1.8.7. Применение интегральных оу в усилителях мощности

Применение интегральных ОУ в усилителях мощности упрощает усилитель. Используемые ОУ должны удовлетворять требованиям получения достаточной амплитуды сигнала на высшей рабочей частоте УЗЧ при допустимом уровне искажений. Быстродействие выпускаемых промышленностью ОУ достаточно для использования их даже в высококачественных УЗЧ. Однако максимальная амплитуда выходного сигнала ОУ может быть недостаточной для работы выходного каскада на транзисторах, включённых по схеме с ОК. Так, например, при напряжении питания ОУ 15 В выходная мощность не превышает 12 Вт при нагрузке 4 Ом, что недостаточно для систем высококачественного звуковоспроизведения. Чтобы снизить требование к ОУ в отношении амплитуды выходного напряжения, можно применить дополнительный каскад усиления напряжения или ввести ПОС по питанию. Оба способа требуют применения дополнительных транзисторов. Поэтому иногда выполняют выходной каскад на транзисторах, включённых по схеме с ОЭ. Схема такого усилителя мощности приведена на рис.21. Усилитель охвачен ООС по постоянному и переменному токам через резисторR₃. Питание усилителя осуществляется от двух разнополярных источников питания с напряжением 18 В. Диапазон рабочих частот усилителя 2020000 Гц при неравномерности АЧХ3 дБ, максимальная выходная мощность 14 Вт при сопротивлении нагрузки 8 Ом, коэффициент гармоник не более 0,7 % при выходной мощности 4 Вт. [8]

Для увеличения амплитуды напряжения, подаваемого на вход выходного каскада усилителя мощности, можно использовать два ОУ, включив их по схеме, приведённой на рис.22. Входной сигнал подаётся на неинвертирующий вход ОУ DA1и на инвертирующий вход ОУDA2. Оба ОУ разбалансированы, причём в разные стороны, поэтому каждый из них усиливает одну полуволну сигнала. Такая схема позволяет увеличить амплитуду выходного сигнала ОУ до значения, близкого к удвоенному напряжению источника питания. [8]

Таким образом, с учётом выше изложенного обзора, была спроектирована и рассчитана схема широкополосного усилителя переменных сигналов. [8]

Рис.18. Схемы усилителей мощности на ИМС типов К174УН4 (а), К174УН7 (б) и К174УН5 (в).

Рис.19. Схема усилителя мощности на двух ИМС типа К174УН7.

Рис.20. Схемы усилителей мощности с каскадами предварительного усиления на ИМС типов К237УН1 (а) и К237УН2 (б).

Рис.21. Схема усилителя мощности с применением ОУ.

Рис.22. Упрощённая схема усилителя мощности с применением двух ОУ.

Синтез структурной схемы

В усилительной технике используют различные виды схем, а именно: структурные и принципиальные схемы усилителей, монтажные схемы и эквивалентные ей.[3]

Для наглядного изображения устройства усилителя пользуются структурной схемой, называемой также функциональной или скелетной схемой (рис.23.1), на которой прямоугольниками с надписями изображают основные части (узлы) усилителя. Такими частями называются входное и выходное устройства, предварительный усилитель, мощный усилитель.[3]

Рис.23.1

Цепи связи служат для передачи сигнала от источника во входную цепь первого усилительного элемента. Ее применяют, когда прямое подключение источника сигнала ко входу усилителя невозможно или нецелесообразно. Цепь связи должна быть выполнена так, чтобы сигнал передавался с наименьшими потерями.

Предварительный усилитель состоит из одного или нескольких каскадов предварительного усиления, назначением которых является усиление напряжения, тока или мощности сигнала до величины необходимой для подачи на вход оконечного усилителя. Основное требование предъявляемое к каждому КПУ, заключается в получении возможно большего усиления напряжения, тока или мощности сигнала, так как при этом число КПУ будет наименьшим. Число КПУ зависит как от уровня входного сигнала, так и от уровня сигнала, необходимого для подачи на вход предоконечного каскада усиления (ПОКУ).[3]

Оконечный каскад усиления (ОКУ) предназначен для отдачи в нагрузку необходимой мощности сигнала. Основное требование, предъявляемое к ОКУ, заключается в отдаче заданной мощности. Эта мощность должна отдаваться при допустимом уровне нелинейных, частотных и переходных искажений, а также при возможно меньшем от источников питания.

Цепи межкаскадной связи (МЦС) служат для передачи сигнала от одного каскада к другому. Они одновременно служат для подачи питающих напряжений на электроды усилительных элементов (УЭ), а также для придания усилителю определенных свойств.

Питание входных цепей УЭ в многокаскадных усилительных устройствах обычно производится от одного источника питания постоянного тока, подключая к нему цепи коллекторов, стоков, анодов всех каскадов параллельно, так как при этом влияние каждого из каскадов на остальные минимально. Основным требованием, предъявляемым к источнику питания усилителя, является отдача им тока необходимого для питания всех цепей усилителя при заданном напряжении.

Чаще всего используют выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, наиболее дешевый в эксплуатации, долговечный и надежный; в переносных усилителях, работающих вдали от сети переменного тока, для питания используют гальванические элементы или аккумуляторы. Иногда в качестве источника питания применяют термоэлементы, солнечные батареи, атомные генераторы.[3]

К простейшим источникам питания относятся нерегулируемые выпрямители. Необходимое напряжение на нагрузке получается путем коэффициента трансформации силового трансформатора, одновременно обеспечивающего электрическую изоляцию цепи нагрузки выпрямителя от первичной сети. Для стабилизации выходного напряжения нерегулируемого выпрямителя используют стабилизирующее устройство, включаемое на вход или выход выпрямителя, а для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя ставят реактивные фильтры. Ниже приведена структурная схема источника питания (рис.23.2).

Рис. 23.2

Разработаем структурную схему требуемого усилителя.

Исходя из заданного коэффициента усиления определим количество каскадов усиления.

Оконечный каскад усиления (ОКУ) будет выполнен по схеме с общим коллектором, поэтому его коэффициент усиления меньше единицы. Предположим, что он равен 0.5. Тогда входной и промежуточный каскады должны обеспечить коэффициент усиления равный: