Гибридный усилитель мощности. | РадиоГазета
Надеемся, что ваша домашняя аудиосистема пополнилась качественным предварительным усилителем из наших последних публикаций. Теперь пришло время задуматься об усилителе мощности. Сегодня мы предлагаем вам описание конструкции одного очень интересного гибридного усилителя. Автор Уим дэ Хэн назвал своё творение «MuGen». По-японски это означает бесконечность, ну а с технической точки зрения усилитель объединил в себе усилитель напряжения — Mu и усилитель тока — Gen, что и отражено в названии.
Сегодня ламповые усилители претерпевают второе рождение — появилось довольно большое количество как коммерческих, так и самодельных конструкций. К сожалению, наиболее достойные их образцы отличаются весьма нескромной ценой, которая обусловлена в частности необходимостью высокого напряжения для работы усилителя и наличием
В гибридных усилителях выходной трансформатор заменяется транзисторным каскадом, который имеет низкое выходное сопротивление, что позволяет подключать нагрузку к выходу усилителя без каких либо ухищрений. Современные электронные приборы при этом позволяют получить весьма высокие характеристики и низкие искажения.
Параметры и схема усилителя MuGen:
- Входная чувствительность: 825 мВ (8 Ом) и 770 мВ (4Ом)
- Входное сопротивление: 300 kОм
- Усиление: 29 дБ (23 дБ с общей отрицательной обратной связью)
- Выходная мощность (при 1% THD):
- 70 Вт на нагрузке 8 Ом,
- 110 Вт на нагрузке 4Ом
- Коэффициент гармоник (THD) + шум:
- при выходной мощности 1 Вт / 8 Ом : <0,1%
- при выходной мощности 10 Вт / 8 Ом : <0,15%
- Коэффициент демпфирования: 20 (на 8 Ом нагрузки)
Схема усилителя представлена на рисунке:
Увеличение по клику
Входной каскад.
Для получения заданной выходной мощности входной каскад должен обеспечить усиление входного сигнала до амплитуды в 25В. Кроме того, из-за отсутствия общей отрицательной обратной связи этот каскад должен обладать минимальными искажениями при работе на нагрузку в 10кОм (входное сопротивление выходного драйвера).
Основываясь на своём опыте работы с лампами, автор выбрал для входной части усилителя дифференциальный каскад, что кроме всего прочего позволяет использовать его в качестве фазоинвертора и достаточно просто ввести в усилитель общую отрицательную обратную связь, если возникнет такая необходимость или желание поэкспериментировать. При этом сигнал ОООС подается отдельно от входного сигнала на сетку правого триода.
Так как катоды ламп первого каскада по переменному току соединены последовательно, это порождает местную обратную связь глубиной около 6 дБ, что снижает искажения каскада, но и снижает его усиление. Поэтому здесь необходима лампа с высоким коэффициентом усиления. Автор выбрал лампу ECC83 (аналог 6Н2П).
Источник тока в катодной цепи сделан активным, на транзисторах, что также существенно улучшает параметры каскада и позволяет простыми методами реализовать регулировку тока диф. каскада. Итоговое усиление первого каскада составляет 29 дБ.
Для включения в усилителе общей ООС необходимо замкнуть перемычку JP1. При этом общее усиление снизится до 23 дБ, но этого всё равно достаточно для получения заданной выходной мощности.
Напомню, что глубокая общая ООС улучшает параметры усилителя, но как показывают тесты, ухудшает его субъективное звучание. Глубина обратной связи в -6дБ является в этом случае хорошим компромиссом.
Недостатком использования ламп ECC83 во входном каскаде является их высокое выходное сопротивление — порядка 50кОм. Согласование с низкоомной транзисторной частью обеспечивает катодный повторитель на лампе ECC89 (аналог 6Н23П) с выходным сопротивлением около 500Ом.
После долгих экспериментов автор выбрал режим, обеспечивающий наименьшие искажение и позволивший согласовать оба ламповых каскада непосредственно, без разделительного конденсатора. Кроме того, это обеспечивает плавный рост напряжения (от 0 до 194 В) на катодном резисторе R7 при включении усилителя, благодаря чему конденсаторы С2 и С3 плавно заряжаются, что устраняет щелчки и негативное воздействие на транзисторную часть.
Разделительные конденсаторы.
Каскад усиления напряжения (ламповая часть) и каскад усиления тока (транзисторная часть) связаны между собой через разделительные конденсаторы. Без этого в схеме не обойтись, ведь напряжение на катоде лампы ECC88 около 194 В. К сожалению, эти конденсаторы существенно влияют на звучание усилителя.
Проведя тесты по прослушиванию данного усилителя, автор остановил свой выбор на конденсаторах ClarityCap серии SA, которые имеют очень хорошее соотношение цена/качество. Благодаря высокому рабочему напряжению (600 В), серия SA очень хорошо подходит для использования в ламповых схемах.
Топология печатной платы позволяет применить в конструкции качественные конденсаторы других производителей, в том числе Wima и Solen. Значение 3,3 мкФ выбрано для обеспечения спада АЧХ ниже 10Гц. Разделительный конденсатор совместно с входным сопротивлением транзисторного каскада составляют фильтр, частоту среза которого можно определить по формуле:
1 / (2π* 3.3 µF * 10 kOm)
Рабочее напряжение разделительных конденсаторов должно быть не менее 400В.
Выходной каскад.
Выходная ступень усилителя построена на биполярных транзисторах. Конечно, можно было бы использовать и полевые МОП транзисторы типа BUZ900P или 2SK1058, но автор намеренно их отсеял. Выбранные транзисторы довольно часто используются в звуковых усилителях и при очень хороших характеристиках для аудио-применения они имеют весьма скромную цену и высокую надёжность.
Выходной каскад является квази-комплементарным, т.е. построен на транзисторах одинаковой проводимости в обоих плечах. Подобная конфигурация имела широкое распространение в 70-80-х годах из-за отсутствия доступных p-n-p комплементарных транзисторов. И, в общем-то… заслужила плохую репутацию. Но! Автор считает, что полностью комплементарных транзисторов не бывает в принципе, а потому, используя однотипные транзисторы можно добиться большей реальной
Значение питающего напряжения составляет 38 В, что является оптимальным для этого выходного каскада и позволяет для 4— ом или 8— ом нагрузки эксплуатировать усилитель без проблем.
