УМЗЧ с автоматической стабилизацией тока покоя выходных каскадов

Установка тока покоя усилителя Радиотехника У-101

Установку тока покоя выходных транзисторов усилителя Радиотехника У-101 обычно выполняют после ремонта плат УНЧ-50-8, либо в целях профилактики.

Вы можете спросить, как изменится звучание, если ток покоя установить ниже или выше рекомендованного значения? Все очень просто, ток покоя ниже рекомендованного значения приведет к искажениям выходного сигнала на относительно небольшом уровне громкости. Завышенный ток приведет к излишнему нагреву транзисторов и радиатора на небольшой громкости, но звучание будет без слышимых искажений.

Какое же значение тока покоя является нормой для усилителя Радиотехника У-101? Согласно инструкции по ремонту данного усилителя, ток покоя необходимо установить в пределах 40-50мА.

Прогон усилителя

Прогон выполняется после ремонта аппарата и перед его настройкой. На один из входов (например «Унив.») нужно подать музыкальную программу и на среднем уровне громкости гонять усилитель не менее часа.

Процесс настройки тока покоя

Данный способ прост и взят из инструкции по ремонту усилителя Радиотехника У-101 (). Существуют и другие способы, но в этой статье я их рассматривать не буду.

Итак, выполнив прогон нашего аппарата, его необходимо отключить от сети. Далее найти провод питания «+Uпит.вых.» и в разрыв него включить миллиамперметр постоянного тока.

Входной сигнал от усилителя должен быть отключен, ручка громкости вывернута на минимум.

После чего включаем усилитель и на дисплее тестера отобразиться ток покоя

Изначально на одном канале значение составило 94мА, а на другом 122мА.

Его установка производится вращением движка подстроечного резистора R12. Внимание! Настоятельно рекомендую производить подстройку резистором R12 при отключенном усилителе. Резистор старый, его электропроводный слой и бегунок могут за долгое время окислиться. В результате этого, при вращении движка R12 его сопротивление может на некоторое время быть бесконечным, и выйдут из строя транзисторы. Будьте внимательны!

Подстройку нужно выполнять очень плавно, диэлектрической отверткой. После подстройки подключаем питание и смотрим показания на дисплее мультиметра. Если ток покоя не установлен в пределах 40-50мА, то отключаем питание усилителя и производим дальнейшую настройку.

Показатель сильно зависит от температуры, поэтому выставив необходимый ток усилитель вновь нужно прогнать и выполнить контрольную настройку. К примеру, выставив ток обоих каналов около 45мА после остывания радиаторов ток уже составил примерно 30мА.

Схема усилителя Радиотехника У-101

Окончательная сборка трансформатора.

Я склеил половинки магнитопровода эпоксидной смолой и окончательно собрал трансформатор только после того, как УНЧ был постностью собран и проверен.

Если не склеивать половинки магнитопровода, то трансформатор, скорее всего, будет гудеть. Он может гудеть тише или громче, но слышно будет.

Если же придётся разбивать место склейки, например, для того, чтобы удлинить или укоротить обмотку, то от удара могут отслоиться некоторые пластины броневого сердечника. Если это произойдёт, то полностью избавиться от гудения будет очень сложно. Поэтому, склейку лучше производить в самом конце.

В заключение сборки трансформатора, можно намотать поверх катушки слой электрокартона или бумаги толщиной 0,1мм. На бумагу полезно нанести данные об обмотках. Если поверх бумаги намотать ещё и слой стекло- или лако-ткани, то трансформатор и вовсе приобретёт промышленный вид.

Наладка.

Во время пусконаладочных работ пришлось исправить только одну ошибку. Ошибка эта проявилась в виде небольшого фона в громкоговорителях и вызвана была неправильной разводкой земли на плате блока питания.

Фон появился из-за того, что мизерное напряжение пульсаций проникло на вход стабилизатора напряжения, а оттуда в предварительный усилитель.

На первоначальном варианте печатной платы выводы вторичных обмоток трансформатора, идущие к корпусу, были соединены вместе, что не правильно, так как все земли питания должны соединяться в одной точке, а не в двух.

Первоначальный вариант печатной платы.

А это уже доработанный вариант. При доработке пришлось разрезать одну дорожку поз.1 и добавить один контакт поз.2 для подключения обмотки трансформатора, питающей стабилизатор напряжения.

Кроме этого, в УНЧ всплыл ещё один дефект, который пока устранить не удалось. Это щелчки при включении и выключении УНЧ. Источником щелчков является блок регулировки громкости и тембра.

На картинке эпюра снятая на выходе блока регулировок тембра. Сам запуск и выключение микросхемы происходит очень плавно. И напряжение, и громкость звука увеличиваются в течение пары секунд. Но, на кривой спада и нарастания напряжения есть небольшая ступенька, похоже, вызванная какими-то переходными процессами в микросхеме. Этот перепад попадает на вход оконечников и вызывает щелчки.

Я пока сомневаюсь, что Philips разработал настолько кривую микросхему и грешу на конкретного производителя NXP Semiconductors или партию микросхем. Для начала попробую поискать аналогичную микросхему другого производителя на нашем радиорынке.

Как я уже писал, усилитель, питающийся от двухполярного источника, не создает щелчков при включении и выключении.

Городить же схему отключения громкоговорителей для усилителя, который в этом не нуждается, не хотелось бы.

Так что, если кто-то собирается использовать TDA1524A, то должен обратить внимание на это обстоятельство.

В остальном, сборка прошла без каких-либо осложнений.

Измерения.

Температура окружающей среды – 20ºС.

Напряжение сети – 220В.

Синусоидальный сигнал – аппаратный генератор НЧ.

Музыкальный сигнал – Carlos Santana “Jingo: The Santana Collection”.

Нагрузка – эквивалент нагрузки 2х4 Ом.

Осциллограмма, снятая на нагрузке УНЧ, при подключении к входу генератора НЧ.

Эффективная мощность, ограниченная пульсациями напряжения питания – 2х9 Ватт.

Осциллограмма, снятая на нагрузке, при подключении к входу музыкально сигнала.

Пиковая музыкальная мощность – 2х18 Ватт.

Температура радиатора при продолжительной работе на максимальной мощности, на частоте 1кГц, в режиме ограничения по питанию – 75ºС

Температура радиатора при продолжительном воспроизведении музыки на максимальной громкости ограниченной пульсациями напряжения питания – 65ºС.

Классификация выходных каскадов

Есть несколько методов сборки выходного каскада:

• Из транзисторов, имеющих различную проводимость. Для этих целей чаще всего используют «комплементарные» (близкие по параметрам) транзисторы.
• Из транзисторов, имеющих одинаковую проводимость.
• Из транзисторов составного типа.
• Из полевых транзисторов.

Работа усилителя, сконструированного, при помощи комплементарных транзисторов, отличается простотой: положительная сигнальная полуволна запускает работу одного транзистора, а отрицательная — другого. Необходимо, чтобы плечи (транзисторы) работали в одинаковых режимах и для реализации этого используется базовое смещение.

Если усилитель использует в работе одинаковые транзисторы, то никаких принципиальных отличий от первого варианта это не имеет. За исключением того факта, что для подобных транзисторов сигнал отличаться не должен.

При работе с остальными разновидностями усилителей необходимо помнить, что отрицательное напряжение для p-n-p транзисторов, и положительное — для n-p-n транзисторов.

Обычно звание усилителя мощности принадлежит именно оконечному каскаду, поскольку он работает с самыми большими величинами, хотя с технической точки зрения так можно называть и предварительные каскады. К числу основных показателей усилителя можно отнести: полезную, отдаваемую в нагрузку мощность, КПД, полосу усиливаемых частот, коэффициент нелинейных искажений. На эти показатели весьма сильно влияет выходная характеристика транзистора. При создании усилителя напряжения может быть использована однотактная и двутактная схемы. В первом случае режим работы усилителя линейный (класс А). Данная ситуация характеризуется тем, что протекание тока по транзистору длится до тех пор пока не окончится период входного сигнала.

