Последние разработки умзч на транзисторах. Высококачественый умзч nataly. Видео: межблочные провода из витой пары своими руками

Анализ писем радиолюбителей, откликнувшихся на статью , позволил придти к следующим выводам. Во первых (и это естественно), все высказываются за создание простых в схемотехническом отношении усилителей мощности 3Ч (УМЗЧ); во-вторых, чем проще схема усилителя, тем менее подготовленные радиолюбители берутся за его сборку; в-третьих, даже опытные конструкторы нередко игнорируют известные правила монтажа, что приводит к неудачам при повторении УМЗЧ на современной элементной базе.

Исходя из сказанного, был разработан УМЗЧ (см. рис. 1) на базе усилителей, описанных в .

Его основные особенности - использование ОУ в малосигнальном режиме (как и в усилителе, описанном в ), что расширяет полосу частот сигналов, воспроизводимых без превышения скорости нарастания выходного напряжения ОУ ; транзисторов выходного каскада - в схеме ОЭ, а предоконечного - с разделенной нагрузкой в цепях эмиттеров и коллекторов. Последнее, кроме очевидного конструктивного преимущества - возможности размещения всех четырех транзисторов на общем теплоотводе, дает определенные преимущества по сравнению с выходным каскадом, в котором транзисторы включены по схеме OK .

Основные технические характеристики УМЗЧ :
Номинальный диапазон частот при неравномерности АЧХ 2 дБ, Гц... 20...20 000
Номинальная (максимальная) выходная мощность, Вт, на нагрузке сопротивлением, Ом:
4 ... 30(42)
8 ... 15(21)
Коэффициент гармоник при номинальной мощности, %, не более, в номинальном диапазоне частот... 0,01
Номинальное (максимальное) входное напряжение, В... 0,8(1)
Входное сопротивление, кОм... 47
Выходное сопротивление, Ом, не более... 0,03
Относительный уровень шума и фона, дБ, не более... -86
Амплитуда всплесков выходного напряжения при включении и выключении УМЗЧ, В, не более... 0,1

ОУ DA1 питается через тран-зисторы VT1 и VT2, которые снижают напряжения питания до требуемых значений. Токи покоя транзисторов создают падения напряжения на резисторах R8 и R9, достаточные для обеспечения необходимого напряжения смещения на базах транзисторов VT3, VT4 и VT5, VT6. При этом напряжения смещения для транзисторов оконечного каскада выбраны такими (0,35...0,4 В), чтобы они оставались надежно закрытыми при повышении напряжения питания на 10...15 % и перегреве на 60...80 °С. Снимаются они с резисторов R12, R13, которые одновременно стабилизируют режим работы транзисторов предоконечного каскада и создают местные ООС по току.
Соотношение между сопротивлениями резисторов R11 и R4 цепи ООС выбрано из условия получения номинального входного напряжения, равного 0,8 В. Включение цепей внешней коррекции и балансировки ОУ для простоты на схеме не показано (об этом будет сказано в разделе, посвященном налаживанию усилителя).

ФНЧ R3C2 и ФВЧ C3R10 с частотами среза в области 60 кГц предотвращают работу сравнительно низкочастотных транзисторов VT3-VT6 на более высоких частотах во избежание их пробоя. Конденсаторы С4, С5 корректируют ФЧХ предоконечного и оконечного каскадов, предотвращая их самовозбуждение при неудачном монтаже.
Катушка L1 повышает стабильность работы УМЗЧ при значительной емкостной нагрузке.
УМЗЧ питается от нестабилизированного выпрямителя. Он может быть общим для обоих каналов стереоусилителя, однако в этом случае емкость конденсаторов фильтра С8 и С9 необходимо увеличить вдвое, а диаметр провода вторичной обмотки трансформатора Т1 -в 1,5 раза. Предохранители включают в цепи питания каждого из усилителей.
Конструкция УМЗЧ может быть различной, однако некоторые конструктивные особенности, от которых зависит успех его повторения, должны быть обязательно учтены.

Чертеж печатной платы и размещение деталей одного канала УМЗЧ приведены на рис. 2

Длина выводов деталей должна быть не более 7... 10 мм (для удобства монтажа выводы ОУ DA1 укорачивают примерно до 15 мм). В УМЗЧ необходимо использовать керамические конденсаторы с номинальным напряжением не менее 50 В. Плату можно закрепить на теплоотводе транзисторов оконечного каскада с помощью стоек высотой 15...20 мм или в непосредственной близости от него, применив для соединения оконечного каскада с предоконечным какой-либо разъемный соединитель, например МРН-22 (гнезда и штыри соединителя включают в точках 1-5). В последнем случае сопротивление резисторов R12 и R13 следует выбрать равным 43... 47 Ом, а на розетке соединителя с подключенными к ней транзисторами VT5, VT6 установить резисторы такого же сопротивления R12" и R13" (это предотвратит выход из строя транзисторов при потере контакта в соединителе). Длина проводников между платой и транзисторами оконечного каскада должна быть не более 100 мм.

Кроме указанного на схеме, в УМЗЧ можно применить ОУ К140УД6Б, К140УД7А, К544УД1А, однако коэффициент гармоник на частотах выше 5 кГц возрастет в этом случае примерно до 0,3 %.

Транзисторы предоконечного каскада располагают на теплоотводе, согнутом из пластины размерами 70Х35ХЗ мм (без учета лапки с отверстием диаметром 2,2 мм) из алюминиевого сплава, которую одним винтом М2Х8 с гайкой крепят к плате для предотвращения обрыва выводов транзисторов при случайных механических воздействиях.

Транзисторы оконечного каскада можно расположить как на общем для каждого канала УМЗЧ теплоотводе, так и на теплоотводе, общем для обоих каналов. В первом случае их закрепляют на теплоотводе и изолируют последний от корпуса УМЗЧ, во втором - изолируют транзисторы, а теплоотвод может представлять собой конструктивный элемент корпуса усилителя. Для уменьшения теплового сопротивления корпус транзистора - теплоотвод необходимо использовать теплопроводную пасту. При использовании отдельных (для каждого канала) теплоотводов можно применять транзисторы в пластмассовом корпусе, которые из-за малой площади металлических оснований могут перегреваться при плохом выполнении прокладок или неплотном тепловом контакте с теплоотводом и чрезмерном количестве пасты в зазоре. На общем для обоих каналов теплоотводе целесообразно устанавливать транзисторы в металлическом корпусе. Площадь теплоотвода в расчете на один транзистор должна быть не менее 500 см2.

Большое значение имеет монтаж УМЗЧ, соединение его каналов с источником питания. Провода питания (+22 В, -22 В и общий) должны быть возможно более короткими (к каждому каналу они должны быть проложены отдельно) и достаточно большого сечения (при максимальной мощности 42 Вт-не менее 1,5 мм2). Проводами такого же сечения должны быть подключены акустические системы, а также цепи эмиттеров и коллекторов транзисторов оконечного каскада к плате УМЗЧ.

Налаживают УМЗЧ при отключенном оконечном каскаде. Если для соединения частей УМЗЧ применен разъемный соединитель, удобно воспользоваться технологической розеткой, к которой подсоединены только провода питания и выход генератора сигналов 3Ч. При, непосредственном соединении оконечных транзисторов с платой УМЗЧ достаточно удалить перемычки из припоя с печатных проводников цепей их баз и временно припаять последние к выводам эмиттеров.

Для балансировки ОУ DA1 (если в этом возникнет необходимость) на плате предусмотрены отверстия под подстроенный и постоянные резисторы или проволочные перемычки для соединения выводов микросхемы в соответствии со схемой балансировки для конкретного типа. Например, для балансировки ОУ К544УД2 его выводы 1 и 8 через резистор сопротивлением 62 кОм соединяют с выводом движка и одним из выводов резистивного элемента подстроенного резистора сопротивлением 22 кОм. Свободный вывод этого резистора соединяют проволочной перемычкой с выводом 7 ОУ, а через резистор сопротивлением 75 кОм "- с выводом 5 (на рис. 2 эти элементы показаны штриховыми линиями). При использовании ОУ К544УД1 его вывод 1 через резистор сопротивлением 4.3 кОм соединяют с выводами подстроенного резистора сопротивлением 1,5 кОм. Его свободный вывод подключают к выводу 8 ОУ через резистор сопротивлением 5,1 кОм, а к выводу 7 - проволочной перемычкой. Для балансировки ОУ К140УД6 и К140УД7 используют резисторы тех же номиналов, но свободный вывод подстроечного резистора соединяют через постоянный резистор с выводом 5, а перемычкой - с выводом 4 ОУ. Впрочем, балансировка может и не понадобиться, поэтому эти детали устанавливают только при необходимости.
Налаживание начинают с того, что вход усилителя замыкают накоротко, к выходу подсоединяют осциллограф, включенный в режим максимальной чувствительности, и кратковременно подают питание. Если на выходе нет переменного напряжения, т. е. самовозбуждение отсутствует, измеряют режим работы транзисторов VT3, VT4 и ОУ DA1 по постоянному току. Напряжения питания ОУ должны лежать в пределах +13,5...14 и -13,5...14 В и быть примерно одинаковыми (отклонение допустимо в пределах 0,2...0,3 В). Падения напряжения на резисторах R12 и R13 должны быть равны 0,35...0,4 В. Если же они значительно (более чем на 10 %) отличаются от указанной величины, необходимо подобрать резисторы R8, R9, следя за тем, чтобы их новые сопротивления оставались одинаковыми. Заменяют резисторы при выключенном питании УМЗЧ. Ориентировочное сопротивление резисторов для ОУ К544УД2А указано на схеме. При использовании ОУ К544УД1А и К140УД6 за исходное следует выбрать их сопротивление 680 Ом, а при использовании К140УД7 - 560 Ом.

Подобрав резисторы R8, R9, измеряют постоянное напряжение на выходе УМЗЧ и, если оно превышает 20... 30 мВ, балансируют ОУ DA1. Затем подсоединяют базы транзисторов VT5, VT6 к эмиттерам VT3, VT4 и, кратковременно включив питание, убеждаются, что и в таком виде УМЗЧ не самовозбуждается. Напряжение шумов и фона переменного тока при замкнутом накоротко входе не должно превышать 1 мВ.
Далее к выходу УМЗЧ подключают резистор сопротивлением 16 Ом с мощностью-рассеяния 10...15 Вт, размыкают вход УМЗЧ, подключают к нему настроенный на частоту 1 кГц генератор и, постепенно увеличивая его сигнал до получения на нагрузке напряжения 13,5...14 В, проверяют симметричность ограничения положительных и отрицательных полуволн синусоиды.

Минимального (в указанных пределах) постоянного напряжения на выходе усилителя добиваются при необходимости окончательной балансировкой ОУ DA1. После этого можно приступить к измерению основных характеристик УМЗЧ, нагрузив его номинальной нагрузкой - резистором сопротивлением 4 или 8 Ом. Более подробно особенности налаживания УМЗЧ такого типа описаны в [З].

