У плееров, проигрывателей и другой звуковоспроизводящей аппаратуры еще одним «прожорливым» потребителем оказывается мотор лентопротяжного механизма или дисковода, но сегодня мы эти вопросы рассматривать не будем, заметив только, что с развитием твердотельной памяти механические устройства совсем уйдут в небытие.
Итак, основы экономичности закладывает УЗЧ с малым током покоя. Какое же выбрать напряжение питания? Хуже всего, в пересчете цены батарей на час работы приемника, использовать питание от четырех-шести пальчиковых элементов (типа 316, LR6 или АА).
Трехвольтовое питание от двух элементов большой емкости обходится дешевле. Такое питание и было выбрано для данной конструкции. Собственно, разработка экономичного маломощного УЗЧ, используемого в самых различных конструкциях, растянулась у автора на многие годы. Выходной каскад на составных германиевых транзисторах (благо их все еще можно найти, причем, почти даром) оказался наилучшим и уже использовался в прежних разработках (см. например, «Синхродин СВ-диапазона». «Юный техник», 2002, № 6, с. 69–73). Малое напряжение открывания, всего 0,15 В, способствует уменьшению искажений типа «ступенька» и лучшему использованию и так небольшого напряжения питания. Усовершенствования коснулись, в основном, предварительных каскадов.
Схема УЗЧ приведена на рисунке.
Входной сигнал с регулятора громкости R1 поступает на затвор первого, полевого транзистора VT1, имеющего очень высокое входное сопротивление. Оно полезно по многим причинам, позволяя использовать высокоомные источники сигнала.
Работа диодного амплитудного детектора, например, заметно улучшается при повышении сопротивления нагрузки: коэффициент передачи и чувствительность увеличиваются, а искажения становятся меньше. Очень небольшой ток стока первого транзистора (порядка 30 мкА) создает на сопротивлении нагрузки R2 падение напряжения около 0,5 В, достаточное для открывания второго транзистора VT2, «раскачивающего» оконечный каскад. Ток коллектора VT2 составляет около 140 мкА, а амплитуда усиленного напряжения ЗЧ может достигать 1,5 В. Оно приложено ко входу составного эмиттерного повторителя, собранного на двух комплементарных парах германиевых транзисторов. Они усиливают только ток, амплитуда которого, отдаваемого в 8-омную нагрузку, может достигать 100 мА.
Режим выходного каскада близок к режиму класса Б, а это означает, что на положительной полуволне сигнала открывается только верхнее плечо (транзисторы VT3 и VT5), а на отрицательной полуволне — только нижнее (транзисторы VT4 и VT6). Небольшое начальное смещение (около 0,15 В), необходимое для уменьшения искажений типа «ступенька», получается за счет прямого падения напряжения на диодах VD1, VD2.
Стабилизация режима усилителя, а он, как видно из схемы, имеет непосредственную связь между каскадами, получается следующим образом: постоянное напряжение 1,5 В с выхода усилителя (средней точки выходного каскада) через резистор R4 подается на исток первого каскада и является его напряжением смещения, поскольку затвор, соединенный по постоянному току с общим проводом через регулятор громкости, имеет потенциал -1,5 В относительно истока. Случайное повышение, например, выходного напряжения приводит к закрыванию VT1. Вслед за ним закрывается и VT2, потенциал его коллектора понижается и заставляет выходное напряжение вернуться к прежнему уровню. Таким образом, получается 100 % ООС по постоянному току. Коэффициент ООС по переменному току значительно меньше благодаря цепочке R3C1, уменьшающей переменную составляющую переменного напряжения на истоке примерно в 10 раз.
Такое же значение имеет и коэффициент усиления по напряжению всего усилителя. Его можно установить, изменяя номинал резистора R3.
В усилителе имеется еще одна цепь обратной связи, положительной. Она получается при соединении правого (по схеме) вывода резистора R5 не с общим проводом, а с «горячим» выводом громкоговорителя ВА1. Коэффициент ПОС несколько меньше единицы, поскольку меньше единицы коэффициент передачи по напряжению выходного каскада, поэтому усилитель не самовозбуждается. ПОС значительно улучшает симметричность выходного напряжения, то есть уменьшает нелинейные искажения. Происходит это вот от чего: на положительной полуволне выходного напряжения транзисторы верхнего плеча выходного каскада VT3 и VT5 открываются хорошо, так как ток в базу VT3 задает открывающийся транзистор VT2. При отрицательной же полуволне этот транзистор закрывается, а базовый ток транзистора VT4 определяется резистором R5, уменьшать величину которого невыгодно из-за снижения экономичности усилителя. Присоединив резистор к выводу громкоговорителя, мы увеличиваем напряжение на нем, а следовательно, и открывающий ток транзистора VT4.