Простой усилитель класса а: Ультралинейный усилитель класса «А» – Простой усилитель класса А на… LM317 | РадиоГазета

Простой усилитель класса А на… LM317 | РадиоГазета

Усилитель класса А

Обычно при проектировании усилителя мощности задаются его параметрами: выходной мощностью, искажениями, частотной характеристикой и т.д. Исходя из этого, выбирают необходимую схемотехнику и элементы. Но иногда находятся оригиналы, которым интересно и забавно использовать для усиления компоненты изначально для этого не предназначенные. В результате порой получаются весьма качественные и необычные конструкции.

Широкоизвестный интегральный стабилизатор напряжения LM317, разработанный в далёком 1976 году, поддерживает напряжение на выходе на 1,25 В больше, чем напряжение на управляющем выводе, ток потребления по которому составляет всего 100 мкА. При этом выходной ток микросхемы может составлять 1,5 А. Чем не усилитель???

Идея

На рисунке представлена принципиальная схема усилителя. Микросхема IC1 управляется операционным усилителем IC3. На микросхеме IC2 собран источник постоянного тока, величина которого определяется номиналом резистора R9  и рассчитывается по формуле: I=1.25/R9.

Усилитель класса А

Резисторы R11 и R10 образуют цепь отрицательной обратной связи и определяют коэффициент усиления. Благодаря этой цепи компенсируется напряжение смещения в 1,25 В и на выходе поддерживается нулевое напряжение.

Краткое резюме: две микросхемы LM317, один ОУ и три резистора  — вот всё, что необходимо для построения простого усилителя класса А. И кстати, заметим для аудиофилов — в тракте нет ни одного конденсатора!

Схема

Учитывая, что LM317 может работать с максимальным током в 1,5 А, на выходе получаем относительно небольшую выходную мощность. К счастью, это ограничение можно преодолеть путем соединения нескольких LM317 параллельно, как представлено на схеме:

Усилитель класса А

Увеличение по клику

Максимальное входное напряжение для LM317 составляет 40 В, поэтому, казалось бы, запитать усилитель можно от двухполярного источника с напряжением не более ±20 V. Однако, операционный усилитель, допускает работу с максимальным напряжением питания ±18 В. Поэтому, по мнению автора, работа схемы от источника питания с напряжением ±15В будет вполне разумным и безопасным решением.

Определившись с напряжением питания мы можем рассчитать необходимый ток покоя. Для нагрузки сопротивлением 8 Ом он составит  15 В/8Ω=1,875 А. Теоретическая максимальная мощность будет составлять около 14 Вт, хотя на практике получилось 12 Вт при чисто резистивной нагрузке.
Так как акустическая система далека по своим свойствам от резистивной нагрузки, ток покоя следует взять несколько больший, например, 2,2А. В этом случае величина токозадающего резистора составит  1,25/2,2=0,56 Ω.

При этом на резисторе будет рассеивать чуть меньше 3 Вт, поэтому рекомендуется использовать резистор мощностью не менее 5 Вт. При таких параметрах потребляемая мощность одного канала усилителя составит 30×2,2=66 Вт.

А что вы хотели? Класс «А»!

Параллельное включение

При параллельном включении четырёх микросхем LM317 максимальный выходной ток может достигать 6 А. При токе покоя 2.2 А максимальный ток через верхнее плечо усилителя составляет  4,4 А  и 2,2 А через нижнее плечо, что в пределах безопасной работы.

Входное сопротивление определяется номиналом резистора R11 и составляет 10 K (относительно низкое, так как усилитель инвертирующий). Коэффициент усиления можно регулировать путем изменения номинала резистора R10. Рассчитывается по формуле: A=–R10/R11.

Ёмкость конденсатора С1 определяет верхнюю граничную частоту и предотвращает возбуждение усилителя на высоких частотах. При указанном на схеме значении 100 пкФ верхняя граничная частота усиления составляет 100 кГц. Но вы можете экспериментировать с этим значением на свой страх и риск (контролируйте наличие возбуждения усилителя).

Так как усилитель инвертирующий, автор предлагает подключать акустические системы наоборот, то есть плюсовую клемму акустики следует подключать к общему выводу усилителя, а минусовую  — к выходу усилителя. При использовании инвертирующего предварительного усилителя акустику следует подключать обычным способом.

Конструкция

Вариант конструкции усилителя показан на фотографии:

Усилитель класса А

Чертежи печатных плат в формате pdf здесь.

Статья подготовлена по материалам журнала «Электор Электроникс»

Автор Юрген Майклс (Бельгия)
Вольный перевод: Главный редактор «РадиоГазеты»
Удачного творчества!


Комментарий от редакции «РадиоГазеты»:

Это усилитель класса «А» со всеми вытекающими последствиями как то:

  1. сильный нагрев практически всех элементов конструкции. Поэтому требуется применение радиаторов соответствующих размеров и организация эффективной вентиляции корпуса усилителя.
  2. настоятельно рекомендуется использование защиты акустических систем от постоянного напряжения на выходе.
  3. это не только усилитель класса «А»! У автора в тексте это почему-то не отмечено, но это однотактный усилитель, что накладывает особые требования на источник питания. Для снижения фона блок питания должен быть либо стабилизированный (ещё один радиатор), либо нужны фильтрующие конденсаторы большой ёмкости — не менее 10 000 мкФ на канал. Для уменьшения нагрева диодов выпрямительного моста здесь настоятельно рекомендуется использовать диоды Шоттки. Снабдить их небольшими радиаторами тоже не помешает.

Улучшить параметры усилителя можно довольно просто — применением более современного и качественного операционного усилителя.


Похожие статьи:


УНЧ КЛАССА А НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Это однотактный MOSFET усилитель класса A. Зачем он нужен, ведь своим КПД такая схема не выдерживает никакой критики? УНЧ класса А имеет очень хороший звук, и как правило не предназначен для того, чтобы играть очень громко, он должен играть очень качественно. Такие усилители имеют свои неоспоримые преимущества — они дают чистый, неискаженный звук, вот почему мечта многих аудиофилов — иметь усилитель класса А высокого класса.

Схема усилителя класса А на MOSFET

Схема усилителя класса А на MOSFET

Этот усилитель был создан на основе принципиальной схемы, показанной выше. Вместо 2SK1058 использовался 2SK2221, потому что различия между ними невелики. Кроме того, 4700 мкФ был заменен на конденсатор 6800 мкФ. 

Схема БП УНЧ класса А

Схема бп усилителя класса А

Источник питания потребовал некоторых изменений. В выпрямительном мосту использованы диоды BYW 29/100. Конденсаторы 100 нФ расположены вокруг диодов для фильтрации шума при их переключении. Конденсаторы 1 мкФ размещены параллельно конденсаторов 10000 мкФ для фильтрации. Все представлено на схеме блока питания. 

Схема бп усилителя класса А

После сборки усилитель сразу заработал и весьма впечатляюще. Однако следует отметить, что в его случае используйте хорошую фильтрацию на источнике питания, чтобы устранить гудение. Но в остальном это довольно простой проект, с которым может справиться даже не слишком опытный радиолюбитель. 

Схема бп усилителя класса А

В качестве нагрузки транзистора выступают четыре не индуктивных проволочных резистора мощностью по 10 Вт. Да, класс А очень неэффективен в плане расхода мощности. Уходит более 60 Вт, чтобы получить только несколько ватт звука из динамика.

Схема бп усилителя класса А

Это типичный пример усилителя SE. Резистор действует как источник тока для транзистора. Ток покоя легко рассчитывается как 0,8 А. Потеря мощности составляет около 20 Вт. Теоретическая максимальная мощность составляет 5 Вт.

Схема усилителя класса А — второй вариант

Схема усилителя класса А на MOSFET 2

А это несколько модифицированная схема: транзистор T2 заменяет резистор 15 Ом 40 Вт в верхней схеме и является источником тока для T3, T1 и R1 для поддержания тока источника тока равным Ube (0,7 В) / R1 (0,47 Ом) = 1,5 А. Мощность на R1 = Ube (0,7 В) x I (1,5 А) = 1 Вт. Мощность на T2, а также на T3 = Uds (17,5 В) xI (1,5 А) = 26 Вт. Транзисторы Т2 и Т3 в совокупности отводят тепло мощностью 52 Вт. А мощность на динамике около 12 Вт (на 8 Ом). Самым большим преимуществом источника тока является то, что для переменного напряжения он имеет очень высокое сопротивление.

Если требуется УНЧ класс «А» чисто для наушников — смотрите эту схему. В общем попробуйте собрать этот УМЗЧ А-класса и послушать — будете приятно удивлены!

   Схемы усилителей

Студийный усилитель ЗЧ класса ЭА.