Следует, однако, учесть, что попытка наладить, а тем более точно оценить параметры УМЗЧ, собранного без соблюдения указанных выше правил монтажа, не установив его на предназначенное для него место и не питая его от собственного блока питания, не только не даст желаемого результата, но и может привести к выходу из строя транзисторов выходного каскада. К налаживанию УМЗЧ и измерению его характеристик следует приступать только после полного завершения его конструкции. Простота усилителя только кажущаяся. Не следует забывать, что в составе как ОУ DA1, так и УМЗЧ в целом применены транзисторы с максимальными частотами генерации 100...300 МГц, причем в выходных каскадах - со значительными емкостями переходов, которые способны привести к самовозбуждению даже при кажущемся отсутствии цепей обратной связи и нагрузок достаточной величины. Незначительная индуктивность провода цепи эмиттера, параллельное расположение на значительной длине проводов цепей базы и коллектора могут стать причиной самовозбуждения на высоких частотах, что крайне опасно для транзисторов оконечного и предоконечного каскадов. (Впрочем, это справедливо не только для описываемого устройства, но и для УМЗЧ, собранного по любой другой схеме.)

Характеристики УМЗЧ измеряют по общеизвестным методикам с использованием соответствующей измерительной аппаратуры. Для измерения отдельных параметров, значения которых лежат за пределами возможностей серийных измерительных приборов (например, малых нелинейных искажений), можно пользоваться методиками, опубликованными в журнале «Радио» (см., например, ).

При измерении коэффициента гармоник и относительного уровня шумов и помех следует помнить о возможных наводках со стороны питающей сети, теле- и радиопередатчиков, телевизоров и других радиоприборов из-за плохой экранировки соединительных проводов, входа УМЗЧ и чувствительных измерительных приборов, а также при отсутствии соединения их незаземленных корпусов друг с другом. Иногда достаточно переставить в розетке вилку кабеля питания одного из приборов или УМЗЧ, чтобы получить неверный результат. Кстати, не следует пользоваться известным из старой радиолюбительской практики способом проверки УМЗЧ прикосновением пальца к его входной цепи. Это может привести к такому уровню высокочастотных наводок, что выходные транзисторы выйдут из строя.

Рассмотренная схема может быть взята за основу при создании УМЗЧ с различной выходной мощностью. Для этого надо лишь изменить ряд элементов УМЗЧ и блока питания. Некоторые рекомендации по этому поводу можно почерпнуть из таблицы. При постройке УМЗЧ с выходной мощностью примерно 25 Вт часть элементов можно исключить (см. рис. 3).

Как видно, вместо резистора в цепи неинвертируюшего входа ОУ DA1, соединенного с общим проводом, здесь применен делитель из резисторов R1-R3, что позволило отказаться от среднего вывода вторичной обмотки сетевого трансформатора Т1. Это позволяет использовать трансформаторы с напряжением вторичной обмотки 24...28 В и обеспечивает защиту акустической системы от выхода из строя при пробое одного из транзисторов оконечного каскада.

УМЗЧ по схеме на рис. 3 можно смонтировать на той же печатной плате (см. рис. 4). В этом случае отверстия под выводы резисторов R2, R5-R7 оставляют свободными, резисторы R8 и R9 впаивают непосредственно в цепи питания ОУ DA1, для чего в отверстия под выводы эмиттеров и коллекторов транзисторов VT1, VT2 устанавливают проволочные перемычки. При выходной мощности менее 25 Вт в оконечном каскаде можно применять транзисторы серий КТ805 и КТ837 с любыми буквенными индексами.

Налаживание УМЗЧ по схеме рис. 3 не отличается от описанного выше.

Список радиоэлементов

Что у меня имеется на данный момент:

1. Сам усилитель:

2. Естественно, блок питания оконечного усилителя:

При настройке УМ я использую устройство, которое обеспечивает безопасное подключение трансформатора УМ к сети (через лампу). Оно выполнено в отдельной коробочке со своим шнуром и розеткой и при необходимости подключается к любому устройству. Схема приведена ниже на рисунке. Для этого устройства требуется реле с обмоткой на 220 АС и с двумя группами контактами на замыкание, одна кнопка без фиксации (S2), одна кнопка с фиксацией или включатель(S1) . При замыкании S1 трансформатор подключается к сети через лампу, если все режимы УМ в норме, при нажатии на кнопку S2 реле через одну группу контактов замыкает лампу и подключает трансформатор напрямую к сети, а вторая группа контактов, дублируя кнопку S2 постоянно подключает реле к сети. В таком состоянии устройство находится до момента размыкания S1, или уменьшения напряжения меньше напряжения удержания контактов реле (в том числе и КЗ). При следующем включении S1 трансформатор опять подключается к сети через лампу, и так далее…

Помехозащищённость различных способов экранировки сигнальных проводов

3. Еще имеем собранную защиту АС от постоянного напряжения:

В защите реализованы:
задержка подключения АС
защита от постоянки на выходе, от КЗ
управление обдувом и отключение АС при перегреве радиаторов

Налаживание:
Предположим, всё собрано из исправных и проверенных тестером транзисторов и диодов. Изначально поставьте движки подстроечников в следующие положения: R6 — посередине, R12, R13 — в верхнее по схеме.
Стабилитрон VD7 поначалу не запаивайте. На ПП защиты разведены цепи Цобеля, необходимые для устойчивости усилителя, если они уже имеются на платах УМЗЧ, то их паять не нужно, а катушки можно заменить перемычками. В противном же случае катушки мотаются на оправке диаметром в 10 мм, например, хвосте сверла — проводом диаметром 1 мм. Длина получившейся намотки должна быть такой, чтобы катушка вставала в отведённые для неё на плате отверстия. После намотки рекомендую пропитать проволоку лаком или клеем, например, эпоксидкой или БФом — для жёсткости.
Провода, идущие от защиты к выходам усилителя, пока соедините с общим проводом, отключив от его выходов, разумеется. Необходимо соединить с «Меккой» УМЗЧ земляной полигон защиты, обозначенный на ПП пометкой «Main GND», иначе защита не будет правильно работать. Ну и, разумеется, площадки GND рядом с катушками.
Включив защиту с подключенными АС, начинаем уменьшать сопротивление R6 до щелчка реле. Открутив ещё один-два оборота подстроечника, отключаем защиту от сети, включаем две АС в параллель на любой из каналов и проверяем — сработают ли реле. Если не сработают — то всё работает как задумано, при нагрузке 2 Ома усилители к ней не подключатся, во избежание повреждения.
Далее отключаем провода «От УМЗЧ ЛК» и «От УМЗЧ ПК» от земли, включаем всё снова и проверяем, сработает ли защита, если на эти провода подавать постоянное напряжение около двух-трёх вольт. Реле должны отключать колонки — будет щелчок.
Можно ввести индикацию » Защита», если подсоединить цепочку из светодиода красного цвета свечения и резистора в 10 кОм между землёй и коллектором VT6. Этот светодиод будет показывать неисправность.
Далее настраиваем термоконтроль. Терморезисторы одеваем в водонепроницаемую трубку (внимание! они не должны намокнуть в ходе теста!).
Часто бывает так, что у радиолюбителя нет терморезисторов, указанных на схеме. Подойдут два одинаковых из имеющихся, сопротивлением от 4,7 кОм, но в этом случае сопротивление R15 должно равняться удвоенному сопротивлению последовательно включенных терморезисторов. Терморезисторы должны иметь отрицательный коэффициент сопротивления (уменьшать его с нагревом), позисторы работают наоборот и тут им не место.Кипятим стакан воды. Даём ему минут 10-15 подостыть в спокойном воздухе и опускаем в него терморезисторы. Крутим R13 до погасания светодиода «Перегрев» — Overheat , который должен был гореть изначально.
Когда вода остынет градусов до 50 (это можно ускорить, как именно — большой секрет) — крутим R12, чтобы погас светодиод «Обдув» или же FAN On.
Запаиваем стабилитрон VD7 на место.
Если глюков от запайки этого стабилитрона не обнаруживается, то всё нормально, но было такое, что без него транзисторная часть работает безупречно, с ним же — не хочет подключать реле ни в какую. В таком случае меняем его на любой с напряжением стабилизации от 3,3 В до 10В. Причина — утечка стабилитрона.
При нагревании терморезисторов до 90*С должен загораться светодиод «Overheat» — Перегрев и реле отключат АС от усилителя. При некотором остывании радиаторов всё подключится обратно, но такой режим работы аппарата должен как минимум насторожить владельца. При исправном вентиляторе и не забитом пылью туннеле срабатывания термала наблюдаться не должно вообще.
Если всё нормально, паяем провода на выхода усилителя и наслаждаемся.
Обдув (его интенсивность) настраивается подбором резисторов R24 и R25. Первый определяет производительность кулера при включенном обдуве (максимум), второй — когда радиаторы лишь чуть тёплые. R25 можно исключить вообще, но тогда вентилятор будет работать в режиме ВКЛ-ВЫКЛ.
Если реле имеют обмотки на 24В, то их надо соединить параллельно, если же на 12 — то последовательно.
Замена деталей. В качестве ОУ можно применить почти любой сдвоенный дешёвый ОУ в СОИК8 (от 4558 до ОРА2132, хотя, надеюсь, до последнего не дойдёт), например, TL072, NE5532, NJM4580 и т.п.
Транзисторы — 2n5551 меняются на ВС546-ВС548, либо на наши КТ3102. BD139 заменим на 2SC4793, 2SC2383, либо на подобный по току и напряжению, возможно поставить хоть КТ815.
Полевик меняется на подобный применённому, выбор огромен. Радиатор для полевика не требуется.
Диоды 1N4148 меняются на 1N4004 — 1N4007 или же на КД522. В выпрямителе же можно поставить 1N4004 — 1N4007 или использовать диодный мостик с током 1 А.
Если управление обдувом и защита от перегрева УМЗЧ не нужны, то не запаивается правая часть схемы — ОУ, терморезисторы, полевик и т.д, кроме диодного мостика и фильтрующего конденсатора. Если у вас уже есть источник питания 22..25В в усилителе, то можно использовать и его, не забывая о токе потребления защиты около 0,35А при включении обдува.

Рекомендации по сборке и настройке УМЗЧ:
Перед началом сборки печатной платы следует выполнить относительно несложные операции с платой, а именно – просмотреть на просвет, нет ли малозаметных при обычном освещении замыканий между дорожками. Заводское производство не исключает производственных дефектов, к сожалению. Пайку рекомендуется осуществлять припоем ПОС-61 или подобным с температурой плавления не выше 200* С.

Вначале следует определиться с применяемым ОУ. Крайне не рекомендуется применение ОУ от Analog Devices – в данном УМЗЧ их характер звучания несколько отличается от задуманного автором, а излишне высокая скорость может привести к неустранимому самовозбуждению усилителя. Приветствуется замена ОРА134 на ОРА132, ОРА627, т.к. они обладают меньшими искажениями на ВЧ. То же самое относится к ОУ DA1 – рекомендуется использовать ОРА2132, ОРА2134 (в порядке предпочтения). Допустимо использование ОРА604, ОРА2604, но при этом искажений будет несколько больше. Конечно, можно поэкспериментировать с типом ОУ, но на свой страх и риск. УМЗЧ будет работать и с КР544УД1, КР574УД1, но уровень смещения нуля на выходе увеличится и вырастут гармоники. Звук же…думаю, комментарии не нужны.

