Расчет транзисторного высокочастного усилителя мощности.


AudioKiller’s site

Появилась промышленная печатная плата, см. в конце.

Описание этого усилителя длинное. На самом деле это правильно. Если хотите краткости, то вот вам: это отличный усилитель. Все! Всякие там словесные выкрутасы про мощный упругий бас, чувственную середину и прозрачные верха оставим рекламщикам. Но вот если вы хотите понимать, что вы делаете… Знать как усилитель работает, что можно от него получить, как подстроить его для своих нужд и как добиться от него максимум звука, то нужен подробный рассказ. И разобравшись с усилителем, вы увидите, что мои слова о высоком качестве звучания не рекламное вранье (как иногда бывает), а результат хорошо обдуманной конструкции, грамотного изготовления и правильного питания. И сможете сами добиться такого же отличного звука в вашем усилителе, сделанном под ваши требования.

В некоторых кругах меня считают апологетом микросхемы TDA7294. Действительно, на ней можно сделать простой и весьма неплохой усилитель. А что делать, если нужна выходная мощность побольше? Или качество повыше? В таком случае можно сделать вот этот усилитель.

Описываемый усилитель имеет высокие параметры качества и отличное звучание. Он может быть рекомендован для построения высококачественных звуковоспроизводящих систем. В усилителе можно регулировать выходное сопротивление в пределах от нуля до нескольких десятков ом. Это позволяет улучшить качество звучания акустических систем и делает его идеальным для использования с сабвуферами конструкции «закрытый ящик»: повышенное выходное сопротивление позволяет повысить уровень нижних частот и снизить нижнюю граничную частоту сабвуфера. Иногда повышенное выходное сопротивление воспринимается как «мягкий ламповый звук».

Этот усилитель уже работает у меня совместно с сабвуфером. На момент написания этой статьи усилитель проработал 8 месяцев.

Основные параметры усилителя. Встречается мнение, что параметры не нужны, но это глупости. Я планирую написать статью на эту тему, а пока привожу основные параметры усилителя и кратенько их охарактеризую.

ПараметрЗначение
Коэффициент усиления30
Диапазон рабочих частот по уровню -3 дБ7 Гц … 80 кГц
Завал АЧХ на частотах 20 Гц и 20 кГц не более, дБ0,5
Максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом, Вт150
Максимальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом, Вт120
Коэффициент нелинейных искажений при выходной мощности 60 Вт на частоте 1 кГц, %не более 0,005
Коэффициент интермодуляционных искажений измеренных по методу SMPTE на частотах 60 Гц и 7 кГц при соотношении амплитуд 4:1 (при выходной мощности 60 Вт)не более 0,005
Коэффициент интермодуляционных искажений измеренных на частотах 18 и 19 кГц при соотношении амплитуд 1:1 (при выходной мощности 60 Вт)не более 0,005
Скорость нарастания выходного напряжения, В/мксне менее 15
Выходное сопротивление, Ом0…20

Коэффициент усиления. Ку задается глубиной ООС. Если он слишком мал, усилитель будет «тихим». При очень большом Ку глубина ООС мала и растут искажения. Ку = 30 – самый подходящий вариант. У этого усилителя не следует делать Ку меньше 20, т.к. усилитель может потерять устойчивость.

Завал АЧХ на крайних частотах звукового диапазона меньше, чем разрешающая способность слуха на этих частотах. Т.е. спада уровня сигнала не услышит никто.

Максимальная выходная мощность зависит от блока питания, поэтому в реальности она может быть меньше. Числа, указанные в таблице – это максимум, что можно выжать из усилителя. Для помещения не более 60 м2 такой мощности вполне хватит.

Коэффициенты искажений показывают величину искажений. По определению, искажения – это отличия того, что получаем на выходе от того, что подаем на вход. Разница практически нулевая (раз в 10 меньше разрешающей способности слуха), так что мы услышим только тот звук, который подали на вход, и никакой отсебятины. Разные тесты позволяют оценить работу усилителя с разных сторон. Про искажения в усилителях я тоже планирую написать специальную статью.

Что касается диапазона частот и скорости нарастания выходного напряжения. Очень часто эти цифры используются в рекламных целях – чем больше, тем лучше. До потери здравого смысла. Например, вы покупаете автомобиль. И вам предлагают два варианта. У одного автомобиля максимальная скорость 220 км/ч, у другого – 520 км/ч. Разумеется, вы выберете второй – ведь он быстрее, не так ли? Или все же задумаетесь, а нужна ли такая максимальная скорость? То же самое и со скоростными параметрами усилителя. Ограничение усиления на низких частотах исключает перегрузку громкоговорителя инфразвуком (если он образуется, например, при проигрывании коробленых грампластинок). Да и для людей инфразвук вреден. Ограничение АЧХ на ВЧ во-первых снизит проникновение возможных помех. Во вторых, есть связь между верхней граничной частотой и скоростью нарастания выходного напряжения. Если верхняя граница частотного диапазона ограничена, то при разумной скорости нарастания динамические искажения (которые могут появиться вследствие применения ООС) вообще не возникнут! Те самые, которыми пугают потребителей – в этом усилителе их вообще не будет! Благодаря ограничению частотного диапазона.

И еще один важный момент. Существует по крайней мере два способа измерения скорости нарастания выходного напряжения усилителя:

1. На вход подаем прямоугольный сигнал огромной амплитуды, так, что все транзисторы работают на пределе своих возможностей. Естественно, что все транзисторы выходят из режимов работы и никакие обратные связи при этом не действуют. Этот метод измерения дает очень красивые рекламные цифры, поэтому его часто используют.

2. На вход усилителя подают сигнал с разумными параметрами и режимы работы транзисторов в усилителе сохраняются. Такой способ измерения дает значения в несколько раз меньше, чем первый, но он соответствует реальной работе усилителя в реальных условиях с реальным сигналом. То есть усилитель работает и сигнал воспроизводится. Это примерно как техническая и реальная скорострельность у пулемета. Я в этом усилителе скорость нарастания измерял именно этим, вторым способом.

Принципиальная схема усилителя показана на рисунке 1. Схема построена по топологии Лина. Входной дифференциальный каскад на транзисторах VT3 и VT4 для получения максимального усиления, симметрии и скорости нарастания выходного напряжения нагружен на токовое зеркало VT1 и VT2. Резисторы R5 и R6 в эмиттерах увеличивают линейность каскада и его перегрузочную способность, а также снижают влияние разброса параметров транзисторов. Источник тока VT5, VT6 (по сравнению с резистором, который иногда применяют в этом месте) снижает уровень интермодуляционных искажений. Эмиттерный повторитель VT7 повышает усиление. Транзистор VT9 служит для автоматического уменьшения тока покоя выходных транзисторов VT11, VT12 при повышении их температуры. Резистор R16 регулирует ток покоя выходного каскада.

Усилитель с полевыми транзисторами. Схема

Повышенное выходное сопротивление создается комбинированной отрицательной обратной связью (ООС) – и по напряжению и по току. ООС по напряжению снимается с выхода усилителя и через резистор R20 подается на его инвертирующий вход. ООС по току снимается с резистора – датчика тока R27 и подается на инвертирующий вход через резистор R21. Несколько необычное включение цепи R9C4 используется, чтобы обеспечить нулевое постоянное напряжение на нагрузке при использовании ООС по току.

Тут надо сказать одну важную вещь. Для получения повышенного выходного сопротивления в усилителе совместно с ООС по напряжению всегда используют ООС по току. То есть одновременно действуют две разные цепи отрицательной обратной связи. Это ЕДИНСТВЕННЫЙ способ получить повышенное выходное сопротивление. А названий у этого способа много: каждый называет по-своему. Я такую обратную связь называю комбинированной, кто-то называет гибридной, а кто-то “бешеной” (Mad Feedback – очень круто звучащее рекламное название). Но разницы между всеми этими системами нет никакой. Всякая разница в звуке будет зависеть в основном от конструкции усилителя. И от той величины выходного сопротивления, которую вы установите. Так что этот усилитель = ТОСник = Mad Feedback ~ ИТУН. Если честно, то разница между усилителями все-таки есть. Для этого моего усилителя (и усилителя с регулируемым выходным сопротивлением на микросхеме TDA7294 / TDA7293) выходное сопротивление можно точно рассчитать. Вообще все параметры моих усилителей, зависящие от цепей ООС, да и сами цепи ООС не приблизительно, а точно рассчитываются по программе, написанной специально для этого.

Цепь R1С2 является фильтром, подавляющим возможные высокочастотные помехи. Не будьте идеалистами, ВЧ помехи в усилитель обязательно пролезут, и этот фильтр – последний бастион на их пути. Значение емкости конденсатора С2 указано для случая, если на входе усилителя установлен регулятор громкости. Если же этот усилитель подключен к предусилителю (и регулятор громкости установлен в предусилителе), то емкость С2 надо увеличить в 2 раза.

Конденсатор С7 выполняет сразу несколько функций, каждая из которых очень полезна:

1. Он “ускоряет” работу ООС.

2. Он ограничивает верхнюю рабочую частоту усилителя. То есть усилитель усиливает до 80 кГц не потому, что его схема или детали плохие и медленные. Без конденсатора С7 верхняя граничная частота усилителя составляет примерно 1200 кГц. То есть, усилитель сам по себе является быстрым, но он включен по схеме фильтра, так, что на высоких частотах глубина ООС увеличивается, и усиление уменьшается. Это снижает искажения на высоких частотах и избавляет усилитель от динамических искажений.

Но в таком применении конденсатора есть ряд опасностей, поэтому я не могу рекомендовать его для абсолютно всех усилителей. Зато абсолютно точно известно, что в моем усилителе это конденсатор полезен.

Внешний вид экспериментального образца усилителя показан на рис.2.

Усилитель с полевыми транзисторами

На фотографии видно, что резистор R15 имеет другое значение, а резистор R26 немного подгорел. Это я экспериментировал и измерял параметры. При подаче сигнала частотой 10…20 кГц и мощностью 60 Вт в нагрузке, R26 подгорает. Но в реальном сигнале такого большого напряжения на высоких частотах не бывает.

Для измерения искажений использовалась звуковая карта EMU0404 и программа SpectraPLUS. Поэтому измеренные уровни искажений на самом деле соответствуют системе звуковая карта + усилитель. На рис. 3 показана амплитудно-частотная характеристика суммарного коэффициента гармоник усилителя. По горизонтали на ней откладывается значение частоты тестового тона, на которой измерялся уровень искажений. При измерениях использовался режим с разрядностью ЦАП/АЦП 24 бита и частотой дискретизации 192 кГц. Т.е. возникающие при измерениях гармоники учитывались в диапазоне вплоть до 90 кГц (что очень важно для правильного определения величины Кг на высоких частотах).

Усилитель с полевыми транзисторами. Искажения.

Очень часто для того, чтобы получить красивые рекламные цифры, измеряют только те гармоники, частота которых попадает в диапазон от 20 Гц до 20 кГц. При этом пишут «честно»: Кг в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Но имеют в виду не то, что тестовый сигнал лежит в этом диапазоне, а что учитываются только те гармоники, которые попали в этот диапазон. Поэтому при измерении Кг на частоте 10 кГц (когда подают тестовый сигнал частотой 10 кГц, и смотрят гармоники, имеющие частоты 20, 30, 40, 50 кГц и т.д.), то учитывают только вторую гармонику, равную 20 кГц, и все. Она маленькая, и рекламные цифры получаются хорошие. В моих измерениях при частоте тестового сигнала 10 кГц в результаты попали первые 9 гармоник (в реальности их столько и не было – усилитель очень линеен даже на высоких частотах). При частоте тестового сигнала 16 кГц в результаты попали первые 5 гармоник (а вот их практически столько и было). А при измерении на частоте 20 кГц – первые 4 гармоники. Это вполне честно, т.к. гармоника, имеющая наибольшую амплитуду третья, и она была измерена точно на всех частотах.

Рост искажений на высоких частотах обусловлен в основном снижением глубины ООС с ростом частоты. Вторая из основных причин – рост искажений входного каскада из-за повышения его выходного напряжения, которое в свою очередь вызвано снижением усиления каскада усиления напряжения на транзисторе VT8. Как видно, коэффициент гармоник даже на высоких частотах имеет небольшую величину.

На рис. 4 показан спектр искажений на частоте 1 кГц. Как видно, в нем присутствуют только первые три гармоники, остальные ниже порога измерений (измерения проводились при разрядности 24 бита, так что все значения выше -120 дБ верные). Такой узкий спектр искажений хорошо сказывается на качестве звучания, в результате в усилителе полностью отсутствует неприятный «транзисторный звук».

Усилитель с полевыми транзисторами на выходе

На рис. 5 показан спектр интермодуляционных искажений, измеренных на частотах 18 и 19 кГц при соотношении амплитуд 1:1. Это один из наиболее жестких тестов, позволяющих оценить линейность усилителя на высоких частотах, где глубина ООС существенно снижается. Тест позволяет выявить нелинейность и/или плохие высокочастотные свойства исходного усилителя. Как видно из рис. 5, разностная частота 1 кГц имеет исчезающе малую величину, что говорит о высокой линейности усилителя. Количество «боковых частот», отличающихся от тестовых на величину 1 кГц также невелико и их амплитуды маленькие. Это говорит о том, что спектр искажений остается узким («мягким») даже на высоких частотах.

Усилитель с полевыми транзисторами на выходе

Все измерения искажений проводились при выходной мощности 60 Вт на нагрузке 6 Ом при питании усилителя от штатного блока питания. Здесь тоже бывают манипуляции для получения красивых рекламных цифр. Иногда на выход вообще не подключают нагрузку (пишут: при выходном напряжении, соответствующем такой-то выходной мощности). Иногда питают усилитель от специального стабилизированного источника. Мои измерения соответствуют работе усилителя в реальных условиях.

Результаты измерений показывают, что по уровню искажений данный усилитель не только не уступает многим дорогим и именитым промышленным моделям, но и превосходит их. Для более наглядного сравнения описываемого усилителя с этими дорогими, на рис. 6 показана зависимость коэффициента гармоник на частоте 1 кГц и нагрузке 4 ома от выходной мощности для 80-ти ваттного варианта блока питания. Это важный момент: не надо забывать, что максимальная выходная мощность усилителя (да и вся его работа) определяется источником питания. Про него рассказ впереди.

Усилитель с полевыми транзисторами. Искажения в зависимости от выходной мощности.

Хочу обратить ваше внимание вот на что. Во многих дорогих усилителях при уменьшении выходной мощности искажения растут. Это следствие работы выходного каскада в экономичных режимах. Или следствия экономии в конструкции. Или из-за использования «цифровых» усилителей. В любом случае, рост искажений при снижении выходной мощности – это не хорошо. В данном усилителе такой рост искажений отсутствует: искажения остаются низкими при любой выходной мощности, не превышающей максимальную, и растут только при перегрузке.

Величину выходного сопротивления усилителя при данных значениях номиналов элементов цепей ООС можно регулировать одним только резистором R21. Регулировочная зависимость Rвых от R21 показана на рис. 7. Для получения больших значений выходного сопротивления следует воспользоваться программой расчета комбинированной ООС. Но обычно выходное сопротивление не требуется больше чем 8 Ом, для улучшения работы колонок и сабвуфера хватает сопротивления 2…6 Ом. Если повышение выходного сопротивления не требуется, то резистор R21 из схемы исключается, а резистор R27 заменяется проволочной перемычкой. Тогда усилитель работает как “обычный” с низким выходным сопротивлением (доли ома) и высоким коэффициентом демпфирования.

Установка выходного сопротивления

Конструкция и детали. Усилитель собран на печатной плате. Зелеными линиями на рис.8 показаны отрезки медного провода сечением 1,5 мм2, припаянные на печатный проводник для уменьшения его сопротивления. На самом деле я проверил вариант и без них – все отлично работает, и параметры усилителя не ухудшились (потому что разводка правильная). Но все же для большего душевного спокойствия можно их припаять. Толщина провода не так уж и важна. Главное – его симметричное расположение вверх-вниз на рисунке относительно отверстия в плате для подключения «земли».

Усилитель с полевыми транзисторами. Чертеж печатной платы.

Конденсатор С7 напаян на выводы резистора R20. Все резисторы, кроме указанных на схеме, имеют мощность 0,125 или 0,25 Вт. Если усилитель используется в стерео или многоканальном варианте, то желательно использовать резисторы, входящие в цепь ООС (R9, R20, R21), высокой точности, не хуже 1%. Либо подобрать их с одинаковым сопротивлением для всех каналов. Иначе усиление каналов может немного различаться. Резисторы R24, R25, R27 проволочные.

Конденсаторы С2, С3, С7 керамические с ТКЕ группы NP0 (такие конденсаторы линейные и не вносят искажений). При использовании усилителя совместно с сабвуфером номиналы некоторых конденсаторов лучше изменить как указано на схеме. С1, С10 – пленочные на напряжение не менее 63 вольт. Конденсаторы С8 и С11 могут быть как пленочные, так и керамические на напряжение 63 вольта. Учитывайте, что с пленочными конденсаторами не ошибешься – на меньшее напряжение их не выпускают, а керамические могут оказаться низковольтными и их пробьет. Если доступны малогабаритные конденсаторы, например фирмы EPCOS, то емкость С8 и С11 желательно увеличить до 1 мкФ. Конденсаторы С4, С5, С6, С9, С12 любые качественные. В качестве С4 можно использовать полярный электролитический конденсатор. При этом желательно измерить полярность постоянной составляющей на выходе усилителя после сборки и перепаять конденсатор С4 в соответствии с этой полярностью. В процессе работы конденсаторы не нагреваются, так что выгоднее использовать конденсаторы с допустимой температурой 85 градусов – их свойства немного лучше.

Максимальное допустимое напряжение конденсаторов С5, С6, С8, С9, С11, С12 должно быть по крайней мере на 10% больше напряжения источника питания на холостом ходу.

Если очень хочется, то в качестве С5 и С6 можно использовать конденсаторы 470 мкФ, а в качестве С9 и С12 конденсаторы 2200 мкФ. Но это практически ничего не улучшит (кроме чувства удовлетворения). А вот конденсаторы типа Low ERS или Low Impedance в качестве С9 и С12 очень бы подошли (в усилителе, параметры которого приведены здесь, использовались “обычные” конденсаторы Jamicon).

Конденсатор С1 задает частоту среза на низких частотах. С величиной емкости, указанной на схеме, нижняя частота среза равна 7 Гц. Если ваши громкоговорители плохо воспроизводят очень низкие частоты, то есть шанс перегрузить громкоговорители низкими частотами. В этом случае целесообразно повысить нижнюю граничную частоту усилителя, согласовав ее с возможностями колонок. Чтобы избежать перегрузки громкоговорителей низкими частотами, и не потерять бас, нижняя частота среза усилителя должна быть примерно в 2…3 раза ниже нижней рабочей частоты колонок. Конденсатор С1 емкостью 0,47 мкФ обеспечит частоту среза, равную 10 Гц; С1 = 0,33 мкФ – частоту среза 14 Гц; С1 = 0,22 мкФ – частоту среза 22 Гц.

Транзисторы 2N5551/2N5401 можно заменить на 2CS2240/2SA970. Транзисторы 2SA1930/2SC5171 на 2SA1358/2SC3421, либо (что несколько хуже) на 2SB649/2SD669. Транзистор VT9 – любой с проводимостью типа n-p-n в изолированном корпусе ТО-126. В качестве выходных можно использовать транзисторы IRFP240/IRFP9240. А вот популярные транзисторы 2SJ162/2SK1058 фирмы Hitachi лучше не использовать – их параметры хуже. Если же решите их использовать, обратите внимание, что у них другая цоколевка.

Выходные транзисторы размещаются на радиаторах с эффективной площадью не менее 700 см2 на каждый транзистор. Транзисторы изолируются от радиатора при помощи слюды или специальных теплопроводящих пленок. Для улучшения теплоотвода необходимо использовать термопасту (которой смазывается и промежуток транзистор-прокладка, и промежуток прокладка-радиатор).

Усилитель является сравнительно высокочастотным устройством, поэтому для снижения возможных помех рекомендуется использовать на всех кабелях (входных, акустических и питания) ферритовые шайбы. На выводы выходных транзисторов я попробовал устанавливать ферритовые кольца – это не дало никакого результата. А вот ферриты на кабелях – это хорошее решение. Ферритовая шайба – одно из немногих устройств, которое ничего не ухудшит. А вот улучшить может, т.к. высокочастотные помехи от радиоустройств пытаются проникнуть в усилитель абсолютно через все кабели, даже через акустические.

Напряжение питания усилителя ограничивается допустимыми напряжениями его элементов и не должно превышать ±55 вольт. При замене конденсаторов в цепи питания (С5, С6, С8, С9, С11, С12) на конденсаторы с допустимым напряжением 80 вольт, напряжение питания можно увеличить до ±65 вольт. При этом должны быть использованы транзисторы тех типов, что указаны на схеме. И увеличена площадь радиаторов. Однако подобное повышение напряжения питания не рекомендуется, особенно при работе на низкоомную нагрузку (6 ом и меньше).

Налаживание правильно собранного усилителя заключается в установке резистором R16 тока покоя выходных транзисторов в пределах 230…250 мА. После прогрева на холостом ходу ток покоя необходимо подкорректировать. Ток покоя определяется по величине напряжения между истоками выходных транзисторов. Такая величина тока покоя может показаться слишком большой, но установлено, что повышение тока покоя до такой величины по сравнению с “обычными стандартными” значениями снижает искажения выходных транзисторов в несколько раз и заметно сокращает спектр этих искажений.

Важную роль в работе усилителя играет его источник питания. Он же определяет такие параметры усилителя, как максимальная выходная мощность, перегрузочная способность, уровень фона и даже величина искажений.

Схем блоков питания много, и я периодически об этом пишу. В этом усилителе я применил схему, показанную на на рис. 9. Конденсатор С1 подавляет импульсные помехи, поступающие из сети. Лучше в этом месте использовать специальный помехоподавляющий конденсатор емкостью 0,1…0,15 мкФ на напряжение 275…310 вольт переменного тока, но такие конденсаторы более дефицитны (но доступны в интернет-магазинах). Резисторы R1 и R2 служат для разряда конденсаторов фильтра при выключении питания. Для выпрямления используется либо готовый диодный мост, либо отдельные диоды. Хорошие результаты дает применение в выпрямителе диодов Шоттки. Максимальное допустимое обратное напряжение на диодах должно быть не менее 150…200 вольт, максимальный прямой ток зависит от выходной мощности усилителя и числа его каналов.

Усилитель с полевыми транзисторами. Блок питания.

Для сабвуфера и стереоусилителя с выходной мощностью не более 80 Вт максимальный прямой ток диодов не должен быть меньше 10 ампер (например, мосты типа RS1003-RS1007 или КВРС1002-КВРС1010). При большей выходной мощности и/или большем числе каналов усиления выпрямительные диоды должны быть рассчитаны на прямой ток не менее 20 ампер. Например, мосты КВРС4002-КВРС4010, КВРС5002-КВРС5010 или диоды Шоттки 20CPQ150, 30CPQ150 с параллельным включением обоих диодов в корпусе. В этом случае рекомендуется увеличить суммарную емкость конденсаторов фильтра до 30000 мкФ на плечо. Гнаться за какими-нибудь экзотическими конденсаторами не нужно, подойдут и обычные. Также не имеет смысла ставить массив конденсаторов. Если попадутся конденсаторы Low ESR, то они будут работать чуть лучше, чем обычные. Но будет гораздо полезнее установить такие конденсаторы на плату усилителя, где нет влияния длинных соединительных проводов.

Для дальнейшего уменьшения импульсных помех, приходящих из сети, можно каждый из диодов зашунтировать конденсатором 0,01 мкФ на напряжение не менее 100 В.

Для выбора необходимой габаритной мощности трансформатора и напряжения на его вторичных обмотках в зависимости от требуемой максимальной выходной мощности усилителя можно воспользоваться программой расчета источника питания. А можно графиками на рис. 10. Черными линиями показаны графики минимальной мощности трансформатора. Сплошная линия соответствует стерео усилителю, пунктирная – сабвуферу. Цветные линии – напряжение на каждой из вторичных обмоток. Для стерео варианта усилителя в график на рис. 10 нужно подставлять требуемую максимальную выходную мощность одного канала. Данный график предназначен для определения мощности силового трансформатора усилителя, предназначенного для воспроизведения записанной музыки (с магнитофона, компакт-диска, виниловой грампластинки и т. п.). Для питания усилителя, предназначенного для исполнения музыки, например, в составе рок-группы, рисунком пользоваться нельзя.

Выбор напряжения питания усилителя.

Может показаться странным тот факт, что мощность трансформатора стереоусилителя меньше его удвоенной выходной мощности. Здесь имеется ввиду минимальная мощность трансформатора, достаточная для нормальной работы усилителя. Дело с том, что пикфактор звуковых сигналов составляет 12…16 дБ, поэтому максимальная выходная мощность усилителя достигается сравнительно редко и на короткое время. Значит средняя выходная мощность, а следовательно, и потребляемый от блока питания ток, получаются в несколько раз меньше максимальной. Поэтому и средняя мощность, потребляемая от трансформатора в несколько раз меньше максимальной. Трансформатор рассчитан на эту среднюю выходную мощность плюс кратковременные пики максимальной мощности, причем с некоторым запасом. Можно использовать трансформатор с габаритной мощностью больше, чем показано на рис. 10, но превышать эту мощность более чем в два раза смысла уже нет.

Подключение платы усилителя к остальной части усилителя (блоку питания, предусилителю, регулятору громкости и проч.) надо делать по правилам, тогда получите максимум качества звучания.

Усилитель не содержит схемы защиты акустических систем, поэтому для защиты АС от постоянного напряжения можно использовать одну из распространенных схем. Свой вариант схемы я выложу позже – тот, который я использовал, заточен под этот усилитель, а я хочу сделать его достаточно универсальным, чтобы подходил для всех.

Промышленно изготовленные платы для этого усилителя можно купить.

Для скачивания:

Схема усилителя и расположение деталей на плате

mosfet-amp-100w

Печатная плата в формате Sprint Layout

mosfet-amp-100w

15.04.2017

Total Page Visits: 211 — Today Page Visits: 11

↑ Несколько слов о коммутации

Во-первых, блок защиты АС.
Блок защиты должен был удовлетворять следующим требованиям: — Задержка при включении, нужна, в том числе чтобы лампы успели прогреться. — Защита от постоянного напряжения на выходе обоих полярностей. — Защита при пропадании одной из полярности напряжения питания. — Простота, чтобы никаких специализированных микросхем, только транзисторы и реле.

Перепробовал несколько схем. Идеала не нашёл. В итоге оставил одну, наиболее лучшую из них. Но и она не идеальна, поэтому схему не привожу. Порекомендовать не могу. По этой же причине защита АС не разведена на прилагаемой плате.

Во-вторых, питание.

По сути, получается два усилителя в одном корпусе. У каждого свой блок питания. Я поставил два тумблера по питанию 220В. Первых включает собственно SRPP и позволяет использовать усилитель как ушной. Он же подаёт питание на второй тумблер. Второй тумблер подаёт питание на усилитель мощности, что позволяет включать его только при необходимости. Вторые группы контактов обоих тумблеров включены последовательно и принудительно отключают реле защиты АС.

В-третьих, реле Защиты АС у мены контактовя на 4 групп.

Две группы собственно включают АС, третья группа подаёт питание на реле защиты затворов. Четвертая группа контактов переключает сигнальный светодиод с красного на жёлтый.

В итоге получилась следующая логика работы:

— Можно включить только усилитель для наушников первым тумблером. Если при этом включён второй тумблер, то одновременно включается и УМ. Соответственно без первого тумблера УМ не включается. — При включении усилителя мощности (второй тумблер) горит красный светодиод, идёт задержка включения АС, затворы полевиков замкнуты на землю. — После задержки включаются АС, включаются реле защиты и отключают от земли затворы, включается жёлтый светодиод. — При срабатывании защиты АС отключаются колонки, включается красный светодиод и затворы замыкаются на землю. — При отключении питания любым из тумблеров принудительно отключается реле защиты АС и, следовательно, отключаются АС и затворы сажаются на землю.

В общем, защита получилась со всех сторон. Как тумблерами питания не щелкай, плохого ничего не случится.

Конструкция.

Все блоки усилителя собраны на печатных платах. Каждый канал усилителя собирается на отдельной плате, так что для стерео-варианта их понадобится две штуки.

Автор гарантирует, что вы получите наилучшие результаты, если будите использовать именно те элементы, которые указаны в перечне (см. ниже). Между тем, ничто не мешает заменить их на другие аналогичные — имеющиеся в наличии или в плане эксперимента.

Сборку рекомендуется начинать с блока питания:

Увеличение по клику

Печатные платы усилителя рассчитаны на крепление транзисторов на радиаторы или основание усилителя (которое будет служить радиатором):

Увеличение по клику

Все соединительные провода должны быть соответствующего сечения и как можно короче.

На фото показан вариант крепления выходных транзисторов и транзистора термостабилизации:

Увеличение по клику

Обратите внимание, что все транзисторы изолированы от корпуса/радиатора. Для достижения наилучших результатов автор советует сначала закрепить транзисторы на радиаторы, затем согнуть их выводы под прямым углом, после чего вставить выводы в отверстия платы и закрепить её. Пропаивать выводы следует в самую последнюю очередь, когда транзисторы и плата будут окончательно спозиционированы относительно друг друга и закреплены.

В конструкции автора два больших радиатора используются как боковые стенки корпуса усилителя, на которых закреплены печатные платы каждого канала. В центральной части расположены тороидальные трансформаторы питания, плата блока питания и плата защиты АС:

Увеличение по клику

Для экономии места плата блока питания закреплена над трансформаторами:

Увеличение по клику

Для снижения уровня фона и помех все «общие» провода должны соединяться в одной точке, как показано на схеме:

Увеличение по клику

↑ Прослушивание

Послушал готовый вариант. Играет громко и не плохо. Звук понравился. Раскачивает современные колонки хорошо. Схема всеядна на колонки. Можно и 4 Ома и 8 Ом. Для закрепления положительного впечатления отнёс к соседу, который помогал с корпусом.
Тут небольшое отступление. Музыку он слушает на следующей технике: CD проигрыватель, ресивер, колонки. Все неплохого качества, известных брендов. Бренды указывать не буду. Не в бренде дело. Когда пару лет назад я услышал, как все это играет, то не побоялся сказать что в звуке что-то не то. В принципе нормально, но немного не так все звучит, как хотелось бы. С высокими ерунда какая-то. И смазано как-то. В общем, он со мной согласился. Досконально разбираться не стали. Сошлись на мнении что, скорее всего колонки подкачали.

В общем, принёс я к нему этот усилитель. Подключили к его колонкам, включили. Пришлось забрать свои слова о колонках обратно. Нормальные оказались колонки. Все зазвучало. Придраться практически не к чему. Через пару часов прослушки с заменой репертуара, с переходом на винил и даже на простой FM приёмник, мне надоело искать недостатки. Я оставил ему усилитель «на погонять и выявить недостатки» и ушёл.

«Погонять» заняло практически месяц. В процессе поучаствовали другие соседи и гости. Недовольных не нашлось. Забегая вперёд скажу, что мой сосед участвовал в прослушивании многих собранных мной усилителей, и настолько проникся хорошим звуком, что я собрал для него, в качестве премии, ламповый усилитель. Теперь «бренд» пылится. Но это другая история.

Параметры и схема усилителя MuGen:

  • Входная чувствительность: 825 мВ (8 Ом) и 770 мВ (4Ом)
  • Входное сопротивление: 300 kОм
  • Усиление: 29 дБ (23 дБ с общей отрицательной обратной связью)
  • Выходная мощность (при 1% THD): 70 Вт на нагрузке 8 Ом,
  • 110 Вт на нагрузке 4Ом
  • Коэффициент гармоник (THD) + шум:
      при выходной мощности 1 Вт / 8 Ом : <0,1%
  • при выходной мощности 10 Вт / 8 Ом : <0,15%
  • Коэффициент демпфирования: 20 (на 8 Ом нагрузки)
  • Схема усилителя представлена на рисунке:

    Увеличение по клику

    ↑ Доводка

    Прослушивание не пропало даром. Выяснилось, что периодически «звук становится то громче, то тише». Причём когда тише, звучит «лучше». Забрал обратно усилитель для поиска причин такого поведения. Долго не мог поймать этот эффект. Первое, на что грешил, это уход параметров при нагреве. Не подтвердилось. Ток покоя оставался стабильным не зависимо от температуры выходных транзисторов. Ноль на выходе тоже никуда не убегал.
    Виновато оказалось напряжение питающей сети. Практически всегда оно стабильно 220В. Очень редко, потому и поймать долго не мог, оно повышалось до 245 и даже выше. В общем, при повышенном напряжении возрастало и анодное напряжение Вольт на 15-20. Этого хватало, чтобы звук изменялся. Тут и пригодилось то, что в питании SRPP был электронный дроссель. Пару деталей навесным монтажом и он превратился в стабилизатор. И все встало на свои места. Примечание:

    на приведённой плате дроссель не разведён в режиме стабилизатора.

    В настоящий момент усилитель занял своё место в ряду других поделок. Периодически используется, когда нужно устроить «небольшую дискотеку».

    Рейтинг
    ( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями: