Солнцев ю высококачественный усилитель мощности. Высококачественный предусилитель «NATALY». Мой вариант
Высококачественный предварительный усилитель
Принципиальная схема, описание, печатная плата предварительного усилителя Солнцева
Многие радиолюбители считают, что качество звучания бытового радиокомплекса чуть ли не целиком определяется параметрами только усилителя мощности ЗЧ и акустической системы. С этим вряд ли можно согласиться. Как показывает практика, именно после появления в комплексе усилителя мощности и громкоговорителей высокого класса обнаруживаются ранее незаметные недостатки остальных узлов звуковоспроизводящего тракта: предварительного усилителя, темброблока, предусилителя-корректора проигрывателя и т. п. Доработку тракта в этом случае обычно начинают с предварительного усилителя и регуляторов громкости и тембра. И тут оказывается, что сформулировать конкретные требования к ним не так-то просто и в первую очередь потому, что нормы на параметры этих устройств во многом зависят от выбранной структурной схемы тракта.
В самом деле, предварительный усилитель, регулятор громкости и темброблок могут быть соединены в разной последовательности. Наиболее часто регулятор громкости включают либо на входе предварительного усилителя (за которым следует темброблок), либо на входе усилителя мощности (т. е. после темброблока). В первом из этих вариантов облегчается согласование устройств по уровням сигналов, исключается перегрузка отдельных каскадов, но несколько ухудшается отношение сигнал/шум, так как на вход предварительного усилителя в большинстве случаев поступает сигнал, ослабленный регулятором громкости. Кроме того, этот вариант неудобен, если предполагается введение таких режимов, как “Монитор”, независимая работа с двумя источниками сигнала и т. п.
Во втором варианте коммутация упрощается, требования к шумовым характеристикам предварительного усилителя могут быть снижены, но на первый план выдвигается его перегрузочная способность. Она в этом случае должна быть, по крайней мере, не менее 20 дБ, что не всегда выполнимо.
Возможен и компромиссный вариант, в котором регулятор громкости включен на входе усилителя мощности, а еще один, дополнительный регулятор уровня сигнала - на входе предварительного усилителя. Назначение последнего - понизить уровень входного сигнала до номинального значения. Такая структура представляется наиболее подходящей для высококачественного звуковоспроизводящего комплекса.
Многое зависит от схемных решений узлов рассматриваемой части тракта. Прежде чем их выбирать, необходимо четко ответить на следующие вопросы:
Какими (активными или пассивными) должны быть регуляторы громкости и тембра)?
Должна ли быть в регуляторе громкости тонкомпенсация?
Сколько полос должен иметь регулятор тембра?
Каковы должны быть пределы регулирования тембра?
У получивших в последние годы широкое распространение активных регуляторов громкости немало достоинств: большой диапазон регулирования, возможность применения доступных переменных резисторов группы А и т. д. Но есть и существенные недостатки: в них трудно получить нулевой уровень выходного сигнала (особенно при наличии тонкомпенсации); усилительные каскады - основа таких регуляторов - вносят в сигнал искажения, сколь бы малыми они ни были. По мнению автора, в высококачественном звуковоспроизводящем тракте должно быть возможно меньше усилительных каскадов, и с этой точки зрения пассивный регулятор громкости предпочтительнее.
Что касается активных регуляторов тембра, которые также строят на основе усилителей, то в них АЧХ формируется изменением в широких пределах глубины частотно-зависимой ООС. С точки зрения минимизации нелинейных, интермодуляционных, фазовых и динамических искажений такой режим работы нельзя считать благоприятным, поэтому использовать активные регуляторы тембра в высококачественном комплексе вряд ли целесообразно.
В регуляторе громкости желательно иметь тонкомпенсацию, так как без нее звучание на малых уровнях громкости теряет естественность. Однако входные и выходные сопротивления известных автору тонкомпенсированных регуляторов - комплексные, частотно-зависимые и изменяются при регулировании в широких пределах. Для нормальной работы такой регулятор необходимо включать в тракт через развязывающие усилители, а это, как уже отмечалось, дополнительные источники искажений сигнала. Конечно, можно предусмотреть возможность отключения тонкомпенсирующих цепей, но это усложнит коммутацию, потребует согласования характеристик регулятора с подключенными и отключенными цепями. Чтобы не усложнять задачу, от тонкомпенсации, видимо, можно отказаться, особенно, если учесть, что искажения тембра звучания при ее отсутствии будут только на малых уровнях громкости, а высококачественные фонограммы обычно слушают на уровнях, выше среднего.
Менее очевиден ответ на вопрос о необходимом числе полос регулятора тембра. Несомненно, наибольшими возможностями обладают многополосные регуляторы - эквалайзеры. Они позволяют корректировать частотную характеристику звукового давления с учетом особенностей акустической системы, помещения прослушивания, спектра фонограммы. Однако схемы эквалайзеров довольно сложны, по уровню искажений и шумовым характеристикам они значительно уступают простейшим. Кроме того, как отмечалось в [Л], в ряде случаев высокое качество звуковоспроизведения обеспечивается при подаче сигнала от источника непосредственно на вход усилителя мощности. Исходя из этого, автор считает целесообразным для оперативной регулировки тембра использовать обычный пассивный мостовой регулятор высших и низших частот, а эквалайзер вместе с другими вспомогательными устройствами (шумоподавителем, рокот-фильтром, фильтрами нижних и верхних частот и т. п.) объединить конструктивно в специальный блок, включаемый в тракт только в необходимых случаях (например, при прослушивании и перезаписи фонограмм недостаточно высокого качества) .
С учетом всего сказанного выше структура рассматриваемой части тракта вырисовывается следующей: вспомогательный регулятор (плавный или ступенчатый), ослабляющий сигнал на 20...30 дБ, предварительный усилитель с горизонтальной АЧХ и минимально возможными искажениями в рабочем диапазоне частот, пассивный мостовой регулятор тембра с небольшими (примерно ±10 дБ) пределами регулирования и пассивный нетонкомпенсированный регулятор громкости. Входные и выходные сопротивления каскадов необходимо выбрать такими, чтобы обеспечить их нормальную совместную работу. Поскольку номинальное входное напряжение усилителя мощности - 0,2 В [Л], суммарный коэффициент передачи предварительного усилителя и регулятора тембра можно выбрать равным 1, т. е. использовать первое из этих устройств только для компенсации ослабления сигнала вторым. Номинальное входное напряжение тракта в этом случае также будет равно 0,2 В, что, с одной стороны, вполне достаточно для работы с большинством источников сигнала, а с другой - позволяет подавать сигнал (с сохранением уровня) через регулятор громкости непосредственно на вход усилителя мощности (минуя предварительный усилитель и регулятор тембра).
Качественные показатели комплекса при выбранной структуре определяются по существу параметрами предварительного усилителя: его шумами, рабочим диапазоном частот, гармоническими и интермодуляционными искажениями, перегрузочной способностью. Исходя из технических характеристик усилителя мощности, нормы на параметры предварительного усилителя были установлены следующие:
Номинальное входное напряжение. В...... 0,2
Отношение сигнал/ шум, дБ, не менее....... 80
Перегрузочная способность, дБ......... 15...20
Номинальный диапазон частот (по сигналу максимальной амплитуды), Гц, не уже.......20...20 000
Коэффициент гармоник в номинальном диапазоне частот, %, не более ….. 0,05
Кроме того, было поставлено еще одно, дополнительное условие: включение в тракт предварительного усилителя с регулятором тембра (в положении горизонтальной АЧХ) не должно ухудшать качества звучания при субъективных экспертизах. Как выяснилось, именно это требование оказалось наиболее важным. Целый ряд устройств с очень хорошими параметрами при таких испытаниях вносили искажения, характер которых с трудом поддается описанию, но наличие их безошибочно определялось по ухудшению “прозрачности:”, “чистоты”, естественности звучания.
