25.12.2020

Андрей Смирнов

Время чтения: ~12 мин.

Транзисторный усилитель 50W своими руками

toozpickЭлектроника / УсилителиДобавлено 5 комментариев Приветствую, Самоделкины!Усилители мощности низкой частоты или просто усилитель звука, собираются радиолюбителями довольно часто. Специализированные микросхемы усилителей мощности низкой частоты сейчас довольно популярны и после сборки некоторых УНЧ на базе микросхем, радиолюбитель стремится к чему-то более сложному. Транзисторные усилители, несмотря на огромное разнообразие микросхем, не потеряли свою актуальность. Если нужен хороший качественный усилитель, то стоит собрать его на транзисторах. Сегодня мы поговорим о неплохом транзисторном усилителе, работающим в классе b. Не спешите с выводами, класс b тоже бывает неплохим.Истинные ценители сверх высококачественного звука наверняка скажут, что это не самый лучший класс УНЧ, однотактный и ламповый — вот каким должен быть качественный усилитель. Я конечно же отчасти с вами согласен, но цены ламповых усилителей, сами видите:А собрать их дома тоже процесс не из легких.Представленная схема была опубликованная в журнале «Радио» в 1991 году. Это легендарный усилитель Дорофеева, так что он имеет довольно преклонный возраст. Гениальность схемы заключается в простоте. Несмотря на минимальное количество используемых компонентов с соответствующим источником питания данный усилитель способен отдавать в нагрузку 4 Ома, мощность до 50 ватт, что согласитесь, очень даже неплохо. В разное время радиолюбители дорабатывали и изменяли схему. Для удобства, автор перевел схему на импортные компоненты, далее будем рассматривать именно ее.В данном усилителе применены довольно интересные схематические решения, например, резистор R12, которой ограничивает коллекторный ток транзистора выходного каскада и является своеобразным ограничителем выходной мощности, одновременно защищает выходные транзисторы от коротких замыканий. Так что усилитель короткого, можно сказать, не боится.Указанный резистор нужен одноваттный, в крайнем случае можно на пол ватта. Коэффициент нелинейных искажений при чистоте в 1 кГц не более 0,1 %, при 20 кГц — 0,2%, так что на слух никаких искажений при номинальной мощности не будет. Питается усилитель от двухполярного источника. Диапазон питающих напряжений от +- 15 до +- 25В. С целью увеличения выходной мощности, можно увеличить питающее напряжение, но в этом случае нужно менять и транзисторы оконечного каскада на более мощные и пересчитать несколько резисторов. Резисторы r9 и r10 подбираются в зависимости от питающего напряжения. Они ограничивают ток через стабилитрон и в этой части схемы собран параметрический стабилизатор напряжения, которое обеспечивает стабильное питание для операционного усилителя.Кстати, об операционнике, это довольно неплохой операционный усилитель, применяется в аудиотехнике очень часто. Можно спокойно менять на TL081. В случае замены на иные операционные усилители, стоит обратить внимание на распиновку, так как расположение выводов может быть иным. Операционный усилитель советую установить на панельку беспаячного монтажа, для быстрой замены в случае чего. Кстати, у этого автора есть и вторая версия данного усилителя, на сей раз полностью на транзисторах, она сейчас перед вами:Несколько слов о печатной плате, мастер старался ее сделать максимально компактной, вроде бы получилось неплохо. Ссылку на скачивание найдете в описании под видеороликом автора (внизу страницы). На плате имеются перемычки, их желательно запаять в первую очередь. Транзисторы предвыходного и выходного каскада, устанавливаются на общий теплоотвод. Естественно не забываем их изолировать от радиатора. В выходном каскаде стоит использовать транзисторы с мощностью рассеивания не менее 50-60 ватт, с напряжением коллектор-эмиттер не менее 60 В, а лучше 80 или 100 В, но тут тоже всё зависит от напряжения питания. Как видно из схемы, в выходном и предвыходном каскаде, использованы комплементарные пары транзисторов. Очень и очень желательно подобрать транзисторы по коэффициенту усиления. Некоторые мультиметры имеют функцию проверки этого параметра, но можно использовать транзистор-тестер.Стабилитроны можно на 0,5 Вт, с напряжением стабилизации от 14 до 18 В. Пару слов об источнике питания. В случае трансформаторного блока питания желательно использовать фильтрующие конденсаторы с емкостью не менее 4700 мкФ, тут чем больше тем лучше. Усилитель работает в классе b и КПД на довольно высоком уровне, но в любом случае, источник питания нужен с некоторым запасом. Поэтому необходимо взять трансформатор с габаритной мощностью от 70 Вт. Как звучит усилитель вы можете узнать, посмотрев видеоролик автора. Должен заметить, что во время тестов будет слышен некий фон, это связано с тем, что в блоке питания у автора проекта использованы конденсаторы очень малой емкости, всего 1000 мкФ в плече.Качество в принципе хорошее, на уровне микросхем TDA2030 – 2050. С хорошим источником питания и по мощности, и по качеству, вполне может конкурировать с микросхемами наподобие TDA7294. На этом все. В описании под видео помимо архива проекта со схемой и платой, найдете ссылки на комплектующие для сборки такого же усилителя, а также на готовые платы усилителей низкой частоты на любой вкус. Благодарю за внимание. До новых встреч!Видео:Доставка новых самоделок на почту