С самого начала монтажа рекомендуется попарно отобрать транзисторы. Это не необходимая мера, т.к. усилитель будет работать и при разбросе 20-30%, но если вы ставите цель получить максимальное качество, то уделите этому внимание. Особо следует выделить подбор Т5, Т6 – их лучше всего использовать с максимальным Н21э – это снизит нагрузку на ОУ и улучшит его выходной спектр. Т9, Т10 также должны иметь как можно более близкое усиление. Для транзисторов защёлки подбор необязателен. Выходные транзисторы – если они из одной партии, можно не подбирать, т.к. культура производства на Западе несколько выше привычной нам и разброс укладывается в 5-10%.

Далее, вместо выводов резисторов R30, R31 рекомендуется впаять отрезки провода длиной пару сантиметров, поскольку потребуется подбор их сопротивлений. Начальное значение в 82 Ом даст ток покоя УН примерно 20..25 мА, статистически же получалось от 75 до 100 Ом, это сильно зависит от конкретных транзисторов.
Как уже отмечалось в теме по усилителю, использовать транзисторные оптроны не стоит. Поэтому ориентироваться стоит на АОД101А-Г. Импортные диодные оптопары не опробовались из-за недоступности, это временно. Наилучшие результаты получаются на АОД101А одной партии для обеих каналов.

Помимо транзисторов, попарно стоит подобрать комплементарные резисторы УНа. Разброс не должен превышать 1%. Особо тщательно нужно подобрать R36=R39, R34=R35, R40=R41. Для ориентира отмечу, что с разбросом более 0,5 % на вариант без ООС лучше не переходить, т.к. будет рост чётных гармоник. Именно невозможность достать точные детали в своё время остановила эксперименты автора по безООСному направлению. Введение же балансировки в цепь токовой ОС решает проблему не полностью.

Резисторы R46, R47 можно запаять по 1 кОм, но если есть желание более точно настроить токовый шунт, то лучше поступить так же, как и с R30, R31 – впаять проводки для подпайки.
Как выяснилось по ходу повторения схемы, при некотором стечении обстоятельств возможно возбуждение в цепи слежения ЭА. Это проявлялось в виде неконтролируемого дрейфа тока покоя, а особенно – в виде колебаний частотой около 500 кГц на коллекторах Т15, Т18.
Необходимые коррективы изначально заложены в эту версию, но проверить осциллографом всё же стоит.

Диоды VD14, VD15 вынесены на радиатор для температурной компенсации тока покоя. Это можно сделать, подпаяв провода к выводам диодов и приклеив их к радиатору клеем типа «Момент» или подобным.

Перед первым включением необходимо тщательно отмыть плату от следов флюса, просмотреть на отсутствие замыканий дорожек припоем, убедиться, что общие провода подсоединены к средней точке конденсаторов блока питания. Также настоятельно рекомендуется использовать цепь Цобеля и катушку на выходе УМЗЧ, на схеме они не показаны, т.к. автор считает их применение за правило хорошего тона. Номиналы этой цепи обычны – это последовательно включённые резистор 10 Ом 2 Вт и конденсатор К73-17 или подобный ёмкостью 0,1 мкФ. Катушка же наматывается лакированным проводом диаметром 1 мм на резисторе МЛТ-2, число витков – 12…15 (до заполнения). На ПП защиты эта цепь разведена полностью.

Все транзисторы ВК и Т9, Т10 в УН – крепятся на радиаторе. Мощные транзисторы ВК устанавливаются через слюдяные прокладки и для улучшения теплового контакта используется паста типа КПТ-8. Околокомпьютерные же пасты применять не рекомендуется – высока вероятность подделки, да и тесты подтверждают, что зачастую КПТ-8 – это лучший выбор, к тому же очень недорогой. Чтобы не влететь на подделку – используйте КПТ-8 в металлических тюбиках, наподобие зубной пасты. До этого пока ещё не добрались, к счастью.

Для транзисторов в изолированном корпусе использование слюдяной прокладки необязательно и даже нежелательно, т.к. ухудшает условия теплового контакта.
Последовательно с первичной обмоткой сетевого трансформатора обязательно включите лампочку на 100-150Вт – это спасёт от многих неприятностей.

Закоротите выводы светодиода оптрона D2 (1 и 2) и включите. Если всё собрано правильно, то потребляемый усилителем ток не должен превышать 40 мА (выходной каскад будет работать в режиме В). Постоянное напряжение смещения на выходе УМЗЧ не должно превышать 10 мВ. Размокните светодиод. Ток, потребляемый усилителем, должен возрасти до 140…180 мА. Если он возрастает больше, то проверьте (рекомендуется делать это стрелочным вольтметром) коллекторы Т15, Т18. Если всё работает верно, там должны быть напряжения, отличающиеся от питающих примерно на 10-20 В. В случае, когда это отклонение меньше 5 В, а ток покоя слишком большой – попробуйте поменять диоды VD14, VD15 на другие, очень желательно, чтобы они были из одной партии. Ток покоя УМЗЧ, если он не укладывается в диапазон от 70 до 150 мА, можно установить также подбором резисторов R57, R58. Возможная замена для диодов VD14, VD15: 1N4148, 1N4001-1N4007, КД522. Либо же снизьте протекающий через них ток одновременным увеличением R57, R58. В мыслях была возможность реализации смещения такого плана: вместо VD14, VD15 использовать переходы БЭ транзисторов из тех же партий, что и Т15, Т18, но тогда придётся существенно увеличивать R57, R58 – до полной настройки получившихся токовых зеркал. При этом вновь вводимые транзисторы должны быть в тепловом контакте с радиатором, как и диоды, вместо которых они ставятся.

Далее нужно установить ток покоя УНа. Оставьте усилитель включенным и через 20-30 минут проверьте падение напряжения на резисторах R42, R43. там должно падать 200…250 мВ, что означает ток покоя 20-25 мА. Если он больше, то необходимо снизить сопротивления R30, R31, если меньше-то, соответственно, увеличить. Может случиться такое, что ток покоя УНа будет несимметричным – в одном плече 5-6мА, в другом 50мА. В этом случае выпаяйте транзисторы из защёлки и продолжайте пока без них. Эффект не нашёл логического обьяснения, но исчезал при замене транзисторов. Вообще – в защёлке нет смысла использовать транзисторы с большим Н21э. Достаточно усиления от 50.

После настройки УНа снова проверяем ток покоя ВК. Его следует мерить по падению напряжения на резисторах R79, R82. Току 100 мА соответствует падение напряжения 33 мВ. Из этих 100 мА около 20 мА потребляет предконечный каскад и до 10 мА может уходить на управление оптроном, поэтому в случае, когда на этих резисторах падает, например, 33 мВ – ток покоя составит 70…75мА. Уточнить его можно по замерам падения напряжения на резисторах в эмиттерах выходных транзисторов и последующего суммирования. Ток покоя выходных транзисторов от 80 до 130 мА можно считать нормальным, при этом заявленные параметры полностью сохраняются.

По результатам замеров напряжений на коллекторах Т15, Т18 можно сделать вывод о достаточности управляющего тока через оптрон. Если Т15, Т18 почти в насыщении (напряжения на их коллекторах отличаются от питающих менее чем на 10 В) – то нужно уменьшить номиналы R51, R56 примерно в полтора раза и провести повторный замер. Ситуация с напряжениями должна измениться, а ток покоя – остаться преждним. Оптимальным считается случай, когда напряжения на коллекторах Т15, Т18 равны примерно половине питающих напряжений, но вполне достаточно отклонения от питания на 10-15В, это резерв, который нужен для управления оптроном на музыкальном сигнале и реальной нагрузке. Резисторы R51, R56 могут нагреваться до 40-50*С, это нормально.

Мгновенная мощность в самом тяжёлом случае – при выходном напряжении близком к нулю – не превышает 125-130 Вт на транзистор (по техусловиям допускается до 150Вт) и действует она практически моментально, что не должно повести за собой каких-либо последствий.

Срабатывание защёлки можно определить субьективно-по резкому снижению выходной мощности и характерному «грязному» звучанию, проще говоря – в АС будет сильно искажённый звук.

4. Предварительный усилитель и его БП

Материал по Высококачественному ПУ:

Служит для тембровой коррекции и тонкомпенсации при регулировании громкости. Возможно использование для подключения наушников.

В качестве темброблока использован хорошо себя зарекомендовавший ТБ Матюшкина. Он имеет 4хступенчатую регулировку НЧ и плавную регулировку ВЧ, а его АЧХ хорошо соответствует слуховому восприятию, во всяком случае, классический мостовой ТБ, (который тоже может быть применён), слушателями оценивается ниже. Реле позволяет при необходимости отключить всякую частотную коррекцию в тракте, уровень выходного сигнала настраивается подстроечным резистором по равенству усиления на частоте 1000 Гц в режиме с ТБ и при обходе.

Расчётные характеристики:

Кг в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц — менее 0,001% (типовое значение порядка 0,0005%)

Номинальное входное напряжение, В 0,775

Перегрузочная способность в режиме обхода ТБ — не менее 20 дБ.

Минимальное сопротивление нагрузки, при котором гарантируется работа выходного каскада в режиме А — при максимальном размахе выходного напряжения «от пика до пика» 58В 1,5 кОм.

При использовании ПУ только с проигрывателями СД допустимо снижение напряжения питания буфера до +\-15В потому как диапазон выходного напряжения таких источников сигнала заведомо ограничен сверху, на параметрах это не отразится.

Полный комплект плат состоит из двух каналов ПУ, РТ Матюшкина (одна плата на оба канала) и блока питания. Печатные платы разработаны Владимиром Лепёхиным.

Результаты измерений:

Отдаваемое в последнее время предпочтение ламповым выходным усилителям мощности звуковой частоты для звуковоспроизведения высокой верности трудно понять, исходя из объективного их сравнения с транзисторными УМЗЧ. Ведь по всем измеряемым характеристикам современный УМЗЧ на транзисторах существенно превосходит ламповый. На наш взгляд, измеряемыми обычно нелинейными искажениями (НИ) не исчерпываются те искажения, которые определяют качество звуковоспроизведения.

В самых совершенных конструкциях транзисторных УМЗЧ уровень НИ доведен практически до слухового порога и даже ниже, поэтому сомнительно, что их можно воспринимать на слух, тем более в условиях маскировки полезным сигналом.

Дело, по-видимому, в том, что обычно измеряют НИ в установившемся режиме, когда переходный процесс после подачи на вход испытываемого усилителя измерительного сигнала уже завершен как на входе, так и на выходе усилителя, а в замкнутой петле общей отрицательной обратной связи (ООС) установился стационарный колебательный процесс, отвечающий с большей или меньшей точностью поступающему на вход сигналу.

Очевидно, что нелинейность усилителя проявляется гораздо сильнее во время переходного процесса (длительность которого за счет задержки сигнала в цепи ООС может быть значительной), особенно на его начальном этапе, когда действие ООС наименее эффективно (из-за упомянутой задержки).

В отличие от динамических искажений, приводящих к перегрузке входного каскада на протяжении всей длительности неблагоприятного по параметрам входного сигнала - рассматриваемые переходные НИ имеются даже тогда, когда отсутствуют динамические, но только пока переходный процесс не закончен.

А если учесть, что реальные звуковые программы очень далеки от стационарности и на самом деле вызывают в УМЗЧ почти непрерывный переходный процесс, то при воспроизведении таких программ НИ могут намного превышать измеренные обычными методами в одном и том же экземпляре усилителя.

Вследствие малой длительности переходного процесса по сравнению с временем лабораторных измерений они пока "ускользают" от экспериментального изучения (для этого требуется разработка специальных методов) и в то же время легко воспринимаются на слух на протяжении звучания всей фонограммы.

