Всё о регуляторе громкости А.Никитина (часть 6) — говорят, что царь ненастоящий…

Схема усилителя Никитина Creek 4330

Доставка Почтой России из Москвы до Тюмени — три дня. Достаточно быстро, а если сравнивать с доставкой из Китая, то практически мгновенно. Получил коробочку с радиодеталями и платой. Упаковано все очень добротно, аккуратно, доехало в прекрасном состоянии. Распаковал, был приятно удивлен, все номиналы деталей сгруппированы по отдельным пакетикам, с вложением не только указания номинала, но и обозначением деталей на печатной плате.

RDC1-0003, Усилитель НЧ. 25 Ватт. 1 канал. LM1875

То, что у вас уже есть, вы можете удалить в корзине.

Микросхема LM1875 это высококачественный монофонический усилитель мощности низкой частоты, отдающий в нагрузку 25 Ватт. Выходной каскад работает в классе АВ. LM1875 отличается высокими звуковыми параметрами. Динамический диапазон – 90 дБ. нелинейные искажения – 0.015%, полоса воспроизводимых частот 20 – 20000 Гц. Микросхема предназначена для использования в бытовых аудиосистемах, для питания широкополосной акустики или маломощного сабвуфера.

Популярны две стандартные схемы включения LM1875. Типовая – она описана в даташите на микросхему и мостовая. Усилитель на двух LM1875 включенных по мостовой схеме способен развивать до 50 Ватт на выходе. В этот раз мы предлагаем вам собрать усилитель по стандартной схеме. Маленькая печатная плата, минимальное количество деталей, высокое качество звука – настоящий Gainclone. Дополнительно на плате установлен диодный мост и два электролитических конденсатора большой емкости. Для питания вам нужно будет только подключить трансформатор с двумя обмотками, по 18В каждая.

Технические характеристики

Напряжение питания ±8В … ±25В

Выходная мощность 25Вт

Коэффициент нелинейных искажений при 20Вт* 0.015%

Отношение сигнал/шум 90Дб

*После 20Вт у LM1875 её довольно низкий коэффициент гармоник резко возрастает, поэтому 20Вт это значение максимальной выходной мощности для качественного усилителя.

Электрическая схема

Схема подключения

Внешний вид

Схему, проект в KiCad можно скачать в разделе техническая документация.

Это открытый проект! Лицензия, под которой он распространяется – Creative Commons — Attribution — Share Alike license. Проект выполнен в KiCad. Любые файлы доступны для скачивания.

www.chipdip.ru

Конструктор готовится к сборке

Сама плата — двусторонняя, выполнена очень профессионально, никаких замечаний или претензий к разработчикам нет.

В комплекте конструктора:

• Заводская двусторонняя плата (покрытие контактных площадок — серебро)
• Алюминиевый радиатор с крепежными отверстиями
• Радиодетали для сборки
• Керамические прокладки под выходные транзисторы
• Изолирующие втулки для крепления выходных транзисторов
• Теплопроводная паста (полный шприц, после сборки осталось еще много, пригодится)
• Перечень компонентов
• Цветная инструкция по сборке и настройке усилителя с картинками (электронный вариант инструкции можно )

Особенности конструктора:

• Присутствует защита акустических систем (от постоянного напряжения на выходе)
• На плате предусмотрены клеммные разъемы (подключение периферии (силовой трансформатор, выход на АС) без пайки)
• Мягкий старт усилителя (задержка включения)
• Использованы только высококачественные проверенные компоненты

Сборка усилителя «не торопясь», в перерывах между основной работой, подработкой в такси и выгулом собакена заняла примерно три дня, если суммировать общее время — то часов 6, не более.

Еще раз повторюсь, детали очень удобно рассортированы по номиналам. Даже совсем начинающий новичок, если будет следовать пошаговой и очень подробной инструкции, справится без особых затруднений и проблем. Единственное условие — аккуратность и еще раз аккуратность.

Для чистоты эксперимента и потому, как настоящие герои всегда идут в обход, сборку осуществлял самым обычным 40 Ваттным паяльником с жалом «лопаткой». Сборка конструктора окончена и вот готовый результат:

Очень удобно выставлять токи покоя — с помощью JP1, JP2 на плате. Выставляем в режиме милливольтметра — 12 милливольт с помощью подстроечных резисторов отдельно в каждом канале. Это пожалуй единственное, что нужно сделать после сборки УМЗЧ.

В инструкции кстати нет упоминания о том, что требуются две перемычки на плате (красные провода 1-1 и 2-2 на фото), без них усилитель работать не будет — вернее без них сигнал с выходных транзисторов не будет поступать к выходу на АС.

Запитал собранный усилитель мощности звука от тороидального трансформатора с двумя обмотками 26 В со средней точкой. Акустику присоединил S30. Три часа — полет нормальный. Ни фона, ни наводок, очень весело меняет цвет с красного на зеленый светодиод в системе защиты АС при включении и выключении усилителя. Радиатор еле тепленький. Мощности хватает за глаза, для меня, по крайней мере.

Но вся прелесть звука раскроется лишь на трехполосных АС вида 25АС-109 или 50АС-106. Сейчас нет их у меня под рукой, но обязательно попробую позже.

Улучшенный выходной каскад УМЗЧ на полевых транзисторах

В статье рассматриваются различные схемо­технические решения для улучшения линейности работы выходного каскада УМЗЧ на n-канальных полевых транзисторах.

УМЗЧ Creek 4330

Классический выходной каскад на двух n-ка­нальных полевых транзисторах был предложен Дж. Линсли Худом ещё в 1969 г. В этой схеме (рис.1) в фазоинверторном каскаде для n-канальных мощ­ных полевых транзисторов VT1 и VT2 использует­ся также n-канальный транзистор VT3 меньшей мощности. Использование в выходном каскаде мощных транзисторов одного типа проводимости вызвано тем, что n-канальные и р-канальные тран­зисторы, имеющие одинаковую мощность и напря­жение сток-исток, очень сильно отличаются по ос­тальным параметрам: крутизне, напряжению отсечки и т.д. Соответственно, при их совместном использовании в выходном каскаде УМЗЧ крайне трудно добиться его качественной работы.

Рис. 1

В этой схеме ток источника тока I1 делится по­левым транзистором VT3 на две части. Это два то­ка протекают через резисторы R1 и R2, имеющие одинаковый номинал. Таким образом, создается U3И для выходных транзисторов VT1 и VT2. Причём при работе каскада сумма U3ИVT1 + U3ИVT2 = const. Т.е. обеспечивается абсолютно точное противо­фазное управление транзисторами выходного ка­скада VT1 и VT2.

Эта схема была разработана для УМЗЧ с глубо­кой ООС, значительно уменьшающей выходное со­противление УМЗЧ. Однако в настоящее время для звуковоспроизводящей аппаратуры высокого класса считается предпочтительным разрабаты­вать УМЗЧ, не использующие глубокую ООС. А в этом случае схема рис. 1 имеет весьма ощутимый недостаток, а именно высокое выходное сопротив­ление, что не позволяет такому УМЗЧ работать на акустическую систему (АС) с импедансом 4…8 Ом.

Модернизированный вариант УМЗЧ Дж. Лин­сли Худа показан на рис.2. Основное отличие этой схемы — замена транзистора VT3 р-канальным прибором. По сути, схема рис.2 — это повторитель входного напряжения с низким выходным сопро­тивлением.

Рис. 2

Однако у такого выходного каскада также есть не­достаток: для обеспечения малых КНИ требуется зна­чительный ток покоя выходных транзисторов — не ме­нее 75…100 мА. Основная причина этого — наличие местной ООС через резистор R1 в фазоинверторе на VT1, что снижает его коэффициент усиления.

Ещё один недостаток такой схемы — это то, что нелинейная выходная ёмкость затвор-исток тран­зистора VT2 включена параллельно этому же ре­зистору R1. Это оказывает частотно-зависимое влияние на местную ООС, что ухудшает линей­ность каскада на высоких частотах.

Рассмотрим ещё один вариант построения вы­ходного каскада с n-канальными выходными тран­зисторами, а именно с использованием диффе­ренциального фазоинвертора (рис.3). Эта схема содержит не только источник образцового тока, но и источник образцового напряжения, что зна­чительно усложняет её по сравнению со схемами, показанными на рис.1 и рис.2. Однако из-за это­го она имеет тот же недостаток, что и схема рис. 1, — высокое выходное сопротивление при от­сутствии глубокой ООС.

Рис. 3

Чтобы устранить этот недостаток, доработаем схему с дифференциальным фазоинвертором, исключив из нее источник образцового напряжения и введя ме­стную ООС (рис.4). Эта схема как бы объединяет схемы, показанные на рис.2 и рис.3. В схеме присутствует дифференциальный фазоинвертор на p-канальных транзисторах, и, в то же время, имеется местная ООС, ко­торая превращает весь выходной ка­скад в повторитель входного напря­жения.

Для работы схемы важно, чтобы напряжение отсечки выходных тран­зисторов было заметно ниже, чем на­пряжение отсечки транзисторов фа­зоинверторного каскада. Этого можно добиться, если в качестве выходных транзисторов VT1 и VT2 использовать полевые транзисторы типа «Logic lev­el» с напряжением отсечки менее 2 В, а в качестве транзисторов VT3 и VT4 — обычные полевые транзисторы с на­пряжением отсечки 3,5…4 В.

Можно конечно использовать транзисторы и с одинаковым напряжени­ем отсечки, однако в этом случае по­надобится организация дополнительного смещения для тран­зистора VT4.

Достоинство схемы, показанной на рис.4, — существенное повышение линейности работы выходного каска­да УМЗЧ. Происходит это по двум причинам:

• во-первых, нелинейная емкость затвор-исток транзистора VT2 больше не является частью местной ООС, как это имело место в схеме, показанной на рис.2;
• во-вторых, увеличенный коэффициент усиле­ния каскада фазоинвертора до замыкания петли ООС.

Чтобы сравнить работу схем, показанных на рис.2 и рис.4, достаточно просто в схеме рис.4 закоротить транзистор VT4 перемычкой, и схема рис.4 тут же превратиться в схему рис.2. При этом разница в звучание УМЗЧ будет более чем за­метная.

Рис. 4

Оказалось, что в схеме рис.4 ток покоя выход­ных транзисторов VT1 и VT2 можно уменьшить практически вдвое, по сравнению со схемой рис.2 — до 50…60 мА. Но даже в этом случае уро­вень КИИ в схеме рис.4 был ниже, и звучала она заметно лучше.

Выходной каскад УМЗЧ.

На рис.5 показана полная схема выходного кас­када УМЗЧ, построенного на основании схемы рис.4.

Рис. 5

Основные характеристики этого УМЗЧ:

1. Выходная мощность (на нагрузке 4 Ом) 70 Вт.
2. Рабочий диапазон частот (при неравномер­ности 1 дБ) 3 Гц — 50000 Гц.
3. Коэффициент нелинейных искажений (в ди­апазоне 20 Гц — 20 кГц), менее 0,05%.
4. Разделение каналов, более 60 дБ.
5. Отношение сигнал / шум, более 100 дБ.

Такой выходной каскад использовался в усили­теле «Creek 4330» А. Никитина (см. фото в начале статьи). Более подробно: https://www.hi-fi.ru/catalog/dom/catalog_data_amp_integr/detail/603025.

УМЗЧ обеспечивает выходную мощность 40 Вт на нагрузке 8 Ом при напряжении питания ±35 В.

Выходной каскад УМЗЧ выполнен на мощных n-канальных транзисторах HUF76639 типа Logic Level, которые имеют следующие основные параметры:

1. Напряжение пробоя сток-исток 100 В.
2. Предельный ток затвора транзистора 50 А.
3. Сопротивление сток-исток во включенном состоянии (при токе 10А) 0,027 Ом.
4. Напряжение отсечки, не более 3 В.
5. Емкость затвор-исток (при напряжении 25 В) 2400 пФ.
6. Максимальная рассеиваемая мощность 180 Вт.
7. Предельная температура 150°С.

Ток покоя выходных транзисторов VT5 и VT6 контролируют на резисторе R16 номиналом 0,47 Ом. Ток покоя должен составлять около 70 мА, и его выставляют подстроечным резистором R24. При этом напряжение на R16 между контрольны­ми точками В1 и В2 должно составлять 33 мВ.

Интересное свойство УМЗЧ, показанного на рис.5, — это симметричное ограничение по току выходного сигнала. При использовании в качест­ве выходных транзисторов VT5 и VT6 HUF76639 оно составляет 30…35А пикового значения, что замет­но меньше максимального тока для данного типа транзисторов. Для достижения этого в схеме уста­новлены резисторы R16 и R17, которые обеспечи­вают защиту УМЗЧ при КЗ на его выходе, при этом минимально влияя на его работу. При отсутствии этих резисторов при КЗ нагрузки возможно само­возбуждении УМЗЧ. При этом возникала кратко­временная перегрузка транзистора VT6 по напря­жению на затворе, этакая «игла» напряжения, которая приводит к выходу из строя транзисторов VT5и VT6.

Наличие в схеме резисторов R16 и R17 устра­няет возможность выхода из строя VT5 и VT6, да­же при относительно длительном КЗ (при котором сгорали предохранители в выпрямителях источни­ка питания УМЗЧ).

При этом R16 и R17 берут на себя основную мощность теплового удара при КЗ. Поэтому они должны быть с мощностью не менее 6 Вт и повы­шенной теплостойкости.

В выходном каскаде УМЗЧ используется общая обратная связь с точки соединения транзисторов

VT5 и VT6 на вход усилителя. Но выходной каскад (рис.5) неплохо работает и без ОООС. При этом он имеет низкое выходное сопротивлением (око­ло 0,1 Ом) и КНИ примерно 0,2% на нагрузке 8 0м при токе покоя в 100 мА. При увеличении тока по­коя КНИ резко уменьшается.

Никакой асимметрии выходного сопротивления плеч на VT5 и VT6 (хотя один из них включён по схе­ме ОС, а второй — ОИ) в УМЗЧ нет из-за наличия местной ООС. Поскольку схема рис.5 хорошо ра­ботает сама по себе, её параметры ещё более улучшаются при охвате всего УМЗЧ общей ООС — ведь такая глубокая ООС ей не нужна для достиже­ния малого КНИ и низкого выходного сопротивле­ния. Без общей ООС в выходном каскаде КНИ на­чинает расти примерно с частоты 4…5 кГц.

Благодаря тому, что выходные транзисторы уп­равляются точно противофазными напряжениями на затворах, этот двухтактный каскад может быть по желанию пользователя смещен в класс работы В, АВ или даже в почти чистый класс А. Если исполь­зовать эффективный радиатор и понизить напря­жение питания до 20…24 В, то можно ещё больше увеличить ток покоя выходных транзисторов VT5 и VT6 и перевести схему из работы в классе АВ го­раздо ближе к работе в классе А. При этом КНИ вы­ходного каскада (без общей ООС) может соста­вить 0,05%.

Скорость нарастания выходного напряжения для данного выходного каскада УМЗЧ составляет около 35 В/мкс, что обеспечивает полосу полной мощности 200 кГц.

Диод D8 защищает р-канальный транзистор VT2 от положительного напряжения затвор-исток.

Диоды D6, D7 защищают выходные транзисто­ры VT5 и VT6. Конечно, диод — элемент нелиней­ный, и его наличие в звуковом тракте крайне не­желательно. В данном случае нелинейность диодов влияет на работу схемы крайне незначи­тельно. Дело в том, что D6, D7 включены по току дифференциально, то есть когда сопротивление у одного уменьшается, у второго оно растёт. Для звукового сигнала эти диоды включены последо­вательно, поскольку выходное сопротивление ге­нератора тока на транзисторах VT1, VT3 достаточ­но большое. Таким образом, в рабочем диапазоне токов диодов D6, D7 их нелинейность практичес­ки полностью компенсируется.

При настройке УМЗЧ также может потребовать­ся подбор в небольших пределах номинала R21 (150…330 Ом) для правильной температурной компенсации тока покоя. Если ток покоя с нагре­вом увеличивается, то сопротивление R21 надо уменьшить, и наоборот. Лучше сделать небольшой отрицательный наклон температурной характери­стики УМЗЧ, чтобы с прогревом теплоотвода ток покоя слегка уменьшался примерно на 10… 15% после работы на полной мощности в течение не­которого времени.

Конструкция и детали выходного каскада.

Выходные транзисторы VT5 и VT6 помещены на ра­диатор с тепловым сопротивлением не больше 1 …1,5°С/Ватт, закреплены посредством прижима свер­ху алюминиевым блоком 10х10х45мм. Изоляция тран­зисторов — только слюдяная с теплопроводящей смазкой с обеих сторон. В качестве изоляционной про­кладки нельзя использовать силиконовые проклад­ки — только слюду или, в крайнем случай, керамику обя­зательно с термопастой. Радиатор следует заземлить.

Для обеспечения термостабильности УМЗЧ транзистор VT1 следует разместить на общем ра­диаторе транзисторов VT5 и VT6, лучше всего пря­мо между ними. Номинал резистора R21 опреде­ляет крутизну температурной компенсации и может быть слегка изменен, при использовании другого типа выходных транзисторов.

В качестве R24 следует использовать много­оборотный подстроенный резистор, например, ти­па СП-38а.

Индуктивность L1 представляет собой отрезок провода сечением 0,5..0,75 мм2 и длиной 15 см между точкой соединения транзисторов VT5 и VT6 и выходными клеммами усилителя. Этого обычно хватает для обеспечения стабильности на ёмкост­ной нагрузке.

Без этой небольшой индуктивности выходной каскад может возбуждаться даже при работе на от­носительно небольшую емкостную нагрузку 5000… 10000 пФ. Надо проверить стабильность работы УМЗЧ при входном прямоугольном сигнале с частотой 1 кГц с емкостью нагрузки от 5000 пФ до 1…2 мкФ. Лучше всего в качестве L1 R30 ис­пользовать резистор 1 Ом 3 Вт с намотанными на него 10 витками провода ПЭВ или ПЭЛ диаметром 1 мм. Это в целом обеспечит хорошую стабиль­ность работы УМЗЧ на реактивную нагрузку.

Выходные транзисторы VT5 и VT6 можно заме­нить HUF76633P3, но при этом выходная мощность УМЗЧ уменьшится до 30 Вт. Другие типы транзи­сторов лучше не устанавливать. Дело в том, что схема УМЗЧ оптимизирована для того, чтобы при КЗ в нагрузке сгорали предохранители на 3 А в вы­прямителях источника питания УМЗЧ, без по­вреждения выходных транзисторов. Поэтому при использовании в качестве VT5 и VT6 других мощ­ных n-канальных Logic level транзисторов они мо­гут быть повреждены при КЗ нагрузки.

Кроме того, применение Logic level транзисто­ров другого типа, например, IRFP15QN потребует заметной переработки схемы, поскольку они име­ют крутизну в 2-3 раза меньше, чем транзисторы HUF76639.

В качестве VT2 VT4 в предвыходном каскаде можно использовать p-канальные транзисторы ZVP2110 или ZVP2120. В самом крайнем случае — IRF9610 вместо ZVP3310.

Транзистор VT3 типа ВС640 можно заменить транзистором типа BD140 (производства компа­нии «Филипс»).

Подготовил: Валерий Костырко, г. Воронеж

Источник: журнал Радиоаматор №9, 2015

FAQ: Усилитель Никитина на N-канальных полевиках

Никитина улучшенный вариант. Это избавит вас от сожалений и недоразумений. Перед вами конструктор, в котором все необходимые компоненты для сборки платы усилителя. Впереди часы, а то и дни увлекательного технического творчества! Это моя пятая версия конструктора, в ней внесены изменения, с учетом пожеланий покупателей, которые приобрели конструктор ранее, а также в результате обсуждений усилителя и монтажной платы на радиолюбительских форумах.

Сайт помогает найти что-нибудь интересное в огромном ассортименте магазинов и сделать удачную покупку. Если Вы купили что-то полезное, то, пожалуйста, поделитесь информацией с другими.

Усилитель А. Никитина — часть 2.

Каскадный режим Линейный режим. У меня конкретно модель A Звуком очень доволен! Автор усилков обещает рассказать о них много интересного , если будут вопросы! Отредактировал в 1. Cambridge Audio A3i Для этого усилителя я в этом году сделал вариант модернизации, позволяющий заметно улучшить параметры и звук.

Подготовлено по материалам одноимённой ветки. На вопросы, от первого лица, отвечает Alex Nikitin. Это переработанный вариант на основе схемы разработанного мной и уже давно снятого с производства усилителя Creek выпуска примерно года. Почти в точности такая схема у усилителя, который я и сейчас использую дома.

Усилитель на LM1875 | Сабвуфер своими руками

Сразу хочу объяснить, что совершенствуя свою аппаратуру, мне пришлось создавать и проверять новые схемы включения усилителей. А поскольку LM1875 — весьма качественная, но при этом относительно недорогая микросхема, то выход ее из строя не очень «бьет по карману», а при удачных схемных решениях сразу показывает их преимущества (если они, конечно, есть).

Хочу поделиться результатами своих экспериментов. При разработке усилителя с отрицательным выходным сопротивлением мне понадобился инвертирующий усилитель мощности. Просматривая литературу, убедился, что схем инвертирующих усилителей мощности очень мало, а удачных и того меньше.

Главная беда таких усилителей склонность к самовозбуждению (особенно этим грешит усилитель Вильчинского). Это и привело к созданию инвертирующего усилителя мощности на LM1875 (рис.1). В схеме отношение сопротивлений резисторов R1/R2 определяет чувствительность усилителя, конденсатор С2 предохраняет его от самовозбуждения, как и цепочка R3-C7.

Питание УМЗЧ двухполярное: ±25 В для нагрузки с импедансом 4 Ом и ±28 В для 8 Ом. Собранный усилитель работал вполне устойчиво.Второй усилитель это мой модернизированный мостовой усилитель для 8-омных динамиков. Коллега подарил мне колонки «S-150» (аналог «S-90»). Они были изготовлены в Латвии в период развала СССР, отсюда и сомнительное качество изготовления динамиков: при проверке их работы на номинальной мощности быстро отлетели гибкие поводки.

Пришлось их припаивать и заливать места соединения поводков на диффузоре клеем «Момент».Низкочастотный динамик 75ГДН (8 Ом) с усиленным магнитом кратковременно выдерживает мощность 150 Вт (соответственно, и название колонок «S-150»). После восстановления колонки работали нормально, и к ним нужно было подобрать усилитель. В первом варианте мостового усилителя не хватало выходного напряжения.

Усилитель на микросхеме LM1875

Появилась мысль: поднять напряжение на транзисторах мостового усилителя, а для питания LM1875 установить стабилизаторы с защитой (рис.2). Выгода явная: LM1875 становится усилителем напряжения, амплитуда выходных сигналов с него максимальна и не зависит от «просадок» напряжения питания. Стабилизаторы из [2] я испытывал лет 30 назад. На мой взгляд, они просты и надежны.

Чтобы развязать микросхемы по питанию , введены резисторы R13…R16, иначе не миновать самовозбуждения. В предложенной схеме в наладке нуждаются только стабилизаторы. Подобрав стабилитронами одинаковое выходное напряжение на выходе стабилизаторов, приступаем к регулировке тока защиты резисторами R17 и R18.

Исходя из того, что одна микросхема потребляет ток порядка 0,12 А, для двух микросхем получаем 0,25 А. Введя коэффициент запаса два (на случай непредвиденных нагрузок), получаем ток срабатывания защиты 0.5 А. Если при этом токе напряжения на выходах стабилизаторов начинают падать, защита настроена правильно, и можно проверять усилитель на LM1875.

Порядок проверки таков:

1. Проверка работы микросхем по отдельности без выходных транзисторов и стабилизаторов.
2. Проверка каждого усилителя в сборе (с выходными транзисторами и стабилизаторами).
3. Проверка мостового усилителя с фазовращателем.

Усилитель успешно выдавал свои 100 «с хвостиком» ватт при относительно низком токе. В принципе, получилась неплохая и экономичная «рабочая лошадка» для 8-омной колонки.

www.radiochipi.ru