Site Loader
Posted on 18.07.2023

Высококачественный гибридный усилитель мощности

Или – как подружить лампу с транзистором? Схема УМЗЧ с драйвером на двух 6Н23П и
выходным каскадом на полевых транзисторах

Гибридная концепция построения УМЗЧ – это неиссякающий источник заинтересованности как у заядлого самодельщика, так и у эксклюзивного производителя Hi-End аппаратуры.
Объясняется секрет такого интереса довольно просто: желанием уйти от габаритных и сложных в конструкции выходных трансформаторов, особенно в случаях необходимости достижения высоких выходных мощностей.
А поскольку гибридный усилитель способен обеспечить сопоставимый с ламповым уровень звучания, то именно этот фактор в совокупности с


простотой реализации мощных полупроводниковых выходных каскадов определили популярность класса гибридных усилителей мощности.

Однако в данной концепции возникает ряд требований, которым необходимо строго следовать:
1. Выходной транзисторный каскад должен иметь параметр нелинейных искажений значительно более низкий, чем у лампового драйвера. Только в этом случае звучание гибридника будет в значительной степени определяется не транзисторным выходом, а звуком, то есть набором гармонических составляющих ламповых каскадов.
2. Ламповый усилительный каскад должен обеспечивать высокие качественные показатели с учётом относительно низкоомной нагрузки в виде выходного транзисторного каскада.

3. Ну и, конечно же, всё это надо реализовать без введения межкаскадных отрицательных обратных связей, так как, как известно, что ОС улучшает параметры, но портит звук!

Собственно говоря, походящий выходной транзисторный каскад был подробно описан нами на предыдущей странице. Вот его схема:


Рис.1 Выходной каскад на полевых транзисторах гибридного УМЗЧ

Осталось только ко входу этого транзисторного каскада присовокупить ламповый драйвер, который с минимальными искажениями раскачает низкоуровневый входной сигнал до амплитуды, соответствующей максимальной мощности УМЗЧ.

В нашем случае эта амплитуда должна составлять величину: ± 38 В.

В ламповой схемотехнике гибридных конструкций довольно часто используется каскад, называемый СРПП или SRPP – Shunt Regulated Push Pull. По сравнению с обычным каскадом (с общим катодом) SRPP обеспечивает одновременное улучшение нескольких важных параметров: стабильности режима, линейности, широкополосности, выходного сопротивления и перегрузочной способности. Не вижу причин отказываться от всех этих достоинств, поэтому, исходя из этого – вот, что у нас получилось в итоговом продукте:

Рис.2 Драйверный ламповый каскад гибридного усилителя мощности

По большому счёту двойной триод 6Н23П не является специализированным прибором для звуковых трактов, однако, учитывая его популярность на этом поприще, было решено использовать именно эту лампу. Значительно лучше будут звучать 6Н23П-ЕВ, либо импортные 6DJ8, 6922, или ЕСС88. Все эти лампы считаются близкими аналогами, однако звучат несколько по разному, а, к примеру, лампа 6922 фирмы Philips (80-ых годов выпуска) – это крайне качественный продукт, одобренный многими аудиофилами по всему миру.

Каскад на триоде V2 – это и есть SRPP каскад, обладающий довольно низким выходным сопротивлением (около 1 кОм), необходимым нам для оптимального согласования с выходным транзисторным каскадом. Отсутствие шунтирующего конденсатора, обычно подключаемого параллельно резистору R10, объясняется желанием снизить коэффициент усиления (примерно до 14,8 раз или 23 дБ), а вместе с ним и коэффициент нелинейных искажений каскада.

Усилительный каскад по схеме с общим катодом, выполненный на половинке триода V1, призван компенсировать недостаток усиления SRPP для получения соответствующей чувствительности УМЗЧ, которая составляет ~ 250 мВ. Именно при такой амплитуде входного сигнала выходная мощность гибридного усилителя будет составлять 180 Вт на 4-омной нагрузке.

Приведём параметр Кг драйвера при разных уровнях сигнала, соответствующих выходной мощности усилителя 10, 50 и 150 Вт. Измерения проводились на эквивалентной нагрузке, соответствующей входному сопротивлению и ёмкости выходного транзисторного каскада.

Характеристики лампового драйверного каскада:

  • Входное сопротивление – 47 кОм;
  • Коэффициент усиления – 44,2 дБ;
  • Кг = 0,06% (1 кГц) – при Рвых = 10 Вт;
  • Кг = 0,12% (1 кГц) – при Рвых = 50 Вт;
  • Кг = 0,19% (1 кГц, 4 Ом) – при Рвых = 150 Вт;
  • Полоса воспроизводимых частот (+/-1 дБ) – 15 Гц…110 кГц.

    • По сути дела, именно эти характеристики и будут в большей степени определять параметры всего гибридного усилителя, однако для того, чтобы в этом убедиться, снимем и общие показатели.

    Основные параметры гибридного усилителя:

  • Чувствительность – 240 мВ;
  • Максимальная выходная мощность (при Rн = 4 Ом, Кг
  • Максимальная выходная мощность (при Rн = 8 Ом, Кг
  • Кг = 0,08% (1 кГц, 4 Ом) – при Рвых = 10 Вт;
  • Кг = 0,14% (1 кГц, 4 Ом) – при Рвых = 50 Вт;
  • Кг = 0,16% (1 кГц, 4 Ом) – при Рвых = 100 Вт;
  • Кг = 0,22% (1 кГц, 4 Ом) – при Рвых = 150 Вт;
  • Полоса частот (+/-1 дБ) – 20 Гц.

    Как видно из схемы ламповая часть с транзистором осталась без изменений. Эта схема предлагается многим радиолюбителями как усилитель для наушников. В последствии оказалось очень удобно иметь ламповый усилитель НЧ для наушников и на акустику — построенный на транзисторах. Схема в особом описании не
    нуждается, при правильной сборке все начинает работать сразу.

    Для удобства мною была поставлена кнопка на две пары контактов для отключения транзисторной части от ламповой, что в свою очередь избавило от необходимости отключать колонки от усилителя при использовании наушников. Но при желании можно одновременно слушать и ухи и колонки — кому как нравится.

    Несколько слов о настройке транзисторной части. Необходимо установить половину напряжения питания относительно выхода. Устанавливается подстроечным резистором,который желательно применить многооборотистый. Возможно придется подобрать резисторы в базах выходных транзисторов в пределах 150-300 ом. Эта величина зависит от буквы в серии транзистора.

    Вот пожалуй и вся настройка.

    При данном комплекте транзисторов и источнике питания 22В, на выходе имеем около трех ватт. Конечно мощность небольшая, но этого достаточно чтобы с комфортом насладиться звучанием германиевой схемы вкупе с лампой. Можно было конечно использовать транзисторы П217 что дало бы 10 ватт мощности или же ГТ705 или ГТ806, соответственно заменив остальные транзисторы на противоположную проводимость. В таком случае пришлось бы делать два независимых источника питания.

    Так как транзисторы эти прямой проводимости то в данном включении с лампой схема работать отказывается. Немного поразмыслив пришлось пожертвовать выходной мощностью но зато избавил себя от перспективы разбирать трансформатор и мотать еще одну обмотку, по причине отсутствия подходящих трансформаторов с двумя вторичками.

    Если все же кому то захочется что то по мощнее то вполне допустимо поставить две пары выходных транзисторов ГТ404. Желательно чтоб все транзисторы в схеме имели один буквенный индекс, что существенно упростит установку тока покоя да и вообще избавит от нежелательного перегрева выходных транзисторов.

    Хотелось бы отметить еще один момент, кто то возможно захочет умощнить схему применив в выходе кремниевые транзисторы на подобие КТ805. Сразу оговорюсь, да, применить можно но тогда теряется вся краска германиевой схемы и кроме того у вас появятся искажения типа ступенька. Кремневые транзисторы в такой схеме грешат этим недостатком, и убрать эту ступеньку не усложнив схему невозможно. Потребуется делать цепочку смещения на базы выходных транзисторов и усложнять обратную связь.

    Германий же имеет преимущество в виду отсутствия искажений типа ступенька в данной схеме включения. Усилитель работает в классе АБ. Ну вот вроде самое основное по схеме сказано.

    Теперь перейдем к блоку питания. В качестве трансформатора можно использовать любой мощность 15-20ватт. Мною был применен ТС-20, выдранный откуда-то на работе, не помню откуда. Все обмотки в нем уже имелись и по толку подходили что существенно упростило изготовления блока питания для УНЧ.

    Для тех кто пожелает не использовать часть усилителя для наушников исключив транзистор irf630, необходимость в транзисторном стабилизаторе отпадает, поскольку сама схема оконечного усилителя не критична к хорошо отфильтрованному и стабилизированному источнику питания и работает от простейшего выпрямителя с одной емкостью в 4700 мкФ. Фон переменного тока полностью отсутствует.

    Сама же схема стабилизатора необходима для варианта с полевиком, поскольку схема линейная работающая в классе А и потребляет около 2 ампер , то ей необходима хорошая фильтрация дабы устранить фон переменного напряжения. Накал лампы тоже нужно питать постоянкой с делителем на резисторах, что изображен на схеме.

    Применив все выше указанное вы избавите себя от проблемы фона переменного тока в наушниках. Есть схемы источника питания на LM317 или же на регулируемых кренках, к примеру КРЕН142ЕН8. Плюс ко всему в таких схемах используются цепочки R-C фильтров. Резисторы очень сильно греются. И еще мною было обнаружено что при использовании выпрямителя на вышеуказанных микросхемах, при отсутствии сигнала в наушниках наблюдается довольно сильное шипение.

    Это шипение так для меня и осталось загадкой. По этому и была взята сама обычная схема на двух транзисторах.

    Марку стабилитронов не указал по причине того что придется подобрать три или два штуки таким образом чтоб на выходе получилось 22-27 вольт.

    На радиаторы закреплены выходные транзисторы через слюдяные прокладки, намазанные термопастой. Транзисторы крепятся посредством двух алюминиевых квадратных планок с дыркой по середине, куда и воткнуты с натяжением. В качестве украшательства были применены прослойки из оргстекла, выточенные вручную и подсвечены светодиодами.

    В гнезда ламп были воткнуты трехцветные светодиоды, плавно меняющие цвет. В конечном итоге получилась вот такя конструкция что очень симпатично светится и радует хорошим теплым звуком. Мною было собрано множество конструкций на германии и можно сказать с уверенностью что несмотря на свои недостатки в виде очень низкой рабочей частоты менее 1 МГц и максимальной полосой пропускания не выше 18КГц в унч, что ни один кремниевый, будь то транзисторный или микросхемный, с супер параметрами, усилитель не звучит так как германиевый усилитель.

    При наличии необходимых компонентов все в ваших руках, данная конструкция предложена как мотивация к творческой деятельности и для тех кто хочет собрать нечто подобное.

    Автор: Сэм.

    Источник

    192, 1

    Простой гибридный ламповый усилитель с выходом MOSFET

    #1