С этой точки зрения становится понятным преимущество ламповых усилителей: хотя измеряемый уровень НИ у них больше (это относится только к стационарному режиму), в реальных условиях лампы как гораздо более линейные приборы обеспечивают меньшие НИ, чем транзисторы (хотя, конечно, большие, чем те же лампы в стационарном режиме), что и обусловливает лучшее звучание ламповых усилителей.

Однако очевидны такие недостатки ламповых усилителей, как неудобства в эксплуатации, громоздкость и большая масса, значительная потребляемая мощность при сравнительно низких КПД и выходной мощности.

В этой связи выглядело бы заманчивым создание транзисторного усилителя с реальным уровнем НИ не хуже, чем у лампового. Последнее означает, что измеряемый по обычным методикам уровень НИ такого усилителя должен быть снижен на один-два порядка (!) по сравнению с лучшими образцами (можно и больше), чтобы НИ в нестационарном режиме имели приемлемую величину.

Однако применяемые сейчас методы линеаризации транзисторных усилителей, по-видимому, себя уже исчерпали и не позволят достичь требуемого коэффициента НИ (0=0,0001 ...0,00001 %).

Поэтому была поставлена задача изучить возможность получения такого рекордно низкого уровня собственных НИ транзисторного УМЗЧ, не останавливаясь перед сложностью схемотехнических решений, а затем и решить, оправдан ли такой подход, приносит ли он выигрыш по качеству звучания по сравнению с существующими схемами.

Представляемая в настоящей работе конструкция адресована в первую очередь самым взыскательным ценителям высококачественного звуковоспроизведения. Она разработана на основе изложенного в принципа, который является усовершенствованием известного метода снижения искажений, описанного в .

Рис. 1-3. Блок-схемы усилителей.

На рис.1 изображена блок-схема двухкаскадного усилителя с передаточной функцией первого каскада К1 и второго К2, передаточной функцией b цепи общей ООС, охватывающей весь усилитель, и передаточной функцией g цепи местной положительной обратной связи (МПОС), охватывающей первый каскад. Результирующая передаточная функция такого устройства описывается выражением К=К1К2/(1-тК1+рК1К2). (1)

Если установить усиление в петле МПОС тК1=1, то окажется, что в отличие от усилителя с одной ООС, у которого К = К1К2/(1+ |ЗК1К2) и только приближенно К=1/р (при |ЗК1К2»1), передаточная функция данного усилителя будет точно равна 1/р.

При этом глубина ООС должно быть больше глубины МПОС, т.е. |ЗК1К2>уК1, что является необходимым (но недостаточным) условием устойчивости. Таким образом, при уК1=1 подавляются все искажения, которые возникают во втором каскаде и причиной которых является непостоянство его передаточной функции (поскольку К=1/|3 и не зависит от К2).

Однако абсолютно полное подавление искажений возможно только при идеальном первом каскаде. Реально же ему присущи как нелинейные, так и частотные искажения, приводящие к отклонению передаточной функции К1 от оптимального значения. Кроме того, оно изменяется из-за колебаний питающих напряжений, температурного дрейфа и изменения со временем параметров деталей.

Проблемой является и обеспечение совместной устойчивости такой сложной системы при совместном действии ООС и ПОС (второе условие устойчивости), так как введение ПОС уменьшает запас устойчивости исходной системы .

С другой стороны, желательно (для получения наибольшей линейности), чтобы глубина как ПОС, так и ООС была постоянной в рабочем диапазоне частот, т.е. чтобы первый полюс АЧХ системы с разомкнутыми обратными связями находился на частоте f>20...30 кГц, и частота среза в петле ПОС была также не меньше.

Между тем выполнить последние требования и одновременно обеспечить надежный запас устойчивости вовсе не просто, а отступление от них значительно снижает эффективность метода. Видимо, поэтому автору неизвестны примеры использования описанного принципа подавления искажений для целей высококачественного звуковоспроизведения.

Принципиальным недостатком устройства, показанного на рис.1, является, как показывает анализ, то, что петля МПОС включена последовательно в цепь ООС. Значительно улучшить работу устройства можно путем параллельного подключения петли МПОС к петле ООС, т.е. подключив вход второго каскада не к выходу первого каскада (точка 2 рис.1), а к его входу (точка 1).

Блок-схема устройства, предложенного в , показана на рис.2. Важнейшим преимуществом такого устройства является меньший фазовый сдвиг, вносимый в петлю ООС элементами схемы МПОС (от входа устройства до входа второго каскада).

Это понятно из сравнения рис.2 с рис.1, так как очевидно, что фаза сигнала в точке 2 отстает от фазы в точке 1 (рис.1) на фазовый сдвиг, вносимый первым каскадом (и этот сдвиг может быть весьма существенным на частотах 0,2... 1 МГц и выше, в области которых должно обеспечиваться устойчивость устройства).

Данное преимущество является решающим для применения этого метода компенсации искажений в высококачественных УМЗЧ, так как вносимые при его использовании минимальные фазовые сдвиги позволяют получить достаточный запас устойчивости и тем самым обеспечить надежную работу усилителя с МПОС.

Достоинством устройства, показанного на рис.2, является также возможность более независимого (хотя независимость эта относительная, поскольку петли по-прежнему взаимодействуют между собой) и оптимального выбора параметров петель МПОС и ООС в соответствии с их функциональным назначением, которое существенно различно.

Эта большая независимость видна из выражения для передаточной функции усовершенствованной системы К = К2/(1 -7KI +|ЗК2), (2) которое, в отличие от (1), не содержит смешанных произведений передаточных функций элементов, относящихся к различным петлям.

Такое разделение невозможно в устройстве, показанном на рис.1, где первый каскад является общей частью петель МПОС и ООС, вследствие чего его параметры определяют одновременно и свойства ООС, и свойства ПОС. Требования к этим параметрам во многом противоречивы, что также затрудняет решение задачи максимального подавления искажений.

Преимущества параллельного подключения петли МПОС к петле ООС позволяют практически реализовать устройство даже не с одной, а с двумя МПОС, взаимно усиливающими действие друг друга и тем самым улучшающими компенсацию искажений. Блок-схема такого устройства показан на рис.3, где К1, К2, КЗ - передаточные функции трех каскадов основного канала усилителя; в -передаточная функция цепи ООС; а1у1 и а2у2 -передаточные функции первой и второй петли МПОС соответственно, причем равенства а1у1=1 и а2у2=1 устанавливаются с возможно большей точностью. Из его передаточной функции К = К1К2К3/[(1- а1у1)(1-а2у2)+рК1К2К3] (3) следует, что поскольку 1- а1у1<<1, то степень подавления искажений, зависящая от выражения (1-а1у1)(1-а2у2), значительно больше, чем в устройстве с одной петлей МПОС, в котором эта степень определяется одним членом 1 -а1у1<<(1-а1у1)(1-а2у2).

Однако самым замечательным является то, что при одной МПОС минимально достижимый уровень НИ нельзя сделать меньше искажений, вносимых элементами самой петли МПОС, а в устройстве с двумя (или более) петлями МПОС, как показывает расчет, собственные НИ каждой петли МПОС подавляются действием другой, т.е. возможно снизить НИ ниже уровня, определяемого самым линейным блоком устройства, каким должен быть контур МПОС.

Это является существенным преимуществом данного метода компенсации искажений перед другими, позволяющими снижать искажения лишь до предела, определяемого собственной нелинейностью схемы компенсации.

Заметим, что все сказанное выше полностью относится к тем искажениям, которые обусловлены непостоянством передаточных функций (кроме нелинейных, например, амплитудно-частотных). Такие искажения компенсируются в любых частях устройства, кроме цепи ООС b.

Можно показать, что эти искажения компенсируются, если они возникают в частях устройства, находящихся между петлей МПОС и выходом устройства, включая и сам выход, а возникающие между входом устройства и петлей МПОС не компенсируются. Поэтому уровень шума устройства, показанного на рис.3, определяется в основном шумовыми свойствами входного каскада.

Характеристики усилителя мощности

• Номинальное входное напряжение 0,3 В;
• Номинальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом (4 Ом) - 40 (80) Вт;
• Частотный диапазон при завалах на краях не более 0,5 дБ - 15-100000 Гц;
• Входное сопротивление - 50 кОм;
• Выходное сопротивление - 0 Ом;
• (с контурами МПОС) Коэффициент интермодуляционных искажений, не более 0,005 %;
• Уровень шума(взвешенный) -105 дБ (с контурами МПОС).

Принципиальная схема УМЗЧ

Принципиальная схема УМЗЧ, соответствующая рис.3, изображена на рис.4. Для получения как можно более низкого уровня НИ основной канал усилителя (без МПОС) задуман как достаточно линейный УМЗН.

Рис. 4. Принципиальная схема транзисторного усилителя мощности НЧ на 80Ватт Hi-End класса.

Для этого все каскады усилителя выполнены двухтактными на комплементарных парах транзисторов, что позволило сделать оба плеча симметричными относительно общего провода и получить более линейную амплитудную характеристику.

Все транзисторы работают в режиме А, за исключением выходного каскада с плавающим смещением на входе (супер-А), которое задается схемой на элементах VT15-VT18, R38-R41, VD15, VD16. Это обеспечивает не выключающийся режим работы оконечных транзисторов при их малом токе покоя.

Входной каскад выполнен по каскадной схеме (VT1, VT3, VT2, VT4). Режим роботы его транзисторов выбран так, что они не входят в режим отсечки или ограничения тока при действии на входе сигналов с амплитудой, в несколько раз превышающей номинальное входное напряжение даже при отключенной ООС.

Этим он выгодно отличается от традиционного дифференциального каскада. Цепочка R19, R18, С7 с частотой среза 90 кГц ограничивает усиление самых высокочастотных составляющих импульсных сигналов, предотвращая перегрузку и последующих каскадов усилителя.

Благодаря этим мерам, а также высокому быстродействию за счет отказа от применения в каскадах транзисторов с общим эмиттером и коррекции по опережению (конденсаторы С5, С6), динамические искажения в усилителе отсутствуют, что особенно важно для устойчивой роботы системы с ПОС.

Напряжение ООС с выхода усилителя подается в точку соединения резисторов R11 и R12, которые вместе с R10 и R13 определяют рабочий ток VT1 и VT2. Одновременно R10 и R13 в составе делителей R14/R10C3 и R15/R13C4 задают передаточную функцию цепи ООС.

Постоянная составляющая выходного напряжения поступает на эмиттеры входных транзисторов через R10R11 и R12R13, а не только через R14 и R15, поэтому глубина ООС по постоянному напряжению намного больше, чем по переменному, и осуществляется жесткая стабилизация постоянной составляющей напряжения на выходе УМЗЧ.

Использование электролитических конденсаторов С3, С4 не приводит, как следует из измерений, к существенному увеличению искажений, так как они поляризованы постоянным напряжением около 4 В (переменная составляющая намного меньше), так что режим их работы практически линеен.

Второй каскад на транзисторах VT5-VT8, включенных по схеме ОК-ОБ, является буферным между двумя контурами МПОС. Диоды VD3-VD6 задают напряжение смещения на базах эмиттерных повторителей VT9, VT10, а диоды VD7, VD8 защищают от слишком сильного его увеличения при неисправностях в усилителе или перегорании одного из предохранителей.

