Как выставить ток покоя?

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 (СКАЧАТЬ). 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.

Что такое выходной транзистор? Ток покоя и каскадные усилители

Что такое выходной транзистор? Выходными, или оконечными, транзисторами называют транзисторы, входящие в конструкцию выходных (последних) каскадов в каскадных усилителях (имеющих минимум два или три каскада) частоты. Кроме выходных имеются ещё и предварительные каскады, это все, некоторые расположены до выходного.

Каскад — это транзистор укомплектованный резистором, конденсатором и иными элементами, обеспечивающими его работу в качестве усилителя. Всё имеющееся в усилителе количество предварительных каскадов должно обеспечивать увеличение напряжения частоты таким образом, чтобы полученное значение было пригодно для функционирования выходного транзистора. В свою очередь сам выходной транзистор

Рабочие характеристики усилителя

Для достижения среднеквадратичной мощности 60 Вт, ток в нагрузке с сопротивлением 4 Ом должен иметь среднеквадратичное значение 3,9 А или пиковое значение 5,5 А. Эти значения получаются из формул:

где Р0-выходная мощность, Вт; I-ток в нагрузке, A; U- напряжение на нагрузке, В; Іт — амплитудное значение тока, A; Urn — амплитудное значение напряжения, В; Ян-сопротивление нагрузки, Ом.

Кроме того, из (1) следует, что напряжение на нагрузке при выходной мощности 60 Вт имеет среднеквадратичное значение 15,5 В или пиковое 22 В.

Чтобы получить ток истока 5,5 А, п-канальный МОП транзистор IRF532 требует напряжение затвор-исток, около 5 В. Можно сделать вывод, что напряжение смещения на затворе для достижения пиковой мощности при положительной полуволне равно Um + Uзи = 27 В.

Аналогичный расчет для отрицательной полуволны при использовании р-канального МОП транзистора IRF9532 показывает, что требуется подача отрицательного напряжения смещения на затвор значением 28 В.

Следовательно, для 60-ваттного выхода будет достаточно напряжения ±30 В при условии, что подаваемое напряжение будет не ниже ±28 В под нагрузкой, т.е. импеданс источника питания должен быть менее 1 Ом.

Соотношения между мощностью, отдаваемой в нагрузку и мощностью, получаемой от источника питания, показаны на рис. 3, при синусоидальном сигнале при напряжении питания ±30 В.

Кривая, представляющая мощность на нагрузке, может быть легко построена с помощью (1) для различных величин тока нагрузки. Мощность, потребляемая от источника, определялась с помощью следующей формулы:

где Рподв — потребляемая от источника питания мощность, Вт; Uпит-напряжение источника питания, В;

Iлиг — потребляемый усилителем ток, А.

Разница между двумя значениями мощности — это мощность, рассеиваемая на МОП транзисторах и, как можно видеть из рис. 3, она имеет пик, равный примерно 46 Вт.

Предполагая, что максимальная температура окружающей среды равна 55°С, полное тепловое сопротивление между переходами двух МОП транзисторов и окружающей средой должно быть меньше 2°С/Вт.

Считая, что каждый из МОП ПТ IRF532 и IRF9532 имеет тепловое сопротивление переход-корпус, равное 1,67°С/Вт, максимальная температура корпуса должна быть менее 110°С и тепловое сопротивление теплоотвод-окружающая среда должно быть меньше 1,16°С/Вт.

Амплитудно-частотные характеристики усилителя при разных номиналах элементов цепи обратной связи показаны на.рис. 4. Коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной связи равен 30 дБ, граничные частоты по уровню 3 дБ равны 15 Гц и 60 кГц.

Кривые при замкнутой цепи обратной связи показаны для коэффициентов усиления усилителя 100 (R7 = 470 Ом) и 20 (R7 = 2,2 кОм). В обоих случаях кривые остаются плоскими в пределах +1 дБ между 15 Гц и 100 кГц и нагрузке 8 Ом.

Рис. 3. Зависимости соотношения между мощностями.

Скорость изменения выходного напряжения усилителя, измеренная при подаче на вход меандра амплитудой 2 В между пиками составила 13 В/мкс при нарастании и 16 В/мкс при спаде. Отклонение от этих значений может быть сбалансировано включением последовательно в цепь затвора ѴТ6 дополнительного резистора.

Суммарный коэффициент нелинейных искажений усилителя показан на рис. 5. Снижение коэффициента усиления при замкнутой петле обратной связи от 100 до 20 создает существенное уменьшение искажений.

Ток покоя выходного каскада был установлен порядка 100 мА, и он может существенно влиять на величину искажений, если будет ниже 50 мА. Зависимость тока покоя в выходном каскаде и выходного напряжения смещения от напряжения источника питания приведены в табл. 1.

Табл. 1. Зависимость тока покоя и выходного напряжения.

Рис. 4. Амплитудно-частотные характеристики усилителя.

Ток покоя устанавливается, в первую очередь, потенциометром R12. Минимальное напряжение смещения получается, если движок резистора повернут до отказа против часовой стрелки, если используется топология печатной платы, показанная на рис. 2.

Измерение тока проводят, подавая напряжение положительной полярности через амперметр с максимальным значением шкалы 1 А. Затем резистором R12 выставляют ток покоя, равный 100 мА при напряжении питания ±30 В. Амперметр должен быть удален из схемы перед подачей входного сигнала на усилитель.

Измерить ток покоя выходного транзистора

Током покоя называют коллекторный ток, который проходит по транзисторам выходных каскадов при условии, что сигнал отсутствует. В условно-идеальных (невозможных на самом деле) условиях значение такого тока должно находиться на нулевой отметке. На деле это не совсем так, собственная температура и характерные различия разнотипных транзисторов влияют на данный показатель. В наихудшем случае возможен перегрев, который станет причиной теплового пробоя транзистора.

Кроме того, существует ещё один показатель – напряжение покоя. Он демонстрирует значение напряжения соединительной точки транзисторов. Если питание у каскада двухполярное, то напряжение будет равно нулю, а если однополярное, тогда напряжение составляет 1/2 питающего напряжения.

  Оба эти показателя должны быть стабилизированы и для этого в качестве первоочередной меры следует озаботиться о контроле температурного режима.

На роль стабилизатора обычно берётся дополнительный транзистор, которые в качестве балласта подсоединяется к базовым цепям (наиболее часто он при этом оказывается прямо на радиаторе, максимально близко к выходным транзисторам).

Чтобы выявить, каков ток покоя выходных транзисторов или каскадов, необходимо при помощи мультиметра измерить данные по падению напряжения для его эмиттерных резисторов (значения обычно выражаются в милливольтах), а потом, опираясь на закон Ома и данные по реальному сопротивлению, можно будет вычислить нужный показатель: значение падения напряжения разделить на значение реального сопротивления – значения тока покоя для данного выходного транзистора.

Все замеры необходимо производить весьма осторожно, иначе придётся производить замену транзистора.

Есть ещё один способ, гораздо менее травмоопасный. Взамен предохранителей потребуется установить сопротивление в 100 Ом и минимальную мощность в 0,5 Ватт для каждого канала. При отсутствии предохранителей сопротивление подсоединяется к разрыву питания. После осуществляется подача питания усилителю, производятся замеры показаний по падению напряжения на приведённом выше уровне сопротивления. Дальнейшая математика до крайности проста: падению напряжения в 1 В соответствует ток покоя величиной в 10мА. Аналогичным образом при 3,5 В получится 35 мА и так далее.

Конструкция и детали

Все детали УМЗЧ и блока питания размещены на одной плате. Исключение составляют транзисторы VT3, VТ4, VТ6, VТ8 УМЗЧ, установленные на общем теплоотводе с площадью рассеиваемой поверхности 1200 см2 и транзисторы VТ7, VТ8 БП, размещенные на отдельных теплоотводах с площадью рассеивающей поверхности 300 см2 каждый.

Катушки L1, L2 блока питания (рис. 3) и L1 усилителя мощности содержат 30…40 витков провода ПЭВ-1 диаметром 1,0 мм, намотанного на корпусе резистора С5-5 или МЛТ-2. Резисторы R7, R12 блока питания представляют собой отрезок медного провода ПЭЛ, ПЭВ-1 или ПЭЛШО диаметром 0,33 мм и длиной 150 мм, намотанного на корпусе резистора МЛТ-1.

Трансформатор питания выполнен на тороидальном магнитопроводе из электротехнической стали Э320, толщиной 0,35 мм, ширина ленты 40 мм, внутренний диаметр магнитопровода 80 мм, наружный — 130 мм. Сетевая обмотка содержит 700 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,47 мм, вторичная — 2×130 витков провода ПЭЛШО диаметром 1,2 мм.

Вместо ОУ К544УД2Б можно использовать К544УД2А, К140УД11 или К574УД1. Каждый из транзисторов КТ825Г можно заменить составными КТ814Г и КТ818А, а транзистор КТ827А — составными КТ815Г и КТ819Г (что очень нежелательно). Диоды VD3…VD6 УМЗЧ можно заменить любыми высокочастотными кремниевыми диодами, VD7, VD8 — любыми кремниевыми с максимальным прямым током не менее 100 мА.

Вместо стабилитронов КС515А можно использовать соединенные последовательно стабилитроны Д814А (Б, В, Г, Д) и КС512А.

Технические характеристики