3,2 мА. Максимальная выходная мощность без ограничения амплитуды выходного сигнала 13 Вт при напряжении питания 25В на нагрузке сопротивлением 4 Ом. То же при напряжении питания 5 В - 0,25Вт или 2,25Вт при 12В.
При напряжении питания 25 В амплитуда выходного сигнала 22 В на нагрузке сопротивлением 4 Ом или 24 В на 8 Ом.
Детали и печатная плата
Усилитель может быть собран на печатной плате размером 60x70 мм, рис. 2. Мощные транзисторы выходного каскада установлены так, чтобы к ним можно было легко прикрепить металлический теплоотвод.
Рис. 2. Печатная плата для схемы усилителя звуковой частоты на пяти транзисторах.
На рис. 3 и рис. 4. показаны принципиальная схема и печатная плата мостового выпрямителя для источника питания, который можно использовать с этой конструкцией.
Терморезистор RT2 с отрицательным ТКС ограничивает пусковой ток включения питания устройства, конденсатор С14 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.
При двухканальном варианте собранной конструкции каждый канал усилителя подключается к С14 индивидуальными проводами.
Рис. 3. Принципиальная схема блока питания на напряжение 25В для транзисторного УМЗЧ.
Для двухканального варианта УМЗЧ. при напряжении его питания +25 В и сопротивлении подключенных акустических систем по 4 Ом подойдёт понижающий трансформатор с габаритной мощностью около 45 Вт.
Для самостоятельного изготовления силового трансформатора можно использовать Ш-образный магнитопровод с площадью центрального керна около 9 см.кв. Первичная обмотка намотана обмоточным проводом диаметром 0,27 мм, содержит 1300 витков.
Вторичную обмотку наматывают обмоточным проводом диаметром 0,82...0,9 мм, содержит 112 витков. Между обмотками прокладывают несколько слоёв изоляции из фторопластовой или лавсановой ленты. Также можно воспользоваться пропитанной парафином бумагой, обмотанной ПВХ изолентой.
Пластины магнитопровода собирают вперекрышку. Изготовленный таким образом понижающий трансформатор будет иметь малый ток холостого хода, экранировка трансформатора в большинстве случаев н* потребуется. Вместо самодельного подойдёт унифицированный трансформатор ТТП-40 с напряжением на вторичной обмотке 17 В.
Рис. 4. Печатная плата блока питания УМЗЧ.
В собранном автором экземпляре УМЗЧ транзистор VТ1 типа 2SC3331Y был установлен со статическим коэффициентом передачи тока базы около 500 при токе коллектора 10 мА. Желательно на месте этого транзистора использовать транзистор с нормированным уровнем шума на звуковых частотах.
Подойдёт любой из транзисторов типов SS9014D, ВС547С, ВС548С, 2SC1222V, 2SC1845E, 2SC1845U, 2SC2784U или отечественный КТ6111 Г. Транзистор типа 2SA1286 имеет малое напряжение насыщения коллектор-эмиттер, рассчитан на постоянную рассеиваемую мощность до 0,9 Вт, максимальный ток коллектора -3 А.
Автор использовал транзистор с h21э около 1000. В этой конструкции на его месте может работать 2SA1562 (h21э = 500... 1200), 2SA1436 (h21э = 500..1200), 2SA1438 (h21э = 500... 1200).
Вместо транзистора 2SA928A можно установить любой из серий 2SA928, 2SA935, KSA1281, 2SB1640, 2SB772, 2SB985, 2SB1151, КТ816, КТ644. Автор на месте VT3 применил транзистор с h21э 200.
