Схема усилителя Дорофеева знакома большой аудитории радиолюбителей. В начале 90-х, а точнее в 1991 году она была опубликована в журнале «Радио» №3 М. Дорофеевым (г.Москва). Еще тогда, автор не представлял, какую популярность обретет его схема.
Популярность усилитель завоевал своей простотой сборки, отличной повторяемостью и приемлемыми характеристиками, имея при этом несложную схему, ну и конечно преимущества класса «B» (относительно высокий КПД и хорошую термостабильность), без присущих этому классу искажений.
Выходной каскад (ВК) усилителя Дорофеева работает в классе «B». Он имеет нулевой ток при отсутствии входного сигнала. Казалось бы, как присуще всем усилителям, работающим в классе «B», усилитель Дорофеева также должен иметь искажения в виде горизонтальной полки (возможно с последующим всплеском) при прохождении сигнала через ноль, или вовсе невозможность усиливать сигналы с малой амплитудой. Однако за счет токового управления транзисторами выходного каскада усилитель Дорофеева лишен этого недостатка.
Основные технические характеристики (современная версия)
Напряжение питания ….. ± 35В.
Выходная мощность (Rн=4Ом) ….. 100Вт.
Коэффициент нелинейных искажений
1кГц, Rн=4Ом ….. 0,005%;
20кГц, Rн=4Ом ….. 0,022%.
Диапазон усиливаемых частот (относительно -1дБ) ….. 30 Гц – 70 кГц.
Защита от КЗ ….. до 8А.
Чувствительность по входу ….. 0,7В.
Также имеется задержка подключения акустической системы и защита её от постоянного напряжения на выходе.
Схема усилителя Дорофеева (оригинальная)
Схема усилителя Дорофеева с защитой на современных компонентах
Как видно, между оригиналом и современной схемой имеются незначительные отличия, связанные с применением современных компонентов. Так, например, применив операционный усилитель NE5532 нет необходимости вводить узел регулировки смещения нуля, как это сделано в оригинальной схеме (переменный резистор R5). На выходе с NE5532 постоянная составляющая практически равна нулю. В Современной версии удалена положительная обратная связь. Номиналы компонентов также скорректированы.
Взяв во внимание все изменения, хочется сказать, что структура схемы и принцип работы усилителя Дорофеева полностью соответствует оригиналу.
Предварительный усилитель выполнен на операционном усилителе OP1. Усилитель инвертирующий, сигнал инвертируется в ОУ OP2. Коэффициент усиления предварительного усилителя задается соотношением резисторов R4 и R3, а коэффициент усиления оконечного усилителя зависит от соотношения резисторов R17 и R5.
Элемент C1 представляет фильтр верхних частот, блокируя прохождение низких частот (менее 30 Гц) и постоянное напряжение, как и емкость C3. Конденсаторы коррекции C2, C6, C7 препятствует самовозбуждению усилителя, подавляя усиление сверхвысоких частот.
Усиленный по напряжению сигнал с ОУ OP2 поступает на базы транзисторов VT1 и VT2, которые своими коллекторными токами управляют транзисторами выходного каскада.
На базах VT1 и VT2 задается смещение с помощью делителя R6-R9. Делитель питается от стабилизаторов (±15В), выполненных на элементах R10VD1 и R13VD2. Смещение 400-500мВ задается для того, чтобы транзисторы VT1 и VT2 не были открыты, но при небольшом сигнале сразу же открылись. Таким образом, за счет этого и за счет токового управления транзисторами VT5 и VT6 отсутствует искажение сигнала типа «ступенька» при работе усилителя Дорофеева в классе «B».
Транзисторы выходного каскада VT5 и VT6 защищены от чрезмерных токов, возникающих при коротком замыкании выхода усилителя. При увеличении тока нагрузки увеличивается и падение напряжения на датчиках тока R18 и R19, и при превышении порога (примерно 8А) транзисторы VT3 и VT4 открываются, закрывая транзисторы выходного каскада VT5 и VT6 путем шунтирования их баз.
Защита АС усилителя Дорофеева
Защита АС предусматривает задержку подключения акустики к усилителю при запуске, чтобы избавить слушателя от звуков переходных процессов. Также защита отключает акустику при появлении на выходе усилителя Дорофеева постоянной составляющей.
Схему защиты АС питает стабилизатор (24В), построенный на элементах R20, VD3 и VT2. При подаче питания на усилитель на коллекторе VT2 появляется стабилизированное напряжение +24В и через резисторы R23 и R24 заряжается электролитический конденсатор C12. После определенного времени зарядки C12 (0,5-1 секунды) транзистор VT10 откроется и через него начнет протекать ток катушки реле KV1, которое замкнет контакты KV1.1, тем самым подключив акустическую систему к выходу усилителя.
При появлении на выходе усилителя положительного напряжения открывается VT8, а при появлении отрицательного напряжения открывается VT7. Открываясь, они подтягивают базу VT9 к его же коллектору, и транзистор VT9 открывается, шунтируя базу транзистора VT10. Последний закроется и ток через катушку реле перестанет протекать, контакты KV1.1 разомкнуться, АС отключится от усилителя.
Диод VD5 защищает элементы схемы от пробоя при самоиндукции реле в момент его отключения.
Компоненты
Резисторы стабилизаторов R10 и R13 мощностью 0.5Вт, резисторы R18 и R19 мощностью 1Вт, остальные 0.25Вт.
Стабилитроны на 15В (VD1 и VD2) я поставил 1N4744A, а вместо стабилитронов на 24В (VD3 и VD4) я поставил на 13В – 1N4743A, соответственно заменив реле с 24В на 12В. Маркировка моего реле HK3FF-DC12V-SHG.
Вместо 2SC5200/2SA1943 можно применить TIP35C/TIP36C или другую комплементарную пару подходящую по характеристикам и расположению выводов.
Транзисторы VT5 и VT6 необходимо установить на радиатор с площадью поверхности не меньше 1000см2. Между радиатором и транзисторами необходимо установить диэлектрическую прокладку, это не обязательно, если корпус усилителя пластиковый, так как коллекторы и так соединены между собой по схеме, но для безопасности я все же установил их.
На элементы VT2 и VT10 (схемы защиты АС) можно поставить небольшие радиаторы, так как их корпуса имеют значительный нагрев.
Элементы VT1 и VT2 на теплоотвод не устанавливаются и тем более с элементами выходного каскада.
В качестве блока питания применен трансформатор ТПП-322, соединив по две вторичных обмотки последовательно, я получил два плеча по 22,5В. После диодного моста установлены емкости фильтра по 10000мкФ в каждое плечо. На этих емкостях, на холостом ходу, получилось напряжение постоянного тока равное ±34В, а под нагрузкой 40Вт оно просело до ±30,5В.
Первое включение
Первый запуск необходимо осуществлять с резисторами (100-150Ом), включенными в разрыв положительного и отрицательного плеч. Это обезопасит элементы схемы от выгорания и от фейерверков в случае допущения ошибок при монтаже.
Если запуск прошел успешно, и нет чрезмерного нагрева элементов, то резисторы необходимо демонтировать.
Замыкаем сигнальный вход усилителя (можно перемычкой), чтобы не усиливались никакие наводки. После чего усилитель Дорофеева запускаем без подключения акустической системы. После включения проходит небольшая пауза и должен быть слышен щелчок реле, сигнализирующий о срабатывании задержки подключения акустической системы.
Далее измеряется напряжение постоянного тока на выходе усилителя, это напряжение должно быть равно нулю, либо равняться нескольким единицам мВ.
Если все в порядке, то измеряем ток покоя.
Падение на резисторах R18 и R19 у меня равно нулю, а значит, ток покоя ВК также равен нулю.
Для работы усилителя в нужном режиме может понадобиться подбор резисторов R6-R9, если падение на переходе Б-Э транзисторов VT1 и VT2 не соответствует диапазону 400-500мВ.
Защита от короткого замыкания на выходе работает отлично, демонстрацию можно посмотреть на моем YouTube канале (ссылка под статьей).
Теперь самое время подать сигнал на вход усилителя и выполнить прогон.
КПД
Мне очень было интересно измерить КПД, и я это сделал. Возможно, вы будете удивлены, но коэффициент полезного действия усилителя Дорофеева составил всего 46%. Измерения проводились на частоте 1кГц с нагрузкой в виде резистора сопротивлением 4Ом. Напряжение питания при этом составило ±30,5В при потребляемом токе 1,49А (потребляемая усилителем мощность 91Вт). На нагрузке падало 12,9В, ее сопротивление 4Ом, соответственно рассеиваемая на ней мощность 42Вт. Соответственно, КПД=42/91×100=46%. Лично я был очень удивлен и ожидал большего, вроде же класс «B».
Действительно ли нет искажений типа «ступенька»?
Не знаю как вас, но меня очень интересует этот вопрос. Поэтому еще один тест…
Тест я проводил также на нагрузочном резисторе при различной амплитуде входного сигнала и на частотах 1кГц и 20кГц. На частоте 1кГц синусоида практически идеальная и ступеньку практически невозможно увидеть. За тестом я наблюдал через экран своего старенького осциллографа С1-94. Возможно, цифровым осциллографом можно увидеть больше, но не хочу заниматься перфекционизмом, да и нет у меня цифрового прибора.
На частоте 20кГц ступенька все же становится выраженной и даже наблюдается небольшой всплеск, вызванный невозможностью мгновенной реакции ООС на ступенчатый сигнал.
Увеличив развертку: по горизонтали: 1мкс/дел, по вертикали: 0,1В/дел, искажение видно хорошо, но оно имеет совсем незначительную величину, тем более, если сравнивать с типичным усилителем Лина, введенным в класс «B».
Лично мне усилитель нравится. Он не капризен, прост, не требует настройки, искажения действительно минимальны, не греется при отсутствии сигнала в связи с нулевым током покоя выходного каскада, термостабилен, отлично срабатывает защита от КЗ. Поэтому, рекомендую к повторению!
Печатная плата СКАЧАТЬ
Журнал Радио 1991 №3 СКАЧАТЬ