РадиоКот >Схемы >Аудио >Усилители >

Студийный усилитель ЗЧ класса ЭА.

Студийный усилитель ЗЧ класса ЭА.

Представляю схему студийного аудио-усилителя. Усилитель при своей относительной простоте отличается высокими показателями. Усилитель работает в классе ЭА (Super A), и обеспечивает до 100Вт выходной мощности в базовом исполнении.

Представлена финальная версия схемы и печатной платы. До нее конечно были несколько недель плясок с бубном и много запоротых шаблонов и печатных плат. Финальная версия была собрана 4 раза, во всех 4 случаях усилитель запускался сразу и без проблем. Схемотехника данного усилителя имеет много положительных моментов- стойкость от КЗ на выходе(транзисторы перегорают только от перегрева), а при выходе из строя выходных транзисторов, они не тянут за собой ни одного элемента.

В данной статье постараюсь более полно изложить принцип действия каждой цепочки, не ограничиваясь фразой “стандартное решение”, чтобы человек не связанный со звукотехникой смог понять, как это работает.

Характеристики:

  • Класс усилителя: Super A (ЭА)
  • Постоянная выходная мощность: 100Вт
  • Пиковая выходная мощность: 150Вт
  • Диапазон воспроизводимых частот: 20-25000Гц
  • Гармонические искажения на номинальной мощности: не более 0.01%
  • Разброс АЧХ в звуковом диапазоне: не более 3дБ.
  • Отношение сигнал/шум: >90дБ
  • Сопротивление нагрузки: 4-16 Ом
  • Питание: +-40В

 

Динамичный ток покоя, заданный токовой ООС обеспечивает работу усилителя в классе ЭА, и обеспечивает работу транзисторов в наиболее линейном участке их графика. Так-же использование специализированных выходных транзисторов придает этому усилителю особое звучание- глубокие, но четкие низы, детальное воспроизведение СЧ и ВЧ.

Схема:

Назначение элементов.

C1 выполняет роль входного конденсатора. Он необходим для отсеивания постоянного напряжения, и напряжения инфранизкой частоты, которые могут попасть на выход источника при неисправности, а так-же при случайном замыкании входного штекера на что-либо. R1 и R2 составляют делитель на 2, необходимый для снижения чувствительности, а так-же увеличивает устойчивость к самовозбуждению. Т.к. входное сопротивление ОУ велико, и им можно пренебречь, входное сопротивление усилителя задается этими резисторами, и составляет 44кОм, не отступая от стандарта аудиотехники 40-50кОм. С2 отсеивает высокочастотные помехи, так-же и С3, но в более низком диапазоне, одновременно уменьшая вероятность самовозбуждения.С2 разряжается на землю цепочкой R1-R2, а С3 резистором R2. На ОР1 собран буферный каскад с КУ равным 1. На ОР2 собран дифференциальный усилитель, не инвертирующий вход которого подключен к выходу OP1, а инвертирующий образует общую обратную отрицательную связь (ООС). ООС заводится с выхода через R16, параллельно котором подключен конденсатор C10 для повышения ООС на высоких частотах, выходящих за звуковой диапазон. Цепочка R3 и С7 образует с R16 делитель по переменному току. Выход ОР2 подключен к VT2, включенном по схеме с общим эмиттером. Коллекторной нагрузкой является переход база-эмиттер транзистора VT4, включенный последовательно с токоограничительным резистором R10. Через R4 поступает ток покоя на базу VT2. На эмиттер VT2, подключенный к общему через резистор R8 поступает напряжение с коллектора VT4 через резистор R11, что образует токовую обратную связь, и задает класс усилителя. Второе плече(VT3 и VT5) работает аналогично первому, но с другой полярностью. На VT1 собран каскад, выполняющий сразу 2 функции. Первая- регулировка тока покоя путем изменения проводимости транзистора подключенным к базе делителем R5-R6. Вторая- создание разности поступающего сигнала на базах VT2 и VT3, для предотвращения искажения «ступенька». На выходе усилителя стоит стандартная цепочка Цобеля на R17 и С11.Питание ОУ осуществляется при помощи линейных стабилизаторов DA1 и DA2, обеспечивая двухполярное напряжение.R18 и R19 обеспечивают ограничение входящего на стабилизаторы тока. С4(С6) обеспечивает шунтировку питания во избежание просадок, С5(С8) обеспечивает шунтирование по ВЧ. С12 и С13 обеспечивают общее шунтирование по НЧ, С14 и С15 по ВЧ.

Описание работы.

Сигнал поступает на входной делитель, где избавляется от ВЧ наводок. Далее через буферный каскад и ОР2 поступает на VT2, который управляет выходным транзистором положительного плеча. На отрицательное плече сигнал поступает через переход коллектор-эмиттер VT1, падающее на нем напряжение предотвращает «ступеньку».

Напряжение образующееся на резисторе R14(R15), выступающего токовым шунтом, относительно общего провода поступает на эмиттер VT2(VT3), и обеспечивает обратную связь по току. Эта цепочка и задает усилителю класс ЭА, устанавливая динамичные токи покоя. Теоритически можно убрать резисторы R11 и R12, в результате чего усилитель перейдет в класс АБ.

Общая ООС охватывает все от ОР2 до выхода. C7,R3 и R16 образуют делитель по переменному току, при том что постоянный ток под делитель не попадает, в результате чего ООС по постоянному току выше, чем по переменному, и компенсирует возможные отклонения от нуля, напряжения покоя.

Питание ОУ идет через стабилизаторы, можно конечно применить и стабилитроны, но это отразится на надежности.

Используемые элементы.

В качестве ОР1 и ОР2 используется сдвоенная ОУ MC4558. Ее можно заменить любой другой сдвоенной ОУ, кроме тех, что имеют полевой вход. Например при попытке поставить TL072 начались проблемы с самовозбуждением и током покоя, в то время как LM358 работала отлично.

VT1 применяется типа BD139, его можно заменить на отечественный КТ815. VT2 и VT3- 2SC4793 и 2SA1837, их можно заменить на MJE15032 и MJE15033. VT4 и VT5 используются 2SA1943 и 2SC5200.

Конденсаторы С1, С9, С11, С14 и С15 пленочные. С7 электролитический неполярный. С4, С6, С12 и С13- электролитические. Все остальные- керамика.

Резисторы R8, R9, R11, R12 и R17 мощностью 2Вт, R14 и R15 мощностью 5Вт, R18 и R19 мощностью 1Вт. Все остальные мощностью 0,25Вт.

Питание усилителя +-40В.

Печатная плата.

Печатная плата имеет размеры 5х10см. Плата двусторонняя, с плотным монтажом. Имеется 4 отверстия для крепления. Все соединения производятся при помощи клемников. Среди особенностей следует отметить- Посадочные места для резисторов задающих ток покоя и коэффициент первой ООС организованы универсальными. Можно установить как постоянные, так и подстроенные резисторы. На плате имеются отверстия для опциональной установки на заднюю сторону фильтрующих конденсаторов на 10 000uF.

Печатная плата для прототипа была изготовлена при помощи плотерного шаблона. Но все-же настоятельно рекомендую использовать заводские печатные платы с маской и метализацией.

Настройка:

Настройка почти стандартная для аудио-усилителей. Первым делом после сборки необходимо установить ток покоя. Вот только у нас он динамичный, и это будет чуть сложнее. Необходимо разогреть усилитель, и только потом измерять ток. Измеряется он при помощи милливольтметра, подключенного между точками A и B. По закону Ома высчитываем ток. Например если напряжение составляет 100мВ, то ток составит I= 0.1 мВ/0.44 Ома= 0.225A. Ток необходимо выставить около 100мА, что соответсвует напряжению примерно 50мВ. При увеличении тока покоя, усилитель будет более приблежатся к классу А, и соответсвенно грется и уменьшатся КПД.

Напряжения в точках C и D должны соответсвовать +-15В. Их необходимо замерить, чтобы удостоверися в стабильном питании ОУ.

 Фото:

Платы до травления:

Усилители в сборе. Версия со стабилитронами питания ОУ:

Финальная версия:

 А так-же вариант распаралеливания выходных транзисторов для получения большей мощности:

Автор: Рязанцев В.А.

li

Файлы:
Архив RAR

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Германиевый усилитель класса А. — Усилители на транзисторах — Звуковоспроизведение

 

Николай Трошин

Давно хотелось сделать усилитель класса А на германиевых транзисторах. Преимущества таких усилителей известны: это — низкие нелинейные искажения простота схемы, — постоянная потребляемая мощность, не зависящая от уровня выходной мощности что в свою очередь  тоже приводит к снижению искажений.
Есть и недостатки: — большая мощность рассеиваемая транзисторами выходного каскада, что приводит к их значительному нагреву, из чего следует — сложность получения выходной мощности усилителя более 10…15 Вт.

Однако, как показывает жизнь, выходной мощности 10 Вт. (в стерео варианте 2*10 Вт), бывает вполне достаточно для нормального озвучивания помещения средних размеров, при наличии акустической системы средней чувствительности.
Попробуем определиться с транзисторами для выходного каскада. Поскольку они рассеивают значительную мощность (при 10ваттном варианте усилителя на каждом транзисторе выходного каскада рассеивается не менее 20 Вт), допустимая мощность этих транзисторов должна быть достаточно велика.
Допустим, что температура корпуса транзистора на радиаторе составляет 55 градусов (при температуре в помещении 25 градусов). Это совсем немного для подобных усилителей. По справочным данным на ГТ806 мощность на коллекторе не должна превышать 15 Вт (при 55 град.) При более высокой температуре допустимая мощность еще меньше. Поэтому на ГТ806 вряд ли получим 10 Вт на выходе усилителя.

Остаются из отечественных 1Т813 и П210. Транзисторы 1Т813 крайне редки. Поэтому попробуем П210.
Полазив по просторам интернета в поисках схем усилителей  А класса, обнаружил, что кроме схемы Линси Худа в разных вариантах, ничего другого практически нет.
Собрав ее с П210 на выходе убедился, что на низких и средних частотах она работает хорошо, а на высоких (20кгц) удается получить всего 1-1,5 Вт неискаженной мощности.
Объясняется это видимо тем, что один из выходных транзисторов включен по схеме с общим эмиттером, преимуществом которой является усиление как по току так и по напряжению, а недостатком — неважные частотные свойства, особенно при использовании нч транзисторов.
Вследствие этого возникла мысль построить схему так, чтобы усиление по напряжению обеспечивалось первыми каскадами усилителя, а выходной каскад работал бы чисто, как усилитель тока с включением транзистора с общим коллектором.
Такой каскад имеет обычно лучшие частотные свойства, чем каскад с общим эмиттером. Схема усилителя в упрощённом для понимания виде представлена на рис. 1.

Однако в реальной жизни все несколько сложнее:
1. Поскольку транзисторы VT2 VT3 работают в режиме большего сигнала, для получения максимальной амплитуды и малых искажений, а также максимального усиления при разомкнутой ООС  — вместо резисторов R6 R7 должны быть источники тока.
2. Для получения большего усиления (при разомкнутой ООС), желательно увеличить коэффициент усиления и рабочий ток транзистора первого каскада.
В итоге получилась вот такая схема (рис 2).

В коллекторной цепи транзистора VT6, стоит своеобразный источник тока. Поскольку для его изготовления нужен мощный N-P-N германиевый транзистор, а я знаю только один такой — это ГТ705, который довольно редкий.
Было принято решение собрать его аналог — составной транзистор по схеме Шиклаи на транзисторах МП37б и П214. Схема содержит всего три каскада усиления, по этому желательно иметь К ус VT6 не менее 80, VT8 не менее 50.
Настройка схемы сводится к установке на эмиттере VT8 половины напряжения питания. Данный усилитель обеспечивает выходную мощность до 10 вт при нагрузке 8 ом. Диапазон рабочих частот 20-20000 Гц.
Звучание очень приятное. При использовании приличной акустической системы, разницу звучания форматов МР3 320кб и lossless — я различаю.

Схема нормально работает и без подбора транзисторов по Кус, однако при Кус VT8 — 40, выходная мощность на частоте 20000 Гц составит примерно 8 Вт. Это не критично, поскольку в реальном музыкальном сигнале уровень столь высоких частот гораздо ниже чем на СЧ и НЧ. Кус П210 менее 40 встречаются редко.

При наличии транзистора ГТ705, схему можно упростить. Ставим его на место VT4. VT5 из схемы убираем. Резистор R8 уменьшаем до 1.5 кОм. Можно убрать VT2 без большой потери качества. При этом R5 1,5 кОм, R6 750 Ом, R7 100 Ом.

Детали:
Конденсаторы должны быть приличного качества. На вход можно поставить пленочный. Все резисторы мощностью 0,125 Вт, кроме резисторов R11 и R12. Резистор R11 — 5 Вт, R12 — 1 Вт.
Очень важен номинал резисторов R 10 — 1ом, R12 — 0,15ом. От этого зависит правильный режим работы усилителя.
Особое внимание нужно уделить радиаторам выходных транзисторов. Они должны быть площадью рассеивания не менее 1000 кв. см. на каждый выходной транзистор, либо применить принудительный обдув, на транзисторы П605 и П214 — не менее 100 кв. см. и!!! НИКАКИХ ПРОКЛАДОК между транзистором и радиатором  а вот термо-проводящую пасту использовать – желательно.
При использовании нагрузки 4 Ом, нужно снизить напряжение питания до 20в, R12 до 0,1ом. Кус VT8 — желательно не менее 60, либо поставить параллельно еще один П210 (в эмиттерах каждого — резистор 0,1 Ом).

Ток потребляемый от источника питания примерно 1,7 А при нагрузке 8 Ом и 2.5 А при нагрузке 4 Ом. 
Еще несколько слов. На кремниевых транзисторах усилитель получается заметно проще, а звучание тоже весьма достойное. Возможно схему позднее представлю .

 

Усилитель мощности в классе А со сверхбыстродействующей ОООС / Stereo.ru

Увлекаться аудиотехникой и слушать музыку я начал очень давно, с конца 80-х годов и продолжительное время был твердо убежден, что любой УМ с лейблом Sony, Technics, Revox и т.д. намного лучше отечественных усилителей, а самоделок – тем более, так как у западных брендов и технологии, и самые качественные детали, и опыт.

Все изменилось после статьи А.М. Лихницкого в журнале Аудиомагазин № 4(9) 1996, где рассказывалось о разработке и внедрении в производство в 70-е годы усилителя Бриг-001, автором которого он является. Волею случая, спустя небольшой промежуток времени, неисправный Бриг-001 из первых выпусков попал мне в руки. Используя только оригинальные отечественные детали 70-х — 80-х годов, привел этот УМ в первоначальное состояние, чтобы можно было оценить его звуковые способности как можно более достоверно.

Подключение усилителя Бриг-001 вместо Technics SU-A700 домашней аудиосистемы повергло меня в шок – Бриг звучал намного лучше, хотя параметры имел скромнее и был старше лет на 20. Именно в этот момент возникла идея сделать усилитель своими руками, способный заменить штатный в аудиосистеме, что и было сделано в 1998 году, преимущественно, на отечественной элементной базе военной приемки. Новый аппарат не оставлял шансов на сравнительных прослушиваниях уже и более именитым усилителям, типа NAD и Rotel средних моделей линейки и был вполне убедителен даже в сравнении с их более старшими собратьями. Дальнейшее развитие проект получил в 2000-м году, в виде двухблочного УМ по той же схеме, но с новым конструктивом и увеличенной энергоемкостью блока питания. Сравнивался он уже с транзисторными и ламповыми усилителями из ценовой категории до нескольких тысяч долларов США, причем, во многих случаях превосходил их по качеству звучания. Тут я понял еще одну вещь – конструкция усилителя решает почти все.

Анализируя результаты прослушиваний, особенно с участием тех усилителей, которые звучали лучше моего двухблочного УМ, я пришел к выводу, что чаще на высоте оказывались либо хорошие ламповые конструкции, либо транзисторные без общей ООС. Были среди них и УМ с глубокой ОООС, в спецификациях которых нередко красовались очень высокие значения скорости нарастания выходного напряжения – 200 В/мкс и выше. Как правило, эти аппараты были дорогие, а их схемотехника отсутствовала в открытом доступе. Мой оконечник тоже имел достаточно глубокую ОООС, но невысокое по сравнению с ними быстродействие – около 50 В/мкс, при сопоставимом выходном напряжении. Ему иногда не хватало способности передать в полной мере натуральность тембров музыкальных инструментов и голосов исполнителей, эмоции музыкантов. На некоторых композициях подача музыки упрощалась, часть тембрального богатства скрывалось за некой тонкой серой вуалью. Наверное, это и называют «транзисторным звучанием», присущим УМ с обратной связью.

Причины «транзисторного» звука в УМ с ОООС неоднократно обсуждались и на форумах, и в книгах по схемотехнике, и в публикациях журналов, соответствующих данной тематике. Одна из известных версий, которой и я придерживаюсь, заключается в том, что низкое выходное сопротивление охваченных общей ООС усилителей, измеренное на синусоидальном сигнале и активной нагрузке, совсем не остается таковым при воспроизведении музыки на АС, что позволяет сигналам противо-ЭДС от динамических головок проникать с выхода усилителя по цепям обратной связи на его вход. Эти сигналы не вычитаются ОООС, так как уже отличаются по форме и имеют фазовый сдвиг относительно исходных, поэтому они благополучно усиливаются и снова попадают в акустические системы, вызывая дополнительные искажения и посторонние звуки в аудиотракте. Методы борьбы с этим эффектом периодически обсуждаются. Как примеры, можно привести следующие:

1. «Ложный» канал ОООС, когда ее сигнал снимается с одного из параллельно включенных элементов оконечного каскада, который не подсоединен к АС, а нагружен на резистор определенного номинала.

2. Снижение выходного сопротивления УМ еще до охвата ОООС.

3. Увеличение быстродействия внутри петли ОООС до «космических» скоростей.

Естественно, что самый действенный способ борьбы с артефактами ОООС — это исключение ее из схемотехники УМ, но мои попытки построить что-то стоящее без ОООС на транзисторах не увенчались успехом. Начинать с нуля в сфере ламповой аудиотехники посчитал уже нецелесообразным для себя. Способ из пункта «1» вызывал много вопросов, поэтому начал опыты с увеличением быстродействия внутри петли обратной связи, учитывая и пункт «2». Хотелось бы сразу обратить внимание на тот факт, что скорость нарастания выходного напряжения, достаточная для правильного воспроизведения усилителем атаки звука музыкальных инструментов, является величиной относительно небольшой, а ее сверхвысокие значения актуальны только по отношению к работе ОООС.

Понятно, что в усилителях с общей ООС не все проблемы решаются увеличением скорости нарастания, но основная мысль была в следующем, при прочих равных параметрах: чем выше скорость внутри петли ОООС, тем быстрее будут затухать «хвосты» некомпенсированных обратной связью сигналов и что должен быть какой-то порог их заметности на слух, учитывая снижение длительности артефактов с повышением быстродействия. Двигаясь по этому направлению, очень быстро столкнулся с проблемой приблизиться хотя бы к планке 100 В/мкс в УМ на дискретных элементах — при наличии в схеме каскадов на мощных транзисторах все оказалось гораздо сложнее. В усилителях с обратной связью по напряжению высокое быстродействие у меня никак «не вязалось» с устойчивостью, а в УМ с ТОС (с токовой обратной связью) не удавалось, без применения интегратора, получить на выходе приемлемый уровень постоянного напряжения, хотя со скоростью все было в порядке, да и с устойчивостью проблемы решались. Интегратор меняет звучание не в лучшую сторону, по моему мнению, поэтому очень хотелось обойтись без него.

Ситуация была практически тупиковая и уже не первый раз возникали мысли, что если создавать усилитель мощности с ООС по напряжению, то используя топологию предварительного или телефонного усилителя, гораздо проще будет сделать его быстродействующим, широкополосным, устойчивым и без интегратора, что, по моему мнению, должно положительно сказаться на качестве звучания. Оставалось только придумать, как это реализовать. Почти 10 лет решения не было, но за это время была проведена домашняя «НИР» по исследованию влияния скорости нарастания выходного напряжения внутри петли общей ООС на качество звучания, для чего был создан макет, позволяющий проводить испытания различных композитных усилителей на ОУ.

Результаты моей «НИР» были такими:

1. Быстродействие и полоса пропускания композитного усилителя должны увеличиваться от входа к выходу.

2. Коррекция только однополюсная. Никаких конденсаторов в цепях ООС.

3. Для усилителя с максимальным выходным напряжением 8.5 В RMS, при глубине ОООС около 60 дБ, заметный прирост в качестве звука появляется где-то в интервале 40-50 В/мкс, а затем — уже ближе к 200 В/мкс, когда у усилителя практически перестает быть «слышно» ОООС.

4. Свыше 200 В/мкс заметного улучшения не наблюдалось, но для УМ с выходным напряжением 20 В RMS, к примеру, нужно уже 500 В/мкс для достижения такого же результата.

5. Входные и выходные фильтры, ограничивающие полосу УМ, проявляют себя в звучании далеко не лучшим образом, даже если частота среза существенно выше верхней границы звукового диапазона.

После неудачных опытов с УМ на дискретных элементах, мой взор обратился к быстродействующим ОУ и интегральным буферам, имеющим наибольший выходной ток. Результаты поиска были неутешительные – все приборы с большим выходным током безнадежно «медленные», а быстродействующие имеют низкое допустимое напряжение питания и не очень большой выходной ток.

В 2008 году, случайно, в Интернете нашлось дополнение к спецификации на интегральный буфер BUF634T, где самими разработчиками приводилась схема композитного усилителя с тремя такими буферами на выходе, соединенными параллельно (рис. 1) – именно тогда пришла идея спроектировать УМ с большим количеством таких буферов в выходном каскаде.

BUF634T – это широкополосный (до 180 МГц), сверхбыстродействующий (2000 В/мкс) буфер, построенный на основе параллельного повторителя, имеющий выходной ток 250 мА и ток покоя до 20 мА. Единственный его недостаток, можно сказать, — это низкое напряжение питания (+\- 15 В номинальное и +\- 18 В – максимально допустимое), что накладывает определенные ограничения на амплитуду выходного напряжения.

Остановил все-таки свой выбор на BUF634T, смирившись с низким выходным напряжением, так как все остальные характеристики буфера и его звуковые свойства меня полностью устраивали, и начал проектировать УМ с максимальной выходной мощностью 20 Вт/4Ом.

Рис.1

Выбор количества элементов выходного каскада свелся к тому, чтобы получить УМ, работающий в чистом классе А на нагрузку 8 Ом и обеспечить режимы элементов выходного каскада по току далекие от предельных. Требуемое количество определилось как 40+1. Для дополнительного 41-го буфера был установлен минимальный ток покоя — всего 1.5 мА, а использовать его предполагалось для того, чтобы осуществить первый запуск конструкции еще до установки радиаторов, а также с целью проведения некоторых настроек и экспериментов в более комфортных условиях. Впоследствии оказалось, что это была очень хорошая идея.

Как известно, параллельное соединение интегральных микросхем не приводит к увеличению общего уровня шума и Кг, но снижается входное сопротивление такого модуля и растет его входная емкость. Первое — не критично: входное сопротивление BUF634T составляет 8 МОм и, соответственно, суммарное не будет ниже 195 кОм, что более чем приемлемо. С входной емкостью ситуация на так радужна: 8 пФ на буфер дает 328 пФ общей входной емкости, что является уже заметной величиной и негативно скажется на работе раскачивающего ОУ (рис. 1). Для глобального снижения выходного сопротивления драйвера оконечного каскада, перед ним был введен еще один ОУ, охваченный собственной петлей ООС. Таким образом, схема выросла в тройной композитный усилитель, но в котором выполнялись все пункты результатов моей «НИР». После многочисленных экспериментов определился состав УН композитного усилителя: AD843 занял место входного ОУ, а мощный быстродействующий ОУ AD811, с токовой ООС, был призван выполнять функции выходного буфера драйверного каскада. Для гарантированного получения требуемого быстродействия УМ (свыше 200 В/мкс) коэффициент усиления AD811 был выбран равным двум, что в идеале удваивало имеющиеся 250 В/мкс у AD843 и позволяло надеяться, что при соответствующей схемотехнике и удачном конструктиве удастся сохранить требуемое значение скорости нарастания выходного напряжения для полной схемы УМ. Забегая вперед, отмечу, что ожидания оправдались – реальное значение этого параметра с буферами на выходе получилось более 250 В/мкс.

Общая схема усилителя претерпела множество изменений за время настройки и доводки, поэтому приведу сразу финальный вариант, который включает в себя все исправления и доработки (рис. 2).

Рис. 2

Структура проста – селектор входов, регулятор громкости, УН, буферный усилитель для записи на магнитофон, оконечный каскад и реле защиты, которое управляется оптоэлектронной схемой задержки подключения АС и защиты их от постоянного напряжения (рис.3). Для компактности, буферы и сопутствующие им резисторы объединены по 10 шт, но нумерация деталей сохранена в полном объеме. Как видно на рис. 2, контактная группа реле защиты УМ (К6) не включена в цепь прохождения звука и замыкает выход на землю во время переходных процессов или возможных аварийных ситуаций.

Рис. 3

Для BUF634T такое включение не опасно, тем более что все буферы имеют на выходе по резистору 10 Ом. Во избежание потери устойчивости усилителем, из-за замыкания на землю резистора ОООС (R15), одновременно со срабатыванием реле К6 замыкается и реле К5, образующее временную цепь ОООС драйверного каскада через резистор R14. Если номиналы резисторов R14 и R15 равны, то никаких посторонних щелчков в АС во время работы защиты нет, даже если они чувствительностью свыше 100 дБ.

Стоит заметить, что первый год эксплуатации усилитель надежно функционировал и без реле К5, и без временной цепи ООС с R14, но мне не давала покоя сама вероятность возникновения самовозбуждения во время работы защиты, поэтому были введены эти дополнительные элементы. Кстати, усилитель прекрасно работает и без охвата оконечного каскада цепью ОООС. Можно убрать резистор R15, реле К5, а резистором R14 замкнуть обратную связь в УН, что я и делал, в качестве эксперимента. Мне так звук понравился меньше – возможно, что это тот вариант, когда от использования сверхбыстродействующей обратной связи получаем больше плюсов, чем минусов.

На схеме также видно, что один из 4-х входов (вход CD) переводит УМ в режим усилителя постоянного тока (УПТ), а с входа LP (проигрыватель виниловых дисков) реализована функция «Tape Monitor», причем без дополнительных контактных групп в цепи прохождения сигнала. Являюсь поклонником аналоговой записи, поэтому сделал для себя именно так. Если в аудиосистеме нет аналоговых звукозаписывающих устройств, то блок на ОУ IC1 можно исключить.

На схеме не показаны блокировочные конденсаторы по питанию – они для удобства будут отображены на схеме БП.

Идеология этого усилителя в значительной степени отличается от классической и основывается на принципе разделения токов – каждый элемент оконечного каскада работает с малым током, в очень комфортном режиме, но достаточное количество этих элементов, включенных параллельно, могут обеспечить данному 20-Ваттному усилителю максимальный ток в нагрузке более 10 А постоянно и до 16 А в импульсе. Таким образом, выходные каскады нагружены во время прослушивания, в среднем, не более чем на 5-7%. Единственное место в усилителе, где могут проходить большие токи, – это две медные шины на плате УМ, ведущие к терминалам для подключения АС, куда сходятся вместе выходы всех BUF634T каждого канала.

В рамках этой же идеологии был разработан и блок питания УМ (рис.4) – в нем также все силовые элементы работают с относительно небольшими токами, но их тоже много, и в результате суммарная мощность БП в 4 раза превышает максимальную потребляемую усилителем. БП – это одна из самых важных частей в усилителе, которую, с моей точки зрения, стоит рассмотреть подробнее. Усилитель построен по технологии «двойное моно» и поэтому содержит на «борту» два независимых БП для сигнальных цепей, полностью стабилизированных, мощностью по 150 Вт каждый, отдельные стабилизаторы для усилителя напряжения, а также БП для обеспечения сервисных функций, с питанием от отдельного сетевого трансформатора 20 Вт. Все сетевые трансформаторы БП фазированы между собой – при изготовлении трансформаторов были помечены проводники начала и конца первичных обмоток.

Рис. 4

Силовая часть каждого канала разделена на 4 двухполярных линии, что позволило снизить ток нагрузки каждого стабилизатора до величины всего 200 мА, и увеличить падение напряжения на них до 10 В. В таком режиме даже простые интегральные стабилизаторы типа LM7815 и LM7915 прекрасно себя зарекомендовали в питании звуковых цепей. Можно было использовать более «продвинутые» микросхемы LT317 и LT337, но в наличии имелось много оригинальных LM7815С и LM7915С от Texas Instruments, с выходом 1.5 А, что и определило выбор. Суммарно, питание сигнальных цепей усилителя обеспечивается с помощью двадцати таких интегральных стабилизаторов – 4 для УН и 16 для ВК (рис.4). Каждая пара стабилизаторов силовой части питает 10 шт. BUF634T. Одна пара стабилизаторов для УН нагружена связкой AD843+AD811 одного канала. RC цепь (R51, C137, к примеру) перед стабилизаторами УН имеет двойное назначение: защищает выпрямитель от броска тока при включении питания УМ и образует фильтр с частотой среза ниже края звукового диапазона (около 18 Гц), который заметно снижает амплитуду пульсаций выпрямленного напряжения и уровень других помех, что немаловажно для входных каскадов.

Еще одной особенностью блока питания является то, что основная часть всех конденсаторов фильтра (160000 мкФ из 220000 мкФ) находятся после стабилизаторов, что дает возможность отдавать в нагрузку большой ток, при необходимости. Однако это потребовало введения системы мягкого старта «Soft Start» для защиты стабилизаторов при включении усилителя и начальном заряде батареи емкостей. Как видно на рис. 4, Soft Start реализован достаточно просто, на одном транзисторе (VT1), который с задержкой (порядка 9 с) подключает слаботочное реле К10, включающее, в свою очередь, 4 сильноточных реле К11-К14, с четырьмя группами контактов в каждом, замыкающих 16 ограничивающих ток резисторов номиналом 10 Ом (R20, R21, к примеру). То есть, во время включения усилителя, максимальный пиковый ток каждого стабилизатора жестко ограничен величиной 1.5 А, что является для него нормальным режимом работы. «Soft Start» в первичной цепи 220 В не использую – в случае обрыва ограничивающего ток резистора или потери контакта в местах пайки его выводов возможны тяжелые последствия для всего УМ.

На БП для сервисных функций возложено подключение сетевого напряжения к основным трансформаторам (реле К8), питание компонентов системы Soft Start, реле селектора входов, напряжение питания которых, кстати, тоже стабилизировано. Реализован также выход +5 В, выведенный на разъем на задней панели УМ, – это уже некий стандарт в моих усилителях для одновременного включения каких-либо внешних блоков. Данный усилитель вполне может работать как усилительно-коммутационное устройство (предварительный усилитель) для более мощных моноблоков, к примеру, которые будут включаться при подаче на них управляющего напряжения +5 В.

Блок питания усилителя был построен в первую очередь, так как дальнейшее продвижение процесса разработки требовало наличие полноценного БП, чтобы первый запуск, эксперименты и настройку производить в режиме близком к реальным условиям эксплуатации. После успешного запуска всех цепей питания, на плате УМ был собран селектор входов, узел задержки включения и защиты АС, а также композитный усилитель с одним BUF634T (BUF41) на выходе, в качестве оконечного каскада. Как уже упоминалось выше, этот 41-й буфер имеет малый ток покоя и не требует установки на радиатор, но к выходу усилителя теперь запросто подключались наушники, что давало возможность слухового контроля, наряду с измерениями. По окончании отладки схемы с одним выходным буфером в каждом канале, оставалось только впаять остальные 80 шт. и посмотреть, что из этого получится. Никаких гарантий положительного результата у меня не было, да и быть не могло — отсутствовала информация об успешно реализованных подобных проектах других разработчиков. Насколько мне известно, конструкций на параллельных ОУ, имеющих аналогичное быстродействие, ни в России, ни за рубежом нет и сейчас.

Результат все же оказался положительным. Так как усилитель был собран на жестком шасси из алюминиевых брусков, где были закреплены и все коммутационные разъемы (фото 1), то подключить его к аудиосистеме возможно было и без корпуса. Начались первые прослушивания, но об этом чуть позже — сначала, приведу некоторые параметры:

Фото 1

Выходная мощность: 20 Вт/4Ом, 10 Вт/8Ом (класс А)

Полоса пропускания: 0 Гц – 5 МГц (вход CD)

1.25Гц — 5 МГц (входы AUX, Tape, LP)

Скорость нарастания выходного напряжения: более 250 В/мкс

Коэффициент усиления: 26 дБ

Выходное сопротивление: 0.004 Ом

Входное сопротивление: 47 кОм

Чувствительность входов: 500 мВ

Отношение сигнал/шум: 113.4 дБ

Потребляемая мощность: 75 Вт

Мощность блока питания: 320 Вт

Габаритные размеры, мм: 450х132х390 (без учета высоты ножек)

Вес: 18 кг

На основании параметров, даже не заглядывая в схему, очевидно, что в усилителе отсутствуют входные и выходные фильтры, а также внешние цепи частотной коррекции. Но стоит заметить, что при этом он устойчив и прекрасно работает даже с неэкранированными межблочными кабелями. Достаточно информативна в этом отношении и осциллограмма меандра 2 кГц 5В/дел, на нагрузке 8 Ом при почти максимальном уровне выходного напряжения (Фото 2).

Фото 2

С моей точки зрения, это заслуга правильной разводки проводников «земли», а также большая площадь их поперечного сечения: от 4 кв.мм. до 10 кв.мм. (включая дорожки на печатных платах).

Есть осциллограммы, снятые и на частотах 10кГц, 20кГц и 100кГц, но проверки на высоких частотах проводились с малым уровнем сигнала, поэтому уже сказывалось наличие высокоОмного регулятора громкости на входе, а также R-C цепь Цобеля на выходе УМ, которая еще присутствовала в то время (меандр 100 кГц 50мВ/дел — фото 3).

Фото 3

При первом же прослушивании в домашней аудиосистеме стало понятно, что аппарат звучит и что пора заказывать корпус, чтобы можно было поехать с ним на «гастроли»:) С момента завершения работ над проектом и первого прослушивания прошло уже более 5 лет. В течение этого времени были проведены десятки (более 70-ти, по грубым подсчетам) сравнительных прослушиваний усилителя с эксклюзивными ламповыми и транзисторными УМ от известных производителей, а также с авторскими конструкциями высокого уровня. Исходя из полученных экспертных оценок, можно сказать, что усилитель не уступает по натуральности звучания большинству прослушанных двухтактных и однотактных ламповых и транзисторных усилителей, построенных без использования отрицательной обратной связи, но часто существенно их превосходит по музыкальному разрешению. Многие любители лампового звука и приверженцы однотактных УМ без ООС замечали, что в данной конструкции практически не «слышна» работа отрицательной обратной связи и «ничем себя не выдает» наличие в схеме двухтактных выходных каскадов.

Усилитель подключался к различной акустике – это и АС известных российских производителей: Александра Клячина (модели: MBV (MBS), PM-2, N-1, Y-1), рупорные АС Александра Князева, полочные АС на профессиональных динамиках фирмы Tulip Acoustics, АС иностранных брендов средней и высокой ценовой категории: Klipsh, Jamo, Cerwin Vega, PBN Audio, Monitor Audio, Cabasse и многих других, с разной чувствительностью и входным импедансом, многополосные со сложными и простыми разделительными фильтрами, широкополосные без разделительных фильтров, АС с разным акустическим оформлением. Особых предпочтений выявлено не было, но лучше всего УМ раскрывается на напольной акустике с полноценным НЧ диапазоном и, желательно, чувствительностью повыше, так как выходная мощность невелика.

На начальном этапе прослушивания организовывались не с целью «спортивного» интереса – их основная задача состояла в выявлении каких-либо артефактов в звучании, которые можно попытаться исправить. Очень информативные и полезные с этой точки зрения прослушивания были в аудиосистеме Александра Клячина, где имелась уникальная возможность оценить звучание усилителя сразу на 4-х различных моделях АС, причем одни из этих АС (Y-1) так понравились, что вскоре стали компонентами моей домашней аудиосистемы (Фото 4). Естественно, что было очень приятно получить высокую оценку своему изделию и некоторые замечания от аудиоэксперта, имеющего огромный опыт.

Фото 4

Аудиосистема известного мэтра российского Hi-End Юрия Анатольевича Макарова (фото 5, УМ на прослушивании), построенная в специально оборудованной комнате прослушивания и являющаяся референсной во всех отношениях, внесла основные коррективы в конструкцию данного усилителя: была удалена цепь Цобеля с выхода УМ и основной вход сделан в обход разделительного конденсатора. В этой аудиосистеме слышно все и даже больше, поэтому трудно переоценить ее вклад и советы Юрия Анатольевича в процесс доводки звучания усилителя. Состав его аудиосистемы: источник – транспорт и ЦАП с отдельным блоком питания Mark Levinson 30.6, АС Montana WAS от PBN Audio, бескомпромиссный однотактный ламповый усилитель «Император» и все антифазные кабели конструкции Ю.А. Макарова. Нижняя граничная частота АС Montana WAS 16 Гц (-3 дБ) позволила оценить «вклад» разделительного конденсатора, причем достаточно качественного (MKP Intertechnik Audyn CAP KP-SN), в искажения НЧ диапазона музыкального сигнала, а высочайшее музыкальное разрешение аудиосистемы — услышать негативное влияние выходного фильтра, в виде R-C цепи Цобеля, которая не оказывала никакого влияния на устойчивость усилителя и вскоре была удалена с платы. Подключение внешних низкоОмных регуляторов громкости от 100 Ом до 600 Ом (штатный РГ ставился в положение максимум) дало понимание того факта, что даже высококачественный дискретный регулятор DACT 50 кОм, использованный в моем усилителе, неплохо было бы заменить на меньший номинал (из подключаемых внешних мне показался лучшим РГ 600 Ом), но для этого пришлось бы достаточно много переделывать и было принято решение реализовать это и другие накопившиеся усовершенствования уже в новом проекте.

Фото 5

Наверное, стоит упомянуть и об участии усилителя в Выставке в 2011 году (фото 6), как единственного некоммерческого проекта, материал о которой был опубликован в журнале Stereo&Video за январь 2012 года, где УМ был назван «открытием года». Демонстрация шла с АС Tulip Acoustics, имеющих чувствительность 93 дБ при сопротивлении 8 Ом и, как ни странно, имеющихся 10 Вт/8 Ом оказалось достаточно в большом зале с высоким уровнем фонового шума. 10 Вт от усилителя в классе А, у которого каждый Ватт выходной мощности достаточно обеспечен энергоемкостью блока питания, воспринимаются субъективно громче, по моим наблюдениям, чем звучание усилителя с более высокой выходной мощностью, но с оконечными каскадами, содержащимися на «голодном пайке».

Фото 6

После Выставки, ко мне участились обращения через электронную почту и личные сообщения форумов от желающих повторить проект, но возникали определенные сложности –информационная поддержка представлялась всем желающим, но мои платы были нарисованы на миллиметровой бумаге, с двух сторон, и не годились для сканирования в файл, так как бумага просвечивалась насквозь, и получался практически нечитаемый рисунок. Без готовой печатной платы повторение конструкции сильно усложнялось и энтузиазм угасал. Теперь, на форуме портала Vegalab.ru, доступна электронная версия платы, автором которой является известный на русскоязычных форумах специалист по разводке печатных плат Владимир Лепехин из Рязани. Плата находится в свободном доступе, ссылка на нее есть в первом посте темы про этот усилитель. Тему найти очень просто: достаточно набрать фразу «Prophetmaster amplifier» в строке поиска Яндекса или другой поисковой программы. Именно на этой плате одному из участников форума Vegalab — Сергею из Гомеля (Serg138) удалось повторить данный проект и получить очень хороший результат. Информацию о данной реализации УМ и фото его конструкции также можно найти в соответствующей теме, по ссылкам в первом посте.

Несколько советов:

При выборе электролитических конденсаторов руководствовался собственными измерениями ESR и тока утечки, поэтому стоят оригинальные Jamicon. Специально вставил слово «оригинальные», потому что их очень часто подделывают и многие уже, наверное, сталкивались с некачественными изделиями под маркой этого производителя. А реально, это одни из лучших конденсаторов для использования в питании звуковых цепей.

Регулятор громкости установлен DACT 50 кОм. Сейчас, я бы выбрал их наименьший номинал – 10 кОм или использовал бы релейный регулятор Никитина с постоянным входным и выходным сопротивлением 600 Ом. РГ типа ALPS RK-27 будет намного хуже и не рекомендуется к использованию.

В шунтах электролитов установлено, суммарно, более 90 мкФ пленочных конденсаторов. На моих платах «винтажные» Evox 70-х годов, которые достались по случаю, но ничем не хуже будут полипропиленовые Rifa PEh526, Wima MKP4, WimaMKP10.

Реле рекомендую Finder в силовой части, защитеАС и софтстарте, а для селектора входов нужно использовать только такие реле, у которых в параметрах нормирован минимальный коммутируемый ток. Таких реле выпускается немного моделей, но они есть.

Отечественные быстродействующие выпрямительные диоды КД213 (10 А) или КД2989 (20 А) в питании оконечного каскада будут лучше большинства импортных.

Хочу заметить, что схемотехника усилителя достаточно проста, но для работы со столь быстродействующими и широкополосными микросхемами нужны соответствующие навыки и измерительные приборы – функциональный генератор, осциллограф с полосой не менее 30 МГц (лучше — 50 МГц).

В заключение, хотелось бы сказать, что сделанные мной выводы по результатам проведенных экспериментов, а также в течение работ над данным проектом и последующей его доводки, не претендуют на абсолютную истину. Путей достижения цели, которой в данном случае является качественный звук, достаточно много и каждый из них подразумевает комплекс мер, которые могут не давать положительного результата по отдельности. Поэтому, простых рецептов в этой области не бывает.

Статья была опубликована в журнале Радиолюбитель, в номерах 7 и 8 за 2014 год.

Фотографии усилителя на сайте датской компании DACT:

http://www.dact.com/html/prophetmaster.html

Мой канал на Яндекс Дзен

С уважением, Олег Шаманков (Prophetmaster)

Как работает усилитель класса «АВ», или Практичность правит миром / Stereo.ru

Принцип работы

Из самого обозначения класса АВ нетрудно сделать вывод, что данный режим является гибридом класса А и класса В. Как работают усилители класса А, мы уже разобрались, а с классом В ознакомиться не успели, поэтому начнем с него. И для начала вспомним логику, которой руководствовался создатель усилителя класса А. Для того, чтобы получить возможность воспроизводить и положительную, и отрицательную полуволну с помощью одного активного элемента, он применил смещение средней точки (тока покоя) в середину рабочей зоны лампы.

Создатели усилителей класса В рассуждали по-другому: «Если одна лампа или один транзистор с нулевым смещением способен воспроизвести только одну полуволну сигнала, почему бы не добавить в схему еще один активный элемент, разместив его зеркально, чтобы воспроизводить другую полуволну?».

Это вполне логично, ведь при таком раскладе оба транзистора работают с нулевым смещением. Пока на входе усилителя присутствует положительная полуволна — работает один транзистор, а когда приходит время воспроизводить отрицательную полуволну, первый транзистор полностью закрывается и вместо него в работу включается второй. В английском варианте этот принцип действия получил название push-pull или, говоря по-русски, «тяни-толкай», что в общем-то очень хорошо описывает происходящее.

Если сравнивать класс В с классом А, наиболее очевидным преимуществом является то, что в классе В на каждую волну приходится полный рабочий диапазон транзистора (или лампы), в то время как в классе А обе полуволны воспроизводятся одним активным элементом. Это значит, что усилитель класса В будет вдвое мощнее усилителя класса А, собранного на таких же транзисторах.

Второй, чуть менее очевидный, но очень важный плюс класса В — нулевые токи смещения. Когда сигнал на входе равен нулю, ток, протекающий через транзисторы, тоже равен нулю, а это значит, что напрасного расхода энергии не происходит, и энергоэффективность схемы получается в разы выше, чем в классе А.

Однако из этого же факта вытекает и главный недостаток усилителя класса В. Момент включения транзистора в работу после полностью закрытого состояния сопровождается небольшой задержкой, поэтому при прохождении звуковым сигналом нулевой точки, когда один транзистор уже закрылся, второй транзистор не успевает мгновенно подхватить эстафету, и в этой самой переходной точке возникают небольшие временные задержки.

На практике это выражается в особенной нелюбви усилителя к тихой музыке, а также в плохой передаче микродинамики. И хотя история знает успешные реализации класса В, например — легендарный Quad 405, проблемы данного режима работы никуда не делись. Тот же 405-й не только радовал энергичным и мускулистым звучанием, но также имел явную склонность рисовать звуковую картину крупными мазками, масштабно, не размениваясь на мелочи.

Для того, чтобы сохранить все плюсы класса В и решить проблему переходных процессов, инженеры пошли на хитрость. Они включили оба транзистора со смещением, как это делается в классе А, но величина смещения при этом была выбрана существенно меньшая: так, чтобы покрыть лишь те моменты, когда транзистор близок к закрытию, выводя тем самым переходные процессы из рабочей зоны.

Это позволило усилителю класса АВ незаметно преодолевать нулевую точку, а также дало еще один крайне полезный эффект. При малой амплитуде сигнала, укладывающейся в пределы смещения тока покоя, подобный усилитель работает в классе А и, только когда амплитуда выходит за пределы выбранной производителем величины смещения, он переходит в режим АВ.

Плюсы

Рассматривать достоинства и недостатки класса АВ имеет смысл на фоне двух исходных технологий. Класс АВ однозначно и существенно выигрывает у класса А по энергоэффективности. Его реальный КПД достигает 70–80%, если конечно производитель не сильно увлекся поднятием тока покоя. С точки зрения звучания класс АВ превосходит класс А в те моменты, когда сигнал достигает высокой амплитуды или требуется высокая мощность. В то же время на малых уровнях громкости класс АВ обычному классу А не уступает, по крайней мере в теории. В сравнении с классом В, класс АВ куда лучше ведет себя на малых громкостях и способен отрабатывать самые тихие и деликатные моменты в музыке, но при этом сохраняет практически ту же мощь и силу на больших динамических всплесках.

Имея большую мощность и лучшую энергоэффективность, усилители класса АВ куда менее капризны при выборе акустики. Они не нуждаются в высокой чувствительности и легче уживаются со сложными кроссоверами, используемыми в многополосных колонках. Вполне справедливо будет заявить, что подавляющее большинство пассивных акустических систем выпускаемых сегодня на рынок рассчитаны на работу со среднестатистическим транзисторным усилителем класса АВ.

Минусы

Объективные минусы у класса АВ можно разглядеть только на фоне еще более совершенных с технической точки зрения классов G, H или D, о которых мы расскажем чуть позже. В список претензий можно отнести разве что субъективные отзывы от ценителей класса А, которые, в целом, сводятся к тому, что класс АВ звучит не столь чисто, детально и изысканно. Чтобы оценить обоснованность данных претензий, рассмотрим схемотехнику усилителей класса АВ более детально, с точки зрения качества звучания.

Особенности

Одной из практических проблем усилителей класса В и АВ является подбор пар транзисторов, работающих в одном канале усиления. Располагаясь в схеме зеркально, два транзистора должны быть полностью идентичны друг другу. В противном случае, сигналы положительной и отрицательной полуволн будут воспроизводиться не симметрично, и это существенно повысит общий уровень искажений.

В реальной жизни абсолютная идентичность — понятие абстрактное, скорее имеет смысл рассуждать о степени похожести или, говоря техническим языком, о пределах допустимых отклонений транзисторов от заданных характеристик. Чем более похожи два транзистора друг на друга, тем меньше уровень искажений, и тем больше их совместная работа приближается к тому, что мы имеем в классе А, когда обе полуволны воспроизводит один транзистор.

Понимая, что даже при самом строгом отборе по параметрам отличия между двумя транзисторами в паре все же будут иметь место (пусть и в предельно малых значениях), мы вынуждены признать, что при прочих равных условиях один такой же транзистор работающий в классе А будет звучать чуть чище и чуть лучше, чем пара в классе АВ.

Совсем иная ситуация вырисовывается, когда речь заходит о работе на большой амплитуде сигнала и на нагрузке требующей высокой мощности. Имея высокий КПД класс АВ нуждается в менее мощном и громоздком блоке питания, нежели усилитель класса А, и тут уже поклонники однотактников вынуждены признать абсолютное и безоговорочное превосходство класса АВ.

Более того, разработчики имеют возможность гораздо свободнее экспериментировать с блоками питания, управляя характером и динамикой звучания путем подбора рабочих характеристик трансформатора и конденсаторов. Например, можно установить трансформатор с многократным запасом мощности, чтобы на пиках сигнала он не выходил из оптимального режима работы, или использовать улучшенные конденсаторы, способные мгновенно отдавать высокий ток.

Еще одна тонкость: работая в классе А, транзисторы выделяют большое количество тепла, что может негативно сказываться на качестве их работы, особенно при увеличении нагрузки. В классе АВ транзисторы греются в меньшей степени, вследствие чего они быстро приходят в рабочий режим и менее подвержены риску перегрева, снижающего качество звучания при работе усилителя на высокой громкости.

Практика

Защищать честь усилителей класса АВ в сравнительном прослушивании было уготовано мощному двухблочному усилителю Atoll серии Signature, состоящему из усилителя мощности AM200 и предварительного усилителя PR300. Интересующий нас усилитель мощности выстроен в полном соответствии с изложенными выше теоретическими выкладками.

Реализуя потенциал, заложенный в схемотехнике класса АВ, разработчики обеспечили по 120 Вт выходной мощности на канал, чего достаточно для большинства акустических систем за исключением самых низкочувствительных и просто монструозных моделей. Говоря об особенностях своего усилителя, производитель акцентирует внимание на применении подобранных пар транзисторов с последующей подстройкой схемы вручную для минимизации общего уровня искажений.

С целью лучшего разделения каналов и исключения перекрестных помех усилитель выстроен по схеме полного двойного моно, поэтому каждый канал усиления получил собственный блок питания. Суммарная мощность блока питания составляет 670 ВА, что покрывает потребности усилителя мощностью 120 Вт с большим запасом. Солидную дополнительную подпитку на пиках сигнала обеспечат конденсаторы емкостью 62 000 мкФ.

Звук

Внушительная мощность и отличная энергооснащенность усилителя дали в звучании вполне ожидаемое ощущение легкости и непринужденности при работе с любой акустикой и практически на любых уровнях громкости. Если выкрутить ручку громкости посильнее, можно услышать небольшую компрессию, а бас словно отодвигался на задний план, но это были очевидные признаки того, что НЧ-динамики приблизились к пределу своих возможностей, в то время как усилитель только начал разогреваться и был очень далек от состояния перегрузки.

В то же время на малых и средних уровнях громкости Atoll AM200 Signature показывал себя наилучшим образом. Середина была выразительна, детальность превосходна, а сцена — четко очерчена, с хорошо ощутимой глубиной и шириной. При прямом сравнении с усилителями класса А последние давали чуть более свободную и безграничную сцену и чуть тоньше отрабатывали мелкие детали в тихой камерной музыке.

Характер, свойственный классу АВ, наиболее ярко проявлялся у Atoll AM200 Signature на динамичной рок-музыке. Он выдавал очень собранный, быстрый и четкий бас, хорошо справляясь с резкими перепадами громкости и крупными штрихами. На джазе и классической музыке, требующих сочетать динамичность и мощь со способностью воспроизводить тонкие оттенки и нюансы, усилитель вел себя чуть менее уверенно. Казалось, что он слегка упрощает звучание, укрупняя музыкальные образы и уводя внимание от тонких оттенков к основной мелодической линии.

Однако все это можно заметить лишь в прямом сравнении с гораздо более дорогими представителями других классов. По общему впечатлению Atoll AM200 Signature был скорее всеяден и универсален. Являясь примером грамотной реализации класса АВ, когда разработчики приложили массу усилий чтобы минимизировать слабые места и максимально раскрыть потенциал данной схемотехники, он вполне конкурентен на фоне лучших представителей других классов.

Выводы

Высокая мощность, высокий КПД с умеренным тепловыделением, способность справляться со сложной нагрузкой и хорошая динамика — вот что такое усилитель класса АВ. Это делает его, в первую очередь, идеальным решением для массового производства усилителей, что подтверждает сама история развития индустрии Hi-Fi.

Однако крайне ошибочно руководствоваться стереотипным мнением о том, что массовый универсальный продукт и продукт элитный должны быть непременно вылеплены из разного теста. При должном внимании к деталям и глубоком понимании принципов работы данная схемотехника может быть реализована на самом высоком уровне качества. Так что сегодня High End-усилитель, работающий в классе AB — такая же обыденность, как и хайэндный усилитель, работающий в любой другой схемотехнике.

Продолжение следует…

Другие материалы цикла:

Как работает усилитель класса «А», или Истинный High End и много тепла

Статья подготовлена при поддержке компании «Аудиомания», тестирование усилителей проходило в залах прослушивания салона.

Другие полезные материалы в разделе «Мир Hi-Fi» на сайте «Аудиомании» и Youtube-канале компании:

• Выбираем звукосниматель для проигрывателя винила

• Что лучше для звука — линейные или импульсные блоки питания? [видео]

• Музыка из бумаги и картона: краткая история вариофона и «рисованного звука»

Однотактный усилитель Хьюстона класса А на 2SK1058 MOSFET-е. ZCA — усилитель без деталей


Мне захотелось построить усилитель со следующими параметрами:
1. Без ООС, так называемый вариант «0-NFB» (zero negative feed back)
2. Чистый класс А
3. Однотактный
Нельсон Пасс (Nelson Pass) проделал огромную работу в этом направлении при строительстве своего усилителя «Zen», но я решил пойти еще дальше! Я построю «Усилитель Без Деталей» — Zero Component Amplifier (ZCA).
smile
Думаете, я пытался найти «Священный Грааль» в усилительной схемотехнике, этакий прямой кусок серебрянного провода, дающий чистое усиление без искажений?

Содержание / Contents

Несомненно, чтобы усилитель назывался усилителем, он должен содержать активные компоненты, обеспечивающие усиление. Меня всегда восхищали однотактные ламповые усилители. Как такое вообще возможно? Посмотрите, одна лампа, пара резисторов и выходной трансформатор. Поэтому я и решил создать усилитель на полевом транзисторе, придерживаясь такой же простоты дизайна.

Один канальный полевой униполярный МОП-транзистор, пригодный для аудио, парочка резисторов и конденсаторов, и конечно же умощненный хорошо «профильтрованный» блок питанния. Схема такого усилителя представлена на рис. 1.

Однотактный усилитель Хьюстона класса А на 2SK1058 MOSFET-е. ZCA — усилитель без деталей
Рис. 1: Схема однотактного усилителя класса A на MOSFET-е

Применен полевик 2SK1058 от Hitachi. Это N-канальный MOSFET. Внутренняя схема и распиновка для 2SK1058 представлена на рис. 2.

Однотактный усилитель Хьюстона класса А на 2SK1058 MOSFET-е. ZCA — усилитель без деталей
Рис. 2: Hitachi 2SK1058 N-Channel MOSFET

Я использовал конденсаторы Sprague Semiconductor Group во входных цепях и большие электролиты на выходе с «бутербродом» из полиэстерного конденсатора на 10 мф. Все резисторы, если не указано иначе, на 0,5 Ватт. Четыре 10-ти Ваттных проволочных резистора работают в качестве нагрузки. Внимание, эти резисторы рассеивают около 30 Ватт и становятся чрезвычайно горячими даже при простое усилителя.

Да, это класс А, а низкий КПД — расплата. Он съедает 60 Ватт, чтобы выдать ок. 5Вт! Мне пришлось использовать мощный и качественный радиатор с эффективным теплоотведением (0.784 °C/Ватт).

Однотактный усилитель Хьюстона класса А на 2SK1058 MOSFET-е. ZCA — усилитель без деталей
Фото 1: Печатная плата усилителя в сбореБлок питания состоит из трансформатора мощностью 160 Ватт, нагруженного на 25-ти Амперный выпрямительный мост, и обеспечивает напряжени ок. 24 Вольт. Используется П-образный фильтр (конденсатор — дроссель — конденсатор) состоящий из электролитов на 10.000 Мф и 5-ти Амперных дросселей индуктивностью 10 мГн.
Однотактный усилитель Хьюстона класса А на 2SK1058 MOSFET-е. ZCA — усилитель без деталей
Рис. 3: Схема блока питанияОднотактный усилитель Хьюстона класса А на 2SK1058 MOSFET-е. ZCA — усилитель без деталей
Фото 2: Усилитель в сбореОднотактный усилитель Хьюстона класса А на 2SK1058 MOSFET-е. ZCA — усилитель без деталей
Фото 3: Усилитель в сборе, вид сзадиСмещение задаётся резистором на 1 мОм и потенциометром на 100 кОм. Просто установите потенциометром половину напряжения питания в точке соединения MOSFET-а и нагрузочного резистора.Я прослушивал мой усилитель с ламповым предусилителем на 12AU7, т. к. он обеспечивает наиболее чистый звук. Я понятия не имею об коэффициентах искажений этого усилителя и т. п. цифрах, лишь скажу, что у него точная звукопередача и деликатно текстурированный тембральный окрас.

Для работы с усилителем требуется высокочувствительная, эффективная аккустика, т. к. он выдаёт ок. 5 Ватт RMS (и до 15 Ватт на пиках, что я ясно наблюдал на экране осциллографа). Передача басса оказалась значительно лучшей, чем можно было ожидать от такого решения.
Усилитель с легкостью раскачивает мои 12-ти дюймовые трех-полосные колонки.

Усилитель удался. Конечно, не совсем «без деталей», но очень близко! Один 18-ти баксовый полевик надрывает задницу, чтобы подарить Вам офигенное впечатление от прослушивания. Не просите от него больше, чем ожидали.

Усилитель воспроизводит все аккустические инструменты с несравненным натуралистичным качеством.
Простое джазовое трио, классический квартет или нежный мужской/женский вокал показывают то, для чего этот усилитель и был сделан — красоту!

• Чувствительность усилителя по входу низкая, около 2 Вольт. Если такого источника у вас нет, то предусилитель НЕОБХОДИМ. Любой, с выходом 1-2 Вольта.

• Используйте чувствительные АС 5-10 Вт с легкими (бумага, волокна и пр.) диффузорами, как для ламповых усилителей небольшой мощности.

• Оригинальный транзистор 2SK1058 найти нынче практически невозможно. У китайцев сейчас есть предложения по 2SK1058, вот только гарантий, как обычно, нет. Можно получить битые, перемаркированные, отбракованные или вполне здоровые.
Можно и нужно пробовать, но на свой риск.
Обратие внимание на корпус 2SK1058 (см. выше в статье), он очень своеобразный, часть объявлений по фоткам сразу можно исключить.

Пробуйте разные варианты, сравнивая параметры в датащитах, ищите доступный транзистор с подобными параметрами. И даже пробуйте просто на слух.
За неимением 2SK1058, по при большом желании, люди собирают на неподходящих IRF530, IRF540, IRF610 и пр.

Всем Доброй Удачи!
Игорь

Камрад, смотри полезняхи!

Однотактный усилитель Хьюстона класса А на 2SK1058 MOSFET-е. ZCA — усилитель без деталей

Игорь Котов (Datagor)

Россия, Сибирь, г.Новокузнецк

Основатель, владелец и главный редактор Журнала практической электроники datagor.ru.
Founder, owner and chief editor of datagor.ru.

 

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о