Студийный усилитель ЗЧ класса ЭА.

РадиоКот >Схемы >Аудио >Усилители >

Студийный усилитель ЗЧ класса ЭА.

Студийный усилитель ЗЧ класса ЭА.

Представляю схему студийного аудио-усилителя. Усилитель при своей относительной простоте отличается высокими показателями. Усилитель работает в классе ЭА (Super A), и обеспечивает до 100Вт выходной мощности в базовом исполнении.

Представлена финальная версия схемы и печатной платы. До нее конечно были несколько недель плясок с бубном и много запоротых шаблонов и печатных плат. Финальная версия была собрана 4 раза, во всех 4 случаях усилитель запускался сразу и без проблем. Схемотехника данного усилителя имеет много положительных моментов- стойкость от КЗ на выходе(транзисторы перегорают только от перегрева), а при выходе из строя выходных транзисторов, они не тянут за собой ни одного элемента.

В данной статье постараюсь более полно изложить принцип действия каждой цепочки, не ограничиваясь фразой “стандартное решение”, чтобы человек не связанный со звукотехникой смог понять, как это работает.

Характеристики:

• Класс усилителя: Super A (ЭА)
• Постоянная выходная мощность: 100Вт
• Пиковая выходная мощность: 150Вт
• Диапазон воспроизводимых частот: 20-25000Гц
• Гармонические искажения на номинальной мощности: не более 0.01%
• Разброс АЧХ в звуковом диапазоне: не более 3дБ.
• Отношение сигнал/шум: >90дБ
• Сопротивление нагрузки: 4-16 Ом
• Питание: +-40В

 

Динамичный ток покоя, заданный токовой ООС обеспечивает работу усилителя в классе ЭА, и обеспечивает работу транзисторов в наиболее линейном участке их графика. Так-же использование специализированных выходных транзисторов придает этому усилителю особое звучание- глубокие, но четкие низы, детальное воспроизведение СЧ и ВЧ.

Схема:

Назначение элементов.

C1 выполняет роль входного конденсатора. Он необходим для отсеивания постоянного напряжения, и напряжения инфранизкой частоты, которые могут попасть на выход источника при неисправности, а так-же при случайном замыкании входного штекера на что-либо. R1 и R2 составляют делитель на 2, необходимый для снижения чувствительности, а так-же увеличивает устойчивость к самовозбуждению. Т.к. входное сопротивление ОУ велико, и им можно пренебречь, входное сопротивление усилителя задается этими резисторами, и составляет 44кОм, не отступая от стандарта аудиотехники 40-50кОм. С2 отсеивает высокочастотные помехи, так-же и С3, но в более низком диапазоне, одновременно уменьшая вероятность самовозбуждения.С2 разряжается на землю цепочкой R1-R2, а С3 резистором R2. На ОР1 собран буферный каскад с КУ равным 1. На ОР2 собран дифференциальный усилитель, не инвертирующий вход которого подключен к выходу OP1, а инвертирующий образует общую обратную отрицательную связь (ООС). ООС заводится с выхода через R16, параллельно котором подключен конденсатор C10 для повышения ООС на высоких частотах, выходящих за звуковой диапазон. Цепочка R3 и С7 образует с R16 делитель по переменному току. Выход ОР2 подключен к VT2, включенном по схеме с общим эмиттером. Коллекторной нагрузкой является переход база-эмиттер транзистора VT4, включенный последовательно с токоограничительным резистором R10. Через R4 поступает ток покоя на базу VT2. На эмиттер VT2, подключенный к общему через резистор R8 поступает напряжение с коллектора VT4 через резистор R11, что образует токовую обратную связь, и задает класс усилителя. Второе плече(VT3 и VT5) работает аналогично первому, но с другой полярностью. На VT1 собран каскад, выполняющий сразу 2 функции. Первая- регулировка тока покоя путем изменения проводимости транзистора подключенным к базе делителем R5-R6. Вторая- создание разности поступающего сигнала на базах VT2 и VT3, для предотвращения искажения «ступенька». На выходе усилителя стоит стандартная цепочка Цобеля на R17 и С11.Питание ОУ осуществляется при помощи линейных стабилизаторов DA1 и DA2, обеспечивая двухполярное напряжение.R18 и R19 обеспечивают ограничение входящего на стабилизаторы тока. С4(С6) обеспечивает шунтировку питания во избежание просадок, С5(С8) обеспечивает шунтирование по ВЧ. С12 и С13 обеспечивают общее шунтирование по НЧ, С14 и С15 по ВЧ.

Описание работы.

Сигнал поступает на входной делитель, где избавляется от ВЧ наводок. Далее через буферный каскад и ОР2 поступает на VT2, который управляет выходным транзистором положительного плеча. На отрицательное плече сигнал поступает через переход коллектор-эмиттер VT1, падающее на нем напряжение предотвращает «ступеньку».

Напряжение образующееся на резисторе R14(R15), выступающего токовым шунтом, относительно общего провода поступает на эмиттер VT2(VT3), и обеспечивает обратную связь по току. Эта цепочка и задает усилителю класс ЭА, устанавливая динамичные токи покоя. Теоритически можно убрать резисторы R11 и R12, в результате чего усилитель перейдет в класс АБ.

Общая ООС охватывает все от ОР2 до выхода. C7,R3 и R16 образуют делитель по переменному току, при том что постоянный ток под делитель не попадает, в результате чего ООС по постоянному току выше, чем по переменному, и компенсирует возможные отклонения от нуля, напряжения покоя.

Питание ОУ идет через стабилизаторы, можно конечно применить и стабилитроны, но это отразится на надежности.

Используемые элементы.

В качестве ОР1 и ОР2 используется сдвоенная ОУ MC4558. Ее можно заменить любой другой сдвоенной ОУ, кроме тех, что имеют полевой вход. Например при попытке поставить TL072 начались проблемы с самовозбуждением и током покоя, в то время как LM358 работала отлично.

VT1 применяется типа BD139, его можно заменить на отечественный КТ815. VT2 и VT3- 2SC4793 и 2SA1837, их можно заменить на MJE15032 и MJE15033. VT4 и VT5 используются 2SA1943 и 2SC5200.

Конденсаторы С1, С9, С11, С14 и С15 пленочные. С7 электролитический неполярный. С4, С6, С12 и С13- электролитические. Все остальные- керамика.

Резисторы R8, R9, R11, R12 и R17 мощностью 2Вт, R14 и R15 мощностью 5Вт, R18 и R19 мощностью 1Вт. Все остальные мощностью 0,25Вт.

Питание усилителя +-40В.

Печатная плата.

Печатная плата имеет размеры 5х10см. Плата двусторонняя, с плотным монтажом. Имеется 4 отверстия для крепления. Все соединения производятся при помощи клемников. Среди особенностей следует отметить- Посадочные места для резисторов задающих ток покоя и коэффициент первой ООС организованы универсальными. Можно установить как постоянные, так и подстроенные резисторы. На плате имеются отверстия для опциональной установки на заднюю сторону фильтрующих конденсаторов на 10 000uF.

Печатная плата для прототипа была изготовлена при помощи плотерного шаблона. Но все-же настоятельно рекомендую использовать заводские печатные платы с маской и метализацией.

Настройка:

Настройка почти стандартная для аудио-усилителей. Первым делом после сборки необходимо установить ток покоя. Вот только у нас он динамичный, и это будет чуть сложнее. Необходимо разогреть усилитель, и только потом измерять ток. Измеряется он при помощи милливольтметра, подключенного между точками A и B. По закону Ома высчитываем ток. Например если напряжение составляет 100мВ, то ток составит I= 0.1 мВ/0.44 Ома= 0.225A. Ток необходимо выставить около 100мА, что соответсвует напряжению примерно 50мВ. При увеличении тока покоя, усилитель будет более приблежатся к классу А, и соответсвенно грется и уменьшатся КПД.