Усилитель напряжения (VT11, VT13 VT12, VT14) также выполнен по каскодной схеме. Напряжение питания первых каскадов около 21 В и задается стабилизатором (VT23, VT24, VD17, VD18). Выходные транзисторы работают с малым током покоя, поэтому термостабилизация их не требуется.

Элементы частотной коррекции R19R18C7, R27C10, R22C8, R23C9 формируют АЧХ усилителя, обеспечивая его устойчивость при действии OOC. Одновременно R19 и R27 служат нагрузкой входного и буферного каскадов соответственно, а также нагрузкой петель МПОС, определяя их коэффициент усиления.

В контурах МПОС использованы полевые транзисторы для минимизации собственных искажений контуров. Каждый контур МПОС -усилительный каскад с коэффициентом передачи около единицы, изменять который можно подстроечными резисторами R58 и R67.

Непосредственным соединением выхода каскада с его входом осуществляется 100%-ная ПОС. Цепочки R57C15 и R66C16 корректируют АЧХ каскадов, улучшая точность компенсации на частотах звукового диапазона. Контуры МПОС подключают к основному каналу в узловых точках А, В и к общему проводу.

Рабочие точки транзисторов первых каскадов и контуров МПОС жестко стабилизированы высокоомными резисторами в их эмиттерных (истоковых) цепях. Этим достигается постоянство характеристик каскадов, подключенных к точкам А и В.

Кроме того, транзисторы VT3VT4 и VT27VT28, VT7VT8 и VT31VT32 - динамическая нагрузка друг для друга, а эмиттерные повторители VT5VT6, VT9VT10 и полевые транзисторы VT25VT26 и VT29VT30 обладают высоким входным сопротивлением, поэтому сопротивление нагрузки для петель МПОС определяется резисторами R19, R27 (на звуковых частотах).

Благодаря этому удалось добиться высокой стабильности усиления в петлях МПОС, которое не зависит от температуры и не изменяется с течением времени.

Налаживание усилителя

Затем подстроечными резисторами R7, R20 и R31 установить нулевое напряжение на выходе усилителя и в узловых точках А и В соответственно. Проверить суммарное падение напряжения на парах диодов VD3VD4, VD5VD6, VD11VD12, VD13VD14, которое должно быть около 2 В. После этого проверить ток покоя выходных транзисторов

VT21, VT22, который должен быть в пределах 20...30 мА. Величину его нужно установить подбором резисторов R38, R39, при которых искажения типа "ступенька" отсутствуют.

К выходу усилителя подключают эквивалент нагрузки сопротивлением 4.8 Ом и проверяют работу схемы плавающего смещения оконечной ступени.

Для этого подключают осциллограф к базам VT19 и VT20 и на вход усилителя подают синусоидальный сигнал с частотой 100 Гц. Осциллограмма должна иметь вид пульсирующего напряжения (типа "выпрямленной" синусоиды) с амплитудой около 5 В при номинальном выходном напряжении и сопротивлении нагрузки 4 Ом. При увеличении сопротивления нагрузки или уменьшении входного сигнала эта амплитуда должна уменьшаться.

Проверяют прохождение через усилитель прямоугольных импульсов. Выбросы на осциллограммах выходного напряжения должны отсутствовать, в противном случае увеличивают емкость конденсаторов С5 и С6. На этом настройку основного канала можно считать законченной.

Отметим, что уже базовый усилитель (без контуров МПОС) обладает следующими достаточно высокими характеристиками (смотри начало статьи).

Настраивают контуры МПОС, подключив их к схеме и установив движки R58, R67 в положение максимального сопротивления, т.е. минимального петлевого усиления контуров МПОС.

Напряжение между стоком и истоком полевых транзисторов должно быть не более 10 В (максимально допустимое для транзистора КП103), но и не слишком малым, в противном случае добиваются нужного значения подбором резисторов R51, R52, R60, R61. Желательно, чтобы комплементарные транзисторы были подобраны в пары с близкими значениями начального тока стока и напряжения отсечки.

Вход усилителя закорачивают, к выходу подключают акустическую систему (АС) или измерительный прибор, а сигнал от источника (генератора сигналов или источника музыкальной программы, богатой низко- и высокочастотными составляющими) с высокоомным выходом подают в узловую точку В, имитируя сигнал искажений.

Общий провод источника соединяют с общим проводом усилителя. Регулировкой R58 добиваются максимального ослабления сигнала на выходе усилителя. Подбором R57C15 улучшают подавление высокочастотных составляющих спектра сигнала.

Настроив первый контур МПОС, отключают его от точки А, а источник- имитатор искажений - от точки В. Выход имитатора подключают параллельно резистору R35 и настраивают второй контур МПОС аналогично первому. После этого вновь подключают первый контур МПОС и наблюдают дополнительное подавление сигнала.

На завершающем этапе проводят прямую проверку подавления НИ в усилителе. Достаточно измерить лишь коэффициент интермодуляционных искажений ОИ, так как при достаточно малых его значениях коэффициент гармонических искажений заведомо приемлем.

В соответствии с методикой на вход усилителя подают два синусоидальных сигнала с частотой 25-30 кГц и разностью частот 1 кГц при одинаковой амплитуде, не превышающей половины номинальной, и оценивают уровень звука, воспроизводимого АС.

При отключенных контурах МПОС можно расслышать очень тихий звук (соответствующий 0И=0,005%), который при их подключении полностью исчезает.

Для наглядной демонстрации подавления НИ можно временно увеличить нелинейность базового усилителя путем подключения цепочки из последовательно соединенных диода в проводящем направлении (например, Д9) и резистора сопротивлением 47 кОм параллельно резистору R9.

При этом ОИ базового усилителя возрастает примерно до 0,5%, комбинационная частота становится отчетливо различимой, и можно более уверенно судить о ее подавлении при подключении контуров МПОС.

Из таких измерений следует, что каждый из контуров МПОС подавляет искажения не менее чем на 30 дБ, а оба они вместе - почти на 60 дБ, так что НИ всего усилителя измерить обычными методами невозможно из-за их крайне малой величины, а можно только оценить с учетом ОИ базового усилителя, уменьшенного на три порядка, что дает фантастическую величину 0И=0,00001%)!

Следует отметить еще одну положительную сторону применения МПОС в усилителе. Так как при прекращении действия общей ООС коэффициент усиления из-за действия ПОС стремится возрастать, то при задержках сигнала в цепи ООС контуры МПОС становятся фактически форсирующими корректирующими устройствами, которые ускоряют процессы в системе и уменьшают фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами . Благодаря этому улучшается качество переходного процесса, что также способствует уменьшению искажений.

Субъективное впечатление от работы данного усилителя трудно передать словами, нужно слышать чистоту и прозрачность его звучания. В этом отношении он не только не уступает ламповым усилителям, но и заметно превосходит их, не внося в звуковую картину практически ничего "от себя".

Опыт его эксплуатации в течение 5 лет показал надежность конструкции, а периодические проверки - хорошую стабильность настройки и сохранение точности компенсации искажений в заданных пределах без дополнительных регулировок.

Детали и печатная плата

Печатная плата разработана с учетом обычных требований. Блоки МПОС на транзисторах VT25-VT32 выполнены на двух отдельных небольших платах и в виде модулей и закреплены перпендикулярно плате основного усилителя вблизи узловых точек А и В.

Рис. 5-6. Печатные платы для схемы высококачественного усилителя мощности НЧ.

В усилителе использованы резисторы типа МЛТ, подстроечные резисторы типа СПЗ-29М, конденсаторы К50-16 (СЗ, С4, С11-С14), K73-I7 (C1, C2), КД1, KT1 -остальные. Теплоотводы транзисторов VT21, VT22 расположены вблизи элементов схемы плавающего смещения оконечного каскада для компенсации температурной нестабильности тока покоя выходных транзисторов.

Печатные платы выполнены из фольгированного текстолита. Размер платы основного канала (рис.5) 150 х 105 мм, модулей МПОС (рис.6) 105 х 30 мм.

После распайки всех деталей модули МПОС устанавливают на основную плату вдоль направлений, указанных стрелками на рис.1. Соответствующие печатные проводники плат соединяются согласно принципиальной схемы с помощью проволочных перемычек. Шины общего провода можно соединить с помощью проволочных растяжек, удерживающих платы во взаимно перпендикулярном положении.

Отключение и подключение контуров МПОС при настройке производится перемычками между узловыми точками А, Б и соответствующими точками модулей МПОС.

Для стерео усилителя платы основного канала и модулей МПОС имеют вдвое большую ширину - не 105, а 210 мм, и на них нанесены по два одинаковых рисунка.

Компоновке усилителя следует уделить особое внимание. Провода, соединяющие усилитель с блоком питания, должны быть максимально короткими и большого сечения.

Особенно это касается провода, соединяющего шину общего провода печатной платы с «нулем» блока питания - точкой соединения конденсаторов фильтра.

Если по каким-то причинам последнее требование невыполнимо, то «земляные» выводы конденсаторов С13, С14 лучше не соединять с общим проводом на плате, а, закоротив между собой, соединить с «нулем» блока питания отдельным проводом. К этому же месту подключаются и провода от акустических систем, как показано на рис.7.

Рис. 7. Разводка нуля и подключение АС в усилителе.

Качество компоновки стереоусилителя легко проверить, нагружая один его канал 4-омным эквивалентом нагрузки и подавая на вход этого канала меандр с частотой 2000 Гц, а контроль проводить по АС второго канала, вход которого закорочен. При правильной компоновке сигнала с частотой меандра в АС не должно быть.

Литература:

1. Матюшкин В.П. - Линейный усилитель.
2. Проектирование транзисторных усилителей звуковых частот - Н.Л. Безладнов, Б.Я.Герценштейн, В.И. Кожанов и др. -М.: Связь, 1976.
3. Костин В. - Психоакустические критерии качества звучания и выбор параметров УМЗЧ. Радио-1987-12.
4. Хлыпало Е.И. - Расчет и проектирование нелинейных корректирующих устройств в автоматических системах, 1982.

Ответы Матюшкина В.П. на вопросы тех, кто хочет повторить конструкцию усилителя

- Какова скорость нарастания выходного напряжения? Ответ: Скорость нарастания выходного напряжения не менее 20 В/мкс при включенной ООС.

Какова величина коэффициента усиления? Ответ: Величина Ку определяется величиной коэффициента передачи цепи ООС (обратна ей) и на звуковых частотах - главным образом отношением R14/R10 (R15/R13). Измеренная его величина около 86.

- Какое максимальное напряжение допустимо на входе усилителя без ухудшения его характеристик?

Ответ: При ограничении пиков сигнала в выходном каскаде искажения не компенсируются, поскольку «исправляющее» напряжение звеньев МПОС уже не может изменить ивых. В такие моменты параметры усилителя соответствуют усилителю без МПОС в режиме ограничения, и искажения значительны. Следовательно, ивх не должно быть больше номинального.

- Можно ли избежать использования эмиттерных повторителей, т.е. сократить путь прохождения сигнала?

Ответ: Без эмиттерных повторителей обойтись нельзя. Они необходимы для согласования высокого Rвых буферного каскада и звена МПОС со сравнительно низким Rвх усилителя напряжения. Кроме того, ЭП нужны для усиления сигнала по току, т.к. только они вместе с VT11, VT12 определяют ток раскачки оконечного каскада (VT13, VT14 по току не усиливают, т.к. включены по схеме с ОБ).

- Можно ли понизить отношение сигнал/шум за счет применения в УМЗЧ полевых транзисторов. Если да, то каких и в каких каскадах?

Ответ: В первых каскадах канала усиления необходимо применять комплементарные пары полевых транзисторов с граничной частотой усиления не менее 200 МГц. В звеньях МПОС вполне возможно применение низкочастотных транзисторов, однако для основного канала они не подходят.

В принципе весь УМЗЧ можно выполнить на полевых транзисторах, но это будет уже другая конструкция.

- Можно ли увеличить выходную мощность УМЗЧ, т.е. количество выходных транзисторов?

Наиболее простой вариант - использование вместо VT21, VT22 более современных и мощных КТ8101, КТ8102 и увеличение напряжения питания до ±46 В. Тогда в качестве VT13, VT14 нужно использовать КТ502Е, КТ503Е. Сопротивление резисторов R46, R47 нужно увеличить до 1,5 кОм, а R36, R37 - до 5,1 кОм.

Желательно увеличить емкость конденсаторов в блоке питания. Возможно также понадобится изменить номиналы корректирующих элементов C5, C6, C8, C9, R18 для обеспечения устойчивости. В результате номинальная мощность возрастает по крайней мере до 150 Вт на нагрузке 4 Ом при номинальном входном напряжении ~ 0,4 В.

- Каким должен быть блок питания УМЗЧ: стабилизированным или нет?

Ответ: Блок питания - нестабилизированный двухполярный выпрямитель с емкостями конденсаторов фильтра 10000 мкФ. Применение импульсных источников питания нежелательно, поскольку они создают значительные ВЧ наводки на цепи УМЗЧ.

- Какова должна быть площадь теплоотводов транзисторов VT19-VT22?

Ответ: Площадь поверхности радиаторов выходных транзисторов должна быть не менее 400 см2. В более мощном варианте УМЗЧ (см. выше) она должна быть увеличена до 600 см2. В этом случае следует снабдить небольшими теплоотводами из листового алюминия толщиной 1,5 мм размером 2х3 см2 и транзисторы VT19, VT20.

- Какими диодами можно заменить КД520А?

Ответ: Они могут быть заменены другими кремниевыми диодами, например,серий КД503, Д219, Д220. Поскольку они определяют рабочие точки соответствующих транзисторов, нужно проверить коллекторный ток VT11, VT12, VT13, VT14 в режиме молчания, величина которого должна быть около 5 мА и не более.

Если он значительно меньше, можно увеличить количество последовательно соединенных диодов по сравнению со схемой, если ток больше -уменьшить сопротивление резисторов R28, R29 (для уменьшения 1к VT11, VT12) и увеличить сопротивление резисторов R32, R35 (для уменьшения 1к VT13, VT14).

- Возможна ли замена подстроечных резисторов R7, R20, R31, R53, R67 проволочными типа СП- 5?

- Какое должно быть сопротивление источника сигналов для настройки усилителя?

Ответ: Выходное сопротивление источника сигналов, подключаемого к узловой точке, должно быть не менее десятков килоом, но при слишком большом Rвых уменьшается регистрируемый сигнал. Я настраивал усилитель, подключая источник сигнала через резистор сопротивлением 16- 20 кОм.

При настройке второго контура Rвых нужно уменьшить до ~2 кОм, а выходное напряжение источника увеличить до нескольких вольт, поскольку при этом регистрируемый сигнал существенно меньше, чем при настройке первого контура.

- Какой допустимый уровень постоянной составляющей на выходе усилителя в точках А и В?

Ответ: На выходе УМЗЧ уровень постоянной составляющей должен быть возможно ближе к нулю. Допустимым можно считать 20- 50 мВ. В точках А и В уровень постоянной составляющей может быть нулевым только при идеальной комплементарности пар транзисторов VT5, VT6 и VT9, VT10.

Поскольку на самом деле разброс входных характеристик достигает десятых долей вольта, то и упомянутый уровень должен отличаться от нуля на величину этого разброса, если более приоритетным (как в данном случае) является поддержание одинаковых токов коллекторов в каждой из пар транзисторов. Наличие постоянной составляющей в этих точках не имет принципиального значения.

- Возможна ли подстройка токов коллекторов транзисторов VT11, VT12 резисторами R33, R34 (подстройка резисторами R28, R29 невозможна)?

Ответ: Возможна, но не желательна, так как коэффициент передачи канала усиления сильно зависит от сопротивлений резисторов R33, R34, и изменение их может привести к самовозбуждению, для устранения которого потребуется изменить номиналы других элементов коррекции.

Следует действовать, как указано в РА2/99 (с. 12). Замечу, что при R28=R29=0 1к транзисторов VT11, VT12 тоже будет равен нулю, поэтому уменьшить ток коллекторов уменьшением сопротивлений резисторов R28 и R29 всегда можно. Важно изменять сопротивления одинаково и одновременно. Если это не удается, то либо неисправны транзисторы, либо потенциал в точке В слишком велик, и его нужно отрегулировать с помощью R31.

- Какова причина того, что второй контур МПОС (VT29- VT32) не удается настроить? Испытания проводились в обоих каналах усилителя, все элементы МПОС исправны, напряжения на транзисторах соответствуют рекомендованным в статье.

Ответ: В-контур МПОС настроить сложнее, хотя принцип настройки одинаков. Во-первых, трудно получить значительный уровень сигнала на выходе усилителя. Во- вторых, при подключении имитатора к усилителю напряжения и оконечному каскаду легко наступает самовозбуждение, а даже при незначительном возбуждении R67 уже практически не действует. Поэтому при настройке нужно контролировать отсутствие генераций.

В- контур можно настроить по минимуму нелинейных искажений при проведении эксперимента, описанного в конце статьи. Номиналы элементов схемы выбраны так, что даже без настройки точность установки а1, у1 порядка 10%, и задача сводится к достижению максимально возможного эффекта.

- Требуется ли подбирать транзисторы по коэффициенту усиления?

Ответ: Биполярные транзисторы (в основном канале усиления) подбирать не нужно. Полевые транзисторы (в контурах МПОС) желательно подобрать по значениям начального тока стока и напряжения отсечки.

Ответ: Вначале был собран один УМЗЧ. После доводки схемы она была повторена как второй канал стереоусилителя. Он был работоспособен и имел близкие к первому характеристики без подбора элементов (не считая полевых транзисторов). Это свидетельствует о хорошей повторяемости конструкции.

Радиолюбитель из г. Житомира Дубченко Р. собрал усилитель, слушает его с акустикой S- 90 и доволен звучанием. Сообщил, что у него получились практически все эксперименты с контурами МПОС (настройка и подавление искажений), описанные в статье.

Ответ: Судя по симптомам, проблемы не в самом усилителе, а от неправильной стыковки его с источником сигнала (ИС), блоком питания (БП) и нагрузкой. Входное сопротивление усилителя сравнительно велико, поэтому его вход чувствителен к наводкам.

Ни в коем случае нельзя переносить "земляной" вывод нагрузки к общей шине печатной платы. Коллекторный провод каждого выходного транзистора нужно свить в один жгут с эмиттерным, базовый провод оставить свободным. Если длина проводов больше 10 см, следует укоротить их.

Шум исчезает после подключения первого контура МПОС к точке А. До этого он, действительно, ощутим. Однако пока усилитель не налажен, контуры МПОС подключать не следует. Сначала надо добиться устойчивой работы усилителя на эквивалент нагрузки и только потом подключать АС.

- Какие транзисторы серий КП103 и КП303 можно применять, какой допустимый разброс их параметров и какое номинальное напряжение между стоком и истоком?

Ответ: Можно применять транзисторы КП103Е, Ж, И; КП303А, Б, Ж с разбросом параметров 20-30%. иси.ном ~9 В. Приводим также ответы автора на вопросы по статье В. П. Матюшкина"Физиологическое регулирование тембра" (см. ниже)

- Какую функциональную зависимость должен иметь переменный резистор R15 (рис.4,а)?

Ответ: Лучше использовать переменные резисторы R14, R15 с линейной характеристикой регулирования.

- Какие схемы предварительного усилителя, регуляторов громкости и стереобаланса применил автор?

Ответ: Можно использовать любые схемы этих устройств.

- Являются ли кривые на графике рис.4,б в высокочастотной области продолжением кривых в низкочастотной (кривые 0, 1, 2)?

Ответ: Высокочастотные части АЧХ на рис.4,б показаны при различных положениях движка R15 для иллюстрации их характерной формы. Вид их при f>>1 кГц практически не зависит от положения переключателя SA1. Другими словами, регулировки тембра НЧ и ВЧ не зависят друг от друга, как в обычных регуляторах тембра.

Рисунок 1 Схема усилителя мощности ЛАНЗАР полностью на биполярных транзисторах.
УВЕЛИЧИТЬ

Рисунок 2 Схема усилителя мощности ЛАНЗАР с использованием полевых транзисторов в предпоследнем каскаде.
УВЕЛИЧИТЬ

Рисунок 3 Схема усилителя мощности ЛАНЗАР из симмулятора МС-8. УВЕЛИЧИТЬ

Для примера возьмем напряжение питания равным ±60 В. Если монтаж выполнен правильно и нет не исправных деталей то получим карту напряжений, показанную на рисунке 7. Токи, протекающие через элементы усилителя мощности показаны на рисунке 8. Рассеиваемая мощность каждого элемента показана на рисунке 9 (на транзисторах VT5, VT6 рассеивается порядка 990 мВт, следовательно корпусу TO-126 требуется теплоотвод ).

Рисунок 7. Карта напряжений усилителя мощности ЛАНЗАР УВЕЛИЧИТЬ

Рисунок 8. Карта токов усилителя мощности УВЕЛИЧИТЬ

Рисунок 9. Карта рассеиваемых мощностей усилителя УВЕЛИЧИТЬ

Несколько слов о о деталях и монтаже:
Прежде всего следут обратить на правильность монтажа деталей, поскольку схема симметричная, то бывают довольно частыми ошибки. На рисунке 10 показано распложение деталей. Регулировка тока покоя (тока, протекающего через оконечные транзисторы при замкнутом на общий провод входе и компенсирующего вольт-амперную характеристику транзисторов) производится резистором Х1. При первом включении движок резистора должен находиться в верхенм по схеме положении, т.е. иметь максимальное сопротивление. Ток покоя должен составлять 30...60 мА. Ставить выше не имеет мысла - ни приборы, ни на слух ощутимых изменений не происходит. Для установки тока покоя производится измерение напряжения на любом из эмиттерных резисторов оконечного каскада и выставляется в соответствии с таблицей:

Рисунок 10 Расположение деталей на плате усилителя мощности. Показаны места, где возникают наиболее часто ошибки монтажа.

Поднимался вопрос о целесообразности использования в эмиттерных цепях оконечных транзисторов керамических резисторов. Можно использовать и МЛТ-2, по два штуки, включенных параллельно с номиналом 0,47...0,68 Ома. Однако вносимые керамическими резисторами искажения слишком малы, а вот тот факт, что они обрывные - при перегрузке они обрываются, т.е. их сопротивление становиться бесконечным, что довольно часто приводит к спасению оконечных транзисторов в критических ситуациях.
Площадь радиатора зависит от условий охлаждения, на рисунке 11 показан один из вариантов, крепить силовые транзисторы к теплоотводу необходимо через изоляционные прокладки . Лучше использовать слюду, поскольку она обладает довольно маленьким тепловым сопротивлением. Один из вариантов крепления транзисторов пказан нарисунке 12.

Рисунок 11 Один из вариантов радиатора для мощности 300 Вт при условии хорошей вентиляции

Рисунок 12 Один из вариантов крепления транзисторов усилителя мощности к радиатору.
Необходимо использовать изоляционные прокладки.

Перед монтажом силовых транзисторов, а так же в случае подозрений на их пробой, силовые транзисторы проверяются тестером. Предел на тестере устанавливается на проверку диодов (рис 13).

Рисунок 13 Проверка оконечных транзисторов усилителя перед монтажом и в случае подозрений на пробой транзисторов после критических ситуаций.

Стоит ли подбирать транзисторы по коф. усиления? Споров на эту тему довольно много и идея подбора элементов тянеться еще с глубоких семидесятых годов, когда качество элементной базы оставляло желать лучшего. На сегодня завод изготовитель гарантирует разброс параметров между транзисторами одной партии не более 2%, что уже само по себе говорит о хорошем качестве элементов. Кроме этого, учитывая то, что оконечные транзисторы 2SA1943 - 2SC5200 прочно обосновались в звукотехнике завод изготовитель начал выпус парных транзисторов, т.е. транзисторы и прямой, и обратной проводимости уже имеют одинаковые параметры, т.е. разницу не боле 2% (рис 14). К сожалению такие пары не всегда встречаютсяв продаже, тем не менее несколько раз нам доводилось покупать "близнецов". Однако даже имея разборос по коф. усиления между транзисторами прямой и обратной проводимости необходимо лишь следить за тем, чтобы транзисторы одной структуры были одной партии, поскольку включены они параллельно и разброс по h21 может вызывать перегрузку одного из транзисторов (у которого этот параметр выше) и как следствие - перегрев и выход из строя. Ну а разброс между транзисторами для положительной и отрицательной полуволн вполне компенсируется отрицательной обратной связью.

Рисунок 14 Транзисторы разной структуры, но одной партии.

Тоже самое относиться и к транзисторам дифкаскада - если они одной партии, т.е. куплены одновременно в одном месте, то шанс на то, что разница в параметрах будет более 5 % ОЧЕНЬ малы. Лично нам больше нравяться транзисторы 2N5551 - 2N5401 фирмы ФАИРЧАЛЬД, однако и ST звучат вполне достойно.
Однако это усилитель собирают и на отечественной элементной базе. Это вполне реально, однако давайте поправку на то, что у купленных КТ817 и найденных на полках у себя в мастерской, купленных еще в 90-х года параметры будут отличаться довольно сильно. Поэтому тут лучше все таки воспользаваться имеющимся почти во всех цифровых тестреах измерителем h21. Правда эта примочка в тестере показываетправду лишь для транзисторов малой мощности. Подбирать при ее помощи транзисторы оконечного каскада будет не совсм правильно, поскольку h21 зависит еще и от протекаемого тока. Именно поэому для отбраковки силовых транзисторов уже делают отдельные проверочные стенды. с регулируемых токо коллектора проверяемого транзистора (рис 15). Градуировка постоянного прибора для отбраковки транзисторов производиться таким образом, чтобы микроамперметр при токе коллектора 1 А отклонялся на половину шкалы, а при токе 2 А - полностью. Собирая усилитель только себе стенд можно и не делать, достаточно двух мультиметров с пределом измерения тока не менее 5 А.
Для произведения отбраковки следует взять любой транзистор из отбраковываемой партии и переменным резистором выставить ток коллектора равным 0,4...0,6 А для транзисторов предпоследнего каскада и 1...1,3 А для транзисторов оконечного каскада. Ну а далее все просто - к клемам подключаются транзисторы и по показаниям амперметра, включенного в коллектор выбираются транзисторы с одинаковыми показаниями, не забывая поглядывать на показания амперметра в базовой цепи - они тоже должны быть похожими. Разброс в 5 % вполне приемлем, для стрелочных индикаторов на шкале можно сделать метки "зеленого коридора" во время градуировки. Следует заметить, что подобные токи вызывают не плохой нагрев кристала транзистора, а учитывая то, что он без теплоотвода длительность замеров не следует растягивать во времени - кнопку SB1 удерживать в нажатом состоянии более чем 1...1,5 сек не следует . Подобная отбраковка прежде всего позвлит отобрать транзисторы с реально похожим коф усиления, а проверка мощных транзисторов цифровым мультиметром есть лишь проверка для успокоения совести - в режиме микротоков у мощных транзисторов коф усиления более 500 и даже небольшой разброс при проверке мультиметром в режимах реальных токов может оказаться огромным. Другими словами - проверяя коф усиления мощного транзистора показанаия мультиметра есть не что иное как абстрактная величина, не имеющая ни чего общего с коф усиления транзистора через переход коллектор-эмиттер протекат хотя бы 0,5 А.

Рисунок 15 Отбраковка мощных транзисторов по коф усиления.

Проходные конденсаторы С1-С3, С9-С11 имеют не совсем типовое включение, по сравнению с заводскими аналогами усилителей. Связанно это с тем, что при таком включении получается не полярный конденсатор довольно большой емкости, а использование плленочного конденсатора на 1 мкФ компенсирует не совсем корректную работу электролитов на высоких частотах. Другими словами эта реализация позволила получить более приятный звук усилителя, по сравнению с одним элетролитом или одним пленочным конденсатором.
В старых версиях Ланзар вместо диодов VD3, VD4 использовались резисторы на 10 Ом. Смена элементной базы позволила немного улучшить работу на пиках сигнала. Для более подробного рассмотрения этого вопроса обратимся к рисунку 3 .
В схеме смоделирован не идеальный источник питания, а более приблежонный к реальному, имеющему свое сопротивление (R30, R31). При воспроизведении синусоидального сигнала напряжение на шинах питания будет иметь вид, показанный на рисунке 16. В данном случае емкость конденсаторов фильтра питания составляет 4700 мкФ, что несколько маловато. Для нормальной работы усилителя емкость конденсаторов питания должна составлять не менее 10000 мкФ на один канал , можно и больше, но существенной разницы уже не заметно. Но вернемся к рисунку 16. Синией линией показано напряжение непосредственно на коллекторах транзисторов оконечного каскада, а красной линией - напряжение питания усилителя напряжения в случае использования резисторов вместо VD3, VD4. Как видно из рисунка напряжение питания оконечного каскада просело с 60 В и распологается между 58,3 В в паузе и 55,7 В на пике синусоидального сигнала. Благодарая тому, что конденсатор С14 не только заражается через развязывающий диод, но и разряжается на пиках сигнала напряжение питания усилителя напряжение приобретает вид красной линии на рисунке 16 и колебается от 56 В до 57,5 В, т.е имеет размах порядка 1,5 В.

Рисунок 16 форма напряжения при использовании развязывающих резисторов.

Рисунок 17 Форма напряжений питания на оконечных транзисторах и усилителе напряжения

Заменив резисторы на диоды VD3 и VD4 мы получаем напряжения, представленные на рисунке 17. Как видно из рисунка амплитуда пульсаций на коллекторах оконечных транзисторах почти не изменилась, а вот напряжение питания усилителя напряжения приобрело совсем другой вид. Прежде всего амплитуда уменьшилась с 1,5 В до 1 В, а так же в тот момент когда проходит пик сигнала напряжение питания УН проседает лишь до половины амплитуды, т.е. примерно на 0,5 В, в то время как при использовании резистора напряжение на пике сигнала проседает 1,2 В. Другими словами - простой заменой резисторов на диоды удалось уменьшить пульсации питания в усилителе напряжения в 2 с лишним раза.
Однако это теоритические выкладки. На практике эта замена позволяет получить "халявных" 4-5 Ватт, поскольку усилителя наступает при более высоком выходном напряжении и уменьшает искажения на пиках сигнала.
После сборки усилителя и регулировки тока покоя следует убедиться в отсутствии постоянного напряжения на выходе усилителя мощности. Если оно выше 0,1 В, то это уже однозначно требует корректировки режимов работы усилителя. В данном случае наиболее простым способом является подбор "подпирающего" резистора R1. Для наглядности приведем несколько вариантов этого номинала и покажем иземения постоянного напряжения на выходе усилителя на рисунке 18.

Рисунок 18 Изменение постоянного напряжения на выходе усилителя в зависимости от номана R1

Не смотря на то, что на симмуляторе оптимальное постоянное напряжение получилось лишь при R1 равным 8,2 кОм в реальных усилителях этот номинал составляет 15 кОм...27 кОм, в зависимости какого производителя используются транзисторы дифкаскада VT1-VT4.
Пожалуй стоит сказать несколько слов об отличиях усилителей мощности полгостью на биполярных транзисторах и с использованием полевиков в предпоследенм каскаде. Прежде всего при использовании полевых транзисторов ОЧЕНЬ сильно разгружается выходной каскад усилителя напряжения, поскольку затворы полевых транзисторов практически не имеют активного сопротивления - только емкость затвора является нагрузкой. В этом варианте схемотехника усилителя начинает наступать на пятки усилителям класса А, поскольку во всем диапазоне выходных мощностей ток протекающий через выходной каскад усилителя напряжения почти не изменятеся. Увеличение тока покоя предпоследнего каскада, работающего на плавающую нагрузку R18 и базы эмиттерных повторителей мощных транзисторов тоже меняется в небольших пределах, что в итоге привело к довольно заметному снижению THD. Однако в этой бочке меда есть и ложка дегтя - снизился КПД усилителя и уменьшилась выходная мощность усилителя, за счет необходимости подавать на затворы полевиков напряжение более 4 В для их открытия (для биполярного транзистора этот параметр составляет 0,6...0,7 В). На рисунке 19 показан пик синусоидального сигнала усилителя, выполненого на биполярных транзистора (синяя линия) и полевиках (красная линия) при максимальной амплитуде выходного сиганала.

Рисунок 19 Изменение амплитуды выходного сигнала при использовании разной элементной базы в усилителе.

Другими словами снижение THD заменой полевых транзисторов приводит к "недополучению" примерно 30 Вт, а уменьшение уровня THD примерно в 2 раза, так что именно ставить уже решать каждому персонально.
Так же следует помнить, что уровень THD зависит и от собственного коф усиления усилителя. В данном усилителе коф усиления зависит от номиналов резисторов R25 и R13 (при используемых номиналах коф усиления составляет почти 27 дБ). Расчитать коф усиления в дБ можно по формуле Ku =20 lg R25 / (R13 +1) , где R13 и R25 - сопротивление в Омах, 20 - множитель, lg - десятичный логарифм. Если необходимо расчитать коф усиления в разах, то формула приобретает вид Ku = R25 / (R13 + 1) . Этот расчет бывает необходим при изготовлении предварительного усилителя и вычисления амплитуды выходного сигнала в вольтах, чтобы исключить работу усилителя мощности в режиме жесткого клиппинга.
Снижение собственного коф. усиления до 21 дБ (R13 = 910 Ом) приводит к снижению уровня THD примерно в 1,7 раза при той же амплитуде выходного сигнала (увеличена амплитуда входного напряжения).

Ну а теперь несколько слов о самых популярных ошибках при сборке усилителя самостоятельно.
Одной из самых популярных ошибок является монтаж стабилитронов на 15 В не правильной полярностью , т.е. эти элементы работают не в режиме стабилизации напряжения, а как обычные диоды. Как правило такая ошибка вызывает появление на выходе постоянного напряжения, причем полярность может быть как положительной, так и отрицательной (чаще отрицательной). Величина напряжения базируется между 15 и 30 В. При этом ни один элемент не греется. На рисунке 20 показана карта напряжений при не правильном монтаже стабилитронов, которую выдал симмулятор. Ошибочный элементы выделены зеленым цветом.

Рисунок 20 Карта напряжений усилителя мощности с неправильно запаянными стабилитронами.

Следующей популярной ошибкой является монтаж транзисторов "вверх ногами" , т.е. когда путают коллектор и эмиттер местами. В этом случае так же наблюдается постоянное напряжение, отсутствие каких либо признаков жизни. Правда обратное включение транзисторов дифкаскада может привести к выходу их из строя, ну а дальше как повезет. Карта напряжений при "перевернутом" включении показан на рисунке 21.

Рисунок 21 Карта напряжений при "перевернутом" включении транзисторов дифкаскада.

Довольно часто транзисторы 2N5551 и 2N5401 путают местами , причем могут попутать так же и эмиттер с коллектором. На рисунке 22 показана карта напряжений усилителя при "правильном" монтаже попутанных местами транзисторов, а на рисунке 23 - транзисторы не только поменяны местами, но и перевернуты.

Рисунок 22 Транзитсторы дифкаскада попутаны местами.

Рисунок 23 Транзисторы дифкаскада попутаны местами, кроме этого попутаны местами коллектор и эмиттер.

Если попутаны местами транзисторы, а эмиттер-коллектор запаяны правильно, то на выходе усилителя наблюдается небольшое постоянное напряжение, регулируется ток покоя окнечных транзисторов, но звук либо отсутствует полностью, либо на уровне "кажется он играет". Перед монтажом на плату запаянных таким образом тразисторов их следует проверить на работоспособность. Если транзисторы поменяны местами, да еще и поменяны местами эмиттер-коллектор, то тут ситуация уже довольно критическая, поскольку в этом варианте для транзисторов дифкаскада полярность приложенного напряжения является правильной, а вот рабочие режимы нарушены. В этом варианте наблюдается сильный нагрев оконечных транзисторов (протекающий через них ток равен 2-4 А), небольшое постоянное напряжение на выходе и едва слышный звук.
Попутать цоколевку транзисторов последнего каскада усилителя напряжения довольно проблематично, при использовании транзисторов в корпусе ТО-220, а вот транзисторы в корпусе ТО-126 довольно часто впаивают "вверх ногами", меняя местами коллектор и эмиттер . В этом варианте наблюдается сильно искаженный выходной сигнал, плохая регулировка тока покоя, отсутствие нагрева транзисторов последнего каскада усилителя напряжения. Более подробная карта напряжения для этого варианта монтажа усилителя мощности показана на рисунке 24.

Рисунок 24 Транзисторы последнего каскада усилителя напряжения запаяны "вверх ногами".

Иногда путают местами транзисторы последнего каскада усилителя напряжения. В этом случае наблюдается небольшое постоянное напряжение на выходе усилителя, звук если и есть, то очень слабый и с огромными искажениями, ток покоя регулируется только в сторону увеличения. Карта напряжений усилителя с такой ошибкой показана на рисунке 25.

Рисунок 25 Ошибочный монтаж транзисторов последнего каскада усилителя напряжения.

Предпоследний каскад и оконечные транзисторы в усилителе местами путают слишком редко, поэтому этот вариант расматриваться не будет.
Иногда усилитель выходит из строя, самые частые причины для этого перегрев оконечных тразисторов или перегрузка. Недостаточная площадь теплоотвода или плохой тепловой контакт фланцев транзисторов может привести к нагреву кристалла оконечных транзисторов до температуры механического разрушения. Поэтому до полного ввода усилителя мощности в эксплуатацию необходимо убедиться в том, что винты или саморезы, крепящие оконечники к радиатору затануты полностью, изолирующиепрокладки между фланцами транзисторов и теплоотводом имеет хорошую смазку термопастой (рекомендуем старую, добрую КПТ-8), а так же размер прокладок больше размера транзистора минимум на 3 мм с каждой стороны. Если недостаточна площадь теплоотвода, а другого попросту нет, то можно воспользоваться вентиляторами на 12 В, которые используются в компьютерной технике. Если собранный усилитель планируется для работы только на мощностях выше средней (кафе, бары и т.д.) то куллер можно влючить на непрерывную работу, поскольку его все равно не будет слышно. Если же усилитель собран для домашенго использования и будет эксплуатироваться и на малых мощностях, то работу куллера уже будет слышно, а необходимость в охлаждении отпадает - радиатор почти не греется. Для таких режимо работы лучше испозовать управляемык куллеры. Несколько вариантовуправления куллером можно . Предлагаемые варианты управления куллерами основаны на контрле температуры радиатора и вклюячаются лишь по достижении радиатором определенной, регулируемой температуры. Решить проблему выхода из строя окнечных транзисторов можно либо установкой дополнительной защиты от перегрузки, либо аккуратным монтажом проводов идущих на акустическую систему (например использовать для подключения АС к усилителю автомобильных безкислородных проводов, которые кроме уменьшеного активного сопротивления имеют повышенную крепость изоляции, устойчивую к ударам и температуре).
Для примера рассмотрим несколько варианов выхода из строя оконечных транзисторов. На рисунке 26 показана карта напряжений в случае выхода обратных оконечных транзисторов (2SC5200) на обрыв, т.е. переходы отгорели и имеют максимально возможное сопротивление. В этом случае усилитель сохраняет рабочие режимы, на выходе сохраняется напряжение близкое в нулю, но вот качество звука однозначно желает лучше, поскольку воспроизводится только одна полуволна синусоиды - отрицательная (рис 27). Тоже самое будет при обрыве прямых оконечных транзисторов (2SA1943), только воспроизводится будет положительная полуволна.

Рисунок 26 Обратные оконечные транзисторы выгорели до обрыва.

Рисунок 27 Сигнал на выходе усилителя в случае, когда транзисторы 2SC5200 отгорели полностью

На рисунке 27 - карта напряжений в ситуации, когда оконечники вышли из строя и имеют максимально низкое сопротивление, т.е. закорочены. Этот вариант неисправности загоняет усилитель в ОЧЕНЬ жесткие условия и дальнейшие горение усилителя ограничивает только источник питания, поскольку потребляемый в этот момент ток может превысить 40 А. Оставшиеся в живых детали мгновенно набирают температуру, в том плече, где транзисторы еще исправны напряжение немного больше, чем в том, где собственно произошло замыкание на шину питания. Однако именно эта ситуация относиться к наиболее легкой диагностике - достаотчно до включения усилителя проверит мультиметром сопротивление переходов между собой, даже не выпаивая их из усилителя. Предел измерения, установленного на мультиметре - ПРОВЕРКА ДИОДОВ или ЗВУКОВАЯ ПРОЗВОНКА. Как правило выгоревшие транзисторы показывают сопротивление между переходами в диапазоне от 3 до 10 Ом.

Рисунок 27 Карта напряжений усилителя мощности в случае перегорания оконечных транзисторов(2SC5200) на короткое замыкание

Усилитель поведет себя точно так же в случае пробоя предпоследнего каскада - при отгороани выводов будет воспроизводиться только одна полуволна синусоиды, при коротком замыкании переходов - огромное потребление и нагрев.
При перегреве, когда считают, что радиатор на транзисторы последнего каскада усилителя напряжения не нужен (транзисторы VT5, VT6) они могут так же выйти из строя, причем как уйти на обрыв, так и на короткое замыкание. В случае отгорания переходов VT5 и бесконечно большого сопротивления переходов возникает ситуация, когда поддерживать ноль на выходе усилителя не чем, а приоткрытые оконечные транзисторы 2SA1943 потянут напряжение на выходе усилителя к минусу напряжения питания. Если нагрузка подключена, то величина постоянного напряжения будет зависеть от установленного тока покоя - чем он выше, тем будет больше величина отрицательного напряжения на выходе усилителя. Если нагрузка не подключена, то на выходе будет напряжение очень близкое по величине к минусовой шине питания (рис 28).

Рисунок 28 Транзистор усилителя напряжения VT5 "оборвался".

Если же транзистор в последнем каскаде усилителя напряжения VT5 вышел из строя и его переходы замкнулись, то при подключенной нагрузке на выходе будет довольно большое постоянное напряжение и ппротекающий через нагрузку постоянный ток, порядка 2-4 А. Если же нагрузка отключена, то напряжение на выходе усилителя будет почти равно положительной шине питания (рис. 29).

Рисунок 29 Транзистор усилителя напряжения VT5 "замкнулся".

На последок осталось только предложить несколько осцилограмм в наиболее координальных точках усилителя:

Напряжение на базах транзисторов дифкаскада при входном напряжении 2,2 В. Синия линия - базы VT1-VT2, красная линия - базы VT3-VT4. Как видно из рисунка и амплитудат и фаза сигнала практически совпадают.

Напряжение в точке соединения резисторов R8 и R11 (синяя линия) и в точке соединения резисторов R9 и R12 (красная линия). Входное напряжение 2,2 В.

Напряжение на коллекторах VT1 (красная линия), VT2 (зеленая), а так же на верхенм выводе R7 (синяя) и нижнем выводе R10 (сиреневая). ПРовал напряжения вызван рабтой на нагрузку и небольшим уменьшением питающего напряжения.

Напряжение на коллекторах VT5 (синим) и VT6 (красным. Входное напряжение уменьшено до 0,2 В, чтобы было наглядней видно, по по постоянному напряжению имеется разница примерно в 2,5 В

Осталось лишь пояснить на счет блока питания. Прежде всего мощность сетевого трансформатора для усилителя мощности в 300 Вт должна быть не менее 220-250 Вт и этого будет достаточно для воспроизведения даже очень жестких композиций.Более подробно о мощности блока питания усилителей мощности можно . Другими словами, если у вас есть трансформатор от лампового цветного телевизора, то это ИДЕАЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР для одного канала усилителя позволяющего без проблем воспроизводить музыкальные композиции мощностью до 300-320 Вт.
Емкость конденсаторов фильтра блока питания должна быть не менее 10 000 мкФ на плечо, оптимально 15 000 мкФ. При использовании емкостей выше указанного номинала Вы попросту увеличиваете стоимость конструкции без какого либо заметного улучшения качества звука. Не следует забывать, что при использовании таких больших емкостей и напряжении питания выше 50 В на плечо мгновенные токи уже критически огромны, поэтому настоятельно рекомендуется использовать ситемы софт-старта.
Прежде всего настоятельно рекомендутеся перед сборкой какого либо усилителя скачать на ВСЕ полупроводниковые элементы описания заводов производителей (даташиты). Это даст возможность ознакомиться с элементной базой поближе и в случае отсутствия в продаже какого либо элемента найти ему замену. Кроме этого у вас будет под рукой правильная цоколевка транзисторов, что значительно увеличит шансы на правильный монтаж. Особо ленивым предлагается ОЧЕНЬ внимаетльно ознакомиться хотя бы с расположением выводов транзисторов, используемых в усилителе: