Конструирование УМЗЧ на LM49810

National Semiconductor (NSC) не перестает нас удивлять своими сюрпризами. При достаточно простых и классических схемных решениях, ее продукция отличается превосходным качеством и широкой популярностью. Появление в свое время мощного выходного усилителя LM3886 [1] заставило многих пересмотреть свои взгляды на конструирование УМЗЧ. Она попросту сделала бессмысленным построение усилителей средней мощности достаточно высокого, хотя и не предельного класса. За много лет накопились определенные направления в ее использовании, позволяющие выжать из нее максимум (чего даташитовская схема определенно не делает) - это инвертирующее включение, гибридные включения и т.д. И все это несмотря на казалось бы «устаревшую» схемотехнику, базирующуюся на биполярных выходных транзисторах (споры вокруг выходного каскада не утихают, особенно в противопоставлении микросхемам TDA7293/94, использующих выход на полевых транзисторах). Эта микросхема стала настолько одной из самых популярных, что к этому не смогла даже приблизиться ее сдвоенная версия LM4780 [2]. Существуют схемы параллельно, мостового, мостового-параллельного включения [3], позволяющие увеличить выходную мощность LM3886/4780, но всем очевидно что в настоящее время кардинально повысить выходную мощность можно только с применением внешних выходных транзисторов. По этому пути и пошла NSC, выпустив микросхему LM4702 - по сути, двух канальный высоковольтный (питание 200в!) операционный усилитель с выходом на внешний выходной каскад [4]. Микросхема новая, и еще не успела прибрести популярность, как NCS делает новый «ход конем» - выпускает одноканальную LME49810, обладающую более мощным (60мА против 6мА) выходом и содержащую т.н. Baker Clamp - схему, предотвращающую насыщение выходного каскада [5] и анонсирует двухканальную (49820) и умощненную (49830) версии. В предлагаемой производителем схеме используются биполярные транзисторы (дарлингтоны). Это была бочка меда, ложку дегтя я добавлю в конце статьи. Опыта работы с LM49810 пока еще накоплено не очень много, и все имеющиеся решения так или иначе основаны на предлагаемой производителем «даташитовской» схеме с незначительными «добавками». Предлагаемые здесь схемы отличаются использованием полевых транзисторов. Это имеет свои преимущества и недостатки. Так, при использовании полевых транзисторов ухудшается использование напряжение источника питания (в силу большего напряжения гейт-сорс у полевиков чем база-эмиттер у биполярных). Также «коэффициент комплементарности», т.е одинаковость «прямых» и «обратных» транзисторов для полевых (N/P-канльные) обычно хуже чем для биполярных (PNP/NPN). Вместе с тем - полевые транзисторы гораздо устойчивее к стрессам (перегрузке по току), позволяют работать при более высокой температуре кристалла, и существенно легче «параллелятся». В отличие от биполярных транзисторов, управляемых током базы, гейт полевых транзисторов требует только емкостной ток. При включении нескольких полевых транзисторов параллельно, их входная емкость увеличивается. Типичные емкости гейта современных полевых транзисторов большой мощности 1-2нФ, реже чуть больше. Попробуйте посчитать какой ток нужен для работы трех-пяти параллельных транзисторов на частоте 100кГц и напряжении гейт-сорс около 8-10в. При необходимости - можно также поставить предвыходной биполярный транзистор для увеличения и без того немалого (60мА) выходного тока микросхемы. Лучше также и термостабильность усилителя при испльзовании полевых транзисторов, которые ведут себя прямо противоположно биполярным при нагреве. Для рада типов транзисторов (и режимов работы) это позволяет вообще отказаться от цепочки термостабилизации (Vbe multiplier) - размещаемого на радиаторе выходных транзисторов датчика температуры (типично - маленький биполярный транзистор). Подробно, эти вопросы рассмотрены в [6]. Первая схема - самая простая, она в общем, не имеет особенностей, кроме предлагаемой для нее печатной платы, размером 55х45мм. Рассчитана на установку внешних выходных полевых транзисторов. Транзисторы в корпусе ТО-220 могут быть впаяны непосредственно в плату, транзисторы в корпусах ТО-247 и другие - проводами.

Коэффициент усиления - 25 (может быть изменен резистором R16 или R15). Мощность при использовании указанных на схеме транзисторов , и питании +-65в на нагрузке 8 ом составила 200Вт. Для работы на нагрузку 4 ома следует установить по два транзистора в параллель. Также проверялась работа с более дешевыми и доступными транзисторами IRF620/IRFI9634 и транзисторами Fairchild FQP7N20/FQP7P20 - при питании +-50в мощность составила 100Вт на нагрузку 8 ом. При использовании в качестве сабвуферного усилителя, можно перевести усилитель в класс В, установив перемычку между выводами 11-12 микросхемы и не устанавливая Q2,R4,R10. На рисунках ниже показаны соответственно нижняя сторона печатной платы, расположение деталей на ней и вид сверху. Микросхема снабжена небольшим радиатором, способным рассеивать 2-3Вт. Все резисторы - СМД, типоразмера 0805, за исключением R7R12, которые 3-х ваттные Dale, и R13, который 5-ваттный Dale. Дроссель L1 - 15 витков провода 0.85 мм, намотанных на точно таком же резисторе, как и R13. Конденсатор С4 - полипропилен Wima MKP. Электролитические конденсаторы -Nichicon, серий Стабилитрон питания цепи Mute - также СМД, в корпусе SOD80. На цепи Mute хочу остановиться более подробно. Согласно данным на LME49810, на вход микросхеме нужно подать ток 50-100мкА. Полное включение происходит при токе свыше 20мкА, а ток свыше 200мкА - губительный для нее. Поэтому питания береться с простейшего стабилизатора на D1^ ток задается резистором R2. Величина резистора R1 зависит от напряжения питания и примерно равна в килоомах (Ипит.-15)/2. Для входа в режим Mute нужно закоротить контакты на разъеме J10 внешним транзистором, выключателем или реле. Поскольку в этом режиме только блокируется прохождение сигнала на выход усилителя, но не снимается смещение с выходных транзисторов - я не могу рекомендовать этот режим для длительного перевода усилителя в Standby. Да и вообще - блокировать сигнал по моему мнению, лучше в предусилителе а выходной оставить в покое. Но это лишь мое частное мнение.

Резистором R10 устанавливается ток покоя выходных транзисторов в диапазоне 50-200мА. Меньше делать нет смысла из-за роста кроссоверных искажений. Больше - также нет смысла из-за роста потребления и тепловыделения. Разумеется, выходные транзисторы Q1Q3 и термостабилизирующий транзистор Q2 должны быть расположены на радиаторах. Следующая конструкция, которую я хочу Вам представить защитой от постоянного напряжения на выходе

Далее