После длительных поисков и серии неудач был разработан усилитель на основе ОУ К574УД1А (см. рис. 1), отвечающий всем поставленным требованиям. Эксперименты показали, что коэффициент гармоник этого ОУ сильно зависит от нагрузки: пренебрежимо малый при ее сопротивлении 100 кОм и более он возрастает до 0,1 % на нагрузке 10 кОм. Отсюда был сделан вывод, что для получения достаточно низкого уровня нелинейных искажений ОУ необходимо “умощнить”. Для этой цели был выбран так называемый параллельный усилитель. От обычных он отличается тем, что искажения типа “ступенька” в нем практически отсутствуют даже без ООС. В усилителе же, охваченном ООС, коэффициент гармоник в диапазоне частот 20...20 000 Гц не превышает 0,03 % при сопротивлении нагрузки более 500 Ом. Искажения измерялись прибором С6-5. В качестве источника сигнала был использован генератор Г3-102. Коэффициенты гармоник собственно генератора и генератора с усилителем были одинаковыми. Это дает основания полагать, что фактическое значение параметра меньше 0,03%. Интермодуляционные искажения измерить не удалось из-за отсутствия необходимой аппаратуры.
Принципиальная схема предварительного усилителя с регулятором тембра приведена на рис. 2. ОУ DA1 и транзисторы VT1-VT4 образуют линейный усилитель, компенсирующий потери сигнала в регуляторе тембра (R19-R26, С8-С11), на ОУ DA2 и транзисторах VT5 - VT8 собран развязывающий усилитель, выходной сигнал которого используется для записи на магнитофон. Вообще говоря, коэффициент передачи этого усилителя желательно выбирать близким к 1. Однако поскольку умощненный ОУ как повторитель работает хуже, чем усилитель, коэффициент передачи был выбран равным 13, а для получения уровня сигнала, необходимого для записи, на входе развязывающего усилителя включен делитель напряжения R10R11. Общий коэффициент передачи усилителя с делителем - 1,8...1,9.
Мостовой регулятор тембра особенностей не имеет. АЧХ на низших и высших частотах регулируют соответственно переменными резисторами R25 и R20.
Резисторы R19, R21 предотвращают монотонный подъем и спад АЧХ с ростом частоты, в результате чего она приобретает вид, показанный на рис. 3 сплошной линией. При необходимости с помощью реле К1 регулятор тембра можно исключить из. тракта. Сигнал в этом случае снимают с делителя R27R28.
Экспериментальная проверка показала, что даже без балансировки ОУ и без конденсатора в “заземленной” ветви делителя ООС постоянная составляющая на выходе усилителей невелика и практически не снижает перегрузочной способности. В случае необходимости на входе предварительного и выходе развязывающего усилителей следует включить разделительные конденсаторы (на схеме они изображены штриховыми линиями).
Детали устройства (за исключением тех, которые входят в состав регулятора тембра) размещены на печатной плате (на рис. 4 она дана для стереофонического варианта) из фольгированного стеклотекстолита. Элементы регулятора тембра смонтированы на выводах сдвоенных переменных резисторов R20 и R25 и соединены с ней экранированными проводами. Плата рассчитана на установку постоянных резисторов МЛТ-0,25 (R7, R8, R16, R17 могут быть типа МОН-0,5), подстроечных резисторов СП4-1в (R4), конденсаторов К53-1а, КбЗ-18 (СЗ, С4), КМ-66 (С1, С2, С5-С8) и МБМ (С9-С11). Переменные резисторы R20, R25 - сдвоенные любого типа группы Б.
Кроме указанных на схеме, в усилителях можно использовать транзисторы КТ3107И, КТ313Б, КТ361В, КТ361К (VT1, VT4, VT5, VT8) и КТ312В, КТ315В (остальные). В развязывающем усилителе допустимо применение ОУ К140УД8Б, К140УД8В,а также К544УД2. Реле К1 - РЭС-60 (паспорт РС4.569.436) или любое другое с подходящими техническими характеристиками, однако в последнем случае придется изменить рисунок печатной платы. Диод VDI - любого типа с обратным напряжением более 50 В. Для соединения платы с трактом использованы стандартные разъемы МРН14-1 (номера их контактов, к которым подведены соответствующие цепи усилителей, указаны на принципиальной схеме).
Правильно смонтированное устройство в налаживании практически не нуждается. Необходимо только установить коэффициент передачи предварительного усилителя с подключенным регулятором тембра и без него. В первом случае это делают подстроечным резистором R4, во втором - подбором резистора R27.
Для питания необходим двуполярный источник напряжением ±15 В. Потребляемый от него ток зависит от примененных ОУ и в большинстве случаев не превышает 25...30 мА на оба канала. Несмотря на то, что коэффициент подавления помех по цепям питания у описанного усилителя довольно высок, желательно все же, чтобы пульсации питающих напряжений не превышали 10 мВ, так как иначе при неудачном монтаже возможно появление заметного фона. Следует также учесть, что для нормальной работы регулятора тембра сопротивление нагрузки должно быть не менее 50 кОм. При использовании устройства с усилителем мощности, описанным в [Л], это требование выполняется.
Пассивный регулятор громкости (сдвоенный переменный резистор группы В сопротивлением 100 кОм) включен между выходом устройства и входом усилителя мощности. Для регулирования стереобаланса применен еще один сдвоенный переменный резистор (100 кОм, группа А), включенный реостатом (его движок в каждом канале подсоединен к движку регулятора громкости, а один из выводов - к входу усилителя мощности).
В статье описывается мой опыт клонирования легендарного УНЧ QUAD 405
-2. Клон получился ближе к оригиналу, нежели варианты Решетникова, Солнцева и венгерский.
QUAD 405
выпускался промышленно в Британии в 70-е годы и получил высокую оценку, вплоть до эпитета "легендарный" :)
Вообще, от конструкций QUAD
веет минимализмом. Поэтому их сложно назвать бескомпромиссными, хотя качество звука, на мой вкус, от минимализма не пострадало.
На выходе поставлена "псевдокомплементарная" пара, т.к. в те времена нормальные кремниевые мощники были только NPN-типа.
Ребяты, ЗАБИРАЙТЕ:
Всего в кит вошло 45 позиции, 168 деталей,
без печатных плат (есть отдельно).
Предыстория
Поиски собственного звука начались для меня достаточно давно и продолжаются ныне. Начинал я с интегральных УНЧ (микросхемы), продолжаю на «рассыпухе». «Рассыпуха» более сложна в повторении и настройке, но она то и звучит лучше. Это утверждение касается только тех схем, которые я собрал и отслушал, на счет всех остальных говорить не берусь.Так вот, в поисках звука я пробовал разные варианты как с нашего портала так и из других уголков великой Сети. Мною были попробованы:
УМЗЧ с компенсацией нелинейности, 160 Вт (Римейк по В. Королю)
УМЗЧ Холтона на полевых транзисторах
венгерский вариант QUAD 405
Усилитель на N-канальных полевиках А. Никитина он же Creek 4240
Я склонировал китайский клон. Китайцы, плачьте!
Последним вариантом был увиденный мной на E-bey китайский кит "QUAD 405-2 ". Цена, да еще с доставкой, при зарплате простого электрика показалась мне великоватой. Я решил пойти другим путём! Необходимо найти фотографию платы со стороны дорожек. Порыскав на том же ибее я её нашел.Кстати, эта плата все-таки немного отличается от оригинальной:
Фото оригинального QUAD
в выходном каскаде (ВК) применены транзисторы от Sanyo 2SD1047 в корпусе ТО-3РВ, в раскачке стоят TIP42C (хотя более желательно применять BD242 от Philips); отсутствует перемычка посередине платы, она разведена дорожкой по контуру платы. Тем самым китайцы облегчили наш труд, т.к изготавливая первый свой вариант Венгерской версии QUAD 405 я достаточно намучался с поиском уголка и изготовлением из него переходника на радиатор.
Здесь же всё намного получилось проще: только я зашел на хозяйственный рынок, на втором лотке мне бросился в глаза алюминиевый уголок 40*30*4мм длинной 20см (на 2 радиатора нужно 184мм). Я его тут же прикупил недорого.
Итак вернемся к плате. Фото платы было найдено
и отредактировано т.к. плата была сфотографирована под углом. Затем фотка была выставлена шаблоном в программе Sprint Layout 5.0, заданы размеры платы и пошла обрисовка. Плата была с точностью повторена. Переведена ЛУТом на подготовленный текстолит, и вытравлена.
Приятно отметить, что все детали (см. спецификацию в файлах) доступны и недороги. Мне удалось быстро всё купить у местных продавцов в моём городе.
Придя домой, начал всё запаивать, предварительно гнуть ноги резисторам на самопальной деревянной оправке. Для каждого канала я подбирал слабомощные транзисторы на тестере. После запайки всех компонентов, кроме транзисторов на радиаторе, необходимо подготовить переходной уголок.
Система охлаждения
Я делал это так: порезал уголок на два куска длинной 92 мм, потом приложил их к плате и разметил 2-е дырочки по углам платы, просверлил и прикрутил уголки к платам. Далее гнём лапки транзисторам, вставляем их в посадочное место и размечаем дырочку под крепеж. Такое дело я произвел с 4-мя транзисторами на плате. Далее просверлил уголок нарезал резьбу. Так как мой уголок был предварительно чемто зеленым покрашен, я обработал его наждаком на ровной поверхности и за одно вывел точную плоскость для крепления с двух сторон.Потом начинаем всё это дело собирать воедино: мажем термопастой с одной стороны слюдяную прокладку и прикладываем её к радиатору намазанной стороной, мажем теплоотвод транзистора и устанавливаем его в отведенные для него отверстия в плате прикручиваем через плоскую шайбу к радиатору в случае с 2SD1047 . При монтаже TIP42C всё тоже самое, только предварительно необходимо прикупить 4 пластиковые диэлектрические шайбочки для корпусов ТО-220.
Уголки, несущие на себе транзисторы ВК прикручиваются через термопасту на бОльший радиатор. У меня он не очень большой, но достаточно массивный. При работе на средних мощностях этот радиатор разогревается до ~60 градусов.
Катушки
Пара слов о намоточных изделиях. В схеме на один канал присутствует одна индуктивность на 3 мкГн (феррит 4мм*20мм, кол-во витков 14) и две на 6,9 мкГн (феррит 8*20мм, кол-во витков 21). Потом катушки я одел в термоусадку и залил цапон лаком, чтобы феррит не выскакивал.БП
Займемся блоком питания. Требуемое питание оригинальной схемы +/-40В - +/-50В. БП данного УНЧ выполнено по классической нестабилизированной схеме. Пример моего БП:Использованные мной элементы:
трансформатор от Брига со вторичными обмотками по 31 В и мощностью порядка 250-300Вт (на глаз). Был подарен другом Алексеем, который в свою очередь сейчас занят сборкой этого варианта QUAD 405
С1-С2 0,22uF * 275V MKT
D1-D4 - SF56
R1-R2 разряжающие резисторы 2к 2Вт
С3-С4 Основные конденсаторы фильтра, купленные мной по случаю в Киеве. Когда мне потребовалась одна хитрая и редкая микросхемка, то в том магазине мне намекнули, что пару микросхем они не отправят и мне пришлось в нагрузку прикупить парочку качественных конденсаторов Nippon ChemiCon 10000uF 50V.
R3-R4 токоограничительные резисторы для индикации положительного и отрицательного питания относительно средней точки.
С5-С6 шунтируюшие конденсаторы WIMA 0.33uF 63V
Блок питания готов. Начинаем проверять.
Первое включение и наладка
ОБЯЗАТЕЛЬНО первое включение производим с включенной в разрыв одного из проводов питания первички трансформатора лампы накаливания на 100-150Вт 220В.Мой блок питания успешно стартовал, теперь подключаем его к первому испытываемому каналу УНЧ. Лампочку не убираем.
Закорачиваем вход УНЧ. Тестер подключаем к выходу и меряем постоянное напряжение на выходе. В моём случае оно оказалось +35В, во втором канале аналогично.
Тут я расстроился
Начал сравнивать с картой расположения элементов – всё в порядке. Нашел оригинальную схему QUAD 405-2 и начал поиски ошибки. И нашел! Таилась она в перепутанных ногах TR2 2N5551. Посмотрел на фотку платы китайцев, там же он запаян согласно монтажной карте. Странно… может китайцы тем самым обезопасили себя от клонирования платы?! Ну, да ладно, поменял базу с коллектором транзистора, подал питание и на экране тестера увидел 40мВ, что есть хороший результат.
Осциллографа дома не имею и я смело подключил тестовый динамик 5-ГДШ-4 и подал сигнал на вход. Звук пошел, уголок нормально греется. Послушав один канал, я расплылся в счастливой улыбке, перекинув на 2-ой канал там тоже было все в порядке. Правильно собранный усилитель из рабочих деталей с требуемым напряжением питания от +/-40В до +/-50В в наладке и настройке не нуждается.
Защита АС
Далее переходим к защите АС.Схема защиты мной заимствована у Александра Котова . Она достаточно проста и надежна, хотя и имеет недостаток: разная чувствительность срабатывания от положительного и отрицательного напряжения на входе. При R1 и R2 равным 33к схема срабатывает примерно от +1,5В и -2,5В. С1 и С2 неполярные электролитические конденсаторы. Диодный мост у меня на 2А в корпусе похожим на DIP. Реле прикупил раздельные на каждый канал с током контактов 10А производства OMRON с катушками на 12В и включил последовательно. Схема питается от отдельного трансформатора со вторичкой на 20В. Также рекомендуется минус или плюс питания схемы завести на нормально открытый контакт кнопки (реле) включения питания на усилитель, чтобы при выключении питания кнопкой защита тут же отключалась, а не ждала пока разрядятся конденсаторы. Временной интервал задержки выставляется конденсатором С3. При емкости в 100мкФ задержка порядка 6-ти секунд, что меня вполне устраивает.Предварительный усилитель для высококачественного усилителя
Имея в своем распоряжении достаточно качественный усилитель мощности, всегда возникает необходимость в высококачественном предварительном усилителе. После долгих поисков и сборке некоторых конструкций, я остановил свой взгляд на предварительном усилителе на базе Ю. Солнцева.
Как известно, номинальное выходное напряжение современных источников сигнала звуковой частоты (3Ч) находиться в пределах от 0,5 В до 2,5 В (зависит от типа подключаемого устройства), в то время как номинальное входное напряжение большинства усилителей мощности 3Ч (УМЗЧ) составляет обычно 0,7...1 В. Для согласования напряжения сигнала до уровня, обеспечивающего нормальную работу УМЗЧ, а также для согласования выходных сопротивлений источников сигнала с его входным сопротивлением служат предварительные усилители 3Ч. Как правило, именно в этой части звуковоспроизводящего тракта осуществляются регулировки громкости, тембра и стереобаланса, а также коммутация источника входного сигнала.
Основные требования к предварительным усилителям - малые нелинейные искажения сигнала (коэффициент гармоник - не более нескольких сотых долей процента) и небольшой относительный уровень шумов и помех (не выше -70...-90 дБ), а также достаточная перегрузочная способность.
Проведенные им исследования показали, что коэффициент гармоник этого ОУ сильно зависит от нагрузки: вполне приемлемый при ее сопротивлении более 100 кОм, он возрастает до 0,1 % при уменьшении сопротивления нагрузки до 10 кОм. Для получения достаточно малых нелинейных искажений автор добавил к указанному ОУ так называемый параллельный усилитель, отличающийся практическим отсутствием искажений типа "ступенька" даже без отрицательной обратной связи (ООС). С ООС же коэффициент гармоник не превышает 0,03 % во всем звуковом диапазоне частот при сопротивлении нагрузки более 500 Ом.
Остальные параметры предварительного усилителя следующие: номинальные входное и выходное напряжения 250 мВ, отношение сигнал / шум не менее 80 дБ, перегрузочная способность 15... 20 дБ.
Как видно из схемы, устройство состоит из линейного усилителя с горизонтальной АЧХ на ОУ DA1 и транзисторах VT1 - VT4 ("параллельный" усилитель) и пассивного мостового регулятора тембра (элементы R12 - R14, R17 - R19, С6 - С9). Этот регулятор при необходимости можно исключить из тракта с помощью реле К1 (сигнал в этом случае снимают с делителя напряжения R10R11). Коэффициент передачи усилителя определяется отношением сопротивления резистора R3 к суммарному сопротивлению резисторов R2, R4. Мостовой регулятор особенностей не имеет. На низших частотах тембр регулируют переменным резистором R18.1, на высших - резистором R13.1. Резисторы R12, R14 предотвращают монотонный подъем и спад АЧХ за пределами номинального диапазона частот усилителя.
Среди профессионалов и любителей давно известна схема мощного Hi-Fi усилителя “Quad 405”. По своему звучанию он приближается к ламповым усилителям, но отличается несколько большим коэффициентом гармонических искажений.
Часто коэффициент гармонических искажений неправильно называют коэффициентом нелинейных искажений, что не совсем верно, так как нелинейные искажения это сумма двух компонентов - гармонических и динамических нелинейных искажений.
Известно, что современные мощные усилители, собранные натранзис-торах и интегральных схемах, обладают малым уровнем гармонических нелинейных искажений, которые уменьшаются путем введения глубокой общей отрицательной обратной связи. Оказывается, такое построение схем, как и в ламповых усилителях, “губительно” в отношении “гармонических нелинейных искажений”, но позволяет при использовании транзисторов и микросхем минимизировать также коэффициент динамических нелинейных искажений. Поскольку методы уменьшения гармонических и динамических нелинейных искажений взаимно противоположны, обычно в современных усилителях находят компромиссный вариант, результатом которого является элементарное заключение профессиональных музыкантов и “слухачей”, что усилитель похож на ламповый и имеет очень хорошее звучание.
Такой эффект реализован в схеме, разработанной британской фирмой Acoustical Manufacturing Company еще в середине 70-х годов прошлого века.
Первая информация в радиолюбительских Hi-Fi кругах о “Quad 405” появилась через некоторое время в . Статья написана О. Решетниковым и озаглавлена “Снижение искажений в усилителях мощности”. Схема (рис.1) структурно повторяет базовый “Quad 405”, но имеет меньшую выходную мощность и низкую чувствительность по входу.
Технические характеристики усилителя О. Решетникова следующие:
- номинальная полоса частоты пропускания
при неравномерности ±1 дБ, Гц 20...20000;
Номинальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом
и коэффициенте гармонических искажений 0,02%, Вт 30;
максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом, Вт 45;
Чувствительность при номинальной выходной мощности, м В 200;
Уровень собственных шумов, дБ 75.
Рис. 1. Схема усилителя Quad 405
Транзисторы VT9, VT12, VT15, VT16 устанавливаются на радиаторе площадью 900 см2 и изолируются слюдяными прокладками.
Интересно, что “Quad 405м и его модификации работают в режиме класса “В”.
В венгерском радиолюбительском журнале “Radiotechnika” была опубликована версия “Quad 405” с использованием распространенных микросхем тА709С и LM101/201/301, обычно не применяемых в традиционной Hi-Fi аппаратуре.
По своим техническим характеристикам эта версия наиболее близка к английскому прототипу:
Выходная.мощность на нагрузке 8 Ом, Вт....................100;
Коэффициент гармонических искажений Кг %.........0,007;
Чувствительность по входу для Рвих = 50 Вт, мВ...........50.
Схема венгерской версии усилителя “Quad 405” приведена на рис. 2, печатная плата - на рис. 3, а расположение элементов - на рис. 4. На рис. 5 показана конструкция катушек L1 ...L3.
При использовании микросхемы типа тА709С резистор R9 заменяется перемычкой, а резистор R11 из схемы исключается. При использовании микросхемы LM301 номинал R9-220 Ом, R10-1,8 кОм, R11 - 1,8 кОм, а элементы R19, С9, С5 из схемы исключаются.
Следующая публикация на тему “Quad” появилась в журнале “Радио”- автор Ю. Солнцев . Усилитель имеет чувствительность по входу 200 мВ, а выходную мощность - 70 Вт на нагрузке 4 Ом. Новым в этой разработке явилось следующее:
Включение на выходе комплементарной пары мощных транзисторов по схеме Дарлингтона;
Применение устройства защиты акустических колонок.
Схема представлена на рис. 6. С подробным описанием этой схемы можно ознакомиться в и . Вместо ОУ К574УД1А можно использовать TL071 или LF357.
Эта схема с кратким описанием была также опубликована и в.
Базовая первоначальная модель усилителя “Quad 405/405-2” изготовлена по схеме, приведенной на рис. 7.
В оригинале была приведена таблица заменяемости элементов и допустимые отклонения номиналов.
R2 - сопротивлением 10 Ом, мощностью 5 Вт/5% разделяет сигнальную “землю” от силовой “массы”.
В оригинале катушки L1 и L2 намотаны на оправке диаметром 8 мм в два слоя проводом ПЭЛ 0 1 ...1,5 мм и имеют индуктивность L1 -3...3,3 мкГ, L2 - 22...24 мкГн.
Рис. 2. Схема венгерской версии усилителя “Quad 405”
Рис. 3. Печатная плата
Рис. 4. Расположение элементов
Рис. 5. Конструкция катушек L1...L3
Рис. 6. Схемы усилителя версии Ю. Солнцева
Рис. 7. Базовая первоначальная модель усилителя “Quad 405/405-2’
На рис. 8 приведен чертеж печатной платы, а на рис. 9 - монтажная схема усилителя.
Автор собрал и испробовал венгерский (рис. 2) и британский (рис. 7) варианты с уменьшенным напряжением питания (±30 В) и пониженной мощностью - 45 Вт. При измерении технических характеристик различие оказалось минимальным. В схеме на рис. 7 коэффициент нелинейных искажений был несколько ниже, чем в схеме рис. 2.
Инженер К. Прибойски проводил эксперимент с ’’Quad 520” с использованием ОУ типа LF357 и транзисторов KD503 в выходном каскаде. Эксперименты подтвердили высокие технические характеристики при Рвых <250 Вт.
В 1989 г. в России была выпущена книга авторов Д. Атаева и В. Болотникова “Функциональные узлы усилителей высококачественного звуковоспроизведения” , где приведена еще одна русская версия усилителя ’’Quad 405”, которая максимально приближена к оригиналу.
Рис. 8. Чертеж печатной платы
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.
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. Результаты измерений: Вот так это примерно выглядит.
К тому же задумываюсь, в каком стиле заделать корпус. Можно конечно сделать на заказ, что-нить навороченное из аллюминия. Но, во первых, это очень бьет по карману, а во вторых — желательно все блоки иметь в одном стиле, а это, опять же приведет к серьезным затратам…
В общем, я думаю, будем ограничиться промышленными корпусами рэкового (юнитового) исполнения. Правда придется перекрашивать, но, баллон краски за 300 р. можно для этого позволить, плюс, нужно будет заказывать на лазерной резке передние панели из стали, а для этого необходимо определиться ии собрать все комплектующие… Хотя, можно пойти и по пути минимализма и просто заделать отверсия корпусов текстолитом и автомобильной шпатлевкой, выйдет намного дешевле… Два корпуса я ужо приобрел, на подходе третий. Все высотой 4U, надо бы накопать еще 1U, 2U и 3U, но, всему своё время.
Вот такие корпуса у меня дома лежат и ждут своей участи…