Улучшенный выходной каскад УМЗЧ на полевых транзисторах

09.10.13   bdna   45 492   19   После переделки ушного усилителя Lunch box остался рабочий макет SRPP на 6Н23П.Выкидывать было жалко. Было желание доделать усилитель до конца. В предыдущей поделке пришлось применить некоторые упрощения, связанные с размерами корпуса, например: общее питание для обоих каналов, не совсем те ёмкости, которые хотелось бы попробовать.Было принято решение сделать новый усилитель SRPP для наушников на 6Н23П без указанных упрощений. В итоге получился вдруг вот такой гибрид.

Содержание / Contents

↑ Мой SRPP-усилитель, вариант бескомпромиссный

Итак, изначально была задумка сделать ушной SRPP с условно-раздельным питанием каналов (общие трансформатор, мост, дроссель, далее раздельные RC цепочки), с хорошими ёмкостями, симпатичный и т.п.Решил все делать на одной плате (см. файлы). Принцип такой: лампочки и конденсаторы питания вверх, все остальное вниз. На плате разместились: трансформатор, электронный дроссель (как оказалось впоследствии, очень даже не зря я его поставил). Далее питание расходится двумя разными RC фильтрами на каждый канал. Нашлось место и для регулятора громкости и для разъёма под наушники.В итоге получилось вот такое: Размер платы 10×15 см.Накал подведён скрученными проводами, упакованными в экран и термоусадку. Сигнальные провода: на каждый канал по две жилы МГТФ (сигнал и земля) в экране. Экран соединён с землёй с одной стороны (у регулятора громкости).Особенностью данной конструкции является наличие недешёвых электролитов фирмы Jensen в питании. Довольно долго боролся с собой, но всё-таки поставил. Сначала их было 2 (по одному на канал), но смотрелась такая конструкция не очень эстетично. Как-то одиноко торчали эти конденсаторы. Поэтому после очередной борьбы с собой, поставил ещё один общий, после электронного дросселя. Стало симпатичнее.Вид на плату снизу: Ещё одна особенность: хорошие конденсаторы MKP Mundorf MCap-ZN в питании. Очень полезно для звука.Зелёные провода с разъёмами появились потом. К усилителю для наушников отношение не имеют. В общем, получилось симпатично, как хотелось. И играло хорошо.

↑ Идея об УМЗЧ

Настало очередь задуматься над корпусом. У меня почти всегда получается: сначала внутренности, а потом вокруг них корпус. Идей было много, спешить некуда, обдумывал. В итоге пришла неожиданная мысль: ушной усилитель это хорошо, а может прикрутить ему на выход нечто, чтобы и колонки при необходимости раскачал? Были найдены, изучены, обдуманы и т.п. несколько вариантов: от одного транзистора на выходе, до сращивания с микросхемными усилителями типа TDA2050, LM3886 и т.п. В макеты пошли две схемы: транзисторные оконечные каскады. Одна схема на биполярных транзисторах, вторая на полевых. После прослушивания остановился на полевых транзисторах. О ней и расскажу дальше.

↑ Схема с УМЗЧ на полевых транзисторах

За основу взята схема с сайта cxem.net. Окончательный вид схемы получился таким: Лампа применена 6Н23П. Также пришлось изменить номинал резисторов R15 в связи с тем, что напряжение питания у меня меньше, чем в исходной схеме (там ±36В) и без изменения номинала резистора не получится выставить нужный ток покоя. Почитав про данную схему отзывы, выяснил, что есть жалобы на «вылет» выходных транзисторов. Предположений о причинах этого казуса было озвучено несколько, но к одному мнению не пришли. Несмотря на то, что у меня ничего не «вылетало», на всякий случай добавил защиту: цепочку замыкания затворов на землю (через резистор и реле). Реле нормально-замкнутое, отключает это заземление одновременно с подключением колонок блоком задержки (после прогрева ламп и прочих переходных процессов при включении). Т.е. при подаче напряжения на реле защита отключается, а при всяких неожиданностях (например, при пропадании напряжении на реле) происходит замыкание затворов на землю. У меня стоит 4 герконовых реле вместо одного общего.

↑ Настройка

Схема довольно проста. Настройка сводится к установке резистором R19 «0» на выходе и установке тока покоя транзисторов (примерно 330 мА) с помощью R15. Ток контролируется измерением падения напряжения (110 мV) на резисторах R26 и R27.При первом включении R19 ставится в среднее положение, а R15 в нижнее по схеме. Далее включаем, ждём пару минут и устанавливаем нужные значения тока покоя и «0».

↑ Детали усилителя

О применённых деталях.Трансформаторы применены тороидальные. В SRPP трансформатор с параметрами: — 6,3В 1A — 170В 0.2AВыпрямительные диоды FR205.В УМ трансформатор: 2 обмотки по 20В 3А. Другого не было. Трансформатор желательно взять помощнее. При максимальной мощности напряжение немного просаживается. Напряжение можно ещё повысить (повторю, в первоисточнике ±36В).Диодные мосты D7 и D8 — какие были в наличии на 8А (KBU-8M). На мосты установлены радиаторы размером 5×5х2 см.С6 — Jensen 500V 100 uFС10 — Jensen 500V 220 uFС5 — MKP Mundorf MCap-ZN 250V 2.2 uFС2 — ELNA Silmic II 10V 3300 uFС5 — ELNA Silmic II 250V 200 uF. Я применил два по 100 uF включённых параллельно.С1 и С4 – К73-17С11, С12, С13 — 6.8 uF 250V неизвестного бренда (что было). Лучше конечно поставить хорошие конденсаторы, на звук сильно влияют. Но меня устроили и эти. Искать другие и экспериментировать не стал.Остальные электролиты любые, с подходящими номиналами. У меня стоят Epcos.Стабилитроны D10 и D12 – на напряжение 12-15В. D11 и D13 – КД521.В случае применения в электронном дросселе транзистора STP9NK50Z, указанного на схеме, стабилитрон D5.1 не нужен. Т.к. он уже присутствует в транзисторе. Транзистор в электронном дросселе размещён на небольшом радиаторе. Практически не греется.Подстроечные резисторы R16 и R19 — многооборотные. Резисторы R26 и R27 собраны из трёх 2 ватных резисторов по 1 Ом, включённых параллельно. Остальные резисторы 0,25ВтРегулятор громкости ALPS.Анодное напряжение на верхнем триоде после RC цепочек = 140V. Подогнать анодное напряжение можно или резисторами (R7, R8) в RC фильтре, или делителем R9/R10 в электронном дросселе.

↑ Компоновка

Как расположить существующую плату SRPP и новую плату УМ в корпусе? Стандартный вариант: плоский корпус, платы в одной плоскости рядом, радиаторы сбоку или сзади. Не сильно оригинально. Если радиаторы сверху разместить, то более оригинально, но есть опасность замыкания по питанию (на радиаторах, без изоляции транзисторов, потенциал питания).Второй вариант: платы друг над другом, радиаторы с боку. Более оригинально. За такой вариант ещё было то, что в этом случае нужны заготовки корпуса меньшего размера.Выбран второй вариант. Плата усилителя была разведена размером с плату SRPP.На плате разместились: блок питания, сам усилитель и блок защиты АС. На трансформаторе впоследствии был закреплён самовосстанавливающийся тепловой предохранитель на 70 градусов.Выходные транзисторы, размещённые на радиаторах через термопасту, соединяются с платой проводами, припаянными к монтажным клеммам платы. С одной стороны размещены IRFP140. С другой стороны IRFP9140, т.е. опасность случайного замыкания +/- 28в между собой сведена к минимуму. Для дополнительной безопасности можно посадить транзисторы на радиаторы через термопрокладку.Размер радиаторов специально не рассчитывал. Взял радиаторы, наиболее подходящие по размеру в ближайшем магазине «на глаз», исходя из опыта. И с таким расчётом, чтобы не выступали сильно за корпус (габариты корпуса уже примерно были понятны). В итоге не ошибся. Нагрев радиатора в районе крепления транзисторов около 60 градусов. Размеры радиатора: 8×15×3 смТранзистор VT2 (термостабилизирующий) расположен непосредственно на радиаторе одного из выходного транзистора (с обратной стороны) и соединён с платой с помощью разъёма, посажен на радиатор через термопрокладку.Резисторы R23 и R24 размещены не на плате, а припаяны непосредственно к затворам транзисторов.Монтажные клеммы, к которым припаяны провода выходных транзисторов, заделаны в плату по следующей технологии: берётся вот такой лепесток.Хвостик загибается под углом 90 градусов.На плате делается отверстие 3 мм и надфилем растачивается окошко, чтобы в него вошёл хвостик.Получается примерно такая дорожка: Лепесток вставляется в плату со стороны дорожки. Хвостик проходит сквозь плату и торчит сверху (к нему потом и припаивается провод). Лепесток прикручивается к плате винтиком М3 и дополнительно пропаивается по краям.Сигнал между SRPP и УМ передаётся через те самые «зелёные провода», которые выше были описаны как «к усилителю для наушников отношение не имеют». На плате SRPP они запаяны, на плате УМ соединяются через разъёмы.Конструкция в виде макета получилась такой:

↑ Несколько слов о коммутации

Во-первых, блок защиты АС. Блок защиты должен был удовлетворять следующим требованиям: — Задержка при включении, нужна, в том числе чтобы лампы успели прогреться. — Защита от постоянного напряжения на выходе обоих полярностей. — Защита при пропадании одной из полярности напряжения питания. — Простота, чтобы никаких специализированных микросхем, только транзисторы и реле.Перепробовал несколько схем. Идеала не нашёл. В итоге оставил одну, наиболее лучшую из них. Но и она не идеальна, поэтому схему не привожу. Порекомендовать не могу. По этой же причине защита АС не разведена на прилагаемой плате.Во-вторых, питание. По сути, получается два усилителя в одном корпусе. У каждого свой блок питания. Я поставил два тумблера по питанию 220В. Первых включает собственно SRPP и позволяет использовать усилитель как ушной. Он же подаёт питание на второй тумблер.Второй тумблер подаёт питание на усилитель мощности, что позволяет включать его только при необходимости.Вторые группы контактов обоих тумблеров включены последовательно и принудительно отключают реле защиты АС. В-третьих, реле Защиты АС у мены контактовя на 4 групп. Две группы собственно включают АС, третья группа подаёт питание на реле защиты затворов. Четвертая группа контактов переключает сигнальный светодиод с красного на жёлтый.В итоге получилась следующая логика работы: — Можно включить только усилитель для наушников первым тумблером. Если при этом включён второй тумблер, то одновременно включается и УМ. Соответственно без первого тумблера УМ не включается. — При включении усилителя мощности (второй тумблер) горит красный светодиод, идёт задержка включения АС, затворы полевиков замкнуты на землю. — После задержки включаются АС, включаются реле защиты и отключают от земли затворы, включается жёлтый светодиод. — При срабатывании защиты АС отключаются колонки, включается красный светодиод и затворы замыкаются на землю. — При отключении питания любым из тумблеров принудительно отключается реле защиты АС и, следовательно, отключаются АС и затворы сажаются на землю.В общем, защита получилась со всех сторон. Как тумблерами питания не щелкай, плохого ничего не случится.

↑ Корпус усилителя из «массива гевеи», хе-хе!

При прослушивании пару неделек в макете подтвердились опасения: трансформатор в УМ ощутимо греется. Тепловой предохранитель на 70 градусов иногда срабатывал. Значит, нужно предусмотреть принудительную вентиляцию.Из чего делать корпус? Случайно в отделе хоз. товаров одного из магазинов увидел вот такие штуки: Да, это разделочные доски! Как было написано: «массив гевеи». Размер подходящий (20×30) и цена доступная: по 60 руб. за штуку. Прикупил 8 штук на всякий случай.Пошёл к соседу. У него хобби: работать с деревом. И инструмент подходящий есть. Разметили, напилили, наделали нужных дырок, склеили, покрыли воском. На все ушло пару дней неспешной работы. Спасибо ему большое за помощь. В итоге получился вот такой корпус: Размер корпуса 27×18х15 см.

↑ Собираем всё в корпус

Вставляем нижнюю плату УМ. С боков крепятся радиаторы на жёлтеньких дюралевых стояках. Сзади — вентилятор на 220В размером 80×80 мм на 1800 об/мин с подшипником качения, чтобы не сильно шумел. Вентилятор включается через нормально разомкнутый тепловой предохранитель на 60 градусов. Т.е. работает не постоянно. Предохранитель расположен на дальней от вентилятора стороне трансформатора УМ.С целью уменьшения вибрации, вентилятор закреплён не стандартно. Отверстие в корпусе, под вентилятор, квадратное. На 3 – 4 мм шире с каждой стороны, чем внешние габариты вентилятора.Вентилятор вставлен внутрь отверстия, зазоры залиты силиконовым герметиком (как пластиковые окна вокруг пеной заливают). После застывания герметика, держится крепко. Снаружи вентилятор закрывается декоративной решёткой.К нижней плате прикручены шестигранные дюралевые стойки, на которые размещается верхняя плата SRPP.Далее снова стойки, к которым привинчивается верхняя крышка.Избавиться от отверстий, которые были в разделочных досках, не получилось. Не прошло по размерам. Оставил их, как вентиляционные. Впоследствии закрыл их металлическими сеточками. Сеточки добыл из вот такого стакана для карандашей: Стакан подвернулся в магазине, где «все продаётся по одной цене». В общем, сеточки обошлись достаточно дёшево.В итоге получился вот такой оригинальный девайс:

↑ Прослушивание

Послушал готовый вариант. Играет громко и не плохо. Звук понравился. Раскачивает современные колонки хорошо. Схема всеядна на колонки. Можно и 4 Ома и 8 Ом. Для закрепления положительного впечатления отнёс к соседу, который помогал с корпусом. Тут небольшое отступление. Музыку он слушает на следующей технике: CD проигрыватель, ресивер, колонки. Все неплохого качества, известных брендов. Бренды указывать не буду. Не в бренде дело. Когда пару лет назад я услышал, как все это играет, то не побоялся сказать что в звуке что-то не то. В принципе нормально, но немного не так все звучит, как хотелось бы. С высокими ерунда какая-то. И смазано как-то. В общем, он со мной согласился. Досконально разбираться не стали. Сошлись на мнении что, скорее всего колонки подкачали.В общем, принёс я к нему этот усилитель. Подключили к его колонкам, включили. Пришлось забрать свои слова о колонках обратно. Нормальные оказались колонки. Все зазвучало. Придраться практически не к чему. Через пару часов прослушки с заменой репертуара, с переходом на винил и даже на простой FM приёмник, мне надоело искать недостатки. Я оставил ему усилитель «на погонять и выявить недостатки» и ушёл.«Погонять» заняло практически месяц. В процессе поучаствовали другие соседи и гости. Недовольных не нашлось. Забегая вперёд скажу, что мой сосед участвовал в прослушивании многих собранных мной усилителей, и настолько проникся хорошим звуком, что я собрал для него, в качестве премии, ламповый усилитель. Теперь «бренд» пылится. Но это другая история.

↑ Выводы

Звук хороший. Для тех, кто сомневается в своих силах построить полный ламповый усилитель, данная конструкция может стать достойным стартом в ламповый звук.В качестве эксперимента можно попробовать усилитель без катодных конденсаторов С1 и С2. Звучит по-другому. Сравнивать звучания не возьмусь, кому как больше понравится. Правда усиление при этом упадёт.Максимальный неискажённый сигнал для УМЗЧ получился: — на нагрузке 4 Ома = 14V, т.е. 49 Вт,  — на нагрузке 8 Ом = 17V, т.е. 36 Вт.Входной сигнал при этом порядка 1V. При более мощном трансформаторе в УМ выходная мощность будет выше. По крайней мере, в первоисточнике при напряжении питания ±36В заявлена мощность 140 Вт.Гармоники на нагрузке 4Ом выглядят следующим образом (мощность 10 Вт):На 8 Ом результаты чуть лучше, но не принципиально.АЧХИзмерения проводились на нагрузке в виде 20Вт резистора на 4 Ома.

↑ Доводка

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

↑ Файлы

В дополнение прилагаю разводку, выполненную в DipTrace▼DipTrace.zip 🕗 26/08/13 ⚖️ 64,37 Kb ⇣ 110Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства. Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи — помоги мне!Пожертвовать на журнал Датагор и др. способы получения доступа. — Спасибо за внимание! Игорь Котов, учредитель журнала «Датагор» А также печатные платы в виде картинок, для тех, у кого еще нет DipTrace.▼pechatki.zip 🕗 26/08/13 ⚖️ 637,51 Kb ⇣ 153Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства. Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи — помоги мне!Пожертвовать на журнал Датагор и др. способы получения доступа. — Спасибо за внимание! Игорь Котов, учредитель журнала «Датагор»

Камрад, смотри полезняхи!

Дмитрий (bdna)РФ. г.МоскваСписок всех статейПрофиль bdnaО себе автор ничего не сообщил.

Читательское голосование

Статью одобрили 48 читателей.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.

Поделись с друзьями!

Связанные материалы

История о том, как из конструктора lunch box получился усилитель SRPP для наушников… Эта история случилась года 2 назад. Ее могло не быть, но как говорится, «звезды сошлись» и вот что… Малогабаритный ламповый усилитель SRPP для наушников. Печатные платы, подсветка, корпус… На необъятных просторах Интернета подобный усилитель многократно обсуждался в различных вариантах… Моя печатная плата SRPP усилителя для наушников… Недавно прочитал на Датагоре статью Сделай сам SRPP усилитель для наушников на 6Н6П и решил… Портативный усилитель для головных телефонов RED-31 c 3V питанием… Перевод и адаптация: Игорь «Датагор» Котов, 2010г. Источник: redcircuits.com Высококачественный… Ламповый усилитель SRPP на 6Н23П для наушников в корпусе от внешнего HDD… Сидели, как то с друзьями и слушали музыку, один друг и говорит: «А как будет звучать ламповый… Гибридный усилитель Corsair (LM3886 + 6Н23П). Мой голос в защиту… Попросили меня сделать усилитель для озвучки комнаты в 50 м2, своеобразный «деревенский клуб»…. Мой первый SRPP-усилитель для наушников… Как-то раз я увидел интересную самоделку на основе KOSS sportа pro. Мне сразу захотелось тоже… Входной буфер и регулятор уровня громкости для УМЗЧ. Часть 3. Двухполярное питание… Здравствуйте, уважаемые читатели! Этим небольшим, но полезным дополнением я продолжаю тему,… Усилитель для наушников: SRPPна 6Н6П… Вот и подошло врямя первой публикации на Датагоре! Поразмыслив, я решил осветить столь популярную… Гибридный усилитель для наушников: лампа 6AQ8 (6Н23П) + IRF540… Приветствую вас, уважаемые датагорцы! Представляю вашему вниманию гибридный усилитель для наушников… Мониторный УМЗЧ «Waft Killer 7» на LT1210 и умощненный вариант «Waft Killer 15″… Впервые обратил внимание на чип LT1210 на Датагоре. Мне его вручили после Новогоднего конкурса в… УМЗЧ на TDA7295 с электронным регулятором громкости КА2250, TC9153… TDA7295, KA2250, TDA2030A, TC9153. Желание сделать качественный усилитель возникло давно. Выбор…

Общаемся по статье 💬

Гибридный усилитель: SRPP на лампах + УМЗЧ на полевых транзисторах

Комментарии, вопросы, ответы, дополнения, отзывы

Я часто говорил, что не являюсь фанатом усилителей мощности на полевых транзисторах, но этот усилитель изменил мои взгляды, и я считаю, что это «эталонная» система во всех отношениях. Он использует полевые транзисторы. Производительность очень хорошая, с невероятно низким уровнем искажений, большой мощностью, широкой полосой пропускания и «самозащитой» выходных транзисторов. Но это не означает, что усилитель не выйдет из строя, просто он гораздо более терпим к сбоям, чем биполярный транзисторный усилитель, а для ограничения тока требуется всего лишь пара стабилитронов.

Все дорожки на печатной плате выполнены как можно более короткими, что сводит к минимуму вероятность появления шума. Усилитель будет стабильно работать при напряжениях питания от ±5 В до ±70 В.

При напряжении питания ±70 В (которое не должно превышаться!), выходная мощность составляет около 180 Вт/8 Ом или 250 Вт/4 Ом. Кратковременная мощность около 240 Вт/8 Ом или 380 Вт/4 Ом. Рекомендуемое напряжение питания составляет ±56 В.

Если максимальная мощность не нужна, я предлагаю использовать напряжение питания ±56 В, полученное от трансформатора  с вторичными обмотками 40 В + 40 В. Вы получите мощность около 150 Вт/8 Ом от такого напряжения, а также уменьшите требования, предъявляемые к выходным транзисторам и радиаторам.

На фото показана печатная плата. Выходные транзисторы монтируются под платой и крепятся винтами. Никакой другой монтаж не требуется. Зеленая жила вдоль переднего края плата является землей, так что основные токонесущие дорожки не были повреждены. Вся входная часть находится между электролитическими конденсаторами и намеренно максимально компактна. Это повышает производительность, гарантируя отсутствие длинных дорожек для входного каскада, которые в противном случае могут ловить шум, который может серьезно ухудшить звучание.

Характеристики:

Значения искажений показывают, что нагрузка на усилитель дает очень небольшие отклонения. В форме искажения нет видимых или слышимых компонентов высокого порядка. Выходное сопротивление измерялось на полностью готовом усилителе, включая внутреннюю проводку. Это влечет за собой около 200 мм провода (на канал), поэтому выходной импеданс самого усилителя явно ниже указанного. При нагрузке 8 Ом коэффициент демпфирования при 1 кГц составляет около 800 (8/10 милли Ом).

Шум измерялся при разомкнутом входе, и при -54 дБВ может выглядеть не слишком хорошо, но это невзвешенное измерение с шириной полосы, значительно превышающей 100 кГц. Несмотря на это, отношение сигнал/шум (в расчете на полную мощность) составляет 86 дБ (невзвешенный), а сам усилитель полностью бесшумный в АС. Даже подключение наушников непосредственно к выходам усилителя показало, что шума не было слышно.

Интермодуляционные искажения я не смог измерить, так как нет подходящего оборудования. Но я добавил графики измерений. Большая часть гармоник присутствует в двух генераторах, которые я использовал, и усилитель практически ничего не дает.

1 кГц + 2 кГц, +30 дбВ, выход 8 Ом

1 кГц + 2 кГц, -25 дбВ, выход 8 Ом

10 кГц + 12 кГц, +20 дбВ, выход 8 Ом

Описание

Первое, что вы заметите, это то, что номиналы элементов не показаны. Учитывая производительность схемы и тот факт, что я уже продал пару готовых усилителей, я не собираюсь раскрывать все свои секреты. Если вы хотите узнать номинал деталей, вы должны купить печатную плату.

Обратите внимание: наиболее важным аспектом дизайна является компоновка печатной платы, и очень сомнительно, что если вы создадите свою собственную плату, вы получите такие же параметры как у меня. Выходная мощность практически не изменяется, но искажения и стабильность достигаются благодаря компактной и тщательно спроектированной компоновке, которая сводит к минимуму любые неблагоприятные соединения на дорожках печатной платы, которые могут вызывать искажения.

Версия усилителя с пониженной мощностью

Как показано на приведенных ниже схемах усилитель может быть выполнен в версии с высокой или низкой мощностью. Если Вы выбрали версию с одной парой выходников, то лучше ограничится питанием до ±42 В, чтобы она могла управлять нагрузками на 4 и 8 Ом без избыточного рассеивания мощности. При этом напряжении можно получить около 80 Вт/8 Ом или 140 Вт/4 Ом. Естественно, двойные пары выходных транзисторов также могут использоваться при этом напряжении, обеспечивая гораздо лучшие тепловые характеристики (и, следовательно, более холодную работу), гораздо большую пиковую нагрузку по току и немного более высокую мощность. Эта версия может использоваться при любом напряжении от ±25 В до ±42 В.

В качестве выходных полевых транзисторов используются Hitachi/Renesas, 2SK1058 (N-канал) и 2SJ162 (P-канал). Они разработаны специально для аудио и намного более линейны, чем многие другие. К сожалению, они не дешевы, но их производительность в аудио намного лучше, чем в вертикальных MOSFET, HEXFET и т.д. Обратите внимание, что использование HEXFET или любого другого вертикального типа MOSFET не допускается.

Альтернатива (и, возможно, незначительно лучше, чем у серии 2SK/2SJ) – это Exicon ECX10N20 и ECX10P20 (доступны от Profusion PLC в Великобритании). Они были использованы в большинстве усилителей, которые я построил и работают очень хорошо. Таким образом, проверяйте доступность деталей перед покупкой печатной платы. Вы также можете использовать BUZ901P/BUZ905P или ALF08N16V/ALF08P16V. Минимальное номинальное напряжение составляет 160 В. Все остальные части вполне стандартные. Renesas также производит полевые транзисторы 2SK2221/2 и 2SJ351/2. Они имеют меньшую мощность (рассеиваемая мощность 100 Вт), но имеют довольно разумную цену и должны подходить для пониженных напряжений питания. ±42 В – рекомендуемое максимальное напряжение при использовании 2 пар в конфигурации высокой мощности, показанной ниже. Питании ±56 В  допускается при нагрузке 8 Ом.

Версия усилителя с повышенной мощностью

Используется та же самая печатная плата, но есть дополнительная пара выходных транзисторов. Поскольку устройства работают параллельно, исходные резисторы используются для принудительного разделения тока. Хотя они могут быть заменены обычной жилой. Эта версия может работать при абсолютном максимальном напряжении питания до ±70 В (рекомендуется ±56 В) и будет выдавать среднее значение мощности в 180 Вт/8 Ом или 250 Вт/4 Ом. Пиковая мощность составляет 240 Вт/8 Ом или 380 Вт/4 Ом.

Транзисторы и полевые транзисторы в этой версии те же, что и для варианта с пониженной мощностью. Показанные дополнительные конденсаторы (C11 и C12) предназначены для балансировки емкости затвора. Транзисторы с P-каналом имеют значительно более высокую емкость затвора, чем их аналоги с N-каналом, а крышки гарантируют, что две стороны усилителя примерно равны. Без этих заглушек усилитель почти всегда будет нестабильным.

Как отмечено выше, печатная плата одинакова для обеих версий. Версия с высокой мощностью также может использоваться при более низких напряжениях питания, с небольшим увеличением мощности, но значительно более низкими рабочими температурами даже при максимальной мощности и большей надежностью.

В обеих версиях страница конструкторов дает дополнительную информацию, а схемы содержат расширенную цепь Цобеля на выходе для большей стабильности при самых сложных нагрузках. Это предусмотрено на печатной плате и позволяет усилителю оставаться стабильным практически при любых условиях.

Вся схема была оптимизирована для минимального тока в драйвере класса A, но при этом обеспечивала достаточный привод для обеспечения полной мощности до 25 кГц. Скорость нарастания в два раза выше, чем требуется для полной мощности при 20 кГц (15 В/мкс). Ее довольно просто увеличить, но этот усилитель уже превосходит многие другие, и более быстрая работа не требуется и не желательна.

В обеих версиях усилителя R7 и R8 выбраны для обеспечения тока в 5 мА через каскад усилителя напряжения. Вам нужно будет изменить значение, если будете использовать другое напряжение питания.

R7 = R8 = Vs / 10 (кОм)   (где Vs – напряжение питания)

Например, установка правильного тока при питании ±42 В:

R7 = R8 = 42/10 = 4,2 кОм (используйте стандартное значение – 3,9 кОм)

Конструкция

Как указывалось выше, я настоятельно рекомендую вам приобрести плату для этого усилителя, иначе вы почти наверняка получите результаты, которые далеко не соответствуют реальным возможностям усилителя. Печатная плата также делает конструкцию легкой, кроме блока питания, установленного на самой плате. Как и многие другие усилители мощности, полевые транзисторы монтируются под платой, для чего требуется всего два (или четыре) винта для крепления печатной платы и выходных устройств. Как всегда, полная информация о конструкции будет доступна при покупке платы.

Радиаторы. Поскольку усилитель предназначен для использования в Hi-Fi, вентиляторы нежелательны, поэтому радиатор должен быть значительным. Я предлагаю вам использовать радиатор с тепловым сопротивлением около 0,4 °C/Вт для версии с высокой мощностью. Конечно, она может быть несколько меньше для версии с низким энергопотреблением, но я рекомендую, чтобы она была не меньше чем ~ 1 °C/Вт.

Используемые радиаторы должны иметь полностью плоскую заднюю стенку, без каких-либо выступов или чего-либо еще. Выходные транзисторы должны быть электрически изолированы от радиатора, и вы можете использовать тонкие изоляторы из слюды, каптона (25 мкм) или оксида алюминия. Не пытайтесь использовать силиконовые прокладки – они имеют слишком большое тепловое сопротивление и приведут к выходу из строя транзисторов.

Предлагаемый блок питания полностью условен. Трансформатор для источника питания должен соответствовать ожидаемой мощности, которую вы хотите получить от усилителя. В следующей таблице приведены рекомендуемые значения напряжения трансформатора и мощность для одного канала. Используйте два трансформатора или один с удвоенным значением мощности для стерео. Например, трансформатор с питанием на вторичке 40-0-40 В и мощность 300 Вт может использоваться для стереофонического усилителя мощностью 150 Вт, который используется для Hi-Fi.

Обратите внимание, что все показанные мощности являются «кратковременными» или пиковыми – постоянная мощность всегда будет меньше, поскольку источник питания падает при нагрузке. Пиковые уровни мощности обычно достигаются (или приближаются) к большинству музыки, потому что ее переходные процессы обычно на 6–10 дБ превышают среднюю выходную мощность. Показанные значения мощности трансформатора приведены только для справки – можно использовать более крупные или меньшие блоки с незначительным увеличением или уменьшением пиковой мощности.

На рисунке выше показана принципиальная электрическая схема источника питания ±56 В, и в этом нет ничего нового. Как всегда я рекомендую диодный мост 400 В/35 А с установкой на радиатор.

Конденсаторы фильтра должны быть рассчитаны (как минимум) на номинальное напряжение питания, а лучше выше. Если возможно, используйте конденсаторы с температурой 105 °C.

Примечание. Предохранитель следует выбирать в соответствии с размером силового трансформатора. Для любого тороидального трансформатора мощностью выше 300 Вт настоятельно рекомендуется схема плавного пуска. Используйте предохранитель, рекомендованный производителем трансформатора.

Источник постоянного тока должен быть взят от клемм конденсатора, а не от диодного моста. Использование нескольких маленьких конденсаторов даст лучшую производительность, чем один большой, и, как правило, так дешевле. Например, производительность 10 конденсаторов емкостью 1000 мкФ намного лучше (во всех отношениях), чем один на 10000 мкФ.

Приобретая печатную плату, вы не только получите все значения компонентов, но также получите доступ к информации для источника питания, оптимизированного для наилучшей производительности для обычного источника питания.

Тестирование

Подключите к подходящему источнику питания – помните, что заземление должно быть подключено! При первом включении используйте последовательно с каждым источником питания «защитные» резисторы от 10 до 22 Ом, чтобы ограничить ток, если вы допустили ошибку в проводке.

Перевод: LDS, специально для ldsound.ru

На момент декабря 2019 года печатная плата стоит 20 долларов.

Автор проекта: Род ЭллиотElliott Sound Products

Схема усилителя мощности звука — 150 Вт

Схема усилителя. В этом материале мы вместе с вами рассмотрим довольно простой усилитель звука с выходной мощностью 150 Вт при нагрузке 4 Ом. Схема в достаточной степени качественная, можно даже сказать высококачественная.

Усилитель выполнен на транзисторах, за основу была взята базовая схема изобретателя Хун-Чан Лина. Мной в топологию данного аппарата практически ничего не добавлено. Но вместе с тем, усилитель разработан в сверх-упрощенном варианте, не теряя при этом надежности и превосходного звучания. Отличительная черта схемы заключается в ее непосредственности и одновременно в повторяемости.

На принципиальной схеме представлен усилитель мощности, имеющий в оконечном тракте две пары мощных полевых транзисторов. Печатную плату, которого вы найдете ниже, в приложении. Выходной каскад усилителя обеспечен надежной электронной защитой от короткого замыкания в акустике. Принципиальная схема усилителя была усовершенствована в конце 2017 года.

Технические данные транзисторного усилителя

Сам усилитель не привередливый, не предъявляющий высоких требований к электронным компонентам.

Резисторы

Постоянные резисторы, помимо отдельно отмеченных на схеме, нужно выбирать из расчета 0,25Вт рассеиваемой мощности. Сопротивления желательно устанавливать типа МЛТ или зарубежные аналоги из категории металлопленочных, которые создают меньше фонового шума.

Подбор компонентов

Использовать в схеме прецизионные резисторы, точность которых составляет от 0,001% до 0,5% нет никакой необходимости, вполне нормально будет применение резисторов с точностью 10%. В отличии от резисторов, здесь особое значение имеет качество конденсаторов. А именно тех, которые установлены в сигнальном тракте — это C1 и C5, вот к ихнему подбору нужно отнестись со всем вниманием. Эти емкости, один из которых электролит, другой пленочный, лучше всего взять какой нибудь известной фирмы. Конечно данный совет необязателен, но все же. Чем качественнее будут компоненты установленные в цепях прохождения звукового сигнала, тем ярче будет звуковая картина на выходе. Схема усилителя предполагает электролитический конденсатор С5 на 220µ х 16v, но его желательно поставить не полярный, с таким же номиналом. А в случае, если такового нет, то допускается установка полярной емкости. Несколько важных советов:

• При выборе электролитических конденсаторов, обращайте принципиальное внимание на фирму-производителя. Никогда не связывайтесь с такими «компаниями» из поднебесной как Elzet, Chang и нескольких других им подобных.
• Ни при каких обстоятельствах вы не должны применять электролитические емкости изготовленные еще при Советском Союзе. Дело в том, что прошло с тех пор уже много лет, и они вполне вероятно полностью высохли, следовательно, их емкость не гарантирует нужных электрически характеристик.
• Установленные в схеме емкости С9, С10, С11, С12, С3, С4 – это электролиты, их функция заключается в фильтрации постоянного напряжения питания. Поэтому, требования к ним высокого качества можно игнорировать. Однако, китайские емкости все же ставить не рекомендуется, особенно когда обозначенная на них фирма вам незнакома. Это относится и к советским конденсаторам — помните, что они могут оказаться высохшими!

Читайте также:  Работа усилителя класса А — подробно о принципе действия УМЗЧ

Конденсаторы

Подбор номинальных напряжений данных конденсаторов, нужно выполнять согласно указанным значениям в схеме. Емкости С13, С14 относятся к классу само восстанавливающихся конденсаторов, у которых в качестве диэлектрика применяется пленка. Они не являются полярными. Что касается номиналов напряжений для них, то их следует также подбирать согласно указанным у схеме значениям, исходя из максимального напряжения питания усилителя. Тоже самое и с их качеством, которое принципиального значения особо не имеет. Тем не менее, придерживайтесь всегда привычки использовать комплектующие такие, чтобы потом за них не переживать.

Транзисторы

По полупроводникам, в частности транзисторов можно сказать только одно. Главным условием здесь должно быть: устанавливать только то, что обозначено в схеме. Избегайте применения транзисторов аналогичных указанных там, только советского производства, особенно с датой выпуска конца 80-х годов. Как уже говорилось выше, аппарат довольно надежный, и схема усилителя рассчитана на стабильную работу выходного каскада в классе AB. В связи с этим, необходимо обеспечить оконечному тракту существенное охлаждение. Определяющим фактором качественного рассеивания выделяемого транзисторами тепла является площадь радиатора. Например; для устройства имеющего 1Вт выходной мощности, потребуется теплоотвод из алюминиевого сплава с размерами 14-18см². Толщина основания теплоотвода никогда не помешает, если она несколько больше расчетной и позволяют габариты усилителя. Требующую площадь теплоотвода рассчитывают с помощью формулы:

S=Pвых*(1-КПД)*(12..18), где Pвых — выходная мощность усилителя. Для 150Вт’ного усилителя площадь радиатора должна находится в пределах: от S=150*(1-0,6)*12=720см2, до S=150*(1-0,6)*18=1080см2.

При использовании в конструкции системы принудительного охлаждения с применением вентиляторов, площадь радиаторов можно значительно уменьшить. Но в таком варианте возникает шум от работающих вентиляторов, хотя, для кого, что важнее, увеличение площади теплоотводов либо шум с некоторым количеством пыли. Читайте также:  Усилители класс B: классификация УМ звуковой частоты

Катушка индуктивности

Катушка индуктивности установленная на выходе звуковой цепи, представляет из себя бескаркасный дроссель, содержащий 18-20 витков, намотанный на стержне Ø 8мм медным проводом сечением 1,5 мм². Абсолютная точность катушки здесь особой не играет роли. Выходная мощность усилителя, как известно, определяется значением питающего напряжения. При известном комплексном сопротивлении акустики, и исходя из требуемой мощности на выходе, можно определить по данному графику какое нужно питающее напряжение для усилителя.

Выходной каскад

Если вы устанавливаете только две пары транзисторов в выходном тракте, тогда не стоит поднимать напряжение питания больше +/- 45v, несмотря на то, какое сопротивление в акустической системе. Для корректной работы аппарата с установленными в оконечном каскаде двух пар транзисторов, какие указаны в схеме, оптимальное решение — 150 Вт. В том случае, когда установлено четыре пары выходных ключей, то тогда возможно увеличить питающее напряжение до значения +/-60v. Благодаря такому напряжению питания, при сопротивлении в нагрузке 4 Ом, усилитель раскачает мощность на выходе до 380Вт. Схема усилителя не требует никаких дополнительных настроек и начинает работать сразу же по окончанию сборки. Кстати, аппарат не требует даже начальной установки тока покоя.

Устранение неполадок

жно! Какие могут возникнуть проблемы при первом включении усилителя после завершения сборки. На выходных клеммах присутствует постоянное напряжение, появился специфический запах горелого, идет ощутимый перегрев, происходит самовозбуждение. Здесь, вероятнее всего вы где-то, что-то недоглядели. Во первых нужно проверить правильность и качество монтажа, печатную плату очистить от горевшего флюса, образовавшегося при пайки. Далее нужно удостоверится в корректности установки установки резисторов, на предмет соответствия их номиналов со схемой. Также обратите внимание на цоколевку транзисторов. Здесь представлена печатная плата усилителя после травления:

Схема усилителя имеет раздельную шину заземления для сигнального и силового трактов, тем самым исключается возможность образования фонового искажения. Места подключения на печатной плате:

• IN — вход сигнала.
• sGND — входная земля (земля от источника сигнала).
• OUT — выход усилителя.
• GND — один контакт для подключения к земле блока питания, второй — минусовой выход усилителя к АС.
• +/-U — шины для подключения источника питания усилителя.

Перечень требующихся электронных компонентов:

Скачать перечень требующихся электронных компонентов: amp206 Скачать: publp-2k17 Скачать: publp-4-2k17Сборка транзисторного усилителя звука на 150ВтИспользуемые источники:

• https://datagor.ru/amplifiers/gybrides/2432-srpp-irf-gibridnyy-usilitel.html
• http://ldsound.ru/project-101-hi-fi-lateral-mosfet-rod-elliott/
• https://usilitelstabo.ru/shema-usilitelya.html