Подробнее об элементах схемы.
Резистор R1 является сеточным резистором лампы V1a. Его значение не критично, но наличие обязательно! Резистор R2 совместно с входной ёмкостью лампы образует фильтр низких частот для защиты входа усилителя от помех. Аналогичную роль выполняет резистор R5 для катодного повторителя.
Номиналы резисторов R3 и R4 выбраны для получения на анодах ламп напряжения чуть больше 190В. При этом ток через каждую лампу составляет 0,8мА. Источник тока для диф. каскада построен на транзисторах Q6, Q7 для увеличения его внутреннего сопротивления. Светодиод задаёт опорное напряжение, а триммером Р1 можно удобно и с высокой точностью установить требуемый ток источника. Для питания генератора тока используется стабилизатор на микросхеме LM337.
При желании в схему можно ввести общую отрицательную обратную связь. Её глубина зависит от номиналов резисторов R6 и R8. При указанных на схеме значениях глубина ОООС составляет 6 дБ. Для повышения устойчивости параллельно R8 можно подключить конденсатор небольшой ёмкости (56пкФ). Если Вы не любите эксперименты или ярый противник отрицательной обратной связи, то элементы R6, R8, JP1, Cfb можно не устанавливать. Даже без общей ООС этот усилитель имеет очень низкие искажения.
Ток покоя лампы катодного повторителя выбран около 9 мА. Для снижения искажений и выходного сопротивления каскада этот тот желательно задавать побольше, но это может негативно сказаться на сроке службы лампы. Автор принял компромиссное решение.
Транзистор Q1 задаёт ток покоя транзисторного выходного каскада. Для обеспечения термостабилизации он должен быть закреплён как можно ближе к выходным транзисторам на общем радиаторе. Резистор P2 должен быть многооборотный и с надёжным контактом движка.
Резисторы R11, R16, P3 определяют входное сопротивление транзисторной части усилителя (при указанных номиналах оно составляет порядка 10 кОм). При использовании полевых транзисторов номиналы этих резисторов могут быть существенно увеличены. Триммер P3 служит для настройки «0» на выходе усилителя. Автор намеренно не использовал интегратор для этих целей, так как считает, что он негативно влияет на звучание.
Элементы R12/C4 и R20/C8 являются дополнительными фильтрами питания, и исключать их из схемы крайне не рекомендуется. Ёмкости конденсаторов С4 и С8 могут быть в пределах 220мкФ-330мкФ.
Транзисторы Q2 и Q4 образуют классический составной транзистор Дарлингтона, который даёт необходимое усиление по току. Транзисторы Q3 и Q5 образуют составной транзистор Шиклаи, имитируя комплементарный PNP транзистор. Так как Q4 и Q5 являются однотипными, то по мнению автора и комплементарность здесь достигается более полная. Для снижения искажений каскада Шиклаи обычно в него добавляют диод Баксандалла. Автор заменил его транзистором в диодном включении ( на схеме обозначен Qbax), что позволило ещё больше снизить искажения выходного каскада. Измеренные искажения при 1 Вт выходной мощности с диодом составили 0,22%, а с транзистором 2SC1815, включенным диодом, всего 0,08%. При больших уровнях выходной мощности разница между диодом и транзистором уменьшается. Печатная плата позволяет установить транзисторы типов 2SC1815 или 2SC2073 или просто диод 1N4007.
Благодаря наличию местных отрицательных обратных связей, выходной каскад имеет низкие искажения и хорошую термостабильность. Резисторы R21 и R22 должны быть безындукционные и возможно меньших габаритов.
Элементы R23 и C7 формируют цепь Цобеля для обеспечения стабильности усилителя на частотах выше 100 кГц. Базовые резисторы R13, R17, R14, и R18 также предотвращают возможные возбуждения на высоких частотах. При ёмкостной нагрузке данного усилителя для повышения его устойчивости можно последовательно с выходом подключить индуктивность (как это часто делается). Катушка содержит 16 витков медного провода диаметром 0,75-мм, намотанных на оправке диаметром 6.3-мм или на резисторе 15 Ом мощностью 2 Вт.
Схема устройства защиты и задержки включения акустических систем показана на рисунке:
Увеличение по клику
Она обеспечивает задержку подключения АС через 30 секунд после включения усилителя и отключения их при появлении на выходе опасного постоянного напряжения. Для минимизации влияния на звук реле для этого блока необходимо выбрать с надёжными и качественными контактами.
Блок питания
Высоковольтная часть схемы питается от стабилизатора, построенного на микросхеме TL783. Входное напряжение должно составлять порядка 360В. Микросхема установлена на небольшом радиаторе и надёжно изолирована от корпуса. Выходное напряжение 315В устанавливается резисторами делителя R39/R40. Резистор R41 служит для разряда конденсаторов после выключения усилителя.
R42 / C27 и R43 / C28 являются дополнительными фильтрами для левого и правого каналов. После них выходное напряжение блока питания составляет 310В.
Если вы не сможете найти для C23 конденсатор типа Wima FKP1 (см. спецификацию) то лучше его исключите из схемы!
Увеличение по клику
Вторичная обмотка трансформатора Т1 с напряжением 30В используется для питания устройства защиты АС (не стабилизировано).
Напряжение накала соединяется с общим проводом (для уменьшения фона) через конденсатор. Оно не может быть непосредственно соединено с «землёй» так как на катоде лампы ЕСС88 напряжение составляет 194В, что больше предельно допустимого напряжение катод-сетка. Конденсатор легко решает эту проблему. Резистор R36 подбирается экспериментально, чтобы напряжение накала составляло ~6.3В.
Выходной каскад усилителя питается нестабилизированным напряжением 38В. Все трансформаторы в конструкции автора — тороидальные.
Конструкция.
Все блоки усилителя собраны на печатных платах. Каждый канал усилителя собирается на отдельной плате, так что для стерео-варианта их понадобится две штуки.
Автор гарантирует, что вы получите наилучшие результаты, если будите использовать именно те элементы, которые указаны в перечне (см. ниже). Между тем, ничто не мешает заменить их на другие аналогичные — имеющиеся в наличии или в плане эксперимента.
Сборку рекомендуется начинать с блока питания:
Увеличение по клику
Печатные платы усилителя рассчитаны на крепление транзисторов на радиаторы или основание усилителя (которое будет служить радиатором):
Увеличение по клику
Все соединительные провода должны быть соответствующего сечения и как можно короче.
На фото показан вариант крепления выходных транзисторов и транзистора термостабилизации:
Увеличение по клику
Обратите внимание, что все транзисторы изолированы от корпуса/радиатора. Для достижения наилучших результатов автор советует сначала закрепить транзисторы на радиаторы, затем согнуть их выводы под прямым углом, после чего вставить выводы в отверстия платы и закрепить её. Пропаивать выводы следует в самую последнюю очередь, когда транзисторы и плата будут окончательно спозиционированы относительно друг друга и закреплены.
В конструкции автора два больших радиатора используются как боковые стенки корпуса усилителя, на которых закреплены печатные платы каждого канала. В центральной части расположены тороидальные трансформаторы питания, плата блока питания и плата защиты АС:
Увеличение по клику
Для экономии места плата блока питания закреплена над трансформаторами:
Увеличение по клику
Для снижения уровня фона и помех все «общие» провода должны соединяться в одной точке, как показано на схеме:
Увеличение по клику
Налаживание усилителя.
Перед включением убедитесь, что транзисторы надёжно изолированы от радиатора/корпуса и друг от друга, полярность электролитических конденсаторов не перепутана, а лампы стоят на своих местах (они не взаимозаменяемы!)
Как отмечалось выше, усилитель имеет три органа регулировки:
- P1 устанавливает рабочий ток лампы ECC83.
- P2 контролирует ток покоя выходных транзисторов.
- P3 регулирует уровень постоянного напряжения на выходе усилителя.
Перед включением движок Р2 необходимо поставить в верхнее по схеме положение (замкнуть на коллектор Q1). Этим мы обеспечим минимальный ток покоя транзисторов после включения.
Триммер Р1 нужно выставить примерно на 800 Ом (выставляется перед запайкой в плату).
После включения усилителя без подачи входного сигнала и без подключения нагрузки, отрегулируйте триммером Р1 напряжение в контрольной точке ТР3, которое должно составлять 1,6В. При этом напряжение на катоде V2a должно быть 195 V (± 5%). Эти напряжения взаимосвязаны. Если какое-то напряжение сильно отличается от указанных, какую-то из ламп придётся заменить.
Затем триммером Р3 установите нулевое напряжение на выходе усилителя. Оно может находиться в пределах от -50мВ до +50 мВ. Это нормально. После этого триммером Р2 установите ток покоя усилителя в районе 100-150 мА. Для этого можно контролировать напряжения на резисторах R21 или R22, которые должны лежать в диапазоне 22 мВ-33 мВ.
После прогрева усилителя в течение получаса проверьте установленные значения и если нужно откорректируйте их.
В усилителе используется высокое рабочее напряжение. Помните о технике безопасности при работе с электричеством!!!
Заключение.
Несмотря на отсутствие общей отрицательной обратной связи, усилитель обеспечивает низкие искажения сигнала на малых уровнях мощности и хороший коэффициент демпфирования, что обычно является проблемой для усилителей без общей ООС.
Усилитель обладает великолепным звучанием с хорошей динамикой и высокой детальностью. Особенно бережно он обращается с микродеталями (сигналами малого уровня). При этом в звучании отсутствует ярковыраженный ламповый окрас.
MuGen воплотил в себе лучшее из двух миров — транзисторную динамику и ламповую теплоту звука (в пределах разумного, без транзисторной жёсткости).
Надо заметить, что этот усилитель эксплуатируется автором аж с 2007 года и пока ни один другой усилитель не превзошёл его по музыкальности!
Увеличение по клику
Перечень элементов.
Усилитель и блок питания
(Для стерео-вариант все детали надо взять в двойном количестве)
Резисторы
(1% металлоплёночные, мощностью 0,5Вт, если не указано особо)
R1 = 392 kОм
R2,R5,R12,R20,R32 = 1 kОм
R3,R4 = 150 kОм 2W (BC PR02 series)
R6,R15,R19,R45 = 100 Ом
R7 = 22 kОм 3W (BCPR03 series)
R8 = 2,43 kОм
R9 = 274 Ом
R10 = 560 Ом
R11 = 18 kОм
R13,R17 = 392 Ом
R14,R18 = 2,2 Ом
R16 = 20 kОм
R21,R22 = 0,22 Ом 4W (Intertechnik MOX)
R23 = 10 Ом 2W
R24,R26 = 182 Ом
R25 = 1,5 кОм
R27 = 3,3 кОм
R28,R29 = 1 MОм
R30 = 330 kОм
R31 = 10 MОм
R33, R34, R35 = 100 kОм
R36 = подбирается (примерно 0.22 Ом)
R37,R38 = 100 Ом 1W
R39 = 330 Ом
R40 = 82 kОм 3W
R41 = 150 kОм 3W
R42,R43 = 1 kОм 1W
R44 = 4,7 Ом
P1 = 2 kОм, многооборотный
P2,P3 = 5 kОм, многооборотный
Конденсаторы:
C1 = 100nF 400VDC
C2,C3 = 3.3мкФ 400VDC (ClarityCap SA 630V аудиофильского качества)
C4,C6,C8,C10 = 270 мкФ 50V (Panasonic FC)
C5,C9,C12,C14,C22 = 100nF 50V
C7 = 100nF (Vishay MKP-1834)
C11,C16,C17 = 10мкФ 50V
C13 = 47мкФ 50V
C15 = 1мкФ 250V (типа Wima)
C18 = 22мкФ 63V
C19,C20 = 47мкФ 25V
C21 = 220мкФ 50V
C23 = 2n2 (Wima FKP-1/700 VAC)
C29,C30,C31,C35 = 2n2 (Wima FKP-1/700 VAC)
C24 = 150мкФ 450V
C25 = 100n 450 VDC
C26 = 10мкФ 400V
C27,C28 = 22мкФ 400V
C32,C33,C34,C36,C37,C38 = 4700 мкФ63V (BC056, 30×40 mm, Conrad Electronics)
C39 = 10мкФ 25V
Cfb = 56pF (optional)
Активные элементы:
D2,D3 = UF4007 (при отсутствии можно поставить — 1N4007)
D4,D5 = 1N4001
D6,D7,D8 = 1N4148
D9,D10,D11,D12 = BY228
D13 = 1N4007
LED1 = LED, 5mm, красный светодиод
Z1 = стабилитрон 110V 1.3W
Q1 = BD139
Q2 = 2SC2073
Q3 = 2SA940
Q4,Q5 = 2SC5200
Q6,Q7 = BC550B
Q8 = BS170
Q9,Q10 = BC547B
Qbax = 2SC1815BL
U1 = LM337
U2 = LM317
U3 = TL783
Лампы:
V1 = ECC83 (pref. JJ Electronics), 6Н2П
V2 = ECC88 (pref. JJ Electronics), 6Н23П
Разное:
B1 = мостовой выпрямитель 600 V, 1A (DF06M)
B2,B3 = мостовой выпрямитель 400V, 35A
T1 =трансформатор с вторичными напряжениями: 30V + 250V +6.3V (Amplimo type 3N604)
T2 = трансформатор со вторичными напряжениями: 2×28 VAC, 300VA (Amplimo type 78057)
RLY1 = реле 24V (например Amplimo type LR)
Радиаторы U3 Fischer SK104 25,4 STC-220 14K/W
Радиаторы U1 и U2, FischerFK137 SA 220, 21K/W
Радиаторы для Q4 и Q5, с тепловым сопротивлением 0.7K/W или лучше.
9-контактная панель для ламп — 2шт.
Чертежи печатных плат (оригинал в формате pdf) качаем здесь.(rar-архив, 186 kb)
Последнюю версию чертежей печатных плат в формате Sprint-Layout от наших читателей (редакцией «РадиоГазеты» НЕ ПРОВЕРЯЛИСЬ!) качаем здесь (rar-архив 117 kb).
Статья подготовлена по материалам журнала «Электор».
Вольный перевод — главный редактор «РадиоГазеты».
Удачного творчества!
Похожие статьи:
| |
| |
Гибридный усилитель мощности | РадиоГазета
Качество ламповых усилителей в очень большой степени определяется качеством выходного трансформатора (конечно, если сама схема и другие компоненты на должном высоком уровне). И если для относительно маломощных усилителей (примерно до 10 Вт) размеры и стоимость выходного трансформатора ещё укладываются в разумные пределы, то для мощных конструкций это становится реальной проблемой.
Из-за нелинейного намагничивания железа и возможного насыщения выходной трансформатор имеет высокие нелинейные искажения, а также весьма неважные частотные и фазовые характеристики. Это всё, конечно, можно исправить путём введения отрицательной обратной связи, но, как известно, она улучшает параметры, но портит звук.
В последнее время у радиолюбителей большую популярность приобрели гибридные конструкции, где выходной трансформаторный каскад заменяется транзисторным каскадом. Это позволяет обеспечить согласование выхода усилителя с низкоомной нагрузкой и в тоже время избавляет схему от трансформатора и, как следствие, от искажений, вызванных нелинейностью железа.
Кроме того, такое построение схемы позволяет использовать усилительные приборы с наибольшей эффективностью — как известно, лампы являются высоколинейным усилителем напряжения и отлично подходят для входных каскадов. В тоже время транзисторы гораздо лучше усиливают ток и оптимально подходят для выходных каскадов усилителя. За счёт высоковольтного питания ламповые каскады позволяют получить сигнал большой амплитуды для раскачки выходного каскада, что существенно упрощает предварительную часть усилителя.
Схема гибридного усилителя Герхарда Хааса представлена на рисунке:
Увеличение по клику
Характеристики усилителя:
- Максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом — 70Вт,
- Диапазон воспроизводимых частот 20Гц…100 кГц (-0,6 дБ),
- Входное сопротивление — 47кОм,
- Чувствительность — 1,5В,
- Уровень шумов — 185 мкВ,
- Уровень гармоник:
| выходная мощность | 10 вт | 50 вт |
| общий уровень гармоник: | 0,53% | 1% |
| 2-ой гармоники: | 0,37% | 0,83% |
| 3-ой гармоники: | 0,25% | 0,3% |
| 4-ой гармоники: | 0,02% | 0,03% |
| 5-ой гармоники: | 0,09% | 0,05% |
Лампы и их режимы работы были выбраны так, чтобы обеспечить небольшое усиление с разомкнутой петлёй ООС. Дело в том, что для стереофонического варианта в усилителе без обратной связи довольно сложно обеспечить равенство усиления каналов. Здесь для упрощения этой задачи введена неглубокая отрицательная обратная связь, чтобы она не сказывалась негативно на звучании.
Так как ламповые каскады не очень любят режим «холостого» хода и уж тем более режим короткого замыкания, для безопасной эксплуатации усилителя в схеме предусмотрена защита выходного каскада.
Ламповая и транзисторная части схемы довольно типичны. Так как выходной каскад является относительно низкоомной нагрузкой, то для его согласования со входным дифференциальным каскадом используется мощный пентод, способный обеспечить требуемый выходной ток с минимальными искажениями сигнала.
Для того, чтобы получить от входного каскада максимальное усиление при минимальной нелинейности и высокое подавление синфазных помех, в катодах лампы должен стоять линейный резистор бесконечного сопротивления. Обычно, это решается применением источника стабильного тока. Но, чтобы сильно не усложнять схему, для питания катодных цепей первой лампы автор использовал дополнительный источник питания с напряжением -68В. Полученное при этом значение номинала резистора R3 вполне достаточно для достижения высоких параметров входного дифференциального каскада. Компенсировать различие в параметрах триодов лампы Ro1 можно с помощью триммера P1.
Выходной каскад усилителя построен по симметричной двухтактной схеме на транзисторах Дарлингтона. Ток покоя (65мА) можно контролировать по падению напряжения на резисторах R34,R35, которое при указанных на схеме номиналах должно составлять 22мВ. Транзистор Т1 является стабилизатором тока покоя и должен быть закреплен на радиатор вместе с выходными транзисторами.
Так как выходные транзисторы имеют очень большой коэффициент усиления по току, то специальных мер для балансировки каскада не предусмотрено. За время эксплуатации усилителя выходное напряжение в режиме покоя не превышало 100мВ, что, как считает автор, абсолютно не критично для низкоомной нагрузки.
Из-за значительного различия напряжений питания ламповой и транзисторной частей усилителя реализовать общую отрицательную обратную связь по переменному и постоянному токам не представляется возможным. Как уже отмечалось ранее, в схеме присутствует лишь неглубокая ООС по переменному току для выравнивания коэффициента усиления каналов, которая не сказывается на звучании усилителя.
Для максимального разделения каналов желательно использовать моноблочную конструкцию для каждого канала. Источники питания, описанные ниже, позволяют это легко реализовать.
Схемы высоковольтного стабилизатора для питания ламп и стабилизатора цепей накала (для снижения уровня фона питающей сети) показаны на рисунке:
Увеличение по клику
Для повышения напряжения на выходе микросхемы 7805 до необходимого уровня используется «подпорка» из светодиода. Эта схема хорошо зарекомендовала себя за долгие годы эксплуатации.
Блок питания транзисторной части усилителя:
Увеличение по клику
Все блоки усилителя (кроме блока питания транзисторной части) монтируются на печатных платах. «Общие» выводы источников питания должны быть соединены вместе. На плате усилителя под резисторами R14-R16 для лучшего их охлаждения предусмотрены отверстия. Выходные транзисторы и транзистор стабилизации тока покоя (Т1) крепятся на радиатор через изолирующие прокладки.
Увеличение по клику
Настройка усилителя достаточно проста. После подачи напряжения накала и прогрева ламп можно подключать высокое напряжение. При этом конденсаторы С8 и С11 должны быть отключены!!! На вход усилителя подают сигнал с генератора и, повышая его амплитуду, добиваются ограничения сигнала (в районе 50В) на выходе ламповой части. Триммером Р1 регулируют симметрию ограничения, так как триоды в одном баллоне никогда не бывают идентичны на 100%. При наличии анализатора спектра регулировку ламповой части можно осуществить с его помощью, добиваясь триммером Р1 минимальных гармонических искажений.
Следующим шагом является проверка транзисторной части. Для этого отключаем питание ламповых каскадов, подаём низковольтное питание и замеряем напряжение на резисторах R34,R35. Оно должно составлять около 22 мВ, что соответствует току покоя в 65мА.
Если всё прошло успешно, восстанавливаем соединение ламповой и транзисторной частей усилителя — запаиваем С8 и С11 на свои места. Подключаем на выход в качестве нагрузки резистор номиналом 4 Ома и включаем усилитель. Подаём на вход сигнал от генератора и проверяем, что на выходе при амплитуде сигнала в 16 В нет видимых искажений. Это соответствует выходной мощности в 60 Вт. Как видно из приведенных данных, в спектре сигнала доминирует вторая гармоника, а сам спектр является быстроспадающим, что говорит о ламповом звучании схемы и доминировании триодов.
Транзисторные схемы малочувствительны к сопротивлению нагрузки, поэтому к выходу усилителя можно подключать нагрузку от 4 до 16 Ом. Правда, при нагрузке в 16 Ом выходная мощность составит немного больше 16 Вт, так как просадка напряжения питания транзисторной части из-за уменьшения токовой нагрузки также уменьшится. Это недостаток транзисторных схем по сравнению с ламповыми, где за счёт выходного трансформатора (с отводами вторичной обмотки) обеспечивается равная выходная мощность для нагрузок в 4, 8 и 16 Ом.
Так как транзисторные усилители не переносят короткого замыкания в нагрузке или длительные токовые перегрузки, в усилителе предусмотрена система защиты. За основу взята схема, разработанная компанией Siemens ещё в 1970 году.
Принцип работы системы защиты от короткого замыкания поясняет рисунок:
При указанных на схеме номиналах ток короткого замыкания ограничивается на уровне 8,8А.
Принцип работы схемы защиты от пиковых токов показан на рисунке:
Конденсатор С14 обеспечивает временную задержку срабатывания защиты, чтобы исключить ложные срабатывания на пиках музыкального сигнала и ограничивать только долговременные превышения. Диод D10 (D9) для снижения потерь должен быть диодом-Шоттки.
Применение такой системы защиты резко повышает надёжность усилителя.
Рисунки печатных плат и схемы расположения элементов забираем здесь (rar-архив, 485 кбайт).
Статья подготовлена по материалам журнала «Электор» (Германия)
Удачного творчества!
Главный редактор «РадиоГазеты»
Похожие статьи:
ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
Многие слышали и наверное делали ламповые УНЧ, кто-то говорит их звук самый лучший , а кто-то скажет транзисторы ни в чём им не уступают и по параметрам гораздо круче.
Я делал и те и эти и готов сделать окончательный вывод: в классном усилителе звука — и лампы и транзисторы, каждому своё:
-лампы отлично работают на входе, а как стильно смотрятся!, а полевые транзисторы на выходе — и не надо огромных выходных трансформаторов.
Вот схемы которые я испытывал в процессе экспериментов и все они прекрасно себя зарекомендовали!
А вот пример практической реализации одного из гибридных УНЧ по схеме, приведённой ниже:
Для этого усилителя использовал схему на N-канальных полевых транзисторах из журнала радиохобби, Нижняя часть корпуса размерами 15х20 см из сантиметрового алюминиевого листа, используется как общий радиатор для транзисторов. Питание последних получается через обычный диодный мост и две ёмкости по 10000 мкф. Фона переменного тока не слышно. 200 В для анода берётся с помощью 12-вольтового маленького транса на 10 Вт включенного наоборот к вторичке основного трансформатора. Для индикации положения уровня громкости — ставим синий светодиод через кусочек оргстекла. Для красоты — лампы снизу подсвечиваем красными светодиодами. Разница на слух между 6Н6П и 6Н2П практически не заметна. Налаживание заключается в установке нужного тока покоя (в пределах 0.3 — 1 А). И последнее: не экономьте на радиаторе! Для класса «А» потребуется очень приличное охлаждение. К примеру радиатор для 100 ваттного УНЧ макинтош класса «А» весит 8кг! В качестве источника питания для такого усилителя можно использовать электронный трансформатор как в данной статье. А тут читайте более подробное описание гибридного усилителя
Все вопросы — на ФОРУМ.
Схемы усилителейГибридный усилитель звука — меломаны считают его одним из лучших аппаратов такого типа
Гибридный усилитель звука без ООС
Гибридный усилитель звука, который показан на схеме ниже многими меломанами считается одним из лучших аппаратов такого типа вобравший в себя все самое лучшее, что может максимально предоставить ламповый и транзисторный УМЗЧ. Его звучание похоже на двухтактный аппарат выполненный на триодах, но басы намного насыщеннее, быстрее, четче и солиднее. Средняя полоса прозрачная с ярко выраженными деталями, верхние частоты без всяких примесей, которыми грешат транзисторные приборы. Я уже давно подумывал взяться за сборку усилителя мощности с высоким классом. Перебрав различные варианты схем, коих великое множество в интернете, но большее внимание привлекла именно вот эта принципиальная схема.
В общем как основа, такое схематическое решение мне абсолютно подходило, тем не менее позднее, по ходу настройки возникла необходимость ее немного модернизировать. Схема то прекрасная, но не хватало там защитных функций. Поэтому я в первую очередь добавил защиту, обеспечивающей мягкий запуск усилителя при включении сетевого напряжения. Усовершенствовал функцию выполняющей автоматическое смещение напряжения на транзисторах MOSFET IRFP140 и IRFP9140. В изначальной авторской разработке, напряжение с выхода ламп значительно терялось в схеме смещения обладающей малым внутренним сопротивлением. Только после того, как я увеличил ее общее сопротивление порядка до нескольких сот кОм, то размах амплитуды на выходе возрос до 30v. p>
В конечном итоге гибридный усилитель обеспечивает выходную мощность до 200 Вт на каждый канал, при работе на нагрузку 4 Ом. Исходя из того, что выходной каскад аппарата работает в классе А, я заранее предусмотрел установку теплоотводов под полевые транзисторы, а для охлаждения радиаторов дополнительно еще вентилятор. По техническим и звуковым параметрам эта схема очень схожа с известным гибридным усилителем мощности Magnat RV3. Существенное отличие этого усилителя от Магната, это то, что в выходных каскадах последнего реализованы кремневые биполярные транзисторы, а в этом оконечный каскад работает на полевых транзисторах. Именно применение MOSFET-транзисторов исключило необходимость установки дополнительных каналов согласования, исключительно только конденсаторы в качестве переходных элементов.
Говоря об устройствах такого типа как лампово-транзисторный усилитель, стоит отметить, что основная цель в получении высокой мощности на выходе, не в угоду громкости в динамиках, а для воспроизведения качественного, естественного звука. Также стоить отметить еще одну конструктивную особенность устройства. Что бы обеспечить питающим напряжением ламповый модуль усилителя был использован импульсный блок питания имеющий постоянное выходное напряжение 6,3v и 270v, вследствие чего удалось максимально убрать фон низкой частоты и кардинально снизить уровень шума.
Важное замечание! Представленная здесь схема, как было сказано выше, использовалась как основа. Поэтому у каждого кто возможно планирует ее повторить, есть возможности усовершенствовать ее по своему. Еще хочу добавить, что в процессе тестирования решил полностью убрать каскад установленный между конденсаторами и полевыми транзисторами. На данный момент установлен каскад, задающий смещение на затворах. Основными элементами этого каскада являются переменные, много оборотные резисторы, а также стабилитроны, возможно нужно будет заменить постоянные стабилизаторы на регулируемые.
Гибридный усилитель для наушников | РадиоГазета
Прошло уже довольно много времени после публикации схемы гибридного усилителя для наушников KREIMER. И надо заметить, что за годы эксплуатации аппарат показал хорошее качество звучания и высокую надежность. Что неудивительно — схема имеет короткий тракт, отсутствуют (или крайне неглубокая) общие отрицательные обратные связи, а каждый элемент делает то, что лучше всего умеет: лампа усиливает напряжение, а транзистор — ток. Отзывы повторивших конструкцию подтверждают высокое качество звучания этого аппарата.
Однако, как обычно, душа просила чего-то большего, а руки тянулись к паяльнику.
Было решено поискать пути улучшения схемы.
Напомню оригинал, с которого всё началось:
Увеличение по клику
Этапы доработок:
1. Повышение линейности входного каскада. Так как низковольтную лампу 6Н27П найти не удалось ( да и по отзывам эти лампы отличаются очень низкой надёжностью!), для работы лампы 6Н23П на более линейном участке ВАХ было решено поднять напряжение питания с 24В до 40В (практически в два раза).
Чтобы выбирать режимы не по справочным или гипотетическим данным, а максимально приближенным к реальности были сняты ВАХ (вольт-амперные характеристики) лампы при напряжении на аноде 20В (примерно таким оно будет в схеме).
При этом удачно отбраковались две лампы — одна оказалась очень старая (с потерей эмиссии), вторая имела сильное различие триодов в баллоне! И только у третьей лампы и эмиссия оказалась в норме, и идентичность триодов весьма высокая. Так что при повторении конструкции настоятельно рекомендую проверить имеющиеся лампы.
По полученным ВАХ был выбран режим лампы: смещение 0,45 В, при этом ток анода составил около 2,5мА.
2. Еще большее повышение линейности входного каскада. Исходя из исследований Евгения Карпова ( «Повышение линейности лампового каскада» ), дополнительно повысить линейность лампового каскада можно, заменив нагрузочный резистор в аноде на источник постоянного тока. Правда, с одной оговоркой — нагрузка каскада должна быть высокоомной. Но у нас следом идёт эмиттерный повторитель, так что не проблема.
Сразу замечу, что сопротивление такого источника по переменному току очень велико, поэтому влияния на усиливаемый сигнал он не оказывает. Да и в конце-концов усилитель у нас гибридный! Каскодный источник тока (как в оригинале у Евгения) не использовался, так как здесь амплитуда сигнала гораздо меньше.
3. Повышение линейности выходного каскада и его универсальности по нагрузке. В исходной схеме сопротивление нагрузочного резистора выходного эмиттерного повторителя равнялось сопротивлению нагрузки усилителя (наушников). Это доставляло некоторые неудобства при тестировании различных наушников с данным усилителем. Если сопротивления наушников разное, то нарушается согласование и тесты получаются не совсем корректными. Убить сразу двух зайцев можно, заменив нагрузочный резистор активным источником тока.
Как показали измерения, всенародно любимая микросхема LM317 хотя и обеспечивает простоту реализации данного узла, для звуковых устройств не очень-то подходит. Поэтому узел был реализован на транзисторе КТ817Г, для которого ток 100 мА (именно такой ток покоя данного усилителя) является оптимальным.
4. Источник питания. Усилитель, работающий в классе «А» требует качественного источника питания, с малыми пульсациями. А оригинальная схема требует и оригинального источника питания :). Поэтому было решено использовать стабилизатор без обратных связей, как у Энди Неана. Так как напряжение на аноде лампы относительно невелико, система плавного запуска блоке питания отсутствует.
В результате получилась следующая схема:
Увеличение по клику
Цепи питания накала лампы на схеме не показаны.
Составной транзистор (T5,T3) в порядке эксперимента был заменен на полевой MOSFET. Больших различий в звучании замечено не было. Но предпочтение всё же было отдано биполярному варианту, именно в таком виде усилитель и эксплуатируется.
Вопреки ожиданиям получить более аналитичное и нейтральное звучание, в результате доработок звук стал более живой и насыщенный. Особенно заметны изменения в НЧ части. Бас при большей собранности даже немного усилился (возможно, сказалась замена блока питания). В общем и целом результаты модернизации усилителя порадовали и теперь это основной аппарат для прослушивания музыки в ночное время.
Конструкция и детали: транзисторы Т3 и Т5 желательно отобрать с наибольшим коэффициентом усиления (h31э). Мощные транзисторы Т3, Т4, Т6 необходимо установить на радиаторы — на каждом рассеивается около 2 Вт мощности. Применение качественных комплектующих — самое важное условие получения качественного звука. Конденсаторы С1 и С2 должны быть максимального качества!
Настройка: резистором R12 устанавливается напряжение на выходе стабилизатора +40В. Затем, после прогрева усилителя (ждём 20-30 минут и регулятор громкости выкручиваем на минимум) резистором R1 устанавливаем на эмиттере транзистора Т3 напряжение равное половине напряжения питания (+20В). Настройка закончена.
Под руку подвернулся старый корпус от какого-то КИПовского прибора и радиаторы от старых процессоров Celeron, в результате конструкция получилась такой:
Увеличение по клику
Увеличение по клику
Увеличение по клику
Для любителей экспериментов предложу ещё один вариант:
Увеличение по клику
Здесь входной каскад работает как преобразователь напряжение-ток и выходной транзисторный каскад имеет токовое управление (как в принципе и должно быть). На звучании это сказывается координальным образом. При прослушивании на тех же наушниках, что использовались и для первой схемы, складывается впечатление, что у них изменился тональный баланс — стал ровным, уходит весь звон и резкость, высокие становятся бархатные, как в «очень ламповых» схемах. При этом детальность не страдает. Кроме того, странным образом появляются атмосфера и зал у вас в голове, особенно на концертных записях. Без дополнительных «примочек» имеем практически объемное звучание, музыканты уже не пытаются ужаться между вашими ушами.
Но, увы, есть и ложка дёгтя. На многих записях соло-гитара именно на сольных партиях уходит куда-то за кулисы… Хотя должна быть «впереди планеты всей».
Получился очень интересный по звучанию вариант и, что странно, многим принимавшим участие в прослушивании понравился. Всё зависит от ваших музыкальных пристрастий, так что настоятельно советую попробовать.
Удачных экспериментов!
В ходе эксплуатации данного усилителя, а также при повторении конструкции выявилась следующая особенность: из-за низкого напряжения питания при использовании некоторых экземпляров ламп наблюдается сеточный ток. Это не совсем корректный режим для лампы, кроме того на входе усилителя появляется постоянное напряжение (порядка 0,5В), что требует применения разделительного конденсатора.
Выявить наличие тока сетки довольно просто: надо измерить постоянное напряжение на эмиттере транзистора Т3 (при отключенном источнике сигнала). Если при вращении регулятора громкости напряжение на эмиттере меняется в широких пределах (2-5В), значит ток сетки присутствует и лучше принять меры для его устранения.
Для этого достаточно снизить ток через лампу. Для чего достаточно увеличить номинал катодного резистора R5. На экземпляре усилителя в редакции «РадиоГазеты» номинал был увеличен до 510 Ом, при этом напряжение на эмиттере транзистора Т3 при вращении регулятора громкости от минимума до максимума изменялось на 0,4В, а постоянное напряжение на входе усилителя составило всего 18мВ.
Главный редактор «РадиоГазеты»
Похожие статьи:
ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ
Гибридные усилители звука, в которых используются лампы и полевые транзисторы, имеют ряд преимуществ по сравнению с чисто микросхемным или транзисторным УНЧ. Тут за счёт использования радиолампы, достигается отличное усиление сигнала, который можно сразу подавать на раскачку мощных выходных полевых транзисторов. Таким образом, мы имеем всего 2 каскада усиления, в то время как если брать предусилитель с операционником, то звук внутри микросхемы пройдёт по десятку каскадов, наполнившись пусть небольшими, но искажениями. Так что разрешите представить вам, уважаемые посетители сайта «Электроника», проект нового гибридного УМЗЧ.
Усилитель
Схема электрическая гибридного усилителя
Первый каскад усилителя построен на двойном триоде по схеме SRPP с целью уменьшения собственной нелинейности и увеличения нагрузочной способности. Нижняя по схеме половинка лампы занимается усилением сигнала, а верхняя – играет роль динамической нагрузки. Положительные особенности такого включения – это высокий коэффициент усиления и низкое выходное сопротивление каскада. Анодное напряжение выбрано равным 150-180 В.
Однотактный выходной каскад построен на полевом транзисторе по схеме мощного истокового повторителя, нагруженного на генератор стабильного тока на транзистор той же структуры. Входной сигнал с лампы через межкаскадный конденсатор поступает во входную цепь усилительного транзистора, обеспечивая хорошие технические характеристики, особенно если учесть, что усилитель не охвачен ООС.
Интегратор собран на операционном усилителе ОРА134 (можно применять к140уд6), что обеспечивает автоматическое удержание нулевого потенциала на выходе усилителя. Кроме того, интегратор имеет эквивалентную частоту среза 3 Гц на инфранизких частотах, что благоприятно сказывается на демпфирование акустических систем.
Блок питания
Схема БП гибридного усилителя
Блок питания – 300 Ватный тороидальный трансформатор снят с галогеновой люстры, с двумя обмотками по 12 В 6,5 А , к которым домотано по 4 витка того же провода, намотана анодная 140 В 200 мА и обмотка накальная 6,36 В 0,7 А. Количество витков подбирал экспериментально, намотав 10 витков измерил напряжение подсчитав сколько нужно витков на Вольт. В качестве межслойной изоляции использовал фторопластовую ленту ФУМ, закрепленную скотчем. Диодные мосты взяты с запасом для зарядки выпрямительных конденсаторов. Монтаж навесной. Все поместилось в корпус компьютерного БП.
Электронный фильтр с умножением емкости, размещён на основной плате УНЧ. Емкость в базе умножается на h31э составного транзистора. Из-за того что транзисторы биполярные, пришлось в базу городить многозвенную фильтрующую RC цепочку. Резистор 12 кОм шунтирующий последний конденсатор этой цепочки задает падение напряжения на транзисторе, предотвращая его насыщение. При подаче питания, напряжение плавно нарастает по мере заряда базовых конденсаторов, тем самым обеспечивая плавный выход в режим всего УНЧ. Транзисторы можно заменить на составные TIP142 и TIP147 которые уже имеют на борту диод это упростит немножко схему.
Защита колонок
Схема защиты АС усилителя
Задержка включения и защита от постоянного тока АС — Универсальная защита акустических систем от постоянного напряжения, щелчков и выбросов при включении питания, инфранизких частот. При появлении на выходе УНЧ постоянного напряжении любой полярности более 1,5 В открывается соответствующий ключ, что закроет полевой транзистор и реле разомкнет цепь АС. Защита обеспечивает задержку подключения акустических систем при включении питания (на время 5 с), тем самым предотвращается проникновение в акустическую систему помех, вызванных переходными процессами в усилителе.
Настройка усилителя
Настройка сводится к установке нулевого потенциала подстроечным резистором коррекции интегратора при снятых лампах и заданием необходимого максимального тока 2,5 А, в токозадающей цепи при положении аттенюатора наименьшего сопротивления.
Аттенюатор сконструирован на галетном переключателе 10П4Н, состоит из 4-х галет на 11 положений с широким лепестком ротора для безразрывного переключения сигнала. Одним из важных параметров регуляторов громкости является согласование секции правого и левого канала, так как этим явлением обусловлены пространственные характеристики всего усилителя. Регулятор громкости состоит из делителя многозвеньевой цепи из одиннадцати резисторов.
Резисторы подбирались методом подбора одинаковых сопротивлений из десятка по каждому номиналу. Две остальные галеты переключателя используются для изменения тока выходных транзисторов по отношению к амплитуде выхода аттенюатора громкости. Делитель намотан нихромом диаметром 0,5 мм., скрученным в двое на оправке 6 мм. и припаян к контактам галеты каждым третьим витком так чтоб между соседними контактами сопротивление составляло 0,15 Ом.
Технологические особенности
Электронный фильтр, усилитель, защита акустики — сделаны на плате из одностороннего текстолита лазерно-утюжным способом. Плата выполнена отдельными блоками для настройки и проверки индивидуально каждой схемы. Полевые транзисторы впаяны со стороны дорожек и прижаты через слюдяные прокладки алюминиевой пластиной к корпусу из радиаторов 4 м2, на полной мощности греются до 60-75 0с.
При подаче питания, лампа прогреваясь через межкаскадный влияет на полевой транзистор тем самым смещая ноль, схема защиты не подключает АС до выхода в режим лампы 30-40 секунд. Если резко крутнуть ручку аттенюатора, действие вызовет появление инфранизких частот и сработает защита на 5 секунд. При значительным увеличении тока подстрочным резистором могут возникнуть искажения на высоких частотах, лучше уменьшить токовый резистор до 0,25 – 0,28 Ома. Межкаскадный конденсатор нужно выбрать по лучше чтобы не испортить всю картину звука.
УНЧ получился отличный, слушаю больше месяца. Выходной каскад в точности повторяет усиленный входной сигнал от 10 Гц почти до 1 МГц, проверял генератором без ламп сигналами – меандр, пила, синусоида, комплексными шумами. Лампа придает звуку характерною окраску, которая в свою очередь хорошо восприниматься слушателем. Классический завал меандра на частоте 50000 Гц характерная черта каскадов построенных на лампах. Это есть, мягкое и незаметное ограничение амплитуды звукового сигнала на динамических всплесках, своего рода улучшайзер.
P.S. Кому хочется точной передачи сигнала можно удалить лампу, а интегратор использовать еще как предварительный усилитель, добавив в схему два резистора, но тогда надо качественные ОУ, а они дороговаты. Все необходимые файлы и даташиты на используемые радиоэлементы — в общем архиве.
Есть ещё мысль попробовать генератор тока на операционнике подвязав его сдвоенным резистором с регулятором громкости, чтобы плавно регулировать ток в зависимости от мощности. В общем проекту есть куда развиваться, с вами был О.Сененко.
Форум по гибридным УНЧ
Схемы усилителей