Однотактный усилитель отличается высокими показателями по линейности. Однако эти качества могут искажаться при намагничивании сердечника. Для предотвращения подобной ситуации необходимо озаботиться наличием цепи трансформатора с высоким уровнем индуктивности для первичной цепи. Это отразится на размерах трансформатора. К тому же, ввиду принципа его работы, он обладает достаточно низким КПД.

В сравнении с ним данные по двутактному усилителю (класс B) куда выше. Данный режим позволяет искажать форму транзисторного тока на выходе. Это увеличивает результат отношения переменного и постоянного токов, снижая вместе с тем уровень потребляемой мощности, это и считается самым главным плюсом применения двутактных усилителей. Их работа обеспечивается подачей двух равных по значению, но фазно противоположных напряжений. Если отсутствует трансформатор со средней точкой, то можно воспользоваться фазоинверсным каскадом, который снимет противоположные по фазе напряжения с соответственных резисторов цепей коллектора и эмиттера.

Существует двухтактная схема, не включающая в себя выходной трансформатор. Для этого потребуются разнотипные транзисторы, работающие как эмиттерные повторители. Если оказывать воздействие двуполярным входным сигналом, то будет происходить поочерёдное открытие транзисторов, и расхождение токов по противоположным направлениям.

Замена транзисторов

Поскольку УНЧ (усилители низких частот) становятся всё популярнее, то совершенно не лишним будет узнать, что делать, если такой прибор выйдет из строя.

В случае, если греется выходной транзистор, то велика вероятность, что он сломался или перегорел. В такой ситуации необходимо:

• Удостовериться в целостности всех прочих диодов и транзисторов, входящих в усилитель;
• Когда будет производиться ремонт очень желательно подсоединять усилитель к сети через лампочку в 40-100 В, это поможет сберечь оставшиеся целыми транзисторы при любых обстоятельствах;
• В первую очередь перемыкается участок эмиттер-база и транзисторы, потом осуществляется первичная диагностика УНЧ (любые изменения и реакции легко регистрируются при помощи свечения лампы);
• Основным показателем рабочего состояния и адекватной настройки транзистора можно считать данные по напряжению для участка база-эмиттер.
• Выявлять данные по напряжению межу корпусом и отдельными участками схемы — занятие практически бесполезное, никаких сведений о возможной поломке оно не даёт.

Даже наиболее упрощённый вариант проверки (до и после того как замена выходных транзисторов была произведена) обязательно должен включать в себя несколько пунктов:

• К базе и эмиттеру выходного транзистора подать минимальное напряжение, чтобы установился ток покоя;
• Проверить результативность своих действий по звуку или при помощи осциллографа («ступенька» и искажения сигнала при мощностном минимуме должны отсутствовать);
• При помощи осциллографа выявить симметрию по ограничениям на резисторы при максимальной мощности работы усилителя.
• Удостовериться, что «паспортная» и действительная мощности усилителя совпадают.
• Обязательно требуется проверить рабочее состояние токоограничительных цепей, при наличии таковых на оконечном каскаде. Здесь не обойтись без регулируемого нагрузочного резистора.

Первое включение после того как ремонтные работы были произведены:

1. Нежелательно сразу же устанавливать выходные транзисторы, для начала прибор задействуется только с предварительным каскадом (каскадами), и лишь после этого подсоединять оконечный. В ситуациях, когда осуществить включение без выходного транзистора технически невозможно, следует заменить резисторы на имеющие номинальное значение в 5-10 Ом. Это исключит вероятность перегорания транзистора.
2. Перед тем как осуществлять каждое повторное включение усилителя потребуется разрядка электролитических конденсаторов питания УНЧ.
3. Проконтролировать данные по току покоя в условиях низкой и высокой температуры радиатора. Разница при соотношении должна быть не более двух раз. В противном случае придётся заняться термостабилизатором УНЧ.