Напряжения в точках C и D должны соответсвовать +-15В. Их необходимо замерить, чтобы удостоверися в стабильном питании ОУ.

 Фото:

Платы до травления:

Усилители в сборе. Версия со стабилитронами питания ОУ:

Финальная версия:

 А так-же вариант распаралеливания выходных транзисторов для получения большей мощности:

Автор: Рязанцев В.А.

li

Файлы:
Архив RAR

Все вопросы в Форум.

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Ультралинейный усилитель А класса (опыт конструирования усилителя JLH 1969)

Не секрет, что усилители, работающие в А классе, обеспечивают наивысшее качество звучания по сравнению с усилителями, работающими в классе B, AB и D. В интернете много информации почему это так. Увы, большинство производителей усилителей данный класс обходят стороной из-за низкого КПД усилителя (до 80% мощности рассеивается в виде тепла). Те же экземпляры, которые можно найти в продаже, стоят безумных денег.
К счастью, изобретатель Джон Линсли Худ (John Linsley-Hood) разработал и опубликовал в 1969 году схему простого усилителя А класса мощностью 10 Вт. Такой мощности достаточно для домашнего воспроизведения музыки на высокочувствительных колонках (от 90 Дб). В интернете все отзывы о качестве звучания усилителя JLH только положительные. Это меня подкупило и я решил самостоятельно собрать усилитель Худа в оригинальной версии 1969 года.


Подробно рассказывать об истории создания усилителя JLH 1969 и схемотехнике нет смысла, очень детальная информация есть на портале aovox.com. В посте расскажу лишь об основных этапах конструирования.
За основу была взята схема, изображенная на рисунке:
Обратите внимание, что напряжение и номиналы некоторых деталей зависят от сопротивления АС. В данной схеме конденсатор С2 слишком малой емкости, что ведет к завалу АЧХ на НЧ. Я применил конденсатор емкостью 2.2 мкФ.

В своей реализации использовал импортные транзисторы, основываясь на рекомендациях тех, кто уже экспериментировал с разными вариантами транзисторов (VT1 — BC560CTA, VT2 — 2SC5707, VT3 и VT4 — 2SC5200).

Остальные компоненты взял с учетом нагрузки 8 Ом (в соответствии с таблицей). Резистор R8 лучше сделать подстроечным для более простой настройки тока покоя.

Итоговая схема:

Разводку печатной платы усилителя сделал в программе Sprint-Layout. Плату изготовил методом ЛУТ. Скачать печатку можно по ссылке.

Для удобства настройки тока покоя, я не стал впаивать в плату коллектор транзистора VT3. Т.к. при настройке в разрыв цепи подключается амперметр. После настройки тока покоя, просто соединил проводом коллектор транзистора с дорожкой на плате.

Питать усилитель лучше от стабилизированного источника напряжения. Мощность трансформатора должна быть достаточной для обеспечения постоянного тока 1,2 А на канал при напряжении 30 В. Я использовал тороидальный трансформатор с двумя отдельными выходными обмотками ТТП250 (2×25В, 4А). Трансформатор имеет большой запас по мощности, что в принципе не обязательно. 

Стабилизатор реализован на микросхеме КР142ЕН22А (в 2-х экземплярах: для левого и правого канала усилителя) с регулировкой напряжения до 30 Вольт, что позволяет точно выставить напряжение в 27 Вольт и, при необходимости, изменить его. Схема включения КР142ЕН22А очень простая (изображение взято с просторов интернета):

Емкость конденсаторов в выпрямителе составила 32000 мкФ (на канал). Как показала практика этого с лихвой хватает для абсолютного исключения фона в динамиках. Нет смысла делать емкость больше. Для источника питания сделаны отдельные платы (с учетом компоновки в корпусе усилителя и размеров имеющихся деталей, ссылка на файл). Скачать печатку можно по ссылке.

Кстати, для версии 1969 года, благодаря выходному электролитическому конденсатору, нет необходимости делать схему софтстарта и защиты АС от появления постоянного напряжения. Что сильно упрощает общую конструкцию.

Выходные транзисторы, диодный мост и микросхема стабилизатора нуждаются в хорошем охлаждении. Для усилителей А класса сильный нагрев — неизбежное зло. Это нужно учитывать при выборе корпуса для усилителя JLH. Я заказал на Aliexpress корпус с огромными радиаторами. Он идеально подходит для этого усилителя:
Качество изготовления китайского корпуса отменное, придраться не к чему!

Диодный мост, микросхему стабилизатора и выходные транзисторы одного канала разместил на общем радиаторе:

Настройка

Настройку рекомендую выполнять отдельно для каждого канала. Порядок следующий:
1. Замкнуть аудио вход.
2. Установить подстроечные резисторы усилителей в среднее положение.
3. Подключить амперметр в разрыв цепи коллектора транзистора VT3.
4. Установить напряжение на стабилизаторе ~16 вольт (для исключения появления высокого тока покоя при первом включении и пробоя выходных транзисторов в случае ошибок в монтаже).
5. Установить с помощью резистора R2 половину напряжения питания в точке соединения эмиттера и коллектора выходных транзисторов.
Далее итерационно:
6. С помощью подстроечного резистора R8 установить ток 1.2 Ампера.
7. Поднять на пару вольт напряжение питания, при этом ток будет расти. Нужно контролировать по амперметру, чтобы ток не превышал 2 А.
8. Снизить ток с помощью R8 до 1.2 А.
Повторяя пункты 6,7,8, доводим напряжение питания до требуемых 27 Вольт.

Борьба с фоновыми помехами
Некоторые из тех, кто уже повторял конструкцию усилителя, жаловались на фоновые помехи (гудение в колонках на частоте электросети). В моем случае фон также был, причем только в одном канале. Уровень фона был несильным, т.е. слышно с расстояния ~0.3 метра от АС. Тем не менее он мне не давал покоя :). Исходя из логики, раз фонит только один канал, значит дело не в плохой работе фильтра/стабилизатора или разводке сигнальных/силовых цепей (все идентично), а в чем-то другом. Пришлось поэкспериментировать и достать бубен. Проблему в итоге я решил так: припаял провод от земляной точки платы «фонящего» канала к металлическому корпусу регулятора громкости… И о чудо! Фон исчез! В колонках абсолютная тишина.

Итоговый вид усилителя

Прослушивание

Звучание усилителя оказалось ожидаемо нейтральным. Минимализм схемотехники в лучшую сторону сказывается на качестве звучания усилителя. Звучит он очень натурально и прозрачно на любой громкости в пределах 10 Вт своей мощности. Искажения, как и фон, абсолютно не слышны и не влияют на общее звучание системы. При непосредственном сравнении JLH с усилителем, реализованным на микросхеме, предпочтение однозначно отдаешь JLH. Разница очень заметна на слух и выражается в более чистом и мягком звучании JLH на высоких частотах.
После сборки и прослушивания этого усилителя, абсолютно пропало желание покупать какой-либо другой усилитель, т.к. характеристики и качество звучания JLH приближаются к топовым образцам усилителей, выпускаемых промышленно. Наоборот, есть желание собрать еще один такой же, чтобы реализовать полный биампинг на активном кроссовере.
К сожалению, у меня нет возможности сравнить звучание с ламповым усилителем, но судя по отзывам, JLH звучит сравнимо или даже лучше ламповых. Удивительно, что такая простая схема легко уделывает гораздо более сложные и дорогостоящие конструкции!

PS
Из-за особенности усилителей, работающих в классе А, бОльшая часть мощности расходуется на рассеивание тепла. Усилитель серьезно греется даже при достаточно большой площади радиаторов. В моем случае корпус нагревается до 50-55 градусов.

Опыт реализации активного биампинга на двух усилителях JLH

Усилитель мощности в классе А со сверхбыстродействующей ОООС / Stereo.ru

Увлекаться аудиотехникой и слушать музыку я начал очень давно, с конца 80-х годов и продолжительное время был твердо убежден, что любой УМ с лейблом Sony, Technics, Revox и т.д. намного лучше отечественных усилителей, а самоделок – тем более, так как у западных брендов и технологии, и самые качественные детали, и опыт.