Транзисторы 2SD2058Y рассчитаны на максимальное напряжение коллектор-эмиттер 60 В, максимальный постоянный ток коллектора 3 А, максимальная рассеиваемая мощность 25 Вт (с теплоотводом) при температуре корпуса 25°С, граничная частота 3 МГц, коэффициент передачи тока базы 100...200. изготавливаются в изолированном корпусе TO-220F. Можно заменить на 2SD2058G, 2SD2095E,
2SD2095F (25 Вт), 2SC3807 (15 Вт), 2SC3808 (15 Вт), КТ863А (50 Вт). Для замен можно использовать и другие транзисторы с близкими характеристиками. Транзисторы VT4, VT5 желательно устанавливать с h2i3 не менее 100 и с граничной частотой 3...40 МГц, чем больше, тем лучше.
Транзистор VT2 должен быть с h21э не менее 400, чем больше, тем лучше. Упомянутые для замен транзисторы могут иметь отличия в типе корпуса и цоколёвке выводов. При напряжении питания менее 10 В и сопротивлении нагрузки 8 и более Ом, VT4, VT5 на теплоотвод можно не устанавливать.
Диоды UF4007 можно заменить на любые из UF4001 - UF4007, 1N4933GP -1N4937GP, FM201 - FM207, FR151 -FR157, КД247, КД258. При напряжении питания менее 15 В диоды VD3, VD4 можно не устанавливать, но в таком случае транзисторы VT2 - VT5 станут уязвимы при переполюсовке напряжения питания.
Вместо выпрямительных диодов PR3001 подойдут любые из FR301 - FR307, RU4A, SRP300A - SRP300K, 1N5400 - 1N5408, КД257, КД202, КД213, 2Д213.
Светодиод L-44YO жёлтого цвета свечения, диаметр линзы 4 мм можно заменить любым общего применения непрерывного свечения без встроенных резисторов, например, из серий КИПД40, КИПД66, L-1334, LR 5480.
Терморезистор RT2 с отрицательным коэффициентом сопротивления можно использовать любой сопротивлением 10... 33 Ом, рассчитанный на рабочий ток от 0,25 А.
Терморезистор RT1 любой малогабаритный с отрицательным ТКС, закреплён на корпусе одного из транзисторов VT4, VT5 или их теплоотводе. Также можно прикрепить к теплоотводу диоды VD1, VD2. Переменный резистор типа СПЗ-ЗОа.
Остальные резисторы общего применения типов МЛТ, РПМ, МОН, С1-14, С2-23 и другие. Оксидные конденсаторы К50-68 или импортные аналоги. Неполярные конденсаторы малогабаритные плёночные или керамические. Конденсатор С1 припаян к выводам переменного резистора.
При выборе динамических головок, акустических систем, учитывайте, что на корпусе динамиков обычно обозначена максимальная шумовая мощность, которую они могут выдержать без повреждения не более одной минуты, реальная музыкальная мощность динамических головок, как правило, меньше в 3 и более раз.
Налаживание
Напряжение 1/2 Uпит. на «+» С7 устанавливают подстроечным резистором R5 при том напряжении питания, при котором будет эксплуатироваться УМЗЧ. Так же устанавливают покоя транзисторов VТ4, VТ5. Чтобы не разрывать их схему включения, для получения нулевого тока покоя можно временно замыкать перемычкой цепь VD1, VD2, RT1.
При автономном питании УМЗЧ от гальванических элементов или аккумуляторной батареи ток покоя желательно выбрать 1...3 мА. При питании конструкции от сети переменного тока ток покоя выходного каскада можно выбрать 10...20 мА. При нулевом токе покоя на самой малой громкости (Рвых. < 10 мВт) могут быть слышны незначительные искажения типа «ступенька».
При напряжении питания УМЗЧ более 18 В резистор R11 желательно установить сопротивлением 7,5... 10 кОм. При напряжении питания более 15 В динамическая головка ВА1 или АС должны быть сопротивлением 4 Ом и более.
Резистором R10 устанавливают желаемый коэффициент усиления УМЗЧ. Теплоотвод для транзисторов выходного каскада выбирают с такой площадью охлаждающей поверхности, чтобы при максимальной выходной мощности его температура не превышала 65°С.
Бутов А. Л. РК-02-2019.