Читать онлайн «Путеводитель по журналу «Радио» 1981-2009 гг» автора Терещенко Дмитрий — RuLit — Страница 42

Рассказать в:

Уважаемые радиолюбители, Вашему вниманию предлагается усилитель, который неоднократно уже обсуждался на многих форумах различных сайтов, усилитель П.Зуева, может быть, для кого-то он покажется уже не актуален. Однако, этот усилитель характерен своей хорошей повторяемостью, достаточно хорошим звучанием, несложной сборкой и настройкой для начинающих, наличием встроенной триггерной электронной защиты, стабильностью и надежностью в работе. Даже собранный на советской (отечественной) элементной базе усилитель обладает хорошими характеристиками и параметрами. Применение и использование импортных современных компонентов не ухудшат звучание, однако не стоит торопиться заменять все подряд элементы. Ниже будет описана рекомендуемая процедура замен. ОУ можно заменить высокоскоростными ОРА132, tl071, lf357nи др. по «вкусу», если учесть, что почти не осталось в продаже К544УД2, К574УД1 (в металле с соответствующими цепями коррекции), вполне приемлемы и их аналоги в пластмассе серии КР. Низкочастотный vt2 (КТ502Е), используемый в качестве источника тока, нет особой необходимости заменять на более высокочастотный. Без изменений можно и оставить vt4-5-6-7-9, желательно vt6-7-9 подобрать с более высокими коэффициентами усиления (своевременное срабатывание защиты, соответственно, порог срабатывания отстраивается при помощи r23-r26). Мной трижды собирался данный усилитель, существенных проблем не возникало, применялась в качестве экспериментов и импортная элементная база.Вовсе и не помешает применение в усилителе и отдельного узла защиты акустики (береженого бог бережет). Последующее описание приводится и с учетом практической деятельности.

Исследования заметности искажений, вносимых транзисторными усилителями мощности ЗЧ, показали, что она находится в прямой зависимости от величины коэффициента гармоник. В частности, такое неприятное явление, как «транзисторное звучание», полностью исчезает при коэффициенте гармоник менее 0,03 %. Получить столь низкое значение коэффициента гармоник можно только при достаточно большой глубине отрицательной обратной связи (ООС). Однако увеличение глубины общей ООС снижает быстродействие усилителя (скорость нарастания его выходного напряжения) и может привести к динамическим искажениям. Линеаризации усилителя НЧ и одновременное снижение глубины общей ООС повышают быстродействие усилителя, но получить таким путем коэффициент гармоник 0,03 % сложно, так как линеаризации подвергаются, как правило, предварительные каскады, а основным источником нелинейных искажений в усилителе мощности ЗЧ является выходной каскад. Анализ свойств ООС позволил сделать вывод о том, что малый коэффициент гармоник при высокой скорости нарастания сигнала и хорошей устойчивости усилителя можно получить введением многопетлевой (многоканальной) ООС. Усилитель мощности с такой ООС и предлагается вниманию читателей в публикуемой ниже статье. Достоинствами усилителя являются также эффективная электронная триггерная защита от перегрузок и коротких замыканий на выходе и хорошая повторяемость, выражающаяся в том, что его технические характеристики не зависят от разброса усилительных параметров применяемых транзисторов.

Основные технические характеристики

Номинальный диапазон частот, Гц, при неравномерности АЧХ не более ±0,25 дБ 20…20 000
Номинальное сопротивление нагрузки, Ом 4
Номинальная (максимальная) выходная мощность, Вт, при сопротивлении нагрузки, Ом:
4 70(100)
8 40(60)
Диапазон частот, Гц, при выходной мощности — 3 дБ от номинальной 5… 100 000
Скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс, не менее 15
Коэффициент гармоник, %, не более, при номинальной выходной мощности на частоте, Гц:
20…5000 0,001
10 000 0,003
20 000 0,01
Коэффициент гармоник, %, не более, при выходной мощности 0,25…70 Вт, в диапазоне частот 20…20000 Гц 0,01
Номинальное входное напряжение, В 1
Входное сопротивление, кОм, не менее, в полосе частот 20…20 000 Гц 47
Выходное сопротивление, Ом, не более, в полосе частот 20…20 000 Гц при отключенной катушке l3 0,001
Выходное сопротивление, Ом не более, в полосе частот20…3000 Гц при подключенной катушке l3 0,1
Максимально допустимая емкость нагрузки, мкФ 0,1
Относительный уровень шума, дБ, не более, в диапазоне частот 20…20 000 — 105
Относительный уровень фона, дБ, не более — 105

Принципиальная схема усилителя мощности показана на рис. 1. Первый каскад собран на операционном усилителе (ОУ) da1, остальные — на транзисторах (второй и третий — соответственно на УТ1, vt3, четвертый — на vt8, vt11 и vt10, vt12, пятый — на vt13, vt14). В четвертом (предоконечном) каскаде использованы транзисторы разной структуры, включенные по схеме составного эмиттерного повторителя, что позволило ввести в него местную ООС и таким образом повысить линейность и снизить выходное сопротивление. Для снижения переходных искажений на высоких частотах выходной каскад работает в режиме АВ, а сопротивления резисторов цепей смещения (r30, r33) ограничены величиной 15 Ом.

Усилитель с многопетлевой ООС (И снова усилитель П.Зуева.)

Все транзисторные каскады усилителя охвачены цепью местной ООС глубиной не менее 50 дБ. Напряжение ООС снимается с выхода усилителя и через делитель r10r12 подается в цепь эмиттера транзистора vt1. Частотная коррекция и устойчивость по цепи ООС обеспечиваются конденсатором С4. Введение местной ООС позволило даже при самых неблагоприятных сочетаниях усилительных свойств транзисторов ограничить коэффициент гармоник этой части усилителя величиной 0,2 %. Дальнейшее снижение нелинейных искажений усилителя в целом достигнуто введением глубокой (не менее 66 дБ) общей ООС через делитель напряжения r3, r6. В результате, независимо от разброса параметров примененных экземпляров транзисторов и ОУ, удалось получить очень малый коэффициент гармоник. Частотная коррекция по цепи общей ООС осуществляется в самом ОУ при замкнутых выводах 1 и 8. На частотах выше 1 МГц, где сигнал общей ООС ослабляется и приобретает большой фазовый сдвиг, устойчивость усилителя обеспечивается местной ООС, напряжение которой снимается с выхода ОУ и через цепь r5c3 подается на его инвертирующий вход.

Необходимо отметить, что добиться значительного снижения нелинейных искажений при введении общей ООС возможно только в том случае, если первый каскад усилителя (в нашем случае, ОУ) обладает достаточно малыми искажениями. В частности, совершенно недопустимо использовать в этом каскаде усилителя ОУ с нулевым током покоя выходного каскада (даже если ОУ быстродействующий). Несколько слов о назначении отдельных элементов усилителя. Цепь r1С2 ограничивает полосу пропускания усилителя мощности частотой 100 кГц и таким образом, ослабляет проникающие на его вход внешние высокочастотные помехи, цепь r2c1 определяет нижнюю частоту среза АХЧ усилителя (5 Гц на уровне —3 дБ), l3r34c10 предотвращает его самовозбуждение на высоких частотах при емкостной характере нагрузки. Включенные в эмиттерные цепи транзисторов vt8, vt10 резисторы r25, r27 повышают устойчивость работы предоконечного каскада, а безындукционные резисторы r28, r29 — выходного. Резистором r4 балансируют усилитель при его налаживании (поддержание нулевого потенциала на выходе усилителя). Транзисторы vt4 и vt5 и резисторы r14, r15, r16 образуют цепь смещения выходного каскада. Резисторы r31, r32 в цепях эмиттеров транзисторов выходного каскада служат для температурной стабилизации тока покоя и одновременно являются датчиками тока для устройства защиты усилителя от перегрузок.

Устройство защиты состоит из триггера на транзисторах vt6, vt7 и порогового элемента на транзисторе vt9. Работает оно следующим образом. Как только ток через любой из выходных транзисторов превысит 8…9 А, транзистор vt9 открывается, и его коллекторный ток открывает транзисторы триггера vt6, vt7. В результате закрываются транзисторы vt2,vt3, а вслед за ними и транзисторы vt8, vt10 и vt11 — vt14. Диоды vd7, vd8 защищают выходные транзисторы vt13, vt14 от напряжения обратной полярности, возникающего при срабатывании электронной защиты из-за появления ЭДС самоиндукции на катушке l3 и катушках фильтров акустической системы. Состояние перегрузки индицирует светодиод vd5. Выходной каскад усилителя мощности находится в выключенном состоянии до тех пор, пока не будет снято напряжение питания. Если причина перегрузки устранена, то при повторном включении работоспособность восстановится. В противном случае снова сработает защита, и выходной каскад будет отключен. Достоинство рассмотренной системы защиты — ее высокое быстродействие (несколько микросекунд), повышающее эксплуатационную надежность усилителя. Однако, перегрузка выходного каскада может быть вызвана не только чрезмерным уровнем входного сигнала, но и большой перегрузкой входа высокочастотной помехой, а также некоторыми неисправностями в цепи смещения выходных транзисторов. В этих случаях через оба транзистора может потечь опасный для них сквозной ток. Порог срабатывания описанной системы защиты от сквозного тока в два раза ниже, чем по току каждого из плеч выходного каскада, поскольку он создает падение напряжения на двух резисторах r31 и r32, и это, безусловно, повышает эффективность защиты усилителя от перегрузок. Порог срабатывания системы защиты по току регулируют подбором резистора r26. При работе усилителя на нагрузку 8 Ом резистор r26 можно исключить, что снизит порог срабатывания системы защиты до 6..6,5 А. Усилитель может питаться от нестабилизированного двуполярного источника питания напряжением (в режиме холостого хода) ±36 В с допустимым током нагрузки не ниже 3 А и емкостью конденсаторов фильтра выпрямителя не менее 2х10000 мкФ (параллельно зашунтировать пленочными). Уменьшение напряжения источника питания при номинальной выходной мощности усилителя не должно превышать 5В. Работоспособность усилителя сохраняется при снижении напряжения питания до ±25 В, при этом его номинальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом падает до 30 Вт.

Конструкция и детали

.

Детали усилителя размещены на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм (рис. 2). Транзисторы vt11, vt12 предоконечного каскада смонтированы на П-образных теплоотводах (рис. 3), установленных на печатной плате, выходные транзисторы (vt13, vt14) — на теплоотводах с площадью охлаждающей поверхности на каждый транзистор около 600 см2. К теплоотводу (в непосредственной близости от одного из этих транзисторов) приклеен и транзистор vt5. В усилителе применены подстроечные резисторы СП4-1В, СП5-2 (r16) или импортные желательно многооборотные, проволочные, постоянные резисторы МОН-1a (r28, r29, r34) и МЛТ (остальные, кроме r31, r32). Резисторы r31, r32 (СП5-16) выполнены из нихромового провода диаметром 0,7…0,8 мм (отклонение их сопротивлений от номиналов, указанных на схеме, не должно превышать ±5 %). Конденсаторы С1 (качественный пленочный полипропиленовый МКР, полистирольный К71-7, а также известных зарубежных брендов-производителей, С2-С4 — КМ, КТ, КСО и т.п. Катушки l1, l2 намотаны на. корпусах резисторов r28, r29 и содержат по 30 витков провода ПЭВ-1 0,2мм. Катушка l3 — намотана, на тороидальном (для уменьшения внешнего магнитного поля) текстолитовом каркасе с наружным диаметром 18, внутренним 11 и высотой 18 мм. Она содержит 35 витков провода ПЭВ-1 0,8мм, равномерно размещенных на каркасе в один слой.

Усилитель с многопетлевой ООС (И снова усилитель П.Зуева.)