Все изменилось после статьи А.М. Лихницкого в журнале Аудиомагазин № 4(9) 1996, где рассказывалось о разработке и внедрении в производство в 70-е годы усилителя Бриг-001, автором которого он является. Волею случая, спустя небольшой промежуток времени, неисправный Бриг-001 из первых выпусков попал мне в руки. Используя только оригинальные отечественные детали 70-х — 80-х годов, привел этот УМ в первоначальное состояние, чтобы можно было оценить его звуковые способности как можно более достоверно.

Подключение усилителя Бриг-001 вместо Technics SU-A700 домашней аудиосистемы повергло меня в шок – Бриг звучал намного лучше, хотя параметры имел скромнее и был старше лет на 20. Именно в этот момент возникла идея сделать усилитель своими руками, способный заменить штатный в аудиосистеме, что и было сделано в 1998 году, преимущественно, на отечественной элементной базе военной приемки. Новый аппарат не оставлял шансов на сравнительных прослушиваниях уже и более именитым усилителям, типа NAD и Rotel средних моделей линейки и был вполне убедителен даже в сравнении с их более старшими собратьями. Дальнейшее развитие проект получил в 2000-м году, в виде двухблочного УМ по той же схеме, но с новым конструктивом и увеличенной энергоемкостью блока питания. Сравнивался он уже с транзисторными и ламповыми усилителями из ценовой категории до нескольких тысяч долларов США, причем, во многих случаях превосходил их по качеству звучания. Тут я понял еще одну вещь – конструкция усилителя решает почти все.

Анализируя результаты прослушиваний, особенно с участием тех усилителей, которые звучали лучше моего двухблочного УМ, я пришел к выводу, что чаще на высоте оказывались либо хорошие ламповые конструкции, либо транзисторные без общей ООС. Были среди них и УМ с глубокой ОООС, в спецификациях которых нередко красовались очень высокие значения скорости нарастания выходного напряжения – 200 В/мкс и выше. Как правило, эти аппараты были дорогие, а их схемотехника отсутствовала в открытом доступе. Мой оконечник тоже имел достаточно глубокую ОООС, но невысокое по сравнению с ними быстродействие – около 50 В/мкс, при сопоставимом выходном напряжении. Ему иногда не хватало способности передать в полной мере натуральность тембров музыкальных инструментов и голосов исполнителей, эмоции музыкантов. На некоторых композициях подача музыки упрощалась, часть тембрального богатства скрывалось за некой тонкой серой вуалью. Наверное, это и называют «транзисторным звучанием», присущим УМ с обратной связью.

Причины «транзисторного» звука в УМ с ОООС неоднократно обсуждались и на форумах, и в книгах по схемотехнике, и в публикациях журналов, соответствующих данной тематике. Одна из известных версий, которой и я придерживаюсь, заключается в том, что низкое выходное сопротивление охваченных общей ООС усилителей, измеренное на синусоидальном сигнале и активной нагрузке, совсем не остается таковым при воспроизведении музыки на АС, что позволяет сигналам противо-ЭДС от динамических головок проникать с выхода усилителя по цепям обратной связи на его вход. Эти сигналы не вычитаются ОООС, так как уже отличаются по форме и имеют фазовый сдвиг относительно исходных, поэтому они благополучно усиливаются и снова попадают в акустические системы, вызывая дополнительные искажения и посторонние звуки в аудиотракте. Методы борьбы с этим эффектом периодически обсуждаются. Как примеры, можно привести следующие:

1. «Ложный» канал ОООС, когда ее сигнал снимается с одного из параллельно включенных элементов оконечного каскада, который не подсоединен к АС, а нагружен на резистор определенного номинала.

2. Снижение выходного сопротивления УМ еще до охвата ОООС.

3. Увеличение быстродействия внутри петли ОООС до «космических» скоростей.

Естественно, что самый действенный способ борьбы с артефактами ОООС — это исключение ее из схемотехники УМ, но мои попытки построить что-то стоящее без ОООС на транзисторах не увенчались успехом. Начинать с нуля в сфере ламповой аудиотехники посчитал уже нецелесообразным для себя. Способ из пункта «1» вызывал много вопросов, поэтому начал опыты с увеличением быстродействия внутри петли обратной связи, учитывая и пункт «2». Хотелось бы сразу обратить внимание на тот факт, что скорость нарастания выходного напряжения, достаточная для правильного воспроизведения усилителем атаки звука музыкальных инструментов, является величиной относительно небольшой, а ее сверхвысокие значения актуальны только по отношению к работе ОООС.

Понятно, что в усилителях с общей ООС не все проблемы решаются увеличением скорости нарастания, но основная мысль была в следующем, при прочих равных параметрах: чем выше скорость внутри петли ОООС, тем быстрее будут затухать «хвосты» некомпенсированных обратной связью сигналов и что должен быть какой-то порог их заметности на слух, учитывая снижение длительности артефактов с повышением быстродействия. Двигаясь по этому направлению, очень быстро столкнулся с проблемой приблизиться хотя бы к планке 100 В/мкс в УМ на дискретных элементах — при наличии в схеме каскадов на мощных транзисторах все оказалось гораздо сложнее. В усилителях с обратной связью по напряжению высокое быстродействие у меня никак «не вязалось» с устойчивостью, а в УМ с ТОС (с токовой обратной связью) не удавалось, без применения интегратора, получить на выходе приемлемый уровень постоянного напряжения, хотя со скоростью все было в порядке, да и с устойчивостью проблемы решались. Интегратор меняет звучание не в лучшую сторону, по моему мнению, поэтому очень хотелось обойтись без него.

Ситуация была практически тупиковая и уже не первый раз возникали мысли, что если создавать усилитель мощности с ООС по напряжению, то используя топологию предварительного или телефонного усилителя, гораздо проще будет сделать его быстродействующим, широкополосным, устойчивым и без интегратора, что, по моему мнению, должно положительно сказаться на качестве звучания. Оставалось только придумать, как это реализовать. Почти 10 лет решения не было, но за это время была проведена домашняя «НИР» по исследованию влияния скорости нарастания выходного напряжения внутри петли общей ООС на качество звучания, для чего был создан макет, позволяющий проводить испытания различных композитных усилителей на ОУ.

Результаты моей «НИР» были такими:

1. Быстродействие и полоса пропускания композитного усилителя должны увеличиваться от входа к выходу.

2. Коррекция только однополюсная. Никаких конденсаторов в цепях ООС.

3. Для усилителя с максимальным выходным напряжением 8.5 В RMS, при глубине ОООС около 60 дБ, заметный прирост в качестве звука появляется где-то в интервале 40-50 В/мкс, а затем — уже ближе к 200 В/мкс, когда у усилителя практически перестает быть «слышно» ОООС.

4. Свыше 200 В/мкс заметного улучшения не наблюдалось, но для УМ с выходным напряжением 20 В RMS, к примеру, нужно уже 500 В/мкс для достижения такого же результата.

5. Входные и выходные фильтры, ограничивающие полосу УМ, проявляют себя в звучании далеко не лучшим образом, даже если частота среза существенно выше верхней границы звукового диапазона.

После неудачных опытов с УМ на дискретных элементах, мой взор обратился к быстродействующим ОУ и интегральным буферам, имеющим наибольший выходной ток. Результаты поиска были неутешительные – все приборы с большим выходным током безнадежно «медленные», а быстродействующие имеют низкое допустимое напряжение питания и не очень большой выходной ток.

В 2008 году, случайно, в Интернете нашлось дополнение к спецификации на интегральный буфер BUF634T, где самими разработчиками приводилась схема композитного усилителя с тремя такими буферами на выходе, соединенными параллельно (рис. 1) – именно тогда пришла идея спроектировать УМ с большим количеством таких буферов в выходном каскаде.