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

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

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

Вводная часть

Перед началом модернизации уточню некоторые детали:

мои знания в аналоговой схемотехнике ограничены;
работы по изменению схемотехники будут вестись согласно исследовательской работе Селфа Дугласа о проектировании УМЗЧ;
все промежуточные выводы и принимаемые схемотехнические решения основываются так же на этом труде, включая прогнозируемые числовые показатели УМЗЧ;
моё решение не истина в последней инстанции, эта модернизация один из возможных вариантов;
где нужно, я буду указывать, что принятое мной решение или возникшая проблема не полностью мне понятны;
постараюсь написать текст как можно проще.

Постановка задачи

Блок УНЧ-50-8 (далее просто блок УНЧ) весьма распространенная конструкция в советское время и является вполне типовым схемотехническим решением проблемы построения УМЗЧ для того времени. Если посмотреть показатели, например, усилителя Радиотехника-101-стерео, то заявляется коэффициент гармоник не более 0,3%, что вообще-то многовато для транзисторной техники. Я намерено здесь заостряю внимание на этом показателе, да я знаю, что есть ламповые усилители, которые специально спроектированы с нужными искажениями (пресловутый «ламповый» звук, т.е. по большей части наличие большой второй гармоники), так же я в курсе, что есть и транзисторные усилители, спроектированные с аналогичным подходом к искажениям. Исходя из выше сказанного, будет рассматриваться только тот вариант, когда УМЗЧ вносит как можно меньшие искажения в звуковой сигнал, если надо «ламповый» звук, то достаточно подключить предварительный усилитель с нужными «искажениями». Обозначим планку гармонических (негармонических тоже) искажений в звуковом диапазоне как число менее или сопоставимое с 0,01%, что кстати, как я помню, значимо меньше, чем общие требования к аппаратуре Hi-Fi в 0,1%. Дуглас в своей работе добивается чисел в 0,001% и менее, нам для простоты задачи такие значения не обязятельны, да и есть подозрения, что разницу услышать будет невозможно. Так же поясню, что состав спектральный искажений рассматривать не будем, т.к. при таких маленьких значениях искажений услышать их обычному человеку невозможно, если возможно вообще.

Информация для размышления. Я где-то в старой книге 50-х годов читал, что обычный, нетренированный человек начинает хорошо различать гармонические искажения начиная с 0,5%.

Теперь можно перейти к разбору основных претензий к родному блоку УНЧ. Таких блоков, как я видел, есть два варианта. Будем рассматривать один из них (рис.1).

Анализатор влажности MX-50 (51 г., дискретность 0,002 г)

Рис. 1. УНЧ-50-8

Итак, в схемотехнике блока две основные проблемы:

дифференциальный каскад хоть и питается источником тока, но токи в плечах на практике неодинаковы (например токи в коллекторах транзисторов VT2,VT4);
наличие эффекта Эрли (по-простому, ток базы не постоянен и меняется сам вследствие изменения коллекторного напряжения) в нужном нам транзисторе усилителя напряжения VT10 в) отсутствие источника тока в дифференциальном каскаде VT7, VT10, хотя и там есть токовое зеркало (вот тут я не уверен, на указанное схеме это не токовое зеркало, но в некоторых источниках там включение транзистора VT3 другое и получается токовое зеркало, посему тут не ясно, что да как, моя колокольня говорит – что там зеркало).

Решение этих проблем значительно снизит искажения в УМЗЧ (в десятки раз). Более подробно и причинах и следствиях этих проблем можно почитать в книге Селфа Дугласа на нашем диске, я по возможности где-то буду приводить его соображения при принятии мной схемотехнических решений.

Вариант решения указанных проблем приведен на рис. 2. Сразу скажу, что это только один из вариантов, есть и другие.

Рис. 2. Вариант модернизации УНЧ-50-8

Теперь попробуем разобраться что, как и зачем было изменено. Все изменения, если не оговорено специально, я пометил разными цветами.

Зеленая «зона»

Для выравнивания токов в плечах дифф. каскада VT2,VT4 было введено токовое зеркало. По Дугласу такое решение резко снижает вторую гармонику в спектре искажений и последующие гармоники так же. Дополнительным плюсом такого решения является стабилизация постоянной составляющей на выходе УМЗЧ. Я добивался значений в 20 мВ на выходе без дополнительных усилий. Если постоянное напряжение на выходе работающего нормально блока больше 50 мВ, то возможно один из транзисторов в токовом зеркале сильно отличается по коэфф. h21э, стоит их подобрать и заменить.

Номиналы деталей следующие:

Как работает усилитель звуковой частоты

R5, R8 от 100 до 200 Ом, мощность > 0,125 Вт.

VT5, VT6 любой n-p-n с Uкэ > 50 В и h21э > 40.

Я для простоты монтажа на родной плате блока брал КТ961Б.

Бирюзова «зона»

Здесь используется классическая каскодная схема на VT7,VT10. Генератор тока обычный на VT8.

Информация для размышления. В усилителе Бриг-У-001, которые очень хвалят за хороший звук, так же используется каскодная схема в усилителе напряжения. Правда, там нет токового зеркала в дифф. каскаде, но есть подстроечный резистор, который выставляет уровень постоянной сост. на выходе УМЗЧ (выравнивает токи плеч каскада).

Я изменил номинал резистора R16 так, чтобы ток покоя в каскаде был равен току покоя в исходной схеме на рис. 1 (номинал можно набрать соединив параллельно резисторы, думаю можно воткнуть и 160 Ом без проблем).

Номиналы деталей следующие:

VD7, VD8 – любые диоды, например серии КД522 или 1N4148.

Усилитель Дорофеева 2019 (120вт).

VD9 – стабилитрон на 4,7-5,1 В и стартовый ток стабилизации от 5 мА. Я точно не знаю нижнюю границу этого напряжения, опыт симулирования данной схемы в Мультисим показал, что мин. значение напряжения стабилизации где-то в этом районе. Если кто знает, скажите.

R10 – 30-51 кОм или около того, не сильно важно, мощность от 0,125 Вт.

R11 – можно рассчитать как (31 – 4,7) / (5 + 2) = 3,7 кОм, мощность как (5 + 2)*(5 + 2)*3,7 = 180 мВ (2мА тока «запаса»), мощность от 0,25 Вт.

VT7, VT10 – высоковольтные, например, КТ940А, КТ961А.

С4 – емкость Миллера, трудно сказать какая лучше, мой вариант в 33-47-51 пФ вполне работоспособен.

Красная «зона»

В этой «зоне» все изменения практически косметические. Резисторы в эмиттерах выходных транзисторов в 0,5 Ом – многовато, можно уменьшить до 0,33 Ом запаяв параллельно (со стороны дорожек платы) еще один резистор в 1 Ом. Дуглас рекомендует еще меньше, но сильно разбежаться не дает сама плата. Выходная цепочка Цобеля (R41, C13) – заменил на более обычную и привычную.

Неотмеченные изменения

Рекомендую конденсатор С3 в цепи обратной связи увеличить в два раза как минимум и поставить туда неполярный электролит. Более приемлемый вариант – увеличить ёмкость до 470-500 мкФ и соединить параллельно ему любой пленочный или керамический конденсатор с ёмкость от 0,1 мкФ.

Вот собственно и все изменения. Теперь некоторые мои замечания практического характера:

все указанные изменения вполне можно смонтировать на плате блока УНЧ, с трудом, но помещается;
качество печатной обычно так себе, по этому аккуратнее с пайкой, дорожки быстро отклеиваются;
есть проблемная дорожка в разводке блока, это дорожка между эмиттерами выходных транзисторов и выходом блока, которая слишком тонкая для текущих по ней токов, надо ее усилить (можно проводом МГТФ);
аналогично лучше усилить дорожки в плате релейной защиты;
токи покоя выходного каскада не стоит превышать (указан диапазон) и выходные транзисторы, например КТ805, не подобраны по близким характеристикам на заводе, поэтому токи покоя у них могут сильно различаться.

Измерения уровня искажений

Формально такая доработка, даже на таких транзисторах, должна спокойно привести к уменьшению уровня гармонических искажений к 0,01% или сопоставимым значениям. Измерения я пока не проводил – лень. Вот если кто-то их проведет, будет круто (вдруг скажет, что я тут наврал с три короба!), но могу сказать следующее, в Мультсиме 13 на аналогах отечественных транзисторов я получал на частоте 20 кГц 25 Вт на 4 Ом гармонических искажений в 0,022 %.

П.С. Я знаю, что есть целая ветка на форуме Вегалаб, эта модернизация вполне себе работающая, но в представленной искажений заведомо будет меньше.

Автор: Сидоров Дмитрий, г. Томск.

Предлагаю Вашему вниманию вариант переделки модуля усилителя мощности УНЧ-50-8 (Radiotehika У101, S70). Существует как минимум два варианта модуля. Отличить их можно так: у более старого VT1 — КТ315, у того, который поновее — КТ361. Данное описание справедливо для более нового варианта. Если у Вас старший модуль, и Вы собрались его переделать — адаптируйте переделку для него сами (это совсем несложно).

Изменения схемы коснулись усилителя напряжения, новый вариант производит меньше гармонических искажений. Во входном и выходном каскадах транзисторы заменены импортными.

После переделки звук чистый и четкий, не утомляет, слушать музыку приятно.

Теперь подробности.

Входные транзисторы КТ3107 заменено транзисторами BC560, (выводы совпадают). Вместо пары MJE350/340 я поставил SA1358/SC3421 (можно применить и другие хорошие драйверные пары). У выходных транзисторов MJE15032/15033 эмиттер и база «переставлены» местами относительно прежних КТ805/837, поэтому пришлось перерезать несколько дорожек и применить МГТФ.

«Родная» схема УНЧ-50-8схема где указаны изменения

Качество плат не слишком высоко, поэтому каждую деталь можно аккуратно перепаять не более двух раз. Делаем все внимательно.

Узел защиты от короткого замыкания в нагрузке я удалил. Его можно оставить, но желательно проверить его работу и настроить.

. Узел состоит из VT11,12; VD3-6; C6,7; R19,21,24,25,28,29.

VT 9, 13-20 — Можно оставить для проверки работоспособности схемы, а заменить импортом в последнюю очередь.

-Перерезать дорожки: От R15 до R17; от Б VT10; от К VT1.

-Перемычки (снизу): R17 на «-» шину (по схеме); К-Б VT1. Перемычки МГТФом: Б VT3 — Б VT8; Э VT7 — Э VT10. (сверху): Rх2 — Б VT10 (по схеме).

Сх4 не установлен

С3 — В виду малого постоянного напряжения на нем установить неполярный электролитический на 100мкФ.

С8 — 0,33 мкФ пленочный полипропилен.

С11,12 — 0,47мкФ 63В пленка полипропилен.

Сх1 — параллельно R5 в его отверстия. пленка полипропилен.

Диоды Dх1-6 1N4148.

R6 — можно впаять резистор на 1,2к, но лучше вместо этого поставить многооборотный подстроечник (2-2,2к) на посадочное место VT1 (на фото так и сделано). На подстроечнике необходимо «накрутить» 1,2к. Им выставлять 0В на выходе усилителя.

R9 — 820 Ом — несколько увеличиваем коэфф. усиления.

R12 — многооборотный подстроечник на 2-2,2к (накрутить на 0). Он служит для установления тока покоя выходного каскада (50мА в моем варианте)

R30, 31, 38, 39 — 0,22 Ом 5Вт (белые «сухари»).

Обсуждение на Вегалабе

Изображенная коммутация обмоток силового трансформатора несколько увеличивает напряжения питания усилителя. Индикатор выходного уровня лучше питать от отдельного источника.