Примененные в усилителе транзисторы КТ630Б (vt3, vt8) могут быть заменены на КТ630А, КТ630Г или на КТ602А(М), КТ602Б(М); КТ361К (vt1) — на ВС560С, kt3107a, КТ3107Б, КТ3107И, 2n5401 или на КТ313А, КТ313Б. Диоды vd3, vd4 — любые из серий Д220, Д223, КД503, КД513, КД522, 1n4148; vd6 — любой кремниевый импульсный диод с допустимым обратным напряжением не менее 80 В и емкостью не более 20 пФ (1n4148). Резисторы moh-1a (r28, r29) можно заменить на резисторы С2-1 того же номинала. ОУ da1 — любой из серии К(Р)544УД2 или К(Р)574УД1 (в последнем случае понадобится доработка печатной платы, поскольку для коррекции АЧХ ОУ необходимо дополнительно установить конденсатор емкостью 1,8 пФ, а для балансировки ОУ — подстроечный резистор с сопротивлением 3,3 МОм). При напряжениях питания усилителя не выше ±30 В транзисторы КТ814Г и КТ815Г (vt11, vt12) можно заменить на КТ814В И КТ815В, а КТ819ГМ и КТ818ГМ (vt13, vt14) — на 2Т819А, КТ819В (металлопластик) и на 2Т818А, КТ818В соответственно.

Требования к монтажу.

Низкий коэффициент гармоник усилителя накладывает определенные требования на монтаж внешних цепей. Для уменьшения наводок от магнитных полей, возникающих в монтажных проводах при протекании по ним электрического тока, провода, соединяющие выводы транзисторов выходного каскада с печатной платой, необходимо свить на всем протяжении, причем их длина не должна быть более 15 см, а сечение – не менее 1 мм2 , лучше 1,5мм2. Провода питания от конденсаторов фильтра выпрямителя до самой печатной платы также должны быть свиты. Длина этих проводов — не более 20 см, сечение — не менее 1 мм2 , лучше 1,5мм2 (от этого зависит преобладание более низкочастотных составляющих в звуке). Провода питания нужно припаять к соответствующим контактам 3, 12 печатной платы, а общий, провод — сначала к шасси усилителя (в непосредственной близости от контакта 7 печатной платы), а затем (от точки пайки) — к этому контакту. Провода, идущие от вторичных обмоток трансформатора питания к выпрямителю и от выпрямителя к конденсаторам фильтра, тоже должны быть по возможности более короткими и обязательно свитыми по всей длине. Скрученными проводами соединяют и выход усилителя с разъемом для подключения громкоговорителя. При этом общий провод соединяют с шасси усилителя в той же точке, что и общий провод питания. Рекомендуемый шаг скрутки проводов — не более 40 мм.

Сигнал следует подавать на вход усилителя через экранированный провод с наружной изоляцией, причем экранирующую оплетку необходимо надежно припаять сначала к шасси (в непосредственной близости от контакта i печатной платы), а затем и к самому контакту 1. Для уменьшения высокочастотных помех, наводимых на каскады предварительного усиления, шасси усилителя рекомендуется изготавливать из немагнитного материала с хорошей электропроводностью (алюминий, латунь и т. п.), а трансформатор питания разместить по возможности дальше от каскадов предварительного усиления или же отделить экраном. Налаживание начинают (при отключенной нагрузке) с установки (подстроечным резистором r16) тока покоя транзисторов vt13, vt14 в пределах 150…250 мА. После прогрева в течение 20…30 мин ток покоя измеряют еще раз и при необходимости, устанавливают в пределах, указанных выше. Затем подстроечным резистором r4 добиваются отсутствия постоянного напряжения на выходе усилителя (допустимое его значение не более ±10 мВ). После этого подключают к выходу усилителя эквивалент нагрузки, подают на выход синусоидальный сигнал частотой 20 кГц и напряжением 0,6 В и на экране осциллографа наблюдают выходное напряжение усилителя. Оно должно быть без видимых искажений и характерной для самовозбуждения «размытости». Для повышения вероятности обнаружения этих дефектов усилителя выходной сигнал рекомендуется подавать на вход осциллографа через дифференцирующую цепь с постоянной времени около 0,2 мкс, например, из резистора сопротивлением 200 Ом и конденсатора емкостью 1000 пф (на мой взгляд нет особой необходимости собирать дополнительную ниже приведенную схему для измерений, схема устойчивая, достаточно генератор и осциллограф). При этом необходимо предварительно убедиться в отсутствии искажений формы сигнала самого генератора. Далее увеличивают входной сигнал до тех пор, пока выходное напряжение не начнет ограничиваться. Ограничение должно наступить практически одновременно по обеим полуволнам синусоиды.

Усилитель с многопетлевой ООС (И снова усилитель П.Зуева.)

Вносимые усилителем искажения оценивают компенсационным методом. Схема соединений измерительных устройств показана на рис. 4. Резисторами r3, r4, r7 компенсируют активные составляющие разбаланса, резисторам r2 — реактивные. Компенсацию производят до получения минимального уровня остаточного сигнала (между точками А и В), наблюдаемого на экране осциллографа. Для повышения точности измерения входной сигнал следует подавать непосредственно на резистор r2 усилителя (при отключенных элементах r1 c1, c2), а выходное напряжение снимать с точки соединения резисторов r31, r32. Цепь r9c4 ослабляет попавшие на выход усилителя высокочастотные внешние наводки и, таким образом, повышает точность измерения. Устройство защиты от перегрузок проверяют следующим образом. При отсутствии сигнала на входе подключают к выходу усилителя нагрузочный резистор сопротивлением 2,45…2,55 Ом и вольтметр переменного тока (класса 1,5) с верхним пределом измерений 20…30 В, устанавливают частоту генератора в пределах 1…2 кГц и плавно повышают его выходное напряжение до тех пор, пока не сработает устройство защиты. Показание вольтметра в момент, непосредственно предшествующий его срабатыванию, должно составлять 14…16 В. В противном случае следует подобрать резистор r26 и повторить испытание. Эту процедуру нужно проводить достаточно быстро, чтобы не перегрелись выходные транзисторы.

В завершение вместо нагрузочного резистора сопротивлением 2,5 Ом подключают эквивалент номинальной нагрузки (4 Ом), подают на вход усилителя номинальное входное напряжение частотой 1 кГц и замыкают накоротко выход усилителя. При этом сразу должно сработать устройство защиты, а после повторного включения питания работоспособность усилителя должна полностью восстановиться. Несколько слов о характере искажений усилителя.

Указанные в технических характеристиках коэффициенты гармоник измерялись в полосе частот до 250 кГц, т. е. учитывалось не менее 10 гармоник даже высшей воспроизводимой усилителем частоты 20 кГц. Выходной каскад усилителя работал при этом в режиме АВ. Вносимые усилителем искажения носили импульсный характер, длительность импульсов лежала в пределах 0,5… 1 мкс, и возникали они в момент переключения транзисторов выходного каскада. Наличие импульсов отражает тот факт, что глубина ООС в усилителе падает с ростом частоты, и самые высокочастотные составляющие продуктов искажений слабо подавляются ООС. Степень подавления этих составляющих зависит, как известно, от быстродействия усилителя. Быстродействие рассматриваемого усилителя (предельная скорость нарастания snp его выходного напряжения) определяется током покоя iп каскада на транзисторе vt1 и суммарной емкостью СΣ корректирующего конденсатора С4 и коллекторного перехода транзистора vt3 (snp=iп/cΣ). При iп=1,2 мА и СΣ=60 пФ sпр= =20 В/мкс (2sc3502e — Скол.пер.=1,2 пф). Для исключения динамических искажений в усилителе, snp должна быть не менее 3 В/мкс, т. е. рассматриваемый усилитель имеет, как минимум, пятикратный запас по быстродействию. Поэтому он способен обеспечить на частоте 100 кГц мощность в нагрузке лишь на 3 дБ меньше номинальной. В тех случаях, когда допустимо некоторое увеличение коэффициента гармоник, выходной каскад усилителя можно перевести в режим В (с нулевым током покоя выходных транзисторов). Для этого между базами холодных транзисторов vt13, vt14 необходимо (резистором r16) установить напряжение 0,8…0,9 В. Искажения типа «ступенька» при этом будут отсутствовать, так как в переходной зоне, когда выходные транзисторы закрыты, ток в нагрузке усилителя обеспечивается предоконечным каскадом. Наибольший коэффициент гармоник (0,1 %) будет в этом случае на частоте 20 кГц при выходной мощности около 0,25 Вт. На средних частотах звукового диапазона и при больших выходных мощностях он снизится до 0,002… 0,02 % (измерения продуктов искажений усилителя проводились в полосе частот 0…2 МГц). Анализ спектрального состава продуктов искажений, вносимых усилителем, показал, что наиболее мощные составляющие приходятся на область частот 100…2000 кГц, т. е. лежат за пределами звукового диапазона. Мощность компонентов, попадающих в полосу звуковых частот, очень мала по сравнению с полной мощностью продуктов искажений и составляет примерно одну тысячную ее часть. Поэтому подобные искажения можно рассматривать как высокочастотную помеху, не воспринимаемую на слух, а значит, и не влияющую на качество звучания несмотря на то, что объективно измеренный (в широкой полосе частот) коэффициент гармоник усилителя может быть довольно большим. Видимо, имеет смысл практически исследовать степень заметности таких искажений на слух и, если они не будут оказывать заметного влияния на качество звучания, можно поставить вопрос о нормировании коэффициента гармоник высококачественных усилителей мощности ЗЧ (естественно, на достаточно малом уровне) с учетом только тех составляющих, которые попадают в полосу частот 20 — 20 000 Гц. Интересно, что измеренный таким способом (в полосе частот 5…20 000 Гц) коэффициент гармоник рассматриваемого усилителя (в режиме В) не превышал 0,003 % в диапазоне частот 20…20 000 Гц и выходных мощностей 2…70 Вт, что подтверждает сказанное выше о спектральном составе продуктов искажений. Измеренный этим же способом коэффициент гармоник усилителя, выходной каскад которого работает в режиме АВ, не превышает 0,002 % в тех же диапазонах частот и выходных мощностей, что говорит о высокой эффективности ООС в полосе звуковых частот. При мощности менее 2 Вт продукты искажений столь малы, что маскируются выходными шумами усилителя, поэтому измерение коэффициента гармоник становится практически невозможным. Радио № 11-12 1984г.

Возвращаясь к напечатанному: Радио № 10 1985г.

Блок питания для усилителя:

Конструкции блока питании зависит оттого, с каким усилителем он будет работать. Схема блока питания для усилителя, выходная мощность которого при сопротивлении нагрузки 4 Ом составляет 70 Вт, приведена на рисунке.

Усилитель с многопетлевой ООС (И снова усилитель П.Зуева.)

Для питания одноканального усилителя той же мощности при том же сопротивлении нагрузки или двухканального усилителя мощностью 2×35 Вт при 8-омной нагрузке подойдет блок питания с одним трансформатором. Первичная обмотка его включается так же, как и у трансформатора Т1. Две вторичные обмотки соединяются последовательно. Выводы от крайних точек получившейся обмотки подключают к выпрямителю, а среднюю точку — к точке соединения конденсаторов С1 и С2. Конденсаторы СЗ, С4 в этом случае следует исключить. Предохранители fu1, fu2 должны быть рассчитаны на максимальный ток 3 a, a fu3—fu6 — на 4 А. Для питания одноканального усилителя с выходной мощностью 70 Вт нужен трансформатор габаритной мощности 180… 200 Вт, а для стереофонического усилителя мощностью 2×70 Вт — 350…400 Вт. Вторичная обмотка состоит из двух частей, каждая из которых рассчитана на напряжение 26…27 В (в режиме холостого хода) и ток 3,5…4 А — для одноканального и 7…8 А — для стереофонического усилителя.

В качестве трансформаторов питания Т1, Т2 подойдут ТС-180, ТС-200, ТС-200К, которые применяются в телевизорах черно-белого изображения, а также тороидальные трансформаторы. Напряжение 220 В подается на выводы 1 и 1 первичных обмоток, а выводы 2 и 2 следует соединить между собой. Вторичные обмотки потребуется перемотать на отдельных каркасах. При использовании трансформатора ТС-200 или ТС-200К каждая из вторичных обмоток содержит по 84 витка провода ПЭВ-2 1,6мм, а для трансформатора ТС-180 — по 90 витков провода ПЭВ-2 1,55мм. Следует подчеркнуть, что параллельно соединенные вторичные обмотки трансформаторов Т1, Т2 должны содержать строго одинаковое число витков, иначе трансформатор может выйти из строя. В блоке питания можно применить также трансформатор ТПП321. В этом случае следует задействовать только часть вторичной обмотки между выводами 11 и 14 (если соединить 12 и 13) и 17 и 20 (если соединить 18 и 19).

(Иначе говоря, опять же желателен оптимально трансформатор с габаритной мощностью 250 Вт с двумя вторичными обмотками 2х27 В сечением около 1,5мм2).

При самостоятельном изготовлении трансформатора его можно рассчитать по методике, описанной в журнале «Радио», 1980, № 11, с. 62.

Исходные данные для расчета приведены в таблице.

Защита громкоговорителей:

можно использовать тот же способ защиты громкоговорителей, который реализован в усилителе «БРИГ — 001 стерео» (см. «Радио», 1979, № 11, с. 37).

Особенности системы защиты при пониженном напряжение питания: система защиты рассчитана на работу, при номинальном напряжении питания ± 36 В. Опыт показал, что при пониженном напряжении питания иногда снижается надежность срабатывания защиты. Повышенное падение напряжения на диоде vd6 приводит к неполному запиранию транзистора vt3. Поэтому лучше отобрать такие экземпляры диодов Д220Б (vd6), прямое падение напряжения на которых не превышает 0,9 В при токе 30 мА.

Дополнение о замене деталей:

диоды в выпрямителе желательно высокочастотные, быстродействующие: КД213, КД2999, КД2997, КД2994, Шоттки и имп. В качестве vt2 (личное мнение о замене читайте вначале) можно использовать транзисторы отечественные КТ626В, КТ602А, КТ602Б, причем КТ602 должны иметь ток iкб0<1 мкА при напряжении uкб=80 В. Транзисторы vt 11-12 — КТ814Г, КТ815Г можно заменить на 2sb649a и 2sd669a, 2sa1837 и 2sc4793, 2sa1930 и 2sc5171 или 2sa1306 и 2sc2238,операционный усилитель К544УД2А — на lf357n, tl071, opa132, КР544УД2А или К(Р)574УД1В(А), как менее шумящую, обладающей большей скоростью нарастания выходного напряжения.. Емкость конденсатора, корректирующего АЧХ операционного усилителя К574УД1Б, должна быть 47 пф. vt3 — 2sc3502e(желательно на небольшой теплоотвод, пластину), vt4 – КТ3102ВМ, vt5 – КТ814А, КТ602БМ, vt9 – КТ814Г, vt8, vt10 – на 2sa1380 и 2sc3502Е, 2sb649a и 2sd669a. Стабилитроны Д814Д на КС515А, КС213Б или имп. на 15в (можно параллельно им установить электролитические и неполярные пленочные конденсаторы, например, 220мк х 25в и 0,33мк х 63в). Выходные транзисторы на 2sc3281 и 2sa1302 или 2sa1943 и 2sc5200. Диоды vd7-8 можно из серии frна 3 А, 200В.

Близко подобранные номиналы конденсаторов и резисторов значительно повысят устойчивость, надежность в работе и простоту в настройке усилителя.

О подборе транзисторов:

при повышенном обратном токе коллектора iкб0 транзистора КТ502Е (vt2) возможно нарушение режимов работы транзисторов vt8, vt11, vt13 после срабатывания защиты. Поэтому vt2 следует отбирать по величине lкб0< 1мкА при напряжении uкб=80 В (КТ9115- iкбо <0,05 мкА).

Желательно транзисторы выходного, предвыходного каскадов попарно подобрать с близким коэффициентом усиления.

Защита усилителя от воздействия импульсных помех:

При воздействии на вход усилителя импульсных помех большой амплитуды должна срабатывать защита усилителя. Во избежание перегрузок следует сузить полосу пропускания предварительного усилителя до 20…40 кГц, а также ограничить амплитуду его выходного сигнала до 2…2,5 В.

О максимально допустимой ёмкости нагрузки:

для проверки устойчивости усилителя и исследования характера переходных процессов при комплексной нагрузке иногда рекомендуют подключить к выходу усилителя, помимо эквиваленте нагрузки, конденсатор и подать на вход сигнал прямоугольной формы (см. «Радио», 1980, № 11, с. 31. Емкость нагрузки усилителя не должна превышать 0,1 мкФ (при испытаниях это емкость конденсатора, подключенного к выходу усилителя). Реально емкость нагрузки определяется собственной емкостью соединительного кабеля, которая обычно не превышает 0,1 мкФ; таким образом, накладываемое ограничение не влияет на выбор акустической системы и разделительных фильтре».

О температурном режиме транзисторов:

при нормальном режиме транзистор vt3 нагревается до 55…65 °С, а транзистор vt8 — до 65…75 °С, что не сказывается отрицательно на работе усилителя (по возможности использовать небольшие теплоотводы).

О налаживании усилителя.

Хотя налаживание усилителя достаточно подробно описано в статье, обнаружились некоторые типичные ошибки, допускаемые радиолюбителями при повторении конструкции. Приступая к настройке, важно не забыть соединить выводы 1 и 7 (после налаживания их надо подключить так, как это указано в статье). Транзисторы vt13, vt14 сначала не подключают. Установив движки резисторов r4 в среднее положение, а r16 в положение максимального сопротивления, измеряют постоянное выходное напряжение усилителя. Если оно превышает ±10 мВ, его следует уменьшить подстроечным резистором r4. Затем измеряют напряжения между точками 5 и 7, 7 и 10. Они не должны превышать ±0,55 В. После этого подключают выходные транзисторы vt13, vti4, расположенные на радиаторе с площадью охлаждения около 1000см2 и проверяют отсутствие напряжения на выходе усилителя. Подстроечным резистором r16 добиваются нужных напряжений на базах транзисторов (они указаны на схеме), при необходимости балансируют «0» на выходе r4. Работу устройства защиты проверяют по методике, приведенной в статье. Мощность рассеяния резистора r20: мощность рассеяния этого резистора должна быть 1 Вт. Если она будет меньше, то после срабатывания устройства защиты резистор r20 может перегореть.

О блоке питания для усилителя:

Вторичные обмотки трансформаторов Т1 и Т2 следует наматывать не на отдельных, а на тех же каркасах, что и раньше. Начало обмотки ii.2 трансформатора Т1 надо соединить не с концом, а с началом обмотки ii.1 того же трансформатора.

Перечень указанных взаимозамен далеко не ограничен. Использование либо неиспользование предварительного усилителя индивидуально для каждого. Приводится и вариант возможного использования в качестве ОУ КР574УД1А с соответствующими цепями коррекции, а также показательный вариант на импортной элементной базе. vd5 — на лицевую панель Вашего усилителя, транзистор vt5, обеспечивающий термостабильность – на радиатор между выходными транзисторами с использованием теплопроводящей пасты (КПТ-8) и через изолирующую слюдяную прокладку, если использован транзистор с «открытым» на корпусе коллектором. Изначальный вариант печатных плат представлен в указанных журналах «Радио», а также Новый в «Радио» № 11-2008г. (автор разработки не я, а однофамилец). Перед первымвключением удобно в целях безопасности подачу питания +-36 В осуществлять через резисторы 10 ом 2 Вт (вместо предохранителей) или же через механические, стрелочные приборы, например Ц4352 (хотя бы в одно плечо), имеющие защиту, в случае непредвиденных обстоятельств она сработает и отключит питание, предварительно установив предел измерения постоянного тока 1,5А (не больше). Прежде тщательно и внимательно проверьте правильность монтажа, пайки, соединений. Удачи!

Печатные платы в формате lay

Раздел: [Усилители мощности низкой частоты (на транзисторах)] Сохрани статью в: Оставь свой комментарий или вопрос:

Про конструирование усилителей звуковой частоты

Во времена СССР наверное не было электронщика который не собрал хотя бы один усилитель звуковой частоты. Вещь – реально полезная и в общем доступная в плане сборки. То есть не нужно некое специальное оборудование для наладки. Генератор, осциллограф, в идеале – анализатор спектра. Но в общем, если конструкция нормальная и собрано всё правильно, то может начать работать сразу и без всякой настройки.

Я сейчас не могу точно сказать – сколько в своей жизни собрал усилителей. Помню, что первый был на 4 транзисторах МП-38-42 для простого приемника прямого усиления, приемники уже тогда были у меня предметом фетишистского обожания. Другой собрал уже на микросхеме К174УН7, для супергетеродина что предназначался для приема западных радиостанций. Кстати на этой микросхеме был собраны УНЧ для безумного советского магнитофона МАЯК-231 (232,233), причем работала она там в ужасном режиме, на полную мощность.

Да, изучая схемы разных усилонов что публиковались в журналах, я столкнулся со странной гонкой за понижение частоты гармонических искажений. Уже чуть позже, узнав что такое ряды Фурье и спектральный анализ у меня возникло два вопроса. Первый: Как человеческое ухо (даже такое как Бетховена или Верди) может заметить коэффициент искажений в 0,001% Как? Да такого просто не может быть! Второй: а чем измеряли такой коэффицент? Я работал с несколькими советскими (других тогда не было) анализаторами спектра и они в лучшем случае могут обеспечить точность измерения в 0,1% (что тоже неплохо).

Иллюстрация показывающая как гармоники искажают исходный сигнал

Первой серьезной конструкцией которую я собрал, был «Усилитель с многопетлевой ООС» (Радио 1984 г.). Популярная была конструкция, ее многие повторяли. Да, нормально так работал. Но как этот Зуев измерил коэффицент в 0,01%?

Но это ладно! В 1989 году я стал свидетелем, как один меломан повторил т.н. «Усилитель высокой верности» Сухова. Безумная конструкция, которая неплохо работала. Он очень гордился, хотя как по мне, советский усилон Бриг-001 звучал совсем не хуже.

Одновременно я видел и нигде не опубликованные, но не менее безумные схемы на десятках транзисторов (все суперкачественные УНЧ собирались на рассыпухе) с коэффициентом гармоник в десятитысячные доли процента, с параллельным усилением по разным полосам, с операционными усилителями в ООС, в общем много чего видел и слышал, но только к середине 90-х годов у меня выработалось свое мнение по поводу усилителей как таковых.

  1. На усилитель нужно смотреть просто как прибор усиливающий электрический сигнал. По напряжению, по току, или по напряжению и току одновременно. То есть подали на вход Asin(wt) и в идеале сняли с выхода kAsin(wt), где k – коэффицент усиления.
  2. Усилитель должен обладать максимально возможным отношением сигнал/шум (желательно — 80-100 дБ)
  3. Усилитель должен иметь максимально высокую скорость нарастания выходного напряжения, то есть малое «тау» на выходе при подаче на вход прямоугольного импульса.
  4. Следствие п.3. Усилитель должен иметь широкую полосу пропускания, то есть она должна быть фактически линейна в диапазоне 100 Гц – 100 кГц.
  5. Подобно тому как самая важная вещь в телевизионном усилителе – хорошая антенна, самая важная часть в любом усилителе – колонки! Акустическая система. Вы можете собрать усилон с коэффицентом гармоник 0,003%, отношением сигнал-шум в 120 дБ и скоростью нарастания в 200 В/мкс, но звучать он у вас будет отвратительно если отвратительными будут колонки. Хотя тут конечно все субъективно. Я вот очень хорошо чувствую низы, то есть если низы звучат не так как мне нравится – всё, усилитель или колонки для меня не существуют. Народ почему–то больше обращает внимание на высокие частоты, мне это совсем не понятно.

Фишка в том, что многие условия в конструировании усилителей взаимно противоположны, как и в теории систем вообще. Так, увеличение глубины ООС (отрицательно обратной связи) повышает устойчивость, снижает коэффициент искажений, но при этом снижает быстродействие и чувствительность (как и в государстве с переразвитым бюрократическим аппаратом: оно устойчиво, но медленно на всё реагирует). Отдельная тема – ламповые усилители – там спокойно можно обойтись без ООС и параметры никак не ухудшатся. Может быть поэтому ламповые дают такой приятный звук, даже на коэффициенте гармоник в «смешные» 0,3%

Один из моих усилителей «Verdi». Юзается на тех же колонках что и тот, зуевский, с «многопетлевой ООС». Уверяю вас, звучит ничем не хуже, хотя мощность конечно меньше, но у меня и колонки всего 25 ватт. Надо, надо конечно новые брать уже давно. Думаю возьму какие то олдовые. Акай или Денон. Реально «держит АЧХ» до 50 кГц. Шум практически не слышен. Подумываю о том, чтобы перевести его на импульсное питание, думаю шум вообще исчезнет. Собран на микросхеме TDA7294A, которая, в свою очередь, собрана на полевых транзисторах.

Собирал по этой схеме, но у меня нет разделения на «ноль» и «землю». ну и номиналы чуть другие в некоторых позициях.

Корпус как обычно из пластмассы, темброблок экранирован.

Устанавливаем компоненты. Трансы ТВК — от старых ламповых советских телеков.

И все остальное тоже.

Почти всё в сборе! Добавлен темброблок на TDA 1524A, коммутатор входов и вентилятор который врубается если трансы нагреваются выше 55 градусов.

Стал на полочку

AudioKiller’s site

Статья опубликована в журнале “Радио” №№ 4,5 за 2008 год.

По сравнению с журнальной публикацией здесь слегка измененная печатка и добавлено фото собранного усилителя.

Скачать: Программа расчета комбинированной ООС.

Известно, что повышение выходного сопротивления УМЗЧ улучшает его взаимодействие с нагрузкой и обычно снижает нелинейные искажения акустической системы [1]. Однако при выходном сопротивлении усилителя, сопоставимом с сопротивлением нагрузки, вследствие рассогласования фильтров суммарная АЧХ многополосной АС нередко ухудшается. Поэтому с ростом выходного сопротивления наряду с улучшением условий работы динамических головок акустической системы происходит искажение ее АЧХ, что ухудшает звучание. На рис. 1 в качестве примера показаны АЧХ напряжения на зажимах трех АС, подключенных к УМЗЧ с выходным сопротивлением 5 Ом. Номер графика соответствует порядковому номеру АС в табл. 1. Очевидно, что увеличение напряжения на 3…5 дБ приводит к заметному частотному дисбалансу в звучании.

Усилитель с регулируемым выходным сопротивлением

Таблица 1

№ АСТип АСАкустическое оформлениеОбъем корпуса, лЧисло полосНоминальное сопротивление, Ом
1Monitor Audio Bronze B1ФИ526
2150АС-009 «Кливер»ФИ7038
3Самодельные:НЧ — Visaton W130 S/8;ВЧ — Vifa D27TG-05-06ЗЯ828
4«Свен-770S» (тыловые)ЗЯ526
5Самодельные:НЧ — Peerless CSX 176H (850122);ВЧ — Vifa D 27 TG -45-06 (вклю­чение биампингом с двухполосным УМЗЧ)ЗЯ1828

Надо отметить, что искажения АЧХ большей частью обусловлены тем, что разделительные фильтры (кроссоверы) проектируются в расчете на использование АС совместно с ИНУН (источника напряжения, управляемого напряжением), что ограничивает применение УМЗЧ с ненулевым выходным сопротивлением для работы со многими АС промышленного производства. Вторая по значимости причина ухудшения звучания — чрезмерное повышение добротности НЧ головки и вызванное этим «бубнение».

Обычно для каждого комплекта усилитель + громкоговоритель существует некоторое оптимальное значение выходного сопротивления усилителя ( рис. 2 ), где искажения АЧХ еще не так заметны, чтобы отрицательно повлиять на звучание АС.

Усилитель с регулируемым выходным сопротивлением

Возникает два вопроса: какое значение выходного сопротивление является оптимальным и насколько субъективно улучшается качество звучания АС? Чтобы ответить на эти вопросы, автор провел исследование ряда характеристик нескольких акустических систем, как промышленных, так и самодельных, подбирая выходное сопротивление усилителя так, чтобы получить высококачественный звук. Основные характеристики этих АС приведены в табл. 1.

Негативное влияние рассогласования разделительного фильтра (кроссовера) на АЧХ акустической системы легко преодолимо, если использовать многополосный усилитель. В этом случае частотное разделение производится активными фильтрами в предварительном усилителе, а головки громкоговорителей подключаются непосредственно к выходу УМЗЧ. Поэтому от такого включения стoит ожидать большего оптимального выходного сопротивления и большего улучшения качества звучания, чем от «готовой» АС, и вариант с двухполосным усилителем также был исследован (№5 в табл. 1).

Результаты оптимизации выходного сопротивления УМЗЧ для обычных АС приведены в табл. 2. Следует отметить, что это результаты субъективного теста, которые соответствуют вкусам слушателей — участников теста. Исследование проводилось методом сравнения режимов с выходным сопротивлением (Rвых), близким к нулю или сравнимым с сопротивлением нагрузки путем включения/отключения ООС по току в одном и том же УМЗЧ. При этом коэффициент усиления оставался постоянным, и громкость звучания не изменялась (более громкое звучание зачастую кажется «более красивым»). Тесты были «слепыми» насколько это возможно в данной ситуации: слушателям предлагалось выбрать положение переключателя для наилучшего звучания, но не давалось никакой информации о том, на что и как этот переключатель влияет.

Таблица 2

№ АСОптимальное значение Rвых, ОмУлучшение звучания
11…2ненамного
22…3заметно
34…6хорошо заметно
4?не наблюдалось

Из табл. 2 видно, что для разных АС получились совершенно разные результаты — как значения оптимального выходного сопротивления, так и изменения в звучании. Во всех случаях при повышении выходного сопротивления возрастает «яркость» звучания (вероятно, так воспринимается подъем АЧХ вблизи частоты раздела полос АС). При дальнейшем росте сопротивления «яркость» повышается настолько, что звучание становится резким и неприятным. Причем «бубнение» АС обычно начинает заметно сказываться при гораздо большем значении этого параметра. Кроме повышения «яркости», отмечается увеличение «рельефности» стереозвука. При этом звук «отрывается от колонок и заполняет собой все помещение». К сожалению, в тестировании не участвовали профессиональные эксперты, и поэтому формулировки изменений в звучании АС может отличаться от общепринятых терминов. Зато общее мнение слушателей выразилось просто: «так звучит лучше».

Любопытно, что в наименьшей степени улучшилось звучание АС Monitor Audio, которая имела практически самое лучшее звучание при нулевом выходном сопротивлении УМЗЧ. Вероятно причина в том, что НЧ канал этой АС содержит фильтр первого порядка, у которого входное сопротивление растет пропорционально частоте сигнала. Поэтому и напряжение на головке сильно растет с ростом частоты (рис. 1, график 1).

Наилучшие результаты получились с акустической системой №3. В этом случае подъема АЧХ на средних частотах не произошло, всплеск на частоте 4…5 кГц менее заметен, поэтому дальнейшему повышению выходного сопротивления усилителя мешало «бубнение», вызванное ростом добротности НЧ головки. Головка с меньшей добротностью (или корпус большего объема) вероятно, позволили бы использовать усилитель с еще бoльшим значением Rвых . В этой АС использованы фильтры второго порядка с цепями компенсации индуктивности головок (так называемая «цепь Цобеля»), что, по всей видимости, и обеспечило высокую линейность АЧХ при повышенном выходном сопротивлении. Установленные в этих АС НЧ головки фирмы VISATON имеют довольно простую конструкцию с прямым керном, поэтому от них можно ожидать существенной нелинейности индуктивности звуковой катушки при ее смещении в зазоре. В такой ситуации повышение выходного сопротивления усилителя заметно снижает нелинейные искажения головки и повышает качество ее звучания, что и было подтверждено в ходе эксперимента.

Звучание колонки «Sven» улучшить не удалось. Это изначально очень недорогая АС «слишком начального уровня». С ростом выходного сопротивления УМЗЧ, ее звучание приобретало резкий и неприятный характер, причем присутствовало субъективное ощущение роста коэффициента гармоник (этот параметр не измерялся). Впрочем, его рост вполне возможен — с увеличением добротности НЧ головки растет амплитуда смещения ее диффузора, что приводит к росту нелинейных искажений, что особенно заметно у дешевых головок с небольшой величиной линейного хода. Эти АС имеют одну особенность — сигнал с частотой ниже 100 Гц в них практически не слышен. Несмотря на питание АС от усилителя с выходным сопротивлением 1…8 Ом, увеличения уровня низких частот практически не ощущалось.

В [2] приводились результаты прослушивания музыки различных жанров на УМЗЧ с регулируемым выходным сопротивлением, и отмечалось, что для рок-музыки звучание получается более приятным при низком выходном сопротивлении, тогда как для джаза выходное сопротивление может быть заметно больше. По мнению автора, здесь причина не столько в жанре музыки, сколько в особенностях спектра сигнала. Музыка, имеющая небольшое количество составляющих в своем спектре (например, классический или джазовый квартет, использующий большей частью «живые» инструменты), допускает установку большего значения Rвых, а для музыки, имеющей много составляющих в спектре (рок, особенно тяжелый, с его дистошн-гитарами, симфонический оркестр), оптимальное значение выходного сопротивления несколько ниже. По-видимому, в сигнале с более «богатым» спектром больше спектральных составляющих приходится на «горб» АЧХ, делая заметнее ее неравномерность.

При использовании многополосного усилителя, головки АС подключают непосредственно к выходу УМЗЧ. При этом:

— искажения АЧХ минимальны, поскольку отсутствует пассивный кроссовер между усилителем и головками;

— выходное сопротивление усилителя не изменяется из-за элементов пассивного кроссовера (он исключен);

— оптимальное выходное сопротивление можно подобрать для каждой головки.

Именно так, через активный кроссовер с фильтрами третьего порядка и частотой раздела, равной 3 кГц, была подключена к двухполосному усилителю АС № 5 (табл. 1). При поиске оптимального R вых для ВЧ головки изменений в качестве звучания практически не было. Это вполне ожидаемо — у головки с короткой катушкой и сравнительно большим линейным ходом основную нелинейность составляет подвес. В этой ситуации повышение выходного сопротивления не улучшает звучания. А вот ухудшить может, если на резонансной частоте затухание фильтра кроссовера мало, и ход диффузора большой. В данном случае этого не происходит: частота раздела кроссовера далека от резонансной и фильтр имеет высокий порядок.

Субъективное улучшение качества звучания НЧ-СЧ головки оказалось ниже ожидаемого, скорее всего из-за изначально высокого класса головки. Оптимальное выходное сопротивление лежало в диапазоне 5…7 Ом. На рис.3 показано семейство АЧХ головки в корпусе при изменении R вых от 0 до 30 Ом (без фильтра на входе УМЗЧ). При повышении выходного сопротивления наблюдается рост звукового давления на верхнем конце частотного диапазона за счет увеличения индуктивного сопротивления. В результате «яркость» звучания увеличивается, но в гораздо меньшей степени, чем в АС с пассивным кроссовером. На нижнем конце АЧХ появляется выброс на частоте резонанса, что приводит к неприятному «бубнению».

Усилитель с регулируемым выходным сопротивлением

Эта АС была изначально спроектирована достаточно низкодобротной в расчете на то, что выходное сопротивление усилителя будет ненулевым. Запланированное значение Rвых = 5 Ом, ему соответствует зеленая линия на рис. 3.

Проведенные исследования проливают свет на проблемы звучания АС совместно с ламповыми УМЗЧ — очень часто можно слышать как восторженные отзывы, так и мнения о том, что некоторые АС совместно с тем или иным усилителем «не звучат». Действительно, при большом разбросе значений выходного сопротивления ламповых усилителей трудно предсказать поведение той или иной АС при совместной с ними работе. Если усилитель и АС сочетаются, то высокое выходное сопротивление приводит к улучшению субъективного восприятия сигнала, если не сочетаются — звук становится хуже большей частью из-за искажения АЧХ АС и, возможно, появления нелинейных искажений в случае, если повышенное значение R вых вызывает чрезмерное увеличение хода диффузора всех головок АС.

На взгляд автора, одной из существенных причин субъективного предпочтения ламповых усилителей транзисторным, по многим параметрам превосходящим ламповые, является повышенное выходное сопротивление ламповых УМЗЧ. Поэтому транзисторный усилитель, выходное сопротивление которого можно регулировать для оптимального сочетания с АС, позволит получить звук субъективно очень высокого качества.

В [1] описан способ доработки любого УМЗЧ цепью отрицательной обратной связи по току (ООСТ) для получения требуемого значения выходного сопротивления ( рис.4а), а также программа для расчета такой цепи. Однако для линейного регулирования выходного сопротивления переменный резистор должен иметь плавную регулировку сопротивления вблизи минимального значения Rвых . Для этого используют переменный резистор группы B, если при вращении по часовой стрелке его сопротивление увеличивается, а выходное сопротивление усилителя уменьшается, либо группы Б, если при вращении по часовой стрелке его сопротивление уменьшается, а выходное сопротивление при этом растет. В стереофоническом варианте УМЗЧ необходимо использовать сдвоенный переменный резистор, который может иметь значительный разбаланс сопротивлений. Если же число каналов больше двух, то приобрести либо изготовить такой резистор весьма непросто.

Усилитель с регулируемым выходным сопротивлением

Менее дефицитны (и лучше сбалансированы) переменные резисторы с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота (группа А). Для сохранения линейности регулирования, схема немного видоизменяется – рис. 4б. Добавляется два резистора Rа и Rб, которые совместно с Rн и Rт образуют мост. В диагональ моста включается резистор регулятора Rр. Другим достоинством такой схемы является то, что минимальное значение выходного сопротивления получается заметно ниже, чем в схеме на рис. 4а. Сравнение зависимости выходного сопротивления УМЗЧ от угла поворота регулятора с линейной характеристикой для этих двух схем показано на рис. 5 , линия 1 соответствует схеме рис. 4а, а линия 2 — схеме рис. 4б.

Усилитель с регулируемым выходным сопротивлением

При использовании глубокой ООС по току, сопротивление резистора R2 (оно равно сумме сопротивлений R21 и R22 на рис. 4а) получается довольно низким и шунтирует по постоянному току резистор Rос. В результате на выходе УМЗЧ появляется заметное постоянное напряжение. Его легко устранить, если включить конденсатор Сос цепи ООС, который обычно используется для получения 100% ООС по постоянному току так, как показано на рис. 4в.

Расчет цепей ООСН и ООСТ по схеме рис. 4а описан в [1]. Программа расчета находится на FTP сервере журнала «Радио» [3] и на сайте автора [4]. Для расчета задают максимальное значение выходного сопротивления УМЗЧ (с запасом 10…15%) и, пользуясь программой, вычисляют значения резисторов цепей ООС. Сопротивление резистора R21 на рис. 4а равно сопротивлению R2, вычисленному по программе. После этого в разделе программы, предназначенном для определения Rвых и Ку, по известным сопротивлениям резисторов цепей ООС методом подбора определяем новое сопротивление резистора R2′, соответствующее минимальному значению выходного сопротивления УМЗЧ. Тогда R22 = R2’– R2. Не стoит использовать R22 сопротивлением, превышающем R21 более чем в 20…30 раз, иначе может сильно нарушиться линейность регулирования вблизи максимальных значений выходного сопротивления усилителя.

Расчет цепей ООСН и ООСТ по схеме рис. 4б производится подобным образом. Вначале определяется значение R2 для максимального выходного сопротивления УМЗЧ. Это значение и используется в схеме. Значения сопротивлений Rа, Rб и Rр определяются из следующих условий:

• Rа / Rб = Rн / Rт. Если равенство не выполняется, то при вращении регулятора может изменяться коэффициент усиления (рис. 6, кривые 1, 2).

• Rа меньше R2 как минимум в два-три раза, иначе снижается диапазон регулирования (рис.7). Кроме того, если сопротивление Rа заметно больше, чем R2, то при вращении ручки потенциометра будет изменяться коэффициент усиления усилителя (рис. 6, кривая 2).

• Мощность, рассеиваемая на резисторе Rа приблизительно равна (0,5…0,8)•Pвых •Rн / Rа и обычно не должна превышать 0,5…0,7 Вт, чтобы избежать потерь мощности и излишнего нагрева деталей УМЗЧ.

• Сопротивление резистора Rр в меньшей степени влияет на диапазон регулирования, чем Rа, но влияет на его линейность (рис.7). Оптимальное значение Rр лежит в пределах (0,2…0,8) от R2.

Усилитель с регулируемым выходным сопротивлением

Усилитель с регулируемым выходным сопротивлением

Для примера рассчитаем УМЗЧ с «мостовым» регулятором (рис. 4,б). Исходные данные: коэффициент усиления равен Ку = 30 раз, максимальное выходное сопротивление Rвых = 8 Ом, сопротивление нагрузки Rн = 6 Ом, Rос = 1,5 кОм, максимальная выходная мощность Рвых = 60 Вт.

Выбираем значение резистора Rт = 0,22 Ом. По программе получаем значения R1 = 51 кОм, R2 = 1,3 кОм.

Выбираем значение сопротивления Rа в 3…10 раз меньше, чем R2:

Rа = 1300 / (3…10) = 430…130 Ом. Принимаем Rа =330 Ом.

Мощность резистора Rа: Ра = Рвых · Rн / Rа = (0,5…0,8) · 60 · 6 / 330 = 1 Вт.

Rб = Rа · Rт / Rн = 330 · 0,22 / 6 = 12 Ом.

Находим Rр = (0,2…0,8) · R2 = (0,2…0,8) · 1300 = 260…1040 Ом. Принимаем Rр = 470 Ом.

В качестве практической реализации приведенного выше расчета, рассмотрим УМЗЧ на популярных микросхемах TDA7294, TDA7293, схема одного канала которого приведена на рис. 8. Поскольку обе микросхемы различаются только включением цепи вольтодобавки, то плата пригодна для них обеих — отличие в месте установки перемычки на плате. Показанное на рисунке соединение соответствует микросхеме TDA7293.

Усилитель с регулируемым выходным сопротивлением

Основные параметры усилителя

Коэффициент усиления Ку, раз30
Максимальная выходная мощность Рвых max , Вт60
Выходное сопротивление Rвых , Ом0…8
Сопротивление нагрузки Rн , Ом4…16
Коэффициент гармоник Кг , %, в полосе частот 30 Гц…16 кГц<0,01

Схема разработана на основе многократно повторенного радиолюбителями и хорошо зарекомендовавшего себя усилителя [5]. Цепь R1С1 образует входной фильтр НЧ, подавляющий высокочастотные помехи. Входной конденсатор С2 определяет нижнюю границу усиливаемого диапазона частот. С указанной на схеме емкостью эта частота примерно равна 7 Гц. Оксидные конденсаторы, находящиеся в цепи прохождения сигнала, для улучшения работы на частотах выше 5…7 кГц зашунтированы пленочными: это С4, С5 в цепи ООС и С8, С9 в цепи вольтодобавки. Также пленочные конденсаторы С10 и С12 используются в блоке питания усилителя. Цепи R12С6 и R8R9C3VD1 задают правильную последовательность чередования режимов Stand-By и Mute при включении-выключении питания, чтобы исключить неприятные щелчки в громкоговорителях. Цепь R14С7 улучшает устойчивость усилителя при работе на реальную нагрузку.

Цепь комбинированной ООС по напряжению и току создается элементами R3, R4, R6, R7, R10, R11, R15. Из них R4 и R11 задают ООСН, R15 является датчиком тока, а остальные резисторы задают глубину ООСТ, причем возможна реализация как схемы подачи ООСТ по рис. 4а, так и по рис. 4б. Вариант включения цепи ООСТ выбирается перемычкой между точками 1, 2, 3. В показанном на рис. 8 положении ООСТ реализован «мостовой» вариант рис. 4б. На схеме указаны рассчитанные выше номиналы резисторов цепей ООС.

Резистор R2 служит для разделения общего провода входной и выходной цепей. Вывод 5 микросхемы — выход датчика ограничения (клиппирования) сигнала и предназначен для подключения соответствующего индикатора или электронного регулятора усиления. Этот выход присутствует только в микросхеме TDA7293 и в новых версиях микросхемы TDA7294S. Автор не рекомендует использовать этот вывод у микросхемы TDA7294 с любым буквенным индексом, поскольку из-за большого числа разных вариантов этих микросхем, и, возможно, разных производителей соответствующая цепь может отсутствовать, независимо от маркировки.

Конструкция и детали. Усилитель выполнен на печатной плате. Тип используемой микросхемы УМЗЧ задают местом установки соответствующей перемычки. Также перемычкой определяется способ подачи ООСТ. Перед установкой на плату микросхемы следует запаять перемычку, устанавливаемую между ее выводов, при этом ножки микросхемы ее касаться не должны (рекомендуется начать монтаж с установки перемычек).

В усилителе использованы резисторы мощностью 0,125 Вт, кроме R15 — он на керамике мощностью 5 Вт (импортный), его нужно устанавливать на плату с небольшим зазором для улучшения охлаждения. Это же относится к резисторам R10 и R14. Особое внимание следует уделить резистору R2. Его сопротивление должно быть в пределах 1…5 Ом, и перед установкой на плату резистор рекомендуется проверить омметром. При отсутствии подходящего резистора его можно заменить перемычкой. Все резисторы, кроме входящих в цепи ООС, могут иметь разброс сопротивления до 20%.

Оксидные конденсаторы рекомендуется использовать импортные, например Jamicon или Samsung; в крайнем случае подойдут отечественные аналоги. Использовать конденсаторы с рабочим напряжением меньше 35 В не рекомендуется. Также не рекомендуется уменьшать емкости конденсаторов более чем вдвое (увеличение емкости в разумных пределах возможно). При этом конденсаторы С3 и С6 должны иметь одинаковую емкость (ее повышение увеличивает задержку включения).

Из неполярных конденсаторов используются пленочные К73-17 на 63 В. Можно использовать подходящие по размерам пленочные конденсаторы других типов; «малогабаритные» керамические конденсаторы с сегнетодиэлектриком не годятся. Использование «аудиофильских» конденсаторов, по мнению автора, заметно ничего не изменит, кроме цены конструкции.

Диод VD1 с максимальным обратным напряжением не менее 50 В. Автор использовал диод 1N4007.

Микросхему устанавливают на теплоотводе площадью не менее 500 см2 с использованием термопасты. Следует учитывать, что корпус микросхемы соединен с минусовой цепью питания. Поэтому необходимо либо использовать изолирующую прокладку (в этом случае площадь радиатора нужно увеличить), либо сам теплотвод изолировать от корпуса усилителя.

Печатная плата усилителя показана на рис.9. Плата разведена с учетом требований, предъявляемых к разводке высококачественных усилителей. Это и соединение проводников в цепи общего провода в одной точке, и увеличение сечения проводников в цепях питания, и экранирование входной цепи земляными проводниками, и близость блокировочных конденсаторов С10 и С12 к микросхеме. Плата доступна для повторения начинающими радиолюбителями, так как выполнена из одностороннего стеклотекстолита и пригодна к изготовлению «лазерно-утюжным» способом. Достаточно широкие промежутки между проводниками облегчают монтаж, а большие «пятачки» контактных площадок не отслаиваются при пайке и надежно удерживают крупные детали. В плате предусмотрено несколько «лишних» отверстий для установки конденсаторов разных габаритов. После травления печатные проводники рекомендуется залудить, а после окончания монтажа очистить плату от остатков флюса и покрыть цапонлаком.

Усилитель с регулируемым выходным сопротивлением

Усилитель с регулируемым выходным сопротивлением

На плате со стороны установки микросхемы расположено два отверстия для крепления — плата слишком тяжелая, и крепление ее только через микросхему, как иногда делают, сильно снижает надежность.

Источник питания. Усилитель питается от двухполярного источника. Максимальное напряжение питания микросхемы связано с сопротивлением нагрузки и приведено в табл. 3.

Таблица 3

Сопротивление нагрузки, Ом468
Максимальное напряжение питания микросхемы TDA7293293440
Максимальное напряжение питания микросхемы TDA7294273135

Это напряжение ограничено допустимым нагревом микросхемы. При недостаточном охлаждении, напряжение питания должно быть снижено. С другой стороны, чем меньше напряжение питания, тем меньше максимальная выходная мощность усилителя. Один из вариантов схемы источника питания стереоусилителя на напряжение 32 В показан на рис. 10.

Усилитель с регулируемым выходным сопротивлением

Мощность трансформатора 50…75 ВА вполне достаточна, так как средняя мощность звуковых сигналов при большом пик-факторе намного меньше максимальной [6]. А вот емкостью конденсаторов фильтра пренебрегать нельзя — кроме подавления пульсаций, они еще «подпитывают» усилитель на пиках уровня сигнала. Поэтому их емкость должна быть достаточна для снабжения усилителя энергией [7]. Указанная на рис.11 суммарная емкость является минимальной для высококачественного стереоусилителя. Пленочные конденсаторы (например, К73-17) компенсируют ухудшение на высоких частотах свойств оксидных конденсаторов. Каждый из каналов усилителя рекомендуется подключать к источнику питания своим набором проводов, свитых в «косичку». При этом их лучше припаять к плате, а не подключать через какие-либо разъемы.

Налаживание усилителя, если он собран из исправных деталей, не требуется. Первое включение производят без нагрузки, при этом целесообразно включить в минусовую и плюсовую цепи питания мощные проволочные резисторы сопротивлением 12…25 Ом. Типичная проблема — наличие заметного постоянного напряжения на выходе — обычно связана с резистором R2. Это либо некачественная пайка и плохой контакт, либо повышенное сопротивление резистора (известен случай, когда резистор продавался с заявленным сопротивлением 2 Ом, а имел реальное сопротивление 2 МОм!). Если постоянное напряжение на выходе менее 80 мВ, и падения напряжения на мощных токоограничительных резисторах в цепях питания не превышают 1…3 В (что соответствует потребляемому току 60…120 мА), то подключаются нагрузка и источник сигнала (резисторы в цепи питания остаются). Если на небольшой громкости звучание хорошее, то резисторы из цепи питания удаляются, и налаживание на этом можно закончить. Если есть возможность, полезно подключить к выходу УМЗЧ осциллограф и убедиться в отсутствии самовозбуждения.

Выводы

1. Повышение выходного сопротивления УМЗЧ способно улучшить качество звучания акустических систем.

2. При значительном повышении выходного сопротивления (в сравнении с сопротивлением нагрузки) частотные искажения во многих АС возрастают, это ухудшает качество звучания и не позволяет установить оптимальное значение выходного сопротивления УМЗЧ.

3. Хорошие результаты дает использование многополосных усилителей совместно с АС, не содержащих каких-либо разделительных фильтров внутри («правильным» биампингом). При этом каждая из динамических головок подключена непосредственно к выходу УМЗЧ с оптимальным для этой головки выходным сопротивлением.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рогов И. Регулирование выходного сопротивления УМЗЧ посредством комбинированной ООС. — Радио, 2007, № 10, с. 17—19.

2. Маслов А. УМЗЧ с регулируемым выходным сопротивлением. — Радио, 2002, № 12, с. 18.

3. <� ftp://ftp.radio.ru/pub/2007/10/combinOS.exe >.

5. https://www.electroclub.info/invest/tda7294.htm

6. https://www.electroclub.info/article/power_sup_amp.htm

7. Агеев С. Сверхлинейный УМЗЧ с глубокой ООС. — Радио, 1999, № 11, с. 13—16.

8. https://www.linn.co.uk/aktiv_crossovers_and_cards/

08.04.2008

Total Page Visits: 64 — Today Page Visits: 4

Мощные усилители.

Проживая в собственном доме, многие часто задумываются о том, что было бы не плохо перебрести аудиосистему позволяющую создать концертное звуковое давление с приличным качеством. Ватт на 300-400. Так как массовый диапазон продаваемых бытовых усилителей мощности, обычно пребывает в диапазоне 25-70Вт. Если вы попытаетесь найти бытовой усилитель на мощность 300-400 Вт, то обнаружите, что цены на них в рознице РФ устремляются в космос… 200-300-500… тыс руб. Их очень мало кто покупает. Что понятно. Так как для того что бы купить усилитель за 500 тыс руб необходимо быть не только богатым, но еще и умственно неполноценным. А это весьма редкое сочетание.

В Китае есть относительно дешевые и вполне качественные мощные усилители. На пример, – TS-2, Размер: 430*350*110 мм. Мощность: 400 Вт + 400 Вт на 4 Ом. 200 Вт + 200 Вт на 8 Ом. Вес: 13 кг. Мощность, судя по весу, вполне близка к заявляемой. В РФ даже многократно близко по качеству-цене-мощности в рознице нет.

Ссылка на него – TS-2

схемопедия

КочкуровМ.М.

Основные технические характеристики:

Номинальное входное напряжение………………………………0.5 В

Номинальная (максимальная) выходная мощность………..…..50(70)Вт

Диапазон воспроизводимых частот по уровню ±1дб…………..25-35000 Гц

Коэффициент гармоник при выходной мощности 10 Вт

Суммарный…………………………………………….….0,05

2-я гармоника……………………………………………..0,035%

3-я гармоника……………………………………………..0,029%

4-я гармоника……………………………………………..0,006%

5-ая гармоника……………………………………………ниже разрешающей способности АЦП анализатора спектра

Отношение сигнал-шум, невзвешенное………………………..…92дБ

Скорость нарастания выходного напряжения*…………………..45 В/мкс

Фазовый сдвиг в диапазоне частот 50-10000Гц*………………….3 град

Выходное сопротивление* …………………………………………0,08 Ом

Параметры, обозначенные знаком * измерялись косвенными методами и являются приближенными

За основу взяты схемы усилков Е.Сергиевского (Р90/2) и В. Костина (Р98/4). Основным отличием является отсутствие электролитов в цепи прохождения сигнала и охват отдельных каскадов местными ООС, что позволило уменьшить глубину общей ООС и тем самым повысить устойчивость усилителя. Правильная коррекция цепей обратной связи и применение на входе фильтров, ограничивающих полосу пропускания, способствуют полному устранению динамических интермодуляционных искажений и определяют апериодическую реакцию на единичное воздействие и дельта-импульс. Применение в выходном каскаде ламп ГУ-50, более линейных, чем 6П41С и 6П45С, в триодном включении позволило снизить создаваемые каскадом искажения в 2-3 раза без применения трудоемкой в настройке ультралинейной схемы. Желательно использовать подобранные по характеристикам лампы. Как правило, лампы, прошедшие военную приемку, взятые из одной серии и из одной упаковки имеют разброс не более 1-2%, но лучше все же это проверить. В предоконечном каскаде применены лампы 6Н6П-И, из ЗИПа радиорелейной станции Р-404, имеющие более высокие динамические характеристики и более высокие допустимые токи, чем обычные 6Н6П. Неплохо проверить идентичность обоих триодов лампы, включая их по мостовой схеме и измеряя разбаланс моста при различных напряжениях сетки. В катодной цепи ламп предоконечного каскада включен источник тока на лампе 6Ж9П(6Ж52П). Если есть возможность, лучше использовать «железный» пентод 6Ж3 от авиационной техники, отличающийся большей стабильностью параметров. Для повышения динамических свойств можно попробовать собрать предоконечный каскад на лампе 6Н5С или подобранной паре 6Н19С, при этом в генераторе тока следует применить более мощный пентод, н-р 6П1П, 6П14П и им подобные, но у меня этих ламп не было, и я этот вариант не испытывал. В фазоинверторе могут применяться лампы 6Н1П, 6Н2П, 6Н3П, 6Н23П, 6Н8С, при этом основным условием является идентичность обоих триодов лампы. Наибольшей линейностью обладают лампы 6Н8С и 6Н8М, прошедшие авиационную приемку. Их же желательно использовать и в катодном повторителе. В выходном трансформаторе желательно применять высококачественную холоднокатаную сталь с толщиной проката 0.35мм, сталь меньшей толщины не может быть рекомендована поскольку соизмеримость величины немагнитного зазора и толщины ленты способствует появлению высших «зубцовых» гармоник. Несмотря на преимущества Ш-образных сердечников, использовать их в выходных трансах нежелательно из-за невозможности точной сборки в домашних условиях. В качестве обмоточного, используется провод ПЭТ-200, который якобы из бескислородной меди (если верить некоторым источникам из Инета). Склейка половин сердечника производится эпоксидной смолой, в которую добавлен мелкодисперсный ферритовый порошок с проницаемостью 2000 (можно приготовить в обычной кофемолке, если ее не жалко). Готовый транс желательно пропитать эпоксидкой для уменьшения потерь на магнитострикцию (слово то какое!), после чего поместить в экран из толстого пермаллоя (чем толще, тем лучше, если потом сможете такой усилитель поднять, я использовал пермаллой 2мм) и залить герметиком. Чем дальше находится сердечник транса от стенок экрана, тем лучше. При наличии больших денег можно заказать круглый броневой сердечник из аморфного железа, благо фирм, занимающихся этим делом сейчас навалом, в принципе качество должно стать лучше, но я не пробовал, зарплата не позволяет, а блата в этих фирмах у меня нет. Монтаж усилителя выполнен на фторопластовой плате толщиной 5мм, проводом из бескислородной меди (Phoenix, двухжильный, для акустических систем, цена 50руб/м). Все резисторы С2-29, проволочные СП5-3, желательно после настройки измерить их сопротивление и заменить на постоянные, конденсаторы полипропиленовые К78-4 и полистироловые К71-8. Крайне нежелательно использовать металлобумажные и слюдяные кондера, несмотря на всевозможные рекомендации аудиоманьяков, эти кондера обладают большой абсорбцией и значительной утечкой. Для уменьшения влияния нелинейности контактов лампы непосредственно впаиваются в схему. Разводка общего провода показана на схеме, и выполняется проводом ППИ-Уу с диаметром жилы 3,15 мм (тоже вроде как бескислородная медь), у кого есть деньги, могут для разводки использовать фирменный кабель с палец толщиной или фирменные же шины из OFS или Ag.

Каждый канал усилителя питается от отдельного блока питания. Схему не привожу, ее может разработать любой, остановлюсь только на некоторых важных моментах. Все напряжения питания стабилизированы. Каждое напряжение снимается с отдельной обмотки. В стабилизаторах применяются MOSFET транзисторы. Накал ламп лучше всего питать от источника тока, отдельного для каждой лампы. Если это покажется слишком дорогим, можно использовать один источник постоянного напряжения, но обязательно с плавным нарастанием выходного напряжения при включении. Нелишним будет напомнить, что даже небольшой недокал выходных пентодов приводит к их быстрому выходу из строя. Также в блоке питания следует предусмотреть задержку подачи анодных напряжений на 1-2 минуты после включения усилителя. Я использовал реле времени на таймере К1006ВИ1, для коммутации применялось реле РЭП-17 с серебряными контактами, включенные до стабилизаторов. В качестве силовых трансформаторов использовались перемотанные ТСА-270 от телевизоров. Силовые трансы экранируются двойным экраном, первый, который ближе к сердечнику, из электротехнической стали толщиной 2мм, второй из пермаллоя толщиной 5мм (какой был, такой и использовал). Для защиты от помех, проникающих из сети, применяется двухступенчатый синфазный фильтр и варисторы. Накал каждой лампы питался от отдельного источника тока на IRF120, в анодных стабилизаторах используются IRF830, в стабилизаторах отрицательного напряжения 2SJ117. На выходе стабилизатора +420В стоит электролит 820мкХ450В, параллельно ему 6 кондеров К78-17 10мкХ450В.

Настройка усилителя производится по общепринятой методике и заключается в установке переменными резисторами желаемого режима ламп (смещение 6Н6П около -2 В, ГУ-50 около -50В) и подборе корректирующих кондеров С3 и С5 для получения максимально ровной АЧХ и ФЧХ, если на переходной характеристике будет наблюдаться резонансный выброс, можно попробовать зашунтировать вторичную обмотку выходного транса RC-цепочкой с соответствующей постоянной времени. При затруднениях в настройке пишите мне, постараюсь ответить, мой e-mail
Ищите gsm глушилка? Предлагаем gsm глушилка от производителя!

Усилитель Дорофеева 2020 (120вт).

Назначение компонентов:

C1,C3 — развязывает усилитель и источник по постоянному току;

R2 — задаёт входное сопротивление усилителя;

R1 — необходим для того, чтобы обычный регулятор громкости имел логарифмическую зависимость при повороте. R1 ставим такого же номинала как и переменный сдвоенный резистор на входе усилителя.

R3,R4 — задают коэффициент усиления предусилителя.

С2 — отрезает лишние сверхзвуковые частоты;

R5,R17 — задают коэфф. усиления оконечного усилителя.

OP1,OP2 — каналы сдвоенного операционного предусилителя. NE5532 может быть заменен любым другим.

VD1,C5,C4 и VD2,C6,C7 — фильтруют и стабилизируют питание ОУ.

R10, R13 — резисторы питания ОУ, NE5532 потребляет около 10мА(0.01A). Номиналы резисторов рассчитываются по простейшей формуле: R=(Uпит-Uстаб)/0.01A. Для данной схемы (35в-15в)/0.01= 2000 ом (2кОм). Мощность резисторов считается (Uпит-Uстаб)²/R= 20²/2000=0.2вт, берём с запасом 0.5вт

R6,R7,R8,R9 — задают напряжение смещения на базах предвыходных транзисторов VT1 и VT2 оставляя их на грани открывания.

R14,R16 — ограничивают выходной ток мощных транзисторов, так как оконечный каскад имеет токовое управления. Рассмотрим простой пример, ток через транзистор не может превысить ток через базу, умноженную на коэфф. усиления, в нашем случает ток на выходе не может превысить 11,6А.

Принято считать что у пары Toshiba коэфф. усиления около 100, но стоить внимательно изучить даташит, с ростом тока коэфф усиления транзистора значительно падает. Для нашей пары транзисторов значение hfe будет около 40-50 при токе более 10 ампер.

В нашем случает базовые резисторы 150 ом, токовое ограничение наступит при Uпит/R12*hfe= 35/150*50=11,66А. Для мощной 15-ти амперной пары это безопасное значение. Не стоит слишком увеличивать R14,R16 , чтобы при максимальной выходной мощности не было ложного ограничения синусоиды. Для мощности 120вт пиковый ток через нагрузку 4ома, будет равен 7,75А.

R11,R12 — улучшают работу усилителя на высоких частотах, ускоряя закрывание выходных транзисторов.

VT3,VT4 — мощные выходные транзисторы, имеют токовое управление. Благодаря этому не нужно подавать напряжение смещения на их базы, транзистор начинает работу в линейном режиме сразу, при малейшем сигнале, ступеньки при этом и быть не может. Вместо народной пары 5200/1943 можно взять более дешёвые TIP35c/TIP36c и другие, без каких либо изменений в схеме.

R15,C8 — элементы местной обратной связи, которые предотвращают усилитель от самовозбуждения. Без них усилитель работать не будет!!!

VD3 — стабилитрон, который задает напряжения включения и отключения реле;

VD4 — элемент линейного стабилизатора на транзисторе, его номинал равен напряжению катушки реле;

R21, С11 — задают время задержки включения АС ( с этими номиналами около 3 секунд)

Первое включение и настройка.

Первое включение нужно осуществлять с токоограничивающими резисторами в плечах питания 100-200ом, и следить за просадкой напряжения питания. Также можно тихо послушать музыку без дополнительных радиаторов. Без входного сигнала на выходе усилителя держится абсолютный ноль. Усилитель настройки не требует.

В общем потестировал новую плату Дорофеева 2020, результат очень порадовал.

КНИ остаются в норме вплоть до клиппинга (ограничения сигнала). Тесты проводились со встроенной звуковой картой материнской платы ПК ( собственный КНИ=0,003%), питание ИИП +28/-28в со стабилизацией, нагрузка проволочный резистор 3,8 ома, частота тестирования 1кГц. Результаты КНИ в зависимости от выходной мощности:

0,004вт — 0,13% 0,03вт — 0,06% 0,07вт — 0,04 0,33вт — 0,022% 1вт — 0,013% 7вт — 0,004% 30вт 0,006% 62вт — 0,007% 78вт — 0,006% 93вт — 0,46%(начало клиппинга) 97вт — 1,03%(Именно такое значение номинальной мощности указывает большинство производителей усилителей при искажениях 1%)

Если запитать от +-33в, то можно смело снимать с одной пары 5200/1943 130вт при условии хорошего охлаждения.

Диапазов частот ( по уровню -1dB): 30Гц — 70кГц

Не смотря на простоту схемы и класс B, показатели вполне достойные и нет проблеммы «первого ватта»…..будем продолжать дальше…..

  • Ответы на часто задаваемые вопросы: Есть ли какое-либо постоянное напряжение на выходе без входного сигнала? — нет, в этой версии на выходе абсолютный ноль, благодаря инвертирующему включению ОУ. В первой версии постоянка была около 40-50мВ, дополнительный конденсатор в обратной связи снижал постоянку до 16мВ. Можно ли данный усилитель использовать с 8-ми омными динамиками?
    — да, можно с питанием +35/-35в мощность будет около 60вт. Для мощности более 100вт нужно повысить напряжение питания до +45/-45в, больше ничего менять не нужно. Как хорошо работает защита от КЗ? — усилитель выдерживает кратковременное короткое замыкание на выходе, при долговременном не тестировал. Какая чувствительность усилителя? — с данными номиналами 0.7в для достижения максимальной мощности. Чувствительность элементарно регулируется соотношением резисторов R3,R4. Какое ОУ можно применять вместо NE5532? — любое сдвоенное ОУ, например opa2134 и прочее. Нужно лишь внимательно изучить даташит и определить потребляемый ток для пересчёта резисторов питания операционника. Какая мощность резисторов на схеме ? — все резисторы 0.125вт, только R10,R11 0.5вт. Нужно ли устанавливать BD139, BD140 на радиаторы? — с питанием +35/-35 в дополнительного охлаждения не требуется.. Какая площадь радиатора нужна для мощных выходных транзисторов? — для одного канала 1000см² и более. Изолирующие прокладки можно не применять если изолировать радиатор от корпуса, коллекторы транзисторов связаны с выходом усилителя. Разве это не B-класс, а как же ступенька на малой мощности? — ступеньки на выходе нет при любой мощности! Какое входное сопротивление усилителя? — в данном случае 3.3 ком. Это очень мало, но все современные проигрыватели и звуковые карты легко справляются даже с нагрузкой 32 ома. Какая маркировка стабилитрона на 15 в, какова его мощность? — 1n4744, например. Мощность считаем по закону ома 0.01А*15= 0.15вт.

Данный усилитель лег в основу домашнего двухканальника DAH120 с блоком питания и защитами на одной плате: Характеристики: — выходная мощность при КНИ 1%: 2*98Вт (4ом)/ 2*52Вт (8ом), мост 1*196Вт (8ом); — короткий звуковой тракт, отсутствие каких либо фильтров; — диапазон воспроизводимых частот: 16Гц-50кГц(-3dB), неравномерность в звуковом диапазоне частот +-0.2dB; — защита от короткого замыкания, от перегрузки, от постоянного напряжения на выходе, защита от перегрева (75 градусов); — задержка включения на реле; — чувствительность 550мв; — питание 220в, импульсный блок питания со стабилизацией мощностью 300вт; — размер Ш*В*Г=195*54*204мм; — вес 2кг, алюминиевый корпус; — размер платы 100*150мм. Готовый собранный вариант=4900р, Кит плата+детали=1800р, собранная и отлаженная плата 2400р.

Усилитель в корпусе:

Видеоозор и прослушка усилителя:

Несколько фото из сети первой версии данного усилителя:

Собранный усилитель от одного из подписчиков:

Ещё пара, уже в корпусе:

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Ю. Солнцев (СССР)

Разработкой высококачественных систем звуковоспроизведения занимаются многие радиолюбители. Одним из наиболее важных узлов звуковоспроизводящего комплекса является усилитель мощности [1]. Создать такое устройство высокого класса нелегко, тем более, что до сих пор не выработаны единые конкретные критерии качества усилителя.

Обычно качество усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) оценивают несколькими основными параметрами: номинальным диапазоном рабочих частот (как правило, по уровню —3 дБ), коэффициентом гармоник (Кг) и скоростью нарастания выходного напряжения (vy). Значительно реже пользуются коэффи

циентом интермодуляционных искажений (Ки), выходным сопротивлением и другими характеристиками. Задача осложняется тем, что среди выпускаемых крупными сериями измерительных приборов отсутствуют измерители интермодуляционных искажений, генераторы с Кг менее 0,05 %, измерители малых (менее 0,1 %) гармонических искажений, широкодиапазонные анализаторы спектра с большим динамическим диапазоном. Прецизионные измерительные приборы, выпускаемые малыми сериями, для большинства радиолюбителей недоступны. По этой причине малые нелинейные искажения часто измеряют по нестандартным методикам, что снижает их достоверность.

При выборе норм на диапазон рабочих частот, Кг и Vy наметилось два основных направления. Сторонники одного из них считают, что необходимо совершенствовать аппаратуру практически беспредельно и создают исходя из этого ультралинейные усилители с Кг порядка десятитысячных долей процента, усилители с Vy, несколько сот вольт в микросекунду. Сторонники другого направления вполне резонно отмечают, что качество звучания зависит от характеристик всех звеньев звуковоспроизводящего тракта и определяется тем из них, которое имеет худшие параметры. Исходя из этой предпосылки они считают допустимым Кг = 0,3…1 %, a Vy либо вовсе не нормируют, либо ограничивают ее сравнительно невысоким значением — 1…2 В/мкс. Основанием для таких норм являются стандартизованные параметры основных источников сигнала — проигрывателей, магнитофона, радиоприемников. Известно, например, что даже студийные магнитофоны могут иметь Кг до I…2 %.

Практика работы со звуковоспроизводящими комплексами показывает, что при субъективной оценке усилители с примерно одинаковыми параметрами (полосой рабочих частот, Кг и ) воспроизводят по-разному (естественно, при использовании одних и тех же источников сигнала и акустических систем). В одних случаях разницу в звучании обусловливают такие параметры, как коэффициент демпфирования акустической системы, динамический диапазон и т. п., в других — микролинейность амплитудной характеристики, вызванная, например, самовозбуждением на высоких частотах. Во многих случаях разница в звучании не находит удовлетворительного объяснения и не подтверждается объективными измерениями. Из этого можно сделать два вывода:

на качество звуковоспроизводящего тракта влияет один или несколько малоизученных параметров усилителя мощности, поэтому судить о его качестве можно только по результатам субъективной (обязательно квалифицированной) экспертизы, сопоставляя звучание вновь разработанного усилителя со звучанием какого- либо хорошо изученного высококачественного, принятого за эталон усилителя;

нецелесообразно беспредельно улучшать такие объективные показатели усилителя мощности, как полоса рабочих частот, скорость нарастания выходного напряжения и т. п. Эти параметры имеют вполне определенные пороговые значения, и дальнейшее их улучшение не влияет на субъективное восприятие фонограммы.

Каковы же пороговые значения основных параметров? Естественно, они зависят от характеристик акустической системы, источника сигнала и т. д. Оценим пороговые значения Vy

Кг и рабочего диапазона частот для звуковоспроизводящего тракта, состоящего, например, из динамических головок громкоговорителей 35АС-1 (номинальная мощность 35 Вт, максимальная мощность 70 Вт, номиналь-

ное электрическое сопротивление 4 Ом, номинальный диапазон частот 30- Гц… 20 кГц) или им подобных: усилителя мощности и проигрывателя, реализующего характеристики грампластинки по ГОСТ 7893—72 (Кг до 1,5 % при номинальном уровне записи, относительный уровень фона до —60 дБ) или студийного магнитофона (Кг до 1 %, относительный уровень шумов —60 дБ).

Для нормальной работы динамических головок громкоговорителей усилитель должен развивать мощность не менее 50…70 Вт на нагрузке сопротивлением 4 Ом. При мощности до 70 Вт выходное напряжение

, что соответствует амплитуде 23,7 В. Будем считать, что спектр фонограммы постоянен до частоты 20 кГц. Следовательно, верхняя частота полосы пропускания’ сигнала максимальной амплитуды для рассматриваемого усилителя может быть принята равной 20 кГц (малосигнальная полоса пропускания усилителя при этом может быть значительно шире). Минимальную скорость нарастания выходного напряжения, обеспечивающую требуемую полосу пропускания сигнала максимальной амплитуды 23,7 В, можно определить как максимум производной от напряжения гармонического сигнала частотой 20 кГц:

При этом значении vu выходное напряжение усилителя возрастает от нуля до максимальной амплитуды за 8 мкс. Для сравнения отметим, что в усилителе со скоростью нарастания выходного напряжения 100 В/мкс это время равно 0,24 мкс. Маловероятно, чтобы реальные источники музыкальных программ (даже электронные синтезаторы) могли формировать музыкальные переходы с такими фронтами, и еще менее вероятно, чтобы громкоговорители их воспроизвели.

Сложнее оценить пороговое значение Кг, который, как отмечалось, у основных источников сигнала может достигать 1…1,5 %. Однако, по мнению автора, это не вполне достаточное основание считать допустимым для высококачественного усилителя мощности Кг = 0,2…0,5 %. Представляется более целесообразным установить норму на этот параметр усилителя исходя из того, что все побочные компоненты выходного сигнала, обусловленные нелинейностью его амплитудной характеристики (т. е. гармонические и интермодуляционные искажения) либо вовсе не должны восприниматься на слух, либо должны лежать на нижней границе динамического диапазона, на уровне шумов (фона).

Интермодуляционные искажения приводят к появлению негармонических составляющих в спектре многокомпонентного сигнала, для слуха заметность таких новых компонентов весьма значительна, так как отсутствует их маскировка полезным сигналом. Их частоты не имеют ничего общего с исходной музыкальной программой, они придают звучанию «тяжелый», атональный характер. В то же время заметность гармонических искажений существенно меньше.

Соотношение между продуктами гармонических и интермодуляционных искажений (т. е. между Кг и Кн) зависит от целого ряда обстоятельств, и, как правило, Ки в несколько раз выше Кг. Логично поэтому задаться таким значением Ки, при котором интермодуляционные компоненты выходного сигнала окажутся на нижней границе динамического диапазона фонограммы, на уровне 60 дБ относительно полезного сигнала, что соответствует Ки = 0,1 %. Однако, как уже отмечалось, непосредственное измерение Ки в любительских условиях затруднено. Но, принимая во внимание, что Ки и Кг характеризуют одну и ту же нелинейность, можно ограни-

читься измерением только Кг, сделав поправку, учитывающую влияние на качество звучания интермодуляционных искажений, т. е. установить норму на Кг исходя из допустимого значения Ки· В этом случае допустимое значение последнего, естественно, будет в несколько раз меньше, и, как предельное, можно взять значение Кг, равное 0,03…0,05 %. Коэффициент гармоник высококачественного усилителя мощности не должен превышать порогов

ПРОСТОЙ ЭСТРАДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

С. САКЕВИЧ, г. Луганск, Украина

По многочисленным просьбам читателей редакция публикует описание двухканального эстрадного УМЗЧ с выходной мощностью 2 Х 400 Вт. Его достоинствами являются относительная простота конструкции, достаточно высокие электрические параметры, вполне приемлемая стоимость. Усилитель выполнен полностью на отечественных комплектующих. Принудительная вентиляция, а также узлы автоматики и защиты обеспечивают высокую надежность УМЗЧ в реальных условиях эксплуатации.

Описываемый усилитель предназначен для двухканального усиления мощности сигнала, подаваемого с микшерного пульта или предварительного усилителя. Каждый из двух входов имеет регулятор уровня входного сигнала, позволяющий установить необходимую чувствительность. Переключателем можно объединять его входы, при этом один из двух входных разъемов можно использовать как линейный выход для увеличения числа работающих параллельно усилителей. К особенностям УМЗЧ можно отнести переключаемый фактор демпфирования громкоговорителей для оптимизации их звучания в различных акустических условиях.

Основные технические характеристики

Номинальное входное напряжение,В………………………….1,1 Номинальная выходная мощность каждого из двух каналов, Вт, при Кг= 1% и сопротивлении нагрузки: 4 0м ……………………………………………400 8 0м ……………………………………………220 Диапазон рабочих частот, Гц, при неравномерности -0,5 дБ………20…20000 Скорость нарастания выходного сигнала,В/мкс …………..25 Коэффициент гармонических искажений сигнала с уровнем 1 дБ, %, не более, на частоте 1 кГц ………………………….0,01 в рабочем диапазоне частот………….0,1 Отношение сигнал/шум+фон, дБ ………………………………..96 Предельно допустимое отклонение напряжения в сети,В…………………….170…270 Минимальное сопротивление нагрузки, Ом ………………..2,5 Габаритные размеры, мм …………………………………………….430х90х Х482 Масса, кг, не более ……………………………………………………..16

Усилитель имеет индикаторы уровня выходного сигнала и его ограничения, перегрузки по выходу, а также индикаторы аварийного отключения громкоговорителей и превышения напряжения сети.

На ( 64 Кб ) приведена схема правого канала усилителя и узла защиты нагрузки (узел защиты изображен на и соединяется с УМ точками 1 ). На входе УМЗЧ применен ОУ КР544УД2А, а цепи C4R4 и R1C3 ограничивают полосу усиливаемых частот. Они уменьшают проникновение в УМ колебаний инфра- и ультразвуковых частот, способных привести к перегрузке усилителя и динамических головок. Усилитель напряжения на VT1—VT4 аналогичен примененному в [1, 2]. Выход ОУ соединен с эмиттерным повторителем VT3, который совместно с цепью R6C15 выполняет функции преобразователя напряжение—ток. Этот ток поступает через каскад с ОБ на VT2 к усилителю напряжения на VT1. Далее структура усилителя практически симметрична: нагрузкой транзистора VT1 является генератор тока на VT4, входная цепь последующего каскада усилителей тока, а также резистор R12, стабилизирующий сопротивление нагрузки для VT1. Это сделано с целью некоторого уменьшения общего усиления и увеличения устойчивости усилителя при замкнутой цепи ООС. Последующий усилитель тока выполнен трехступенчатым: VT5, VT10, далее — VT11, VT17 и затем VT12—VT16, VT18— VT22 (в каждом плече по пять параллельно включенных транзисторов).

Узел защиты от короткого замыкания (КЗ) в нагрузке выполнен на транзисторах VT6, VT7 и VT8, VT9, включенных по схеме аналога тиристора, для верхнего и нижнего плеча соответственно. В выключенном состоянии этот узел не оказывает влияния на выходной каскад. При возникновении условий для срабатывания защиты транзисторы соответствующего плеча выходного каскада полностью закрываются. Таким образом, ток потребления УМ при КЗ и номинальном входном напряжении будет даже меньше, чем в режиме холостого хода, поэтому при КЗ на выходе усилитель мощности не выходит из строя. Резистор R14 необходим для корректной работы защиты от КЗ. К примеру, при перегрузке верхнего по схеме плеча открываются транзисторы VT6, VT7 и остаточное напряжение на базе VT5 относительно выхода не превышает 0,8 В. Если этого резистора нет, то напряжение смещения на диодах (примерно 2,6 В) приведет к увеличению напряжения смещения для нижнего плеча выходного каскада и его отпирания.

В отличие от других устройств защиты с выключением выходных транзисторов [2, З], предлагаемый узел автоматически возвращается в исходное состояние при восстановлении нагрузки сопротивлением 2,5…16 Ом и подаче на вход усилителя полезного сигнала с уровнем 25% от номинального и выше. Цепи R18C13 и R19C14 устраняют возможность ложного срабатывания защиты из-за сдвига фазы тока в нагрузке вследствие ее реактивного характера.

В выходном каскаде транзисторы предоконечной ступени работают в режиме АВ с током покоя около 100 мА, определяемого напряжением смещения надиодахУ09—VD12 и резисторами R24, R35. Относительно небольшое их сопротивление позволяет этой ступени работать в режиме малого сигнала непосредственно на нагрузку и сокращает время разрядки емкости Сеэ транзисторов оконечной ступени, снижая ее коммутационные искажения. Эти транзисторы работают в режиме В, поэтому для них не требуется цепей термокомпенсации и регулировки тока покоя.

Индикатор ограничения выходного сигнала и КЗ на выходе питается импульсами отрицательной полярности на выходе ОУ DA1, возникающими вследствие разрыва петли ОС при ограничении выходного сигнала или срабатывания узла защиты. Устройство задержки подключения нагрузки и отключения ее при появлении постоянного напряжения на выходе усилителей выполнено общим для обоих каналов. При включении питания конденсатор С 19 заряжается через резистор R49, обеспечивая задержку открывания транзисторов VT25, VT27 и включения реле К1 на 2 с. При появлении постоянного напряжения на выходе одного из усилителей при положительной полярности откроется транзистор VT23, а в случае отрицательной — VT24, запирая транзисторы VT25, VT27 и выключая реле. Отключение громкоговорителей производится узлом защиты и при увеличении напряжения в сети выше 250В (VT26, VD17—VT19, R51—R53). Как показывает практика, превышение питающего напряжения бывает гораздо чаще, чем можно предполагать. При повышении напряжения питания узла защиты ток, текущий через стабилитроны VD17—VD19, открывает транзистор VT26, в результате включается индикация превышения напряжения сети и открывается транзистор VT23, что приводит к отключению нагрузки. Продолжение работы возможно после перевода переключателя напряжения сети в положение «250 В».

Схема источника питания, блока индикации и межблочных соединений обоих каналов показана на ( 60Кб ). Нумерация межблочных соединений платы УМ и защиты АС, а также платы индикаторов соответствует нумерации выводов контактных площадок на соответствующих рисунках размещения элементов на печатных платах. Каждый из двух входов усилителя имеет регулятор уровня входного сигнала (переменные резисторы R1, R2), позволяющий установить необходимую чувствительность. Кнопочным переключателем SB1 можно объединять его входы.

В УМЗЧ возможно переключение степени демпфирования громкоговорителей, используемых в различных акустических условиях. При переводе усилителя в режим высокого выходного сопротивления (кнопка переключателя SB2 «Вых. Н/В» нажата) выходное сопротивление усилителя повышается до 8…10 Ом за счет введения в усилителе обратной связи по току с резисторов R3, R4. Это, как показывает практика, — оптимальная величина для большинства громкоговорителей. Однако ее легко изменить в любую сторону подбором резистора R2 на плате усилителей. Заметим, что режим повышенного выходного сопротивления заметно повышает надежность работы АС. Дело в том, что повышение выходного сопротивления усилителя способствует понижению активных потерь в громкоговорителе, что позволяет более полно использовать его возможности и, кроме того, заметно снизить интермодуляционные искажения [4]. Режим повышенного выходного сопротивления также уменьшает сдвиг фазы тока в выходном каскаде относительно входного сигнала.

Усилитель оснащен индикаторами контроля режима работы. Это индикаторы включения питающей сети (HL9), аварийного отключения громкоговорителей (HL7) и индикатор HL8, свидетельствующий о принудительном отключении нагрузки вследствие опасного превышения напряжения питания. Индикаторы уровня сигнала HL2 и HL3, HL5 и HL6 имеют пороговые значения 5, 20 дБ, а также показывают его ограничение(светодиоды HL1, HL4) для каждого канала отдельно. Кроме ограничения, те же индикаторы сигнализируют о коротком замыкании на выходе какого-либо канала (при отсутствии свечения остальных индикаторов уровня).

Блок питания усилителя максимально упрощен. Питание собственно УМЗЧ производится от выпрямителя с напряжением 70 В, для блока защиты и индикации используется свой выпрямитель, подключаемый к отдельной обмотке трансформатора питания. Вентиляторы М1, М2 предназначены для обдува теплоотводов мощных транзисторов. Пояснения требует, видимо, и назначение выключателя SB5: в системе звукоусиления его устанавливают в положение, при котором достигается минимальный фон от наводок питающей сети.

Конструкция и детали

Внешний вид усилителя показан на рис. 4 (со стороны задней панели). Основные его узлы размещены на металлическом шасси с крышкой. На передней панели с щелевыми отверстиями установлены вентиляторы для принудительного обдува теплоотводов мощных транзисторов усилителя, а также плата индикации режимов работы. На задней панели установлены соединители для присоединения сигнальных кабелей и трехпроводного кабеля питания, переключатели предельного напряжения сети и фактора демпфирования громкоговорителей, держатель плавкого предохранителя.

Рис.4

ЛИТЕРАТУРА

1. Клецов В. Усилитель НЧ с малыми искажениями. — Радио,1983.№ 7,с.51— 53.

2. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности. — Радио,1989,№ 6,с.55—57.

3. Зуев П. Усилитель с многопетлевой ООС.— Радио,1984.№ 11.с.29—32.

4. Агеев С. Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление? — Радио, 1997, Na 4.с.14—16.

Окончание следует

Радио 11’2000 г. с.12-14

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