BUF634T – это широкополосный (до 180 МГц), сверхбыстродействующий (2000 В/мкс) буфер, построенный на основе параллельного повторителя, имеющий выходной ток 250 мА и ток покоя до 20 мА. Единственный его недостаток, можно сказать, — это низкое напряжение питания (+\- 15 В номинальное и +\- 18 В – максимально допустимое), что накладывает определенные ограничения на амплитуду выходного напряжения.

Остановил все-таки свой выбор на BUF634T, смирившись с низким выходным напряжением, так как все остальные характеристики буфера и его звуковые свойства меня полностью устраивали, и начал проектировать УМ с максимальной выходной мощностью 20 Вт/4Ом.

Рис.1

Выбор количества элементов выходного каскада свелся к тому, чтобы получить УМ, работающий в чистом классе А на нагрузку 8 Ом и обеспечить режимы элементов выходного каскада по току далекие от предельных. Требуемое количество определилось как 40+1. Для дополнительного 41-го буфера был установлен минимальный ток покоя — всего 1.5 мА, а использовать его предполагалось для того, чтобы осуществить первый запуск конструкции еще до установки радиаторов, а также с целью проведения некоторых настроек и экспериментов в более комфортных условиях. Впоследствии оказалось, что это была очень хорошая идея.

Как известно, параллельное соединение интегральных микросхем не приводит к увеличению общего уровня шума и Кг, но снижается входное сопротивление такого модуля и растет его входная емкость. Первое — не критично: входное сопротивление BUF634T составляет 8 МОм и, соответственно, суммарное не будет ниже 195 кОм, что более чем приемлемо. С входной емкостью ситуация на так радужна: 8 пФ на буфер дает 328 пФ общей входной емкости, что является уже заметной величиной и негативно скажется на работе раскачивающего ОУ (рис. 1). Для глобального снижения выходного сопротивления драйвера оконечного каскада, перед ним был введен еще один ОУ, охваченный собственной петлей ООС. Таким образом, схема выросла в тройной композитный усилитель, но в котором выполнялись все пункты результатов моей «НИР». После многочисленных экспериментов определился состав УН композитного усилителя: AD843 занял место входного ОУ, а мощный быстродействующий ОУ AD811, с токовой ООС, был призван выполнять функции выходного буфера драйверного каскада. Для гарантированного получения требуемого быстродействия УМ (свыше 200 В/мкс) коэффициент усиления AD811 был выбран равным двум, что в идеале удваивало имеющиеся 250 В/мкс у AD843 и позволяло надеяться, что при соответствующей схемотехнике и удачном конструктиве удастся сохранить требуемое значение скорости нарастания выходного напряжения для полной схемы УМ. Забегая вперед, отмечу, что ожидания оправдались – реальное значение этого параметра с буферами на выходе получилось более 250 В/мкс.

Общая схема усилителя претерпела множество изменений за время настройки и доводки, поэтому приведу сразу финальный вариант, который включает в себя все исправления и доработки (рис. 2).

Рис. 2

Структура проста – селектор входов, регулятор громкости, УН, буферный усилитель для записи на магнитофон, оконечный каскад и реле защиты, которое управляется оптоэлектронной схемой задержки подключения АС и защиты их от постоянного напряжения (рис.3). Для компактности, буферы и сопутствующие им резисторы объединены по 10 шт, но нумерация деталей сохранена в полном объеме. Как видно на рис. 2, контактная группа реле защиты УМ (К6) не включена в цепь прохождения звука и замыкает выход на землю во время переходных процессов или возможных аварийных ситуаций.

Рис. 3

Для BUF634T такое включение не опасно, тем более что все буферы имеют на выходе по резистору 10 Ом. Во избежание потери устойчивости усилителем, из-за замыкания на землю резистора ОООС (R15), одновременно со срабатыванием реле К6 замыкается и реле К5, образующее временную цепь ОООС драйверного каскада через резистор R14. Если номиналы резисторов R14 и R15 равны, то никаких посторонних щелчков в АС во время работы защиты нет, даже если они чувствительностью свыше 100 дБ.

Стоит заметить, что первый год эксплуатации усилитель надежно функционировал и без реле К5, и без временной цепи ООС с R14, но мне не давала покоя сама вероятность возникновения самовозбуждения во время работы защиты, поэтому были введены эти дополнительные элементы. Кстати, усилитель прекрасно работает и без охвата оконечного каскада цепью ОООС. Можно убрать резистор R15, реле К5, а резистором R14 замкнуть обратную связь в УН, что я и делал, в качестве эксперимента. Мне так звук понравился меньше – возможно, что это тот вариант, когда от использования сверхбыстродействующей обратной связи получаем больше плюсов, чем минусов.

На схеме также видно, что один из 4-х входов (вход CD) переводит УМ в режим усилителя постоянного тока (УПТ), а с входа LP (проигрыватель виниловых дисков) реализована функция «Tape Monitor», причем без дополнительных контактных групп в цепи прохождения сигнала. Являюсь поклонником аналоговой записи, поэтому сделал для себя именно так. Если в аудиосистеме нет аналоговых звукозаписывающих устройств, то блок на ОУ IC1 можно исключить.

На схеме не показаны блокировочные конденсаторы по питанию – они для удобства будут отображены на схеме БП.

Идеология этого усилителя в значительной степени отличается от классической и основывается на принципе разделения токов – каждый элемент оконечного каскада работает с малым током, в очень комфортном режиме, но достаточное количество этих элементов, включенных параллельно, могут обеспечить данному 20-Ваттному усилителю максимальный ток в нагрузке более 10 А постоянно и до 16 А в импульсе. Таким образом, выходные каскады нагружены во время прослушивания, в среднем, не более чем на 5-7%. Единственное место в усилителе, где могут проходить большие токи, – это две медные шины на плате УМ, ведущие к терминалам для подключения АС, куда сходятся вместе выходы всех BUF634T каждого канала.

В рамках этой же идеологии был разработан и блок питания УМ (рис.4) – в нем также все силовые элементы работают с относительно небольшими токами, но их тоже много, и в результате суммарная мощность БП в 4 раза превышает максимальную потребляемую усилителем. БП – это одна из самых важных частей в усилителе, которую, с моей точки зрения, стоит рассмотреть подробнее. Усилитель построен по технологии «двойное моно» и поэтому содержит на «борту» два независимых БП для сигнальных цепей, полностью стабилизированных, мощностью по 150 Вт каждый, отдельные стабилизаторы для усилителя напряжения, а также БП для обеспечения сервисных функций, с питанием от отдельного сетевого трансформатора 20 Вт. Все сетевые трансформаторы БП фазированы между собой – при изготовлении трансформаторов были помечены проводники начала и конца первичных обмоток.

Рис. 4

Силовая часть каждого канала разделена на 4 двухполярных линии, что позволило снизить ток нагрузки каждого стабилизатора до величины всего 200 мА, и увеличить падение напряжения на них до 10 В. В таком режиме даже простые интегральные стабилизаторы типа LM7815 и LM7915 прекрасно себя зарекомендовали в питании звуковых цепей. Можно было использовать более «продвинутые» микросхемы LT317 и LT337, но в наличии имелось много оригинальных LM7815С и LM7915С от Texas Instruments, с выходом 1.5 А, что и определило выбор. Суммарно, питание сигнальных цепей усилителя обеспечивается с помощью двадцати таких интегральных стабилизаторов – 4 для УН и 16 для ВК (рис.4). Каждая пара стабилизаторов силовой части питает 10 шт. BUF634T. Одна пара стабилизаторов для УН нагружена связкой AD843+AD811 одного канала. RC цепь (R51, C137, к примеру) перед стабилизаторами УН имеет двойное назначение: защищает выпрямитель от броска тока при включении питания УМ и образует фильтр с частотой среза ниже края звукового диапазона (около 18 Гц), который заметно снижает амплитуду пульсаций выпрямленного напряжения и уровень других помех, что немаловажно для входных каскадов.

Еще одной особенностью блока питания является то, что основная часть всех конденсаторов фильтра (160000 мкФ из 220000 мкФ) находятся после стабилизаторов, что дает возможность отдавать в нагрузку большой ток, при необходимости. Однако это потребовало введения системы мягкого старта «Soft Start» для защиты стабилизаторов при включении усилителя и начальном заряде батареи емкостей. Как видно на рис. 4, Soft Start реализован достаточно просто, на одном транзисторе (VT1), который с задержкой (порядка 9 с) подключает слаботочное реле К10, включающее, в свою очередь, 4 сильноточных реле К11-К14, с четырьмя группами контактов в каждом, замыкающих 16 ограничивающих ток резисторов номиналом 10 Ом (R20, R21, к примеру). То есть, во время включения усилителя, максимальный пиковый ток каждого стабилизатора жестко ограничен величиной 1.5 А, что является для него нормальным режимом работы. «Soft Start» в первичной цепи 220 В не использую – в случае обрыва ограничивающего ток резистора или потери контакта в местах пайки его выводов возможны тяжелые последствия для всего УМ.

На БП для сервисных функций возложено подключение сетевого напряжения к основным трансформаторам (реле К8), питание компонентов системы Soft Start, реле селектора входов, напряжение питания которых, кстати, тоже стабилизировано. Реализован также выход +5 В, выведенный на разъем на задней панели УМ, – это уже некий стандарт в моих усилителях для одновременного включения каких-либо внешних блоков. Данный усилитель вполне может работать как усилительно-коммутационное устройство (предварительный усилитель) для более мощных моноблоков, к примеру, которые будут включаться при подаче на них управляющего напряжения +5 В.

Блок питания усилителя был построен в первую очередь, так как дальнейшее продвижение процесса разработки требовало наличие полноценного БП, чтобы первый запуск, эксперименты и настройку производить в режиме близком к реальным условиям эксплуатации. После успешного запуска всех цепей питания, на плате УМ был собран селектор входов, узел задержки включения и защиты АС, а также композитный усилитель с одним BUF634T (BUF41) на выходе, в качестве оконечного каскада. Как уже упоминалось выше, этот 41-й буфер имеет малый ток покоя и не требует установки на радиатор, но к выходу усилителя теперь запросто подключались наушники, что давало возможность слухового контроля, наряду с измерениями. По окончании отладки схемы с одним выходным буфером в каждом канале, оставалось только впаять остальные 80 шт. и посмотреть, что из этого получится. Никаких гарантий положительного результата у меня не было, да и быть не могло — отсутствовала информация об успешно реализованных подобных проектах других разработчиков. Насколько мне известно, конструкций на параллельных ОУ, имеющих аналогичное быстродействие, ни в России, ни за рубежом нет и сейчас.

Результат все же оказался положительным. Так как усилитель был собран на жестком шасси из алюминиевых брусков, где были закреплены и все коммутационные разъемы (фото 1), то подключить его к аудиосистеме возможно было и без корпуса. Начались первые прослушивания, но об этом чуть позже — сначала, приведу некоторые параметры:

Фото 1

Выходная мощность: 20 Вт/4Ом, 10 Вт/8Ом (класс А)

Полоса пропускания: 0 Гц – 5 МГц (вход CD)

1.25Гц — 5 МГц (входы AUX, Tape, LP)

Скорость нарастания выходного напряжения: более 250 В/мкс

Коэффициент усиления: 26 дБ

Выходное сопротивление: 0.004 Ом

Входное сопротивление: 47 кОм

Чувствительность входов: 500 мВ

Отношение сигнал/шум: 113.4 дБ

Потребляемая мощность: 75 Вт

Мощность блока питания: 320 Вт

Габаритные размеры, мм: 450х132х390 (без учета высоты ножек)

Вес: 18 кг

На основании параметров, даже не заглядывая в схему, очевидно, что в усилителе отсутствуют входные и выходные фильтры, а также внешние цепи частотной коррекции. Но стоит заметить, что при этом он устойчив и прекрасно работает даже с неэкранированными межблочными кабелями. Достаточно информативна в этом отношении и осциллограмма меандра 2 кГц 5В/дел, на нагрузке 8 Ом при почти максимальном уровне выходного напряжения (Фото 2).

Фото 2

С моей точки зрения, это заслуга правильной разводки проводников «земли», а также большая площадь их поперечного сечения: от 4 кв.мм. до 10 кв.мм. (включая дорожки на печатных платах).

Есть осциллограммы, снятые и на частотах 10кГц, 20кГц и 100кГц, но проверки на высоких частотах проводились с малым уровнем сигнала, поэтому уже сказывалось наличие высокоОмного регулятора громкости на входе, а также R-C цепь Цобеля на выходе УМ, которая еще присутствовала в то время (меандр 100 кГц 50мВ/дел — фото 3).

Фото 3

При первом же прослушивании в домашней аудиосистеме стало понятно, что аппарат звучит и что пора заказывать корпус, чтобы можно было поехать с ним на «гастроли»:) С момента завершения работ над проектом и первого прослушивания прошло уже более 5 лет. В течение этого времени были проведены десятки (более 70-ти, по грубым подсчетам) сравнительных прослушиваний усилителя с эксклюзивными ламповыми и транзисторными УМ от известных производителей, а также с авторскими конструкциями высокого уровня. Исходя из полученных экспертных оценок, можно сказать, что усилитель не уступает по натуральности звучания большинству прослушанных двухтактных и однотактных ламповых и транзисторных усилителей, построенных без использования отрицательной обратной связи, но часто существенно их превосходит по музыкальному разрешению. Многие любители лампового звука и приверженцы однотактных УМ без ООС замечали, что в данной конструкции практически не «слышна» работа отрицательной обратной связи и «ничем себя не выдает» наличие в схеме двухтактных выходных каскадов.

Усилитель подключался к различной акустике – это и АС известных российских производителей: Александра Клячина (модели: MBV (MBS), PM-2, N-1, Y-1), рупорные АС Александра Князева, полочные АС на профессиональных динамиках фирмы Tulip Acoustics, АС иностранных брендов средней и высокой ценовой категории: Klipsh, Jamo, Cerwin Vega, PBN Audio, Monitor Audio, Cabasse и многих других, с разной чувствительностью и входным импедансом, многополосные со сложными и простыми разделительными фильтрами, широкополосные без разделительных фильтров, АС с разным акустическим оформлением. Особых предпочтений выявлено не было, но лучше всего УМ раскрывается на напольной акустике с полноценным НЧ диапазоном и, желательно, чувствительностью повыше, так как выходная мощность невелика.

На начальном этапе прослушивания организовывались не с целью «спортивного» интереса – их основная задача состояла в выявлении каких-либо артефактов в звучании, которые можно попытаться исправить. Очень информативные и полезные с этой точки зрения прослушивания были в аудиосистеме Александра Клячина, где имелась уникальная возможность оценить звучание усилителя сразу на 4-х различных моделях АС, причем одни из этих АС (Y-1) так понравились, что вскоре стали компонентами моей домашней аудиосистемы (Фото 4). Естественно, что было очень приятно получить высокую оценку своему изделию и некоторые замечания от аудиоэксперта, имеющего огромный опыт.

Фото 4

Аудиосистема известного мэтра российского Hi-End Юрия Анатольевича Макарова (фото 5, УМ на прослушивании), построенная в специально оборудованной комнате прослушивания и являющаяся референсной во всех отношениях, внесла основные коррективы в конструкцию данного усилителя: была удалена цепь Цобеля с выхода УМ и основной вход сделан в обход разделительного конденсатора. В этой аудиосистеме слышно все и даже больше, поэтому трудно переоценить ее вклад и советы Юрия Анатольевича в процесс доводки звучания усилителя. Состав его аудиосистемы: источник – транспорт и ЦАП с отдельным блоком питания Mark Levinson 30.6, АС Montana WAS от PBN Audio, бескомпромиссный однотактный ламповый усилитель «Император» и все антифазные кабели конструкции Ю.А. Макарова. Нижняя граничная частота АС Montana WAS 16 Гц (-3 дБ) позволила оценить «вклад» разделительного конденсатора, причем достаточно качественного (MKP Intertechnik Audyn CAP KP-SN), в искажения НЧ диапазона музыкального сигнала, а высочайшее музыкальное разрешение аудиосистемы — услышать негативное влияние выходного фильтра, в виде R-C цепи Цобеля, которая не оказывала никакого влияния на устойчивость усилителя и вскоре была удалена с платы. Подключение внешних низкоОмных регуляторов громкости от 100 Ом до 600 Ом (штатный РГ ставился в положение максимум) дало понимание того факта, что даже высококачественный дискретный регулятор DACT 50 кОм, использованный в моем усилителе, неплохо было бы заменить на меньший номинал (из подключаемых внешних мне показался лучшим РГ 600 Ом), но для этого пришлось бы достаточно много переделывать и было принято решение реализовать это и другие накопившиеся усовершенствования уже в новом проекте.

Фото 5

Наверное, стоит упомянуть и об участии усилителя в Выставке в 2011 году (фото 6), как единственного некоммерческого проекта, материал о которой был опубликован в журнале Stereo&Video за январь 2012 года, где УМ был назван «открытием года». Демонстрация шла с АС Tulip Acoustics, имеющих чувствительность 93 дБ при сопротивлении 8 Ом и, как ни странно, имеющихся 10 Вт/8 Ом оказалось достаточно в большом зале с высоким уровнем фонового шума. 10 Вт от усилителя в классе А, у которого каждый Ватт выходной мощности достаточно обеспечен энергоемкостью блока питания, воспринимаются субъективно громче, по моим наблюдениям, чем звучание усилителя с более высокой выходной мощностью, но с оконечными каскадами, содержащимися на «голодном пайке».

Фото 6

После Выставки, ко мне участились обращения через электронную почту и личные сообщения форумов от желающих повторить проект, но возникали определенные сложности –информационная поддержка представлялась всем желающим, но мои платы были нарисованы на миллиметровой бумаге, с двух сторон, и не годились для сканирования в файл, так как бумага просвечивалась насквозь, и получался практически нечитаемый рисунок. Без готовой печатной платы повторение конструкции сильно усложнялось и энтузиазм угасал. Теперь, на форуме портала Vegalab.ru, доступна электронная версия платы, автором которой является известный на русскоязычных форумах специалист по разводке печатных плат Владимир Лепехин из Рязани. Плата находится в свободном доступе, ссылка на нее есть в первом посте темы про этот усилитель. Тему найти очень просто: достаточно набрать фразу «Prophetmaster amplifier» в строке поиска Яндекса или другой поисковой программы. Именно на этой плате одному из участников форума Vegalab — Сергею из Гомеля (Serg138) удалось повторить данный проект и получить очень хороший результат. Информацию о данной реализации УМ и фото его конструкции также можно найти в соответствующей теме, по ссылкам в первом посте.

Несколько советов:

При выборе электролитических конденсаторов руководствовался собственными измерениями ESR и тока утечки, поэтому стоят оригинальные Jamicon. Специально вставил слово «оригинальные», потому что их очень часто подделывают и многие уже, наверное, сталкивались с некачественными изделиями под маркой этого производителя. А реально, это одни из лучших конденсаторов для использования в питании звуковых цепей.

Регулятор громкости установлен DACT 50 кОм. Сейчас, я бы выбрал их наименьший номинал – 10 кОм или использовал бы релейный регулятор Никитина с постоянным входным и выходным сопротивлением 600 Ом. РГ типа ALPS RK-27 будет намного хуже и не рекомендуется к использованию.

В шунтах электролитов установлено, суммарно, более 90 мкФ пленочных конденсаторов. На моих платах «винтажные» Evox 70-х годов, которые достались по случаю, но ничем не хуже будут полипропиленовые Rifa PEh526, Wima MKP4, WimaMKP10.

Реле рекомендую Finder в силовой части, защитеАС и софтстарте, а для селектора входов нужно использовать только такие реле, у которых в параметрах нормирован минимальный коммутируемый ток. Таких реле выпускается немного моделей, но они есть.

Отечественные быстродействующие выпрямительные диоды КД213 (10 А) или КД2989 (20 А) в питании оконечного каскада будут лучше большинства импортных.

Хочу заметить, что схемотехника усилителя достаточно проста, но для работы со столь быстродействующими и широкополосными микросхемами нужны соответствующие навыки и измерительные приборы – функциональный генератор, осциллограф с полосой не менее 30 МГц (лучше — 50 МГц).

В заключение, хотелось бы сказать, что сделанные мной выводы по результатам проведенных экспериментов, а также в течение работ над данным проектом и последующей его доводки, не претендуют на абсолютную истину. Путей достижения цели, которой в данном случае является качественный звук, достаточно много и каждый из них подразумевает комплекс мер, которые могут не давать положительного результата по отдельности. Поэтому, простых рецептов в этой области не бывает.

Статья была опубликована в журнале Радиолюбитель, в номерах 7 и 8 за 2014 год.

Фотографии усилителя на сайте датской компании DACT:

http://www.dact.com/html/prophetmaster.html

Мой канал на Яндекс Дзен

С уважением, Олег Шаманков (Prophetmaster)

А, B, AB, D, G, H / Habr

Здравствуй, Хабр!

В данной статье мы рассмотрим звуковые усилители классов: А, B, AB, D, G, H
Сначала рассмотрим классы по положению рабочей точки. Каждый транзистор имеет выходную характеристику, которую можно найти в DataSheet.

Пример характеристики на рисунке ниже.

Выходная характеристика транзистора.

Именно с помощью данной характеристики мы сможем выбрать класс усилителя по положению точки покоя.

Выходная характеристика показывает какой ток нам нужно задать базе транзистора, для того чтобы получить определённый класс усилителя, также мы узнаем Iк.

Класс А

Класс А — это такой режим работы усилительного элемента, при котором входные значения, проходя через усилительный элемент не прерывается. То есть точно повторяет входной сигнал.
Усилительный элемент приоткрыт всегда и точно повторяет отрицательную и положительную волну.

Класс B

Элемент, работающий в данном классе способен усиливать только одну полуволну, положительную либо отрицательную.
Такой класс используют в двухтактных усилителях, где положительную полуволну усиливает один транзистор, а отрицательную другой.
Двухтактный усилительный каскад класса В. Но на выходе усилителя работающего в данном классе мы имеем искажение. Данное искажение называется «Ступенькой».

Для устранения данного искажения нужно перейти к классу АВ. На рисунке ниже показаны два класса усилителя В и АВ и их выходные сигналы относительно входным.

Класс D

Принцип действия данного класа. В данном режиме работы, транзистор либо открыт либо полностью заперт. Это достигается с помошью модулятора ШИМ сигнала. Именно это дает такому каскаду кпд свыше 90% (практически на любых мощностях).
Минусом данного каскада являются искажения. Они вознакают из-за способа модуляции так-как существует «мертвый» период который необходим для предотвращения сквозных утечек.
Также сильными источниками искажений являются L и C элементы в фильтре (НЧ).

Усилители класса G и H

Сначала поговорим о питании усилителей. Для получения большой мощности, необходимо иметь большое напряжение питания.

Но сигнал входной и соответственно выходной не всегда обладают большой амплитудой и на маленькой мощности большое напряжение питания не является необходимым, более того КПД данного усилителя на маленькой мощности падает.

Отсюда и вытекают классы усилителей G и H.

Отличие данных усилителей заключается в питании, напряжение которого меняется при необходимости, а в зависимости какой класс G или H оно меняется либо ступенчато, либо плавно.

В усилителе класса H напряжение питания меняется плавно то есть транзисторы находятся в усилительном режиме, а в классе G оно меняется ступенчато, транзисторы в данном классе находятся в ключевом режиме (полностью открыты или полностью заперты).

Усилитель класса H
Усилитель класса G

Вывод: Усилители для комфортного прослушивания звукового тракта в домашних условиях должны работать в классе А, АB или D.

Спасибо за внимание.

Простой транзисторный усилитель своими руками

Сейчас в интернете можно найти огромное количество схем различных усилителей на микросхемах, преимущественно серии TDA. Они обладают достаточно неплохими характеристиками, хорошим КПД и стоят не так уж и дорого, в связи с этим и пользуются такой популярностью. Однако на их фоне незаслуженно остаются забытыми транзисторные усилители, которые хоть и сложны в настройке, но не менее интересны.

Схема усилителя

В этой статье рассмотрим процесс сборки весьма необычного усилителя, работающего в классе «А» и содержащего всего 4 транзистора. Эта схема разработана ещё в 1969 году английским инженером Джоном Линсли Худом, несмотря на свою старость, она и по сей день остаётся актуальной.

В отличие от усилителей на микросхемах, транзисторные усилители требуют тщательной настройки и подбора транзисторов. Эта схема – не исключение, хоть она и выглядит предельно простой. Транзистор VT1 – входной, структуры PNP. Можно экспериментировать с различными маломощными PNP-транзисторами, в том числе и с германиевыми, например, МП42. Хорошо себя зарекомендовали в этой схеме в качестве VT1 такие транзисторы, как 2N3906, BC212, BC546, КТ361. Транзистор VT2 – структуры NPN, средней или малой мощности, сюда подойдут КТ801, КТ630, КТ602, 2N697, BD139, 2SC5707, 2SD2165. Особое внимание стоит уделить выходным транзисторам VT3 и VT4, а точнее, их коэффициенту усиления. Сюда хорошо подходят КТ805, 2SC5200, 2N3055, 2SC5198. Нужно отобрать два одинаковых транзистора с как можно более близким коэффициентом усиления, при этом он должен более 120. Если коэффициент усиления выходных транзисторов меньше 120, значит в драйверный каскад (VT2) нужно поставить транзистор с большим усилением (300 и более).

Подбор номиналов усилителя

Некоторые номиналы на схеме подбираются исходя из напряжения питания схемы и сопротивления нагрузки, некоторые возможные варианты показаны в таблице:

Не рекомендуется поднимать напряжение питания более 40 вольт, могут выйти из строя выходные транзисторы. Особенность усилителей класса А – большой ток покоя, и, следовательно, сильный разогрев транзисторов. При напряжении питания, например, 20 вольт и токе покоя 1.5 ампера усилитель потребляет 30 ватт, не зависимо от того, подаётся на его вход сигнал или нет. На каждом из выходных транзисторов при этом будет рассеиваться по 15 ватт тепла, а это мощность небольшого паяльника! Поэтому транзисторы VT3 и VT4 нужно установить на большой радиатор, используя термопасту.
Данный усилитель склонен в появлению самовозбуждений, поэтому на его выходе ставят цепь Цобеля: резистор сопротивлением 10 Ом и конденсатор 100 нФ, включенные последовательно между землёй и общей точкой выходных транзисторов (на схеме эта цепь показана пунктиром).
При первом включении усилителя в разрыв его питающего провода нужно включить амперметр для контроля тока покоя. Пока выходные транзисторы не разогрелись до рабочей температуры, он может немного плавать, это вполне нормально. Также при первом включении нужно замерять напряжение между общей точкой выходных транзисторов (коллектор VT4 и эммитер VT3) и землёй, там должна быть половина питающего напряжения. Если напряжение отличается в большую или меньшую сторону, нужно покрутить подстроечный резистор R2.

Плата усилителя:

Плата изготовлена методом ЛУТ.

Собранный мной усилитель

Несколько слов о конденсаторах, входном и выходном. Ёмкость входного конденсатора на схеме обозначена 0,1 мкФ, однако такой ёмкости не достаточно. В качестве входного следует поставить плёночный конденсатор ёмкостью 0,68 – 1 мкФ, иначе возможен нежелательный срез низких частот. Выходной конденсатор С5 стоит взять на напряжение не меньшее, чем напряжением питания, жадничать с ёмкостью также не стоит.
Преимуществом схемы этого усилителя является то, что она не представляет опасности для динамиков акустической системы, ведь динамик подключается через разделительный конденсатор (С5), это значит, что при появлении на выходе постоянного напряжения, например, при выходе усилителя из строя, динамик останется цел, ведь конденсатор не пропустит постоянное напряжение.

Усилитель А класса JLh2969, сборка модулей в рабочий проект

Приветствую, Самоделкины!
Усилители класса А имеют качественное звучание, но одновременно и очень низкий КПД, более 80% энергии уходит просто в нагрев радиаторов усилителя. Но благодаря именно высокому качеству звучания, усилители А класса есть в продаже и часто ценники на них очень кусаются.

Выходные транзисторы автор (YouTube канал «Radio-Lab») взял Тошиба 2SС5200.

Для питания можно использовать трансформаторный или импульсный блок питания. В данном случае мы будем использовать вот такой импульсный блок питания и посмотрим, будет ли все нормально играть.

Блок питания способен выдавать напряжение 24В и ток 4А. Для питания 2-ух усилителей его вполне хватит. Усилители А класса сильно греются и для их охлаждения автор купил на радиорынке вот такой Ш-образный радиатор.

Его размеры следующие: длина 245мм, ширина 90мм, высота с рёбрами 25мм.

Для крепления усилителей необходимо сделать отверстия и нарезать резьбу М3, чтобы прижать силовые транзисторы. При установке обязательно нужно с помощью изолирующих прокладок электрически изолировать металлические задние стенки силовых транзисторов во избежание короткого замыкания между корпусами транзисторов.


Далее автор установил изолирующие прокладки, которые в идеале с 2-ух сторон нужно немного смазать термопастой для более хорошей теплопередачи, но т.к. этот проект собирается с целью просто показать, то пока обойдемся без нанесения термопасты.


Дальше фиксируем усилители болтами и прижимаем.


Готово, один усилитель зафиксирован и аналогично второй.

Дальше все будем соединять в одно целое. Для удобства понимания воспользуемся вот такой схемой подключения модулей.

Для подключения питания будем использовать вот такие цветные провода с сечением 0,75 квадрата.

Чтобы не перепутать полярность питания, автор подписал на платах усилителей где «+» и «-».

Теперь подключаем провода питания к каждому усилителю. Потом соединяем провода питания параллельно и подключаем их в блок питания.

Важно, во избежание появления посторонних шумов, провода питания нужно вести именно от каждого усилителя индивидуально и уже потом соединять их поближе к источнику питания. Для подачи звукового сигнала будем использовать специальный экранированный провод и разъемы RCA, они же тюльпаны.

Провод нужен именно с экраном, чтобы не было наводок и помех.

Для удобства пайки сделаем вот так:

Один провод с разъёмом готов, ну и аналогично второй, соответственно для левого и правого каналов.

Для удобства все подписано. Теперь по схеме подключаем входные провода на каждый усилитель. Готово, и вот так это выглядит.


По входам тоже все готово. Но включать питание еще нельзя, сперва необходимо настроить токи покоя на усилителях. Сначала вращением против часовой стрелки подстроечные резисторы нужно установить в минимальное положение, чтобы токи покоя не были очень большими и не повредить транзисторы.

Соблюдая правила безопасности, включаем блок питания в сеть с напряжением 220В.


Индикатор на блоке питания светится, питание есть. Напряжение питания составляет почти 24В.

Теперь в режиме амперметра включаем мультиметр в разрыв по полюсу питания каждого усилителя. Затем вращением подстроечного резистора устанавливаем ток покоя примерно 1,2А на каждом усилителе.

Готово, аналогично и второй усилитель.
Теперь уже можно подключить провода питания в усилитель. Примерно через 30 минут прогрева еще раз необходимо повторно поднастроить токи покоя. Ну а так, по настройке усилителей все готово. Вот собственно и есть минус усилителя А класса – это его нагрев, музыки еще не было, а он уже не слабо так греется.

Для подачи звукового сигнала на усилители будем использовать вот такой аудио провод 3,5 мм в 2 RCA.

Подключаем его ко входу усилителя.

В качестве источника звука, как вариант, будет вот такой USB ЦАП РСМ2704.

Использование ЦАП уже по желанию, а 3,5 разъём можно подключить и прямо в аудио выход устройства.

Все собрано и, соблюдая полярность, подключаем к выходам усилителей колонки. Тестовые колонки Радиотехника S-30B.


Все готово и собрано, будем пробовать включать. Подключаем ЦАП к телефону и включаем блок питания в сеть 220В. В колонках появился фоновый гул, потому как вход усилителя никуда не подключен. Но стоит только подключить усилитель к источнику сигнала, как фон исчез, в колонках полнейшая тишина.


Включаем тестовый трек… Более подробно в этом видеоролике:

Как Вы могли слышать, все отлично работает и играет. По качеству звучания претензий вообще нет, звучание приятное и качественное, реально удивило особенно по верхам, все детально и даже по видео это слышно, нет никаких шипений, свистений и других посторонних звуков, а только музыка. Автор сожалеет, потому что не может записать видео с нормально музыкой, YouTube сразу вешает претензии на авторские права и т.д. А большим минусом увы, есть низкий КПД и как следствие сильный нагрев. Соответственно для охлаждения необходимы большие радиаторы. Но несмотря на низкий КПД, усилители класса А еще не скоро уйдут в историю. Мощностя примерно до 30Вт будут востребованы в силу их качества звучания, а для больших мощностей есть усилитель других классов АВ или Д. И скорее всего все классы будут развиваться параллельно и подбирать нужно класс усилителя под конкретную задачу. Сейчас можно встретить много разных модификаций и видов усилителей А класса, но обычно все они похожие, подключаются примерно так же. В данном случае был использован одни из самых дешевых, а если есть деньги, то можно купить и подороже. Тем более собирая своими руками можно собрать усилитель ощутимо дешевле.


Осталось все это установить в корпус, но это уже в другой раз. Можете пробовать собирать и повторять, все работает. А на этом у все. Надеюсь было интересно. Благодарю за внимание. До новых встреч!
Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Простой усилитель класса А на… LM317 | РадиоГазета

Обычно при проектировании усилителя мощности задаются его параметрами: выходной мощностью, искажениями, частотной характеристикой и т.д. Исходя из этого, выбирают необходимую схемотехнику и элементы. Но иногда находятся оригиналы, которым интересно и забавно использовать для усиления компоненты изначально для этого не предназначенные. В результате порой получаются весьма качественные и необычные конструкции.

Широкоизвестный интегральный стабилизатор напряжения LM317, разработанный в далёком 1976 году, поддерживает напряжение на выходе на 1,25 В больше, чем напряжение на управляющем выводе, ток потребления по которому составляет всего 100 мкА. При этом выходной ток микросхемы может составлять 1,5 А. Чем не усилитель???

Идея

На рисунке представлена принципиальная схема усилителя. Микросхема IC1 управляется операционным усилителем IC3. На микросхеме IC2 собран источник постоянного тока, величина которого определяется номиналом резистора R9  и рассчитывается по формуле: I=1.25/R9.

Резисторы R11 и R10 образуют цепь отрицательной обратной связи и определяют коэффициент усиления. Благодаря этой цепи компенсируется напряжение смещения в 1,25 В и на выходе поддерживается нулевое напряжение.

Краткое резюме: две микросхемы LM317, один ОУ и три резистора  — вот всё, что необходимо для построения простого усилителя класса А. И кстати, заметим для аудиофилов — в тракте нет ни одного конденсатора!

Схема

Учитывая, что LM317 может работать с максимальным током в 1,5 А, на выходе получаем относительно небольшую выходную мощность. К счастью, это ограничение можно преодолеть путем соединения нескольких LM317 параллельно, как представлено на схеме:

Увеличение по клику

Максимальное входное напряжение для LM317 составляет 40 В, поэтому, казалось бы, запитать усилитель можно от двухполярного источника с напряжением не более ±20 V. Однако, операционный усилитель, допускает работу с максимальным напряжением питания ±18 В. Поэтому, по мнению автора, работа схемы от источника питания с напряжением ±15В будет вполне разумным и безопасным решением.

Определившись с напряжением питания мы можем рассчитать необходимый ток покоя. Для нагрузки сопротивлением 8 Ом он составит  15 В/8Ω=1,875 А. Теоретическая максимальная мощность будет составлять около 14 Вт, хотя на практике получилось 12 Вт при чисто резистивной нагрузке.
Так как акустическая система далека по своим свойствам от резистивной нагрузки, ток покоя следует взять несколько больший, например, 2,2А. В этом случае величина токозадающего резистора составит  1,25/2,2=0,56 Ω.

При этом на резисторе будет рассеивать чуть меньше 3 Вт, поэтому рекомендуется использовать резистор мощностью не менее 5 Вт. При таких параметрах потребляемая мощность одного канала усилителя составит 30×2,2=66 Вт.

А что вы хотели? Класс «А»!

Параллельное включение

При параллельном включении четырёх микросхем LM317 максимальный выходной ток может достигать 6 А. При токе покоя 2.2 А максимальный ток через верхнее плечо усилителя составляет  4,4 А  и 2,2 А через нижнее плечо, что в пределах безопасной работы.

Входное сопротивление определяется номиналом резистора R11 и составляет 10 K (относительно низкое, так как усилитель инвертирующий). Коэффициент усиления можно регулировать путем изменения номинала резистора R10. Рассчитывается по формуле: A=–R10/R11.

Ёмкость конденсатора С1 определяет верхнюю граничную частоту и предотвращает возбуждение усилителя на высоких частотах. При указанном на схеме значении 100 пкФ верхняя граничная частота усиления составляет 100 кГц. Но вы можете экспериментировать с этим значением на свой страх и риск (контролируйте наличие возбуждения усилителя).

Так как усилитель инвертирующий, автор предлагает подключать акустические системы наоборот, то есть плюсовую клемму акустики следует подключать к общему выводу усилителя, а минусовую  — к выходу усилителя. При использовании инвертирующего предварительного усилителя акустику следует подключать обычным способом.

Конструкция

Вариант конструкции усилителя показан на фотографии:

Чертежи печатных плат в формате pdf здесь.

Статья подготовлена по материалам журнала «Электор Электроникс»
Автор Юрген Майклс (Бельгия)
Вольный перевод: Главный редактор «РадиоГазеты»
Удачного творчества!

---

Комментарий от редакции «РадиоГазеты»:

Это усилитель класса «А» со всеми вытекающими последствиями как то:

1. сильный нагрев практически всех элементов конструкции. Поэтому требуется применение радиаторов соответствующих размеров и организация эффективной вентиляции корпуса усилителя.
2. настоятельно рекомендуется использование защиты акустических систем от постоянного напряжения на выходе.
3. это не только усилитель класса «А»! У автора в тексте это почему-то не отмечено, но это однотактный усилитель, что накладывает особые требования на источник питания. Для снижения фона блок питания должен быть либо стабилизированный (ещё один радиатор), либо нужны фильтрующие конденсаторы большой ёмкости — не менее 10 000 мкФ на канал. Для уменьшения нагрева диодов выпрямительного моста здесь настоятельно рекомендуется использовать диоды Шоттки. Снабдить их небольшими радиаторами тоже не помешает.

Улучшить параметры усилителя можно довольно просто — применением более современного и качественного операционного усилителя.

---

Похожие статьи: