Умзч класса ав без тепловых искажений. Простой высококачественный умзч Последние разработки умзч на транзисторах

В связи с возросшей популярностью лампового звука, многие бросились конструировать ламповые усилители. Но, хотя ЛУ менее прихотливы к режимам и элементной базе, все же после сборки их необходимо настраивать, учитывая некоторые особенности.

Внимание! Напряжения в анодных цепях могут быть опасны для жизни. Обесточьте аппарат перед вмешательством, разрядите сглаживающие конденсаторы, выполняйте работы при помощи инструментов с надежной электроизоляцией и, в случае необходимости работы под напряжением, обеспечьте присутствие лиц, способных оказать вам первую помощь при поражении электрическим током.

Как и в любом другом У., проверку и настройку следует вести от «хвоста» к «голове». Начнем с 1-тактной схемы (рис.1).

Наверняка каждый собирал нечто подобное на заре своего увлечения.

Настройка выходного каскада.

Итак, начнем с выходного каскада. Убираем из схемы С7 и рассматриваем каскад на VL2.

1. Слышен гул на частоте 50Гц.

1-1. Проблема с БП.

Мала емкость конденсаторов в сглаживающем фильтре или индуктивность дросселя. Обычно там используются электролитические конденсаторы, которые со временем теряют емкость – «высыхают». Начать следует с конденсатора, ближайшего к выпрямителю. Так же возможно, что сама схема выпрямителя не соответствует потребляемому току. Рекомендую мостовые выпрямители – у них конденсаторы почти в 2 раза меньше, чем в других схемах.

1-2. Идет наводка по сеточной цепи.

Можно немного уменьшить R9, но чем меньше изменения – тем лучше, поскольку в такой схеме это приведет к снижению входного сопротивления каскада и ухудшению АЧХ.

По возможности лучше экранировать все линии прохождения сигнала. В частности от С7 к управляющей сетке VL2.

Еще возможной причиной может быть избыточное сопротивление R10. Но его следует подбирать с крайней осторожностью, поскольку его подбор влияет на режим каскада по постоянному току и может привести к росту нелинейных искажений.

1-3. Мала емкость С8. Нужно заменить или подобрать. Однако следует иметь ввиду, что избыточная емкость приведет к потерям на ВЧ.

2. Слышен шум.

Здесь следует определить тональность шума «коричневый (розовый)» или «белый». Образцы я прикрепил в архиве.

2-1. В случае низкотонального шума нужно проверять конденсаторы в анодной и катодной цепях (а так же другие реактивные элементы, если они есть). Это т.н. местные обратные связи (далее ОС. ООС – отрицательная обратная связь – противофазный сигнал по отношению к рабочему, ПОС – положительная обратная связь – синфазный сигнал), которые ограничивают усиление, но вместе с тем подавляют шумы, нелинейные искажения и самовозбуждение. Они могут не соответствовать заявленным параметрам, отсутствовать или иметь пропадающий контакт (плохо припаяны). Так же не исключена ошибка разработчика самой схемы (обычно такие элементы промаркированы «*», т.е. элемент нужно подобрать).

2-2. Высокотональный («белый») шум появляется в результате неисправности лампы или того же пропадающего контакта. Не спешите сразу менять лампу. Вероятнее всего это окисленная панелька. Лучше ее промыть чем-нибудь нейтральным, либо заменить. Обработка абразивными инструментами может привести к противоположным результатам. Физика этого процесса вполне ясна: при неплотном контакте штырьков с панелькой имеют место искровые разряды, а озон, который образуется при этом, еще активнее окисляет обе поверхности. Определить источник проблемы можно щелкнув по лампе пальцем. Шуршащий звук – неисправность панельки, звенящий – неисправность лампы. Если данный метод не дал результатов, временно замените лампу и повторите попытку.

2-3. Так же причиной любого шума может быть избыточное сопротивление анодно-катодной цепи. Начните подбирать R10 (для начала в небольших пределах, иначе повредите лампу и трансформатор). Если подбор этого резистора не дает ощутимых результатов, я вам не завидую – проблема в режиме анодной цепи по постоянному току. Значит, трансформатор не соответствует необходимым параметрам каскада. Придется либо подобрать другой трансформатор, либо перемотать существующий. Не дай вам Бог пережить это!

3. Нелинейные искажения. Это вид искажений, которые можно наблюдать как геометрические изменения формы сигнала на осциллограмме. На слух они определяются по разным признакам: на НЧ ощутимо возрастает хрип, на ВЧ – «свистящие» становятся «шипящими». Как травило, подобные искажения, следствие перегрузки – избыточное усиление, избыточный уровень входного сигнала, смещение рабочей точки и т.д. Разберемся с наиболее характерными источниками.

3-1. Нехватка/избыток анодного напряжения. Все это приводит к смещению рабочей точки, следовательно, некоторые полуволны подавляются режимом лампы по постоянному току. Ситуация аналогична п.2-3. Работать следует аналогично, но перед этим следует проверить напряжение питания У. в режиме молчания и при наличии сигнала (если снижение уровня входного сигнала позволяет убрать искажения, то выходной каскад исправен). Собственно, в таком случае неуместно говорить об устройстве как об усилителе класса «А».

3-2. Ослабление накала. ВАХ лампы, в этом случае, тоже далека от идеала. В этом легко убедиться подав сигнал на плохо прогретую лампу. Собственно, это не такая уж серьезная проблема. Все сводится к времени готовности У. Такое может случиться и с транзисторным У., только там время зависит от емкости (времени зарядки) сглаживающих конденсаторов.

3-3. Избыток входного напряжения. Можно поставить резистор между разделительным конденсатором С7 и управляющей сеткой VL2. Добавочный резистор и R9 образуют делитель, который понизит сигнал. Это изменит АЧХ, но подъем на НЧ можно решить подбором С7 (уменьшением). Кстати, R9 тоже оказывает определенное влияние на режим по постоянному току, так что его подбором тоже можно прийти к нужным результатам.

Настройка предварительных каскадов. Теперь вернем на место С7 и уберем С2. Таким образом получается уже готовый У., охваченный ОС. По большому счету 2-й каскад нужен только для компенсации потерь в цепях тонкоррекции. Т.е. при напряжении входного сигнала 1,5-2В, 1-й каскад можно вовсе исключить. Справедливости ради следует заметить, что каждый каскад неизбежно вносит искажения и шум, а на выходе все это суммируется. В реальности каждый сам решает сколько каскадов нужно для обеспечения нужного усиления. То, что было сказано выше, справедливо и по отношению к триодам. Здесь задача даже несколько упрощается, поскольку анод нагружен не на трансформатор, а на обычную активную нагрузку – резистор, часть которого, в случае необходимости, можно заменить на подстроечный. Я бы не советовал этим увлекаться, поскольку переменные резисторы тоже могут быть источником шума (в том числе белого, который многие по неопытности списывают на грехи лампы). Итак, не будем обсуждать режим каскада VL1-2 и перейдем к У. в целом. Как видно из схемы в работу включилась очень важная цепь – петля общей ООС. Как мы знаем, фаза ОС зависит от того к какому выводу вторичной обмотки подключена петля. Поскольку разница составляет 180гр., ОС может стать положительной. Если при включении резко возрос шум или фон, значит У. стал генератором. Прежде чем колдовать над триодом, перекиньте цепь ОС на другой вывод вторичной обмотки (оставшийся, соответственно, переключить на общий). Петля состоит из R8R11R12. Резистор в катодной цепи VL1-2 является нагрузкой этого делителя. Как правило ОС не оказывает существенного влияния на режим катода по постоянному току, но для этого должно выполняться условие R11+R12>>R8. При помощи ООС можно значительно снизить шум и искажения, но без фанатизма, поскольку этот эффект достигается снижением усиления вплоть до полной непроходимости сигнала.

Теперь рассмотрим 2-тактные усилители. По сути, предусилитель в таких схемах ничем не отличается, но вместо выходного каскада там стоит фазоинвертор, который раскладывает сигнал на полуволны и усиливает каждую отдельно. Вполне понятно, что режим по постоянному току в таких каскадах смещен в «-», что позволяет максимально усилить положительную полуволну и проигнорировать отрицательную, которая смещена фазоинвертором на 180гр и усиливается вторым плечом. В схемотехнике это реализуется 2 способами. На рис.2 показан способ, где триод является одновременно инвертором, как предварительные каскады и катодным повторителем.

Такой каскад, при кажущейся простоте, довольно сложен в настройке. Прежде всего это связано с тем, что у инвертора и повторителя разные выходные сопротивления и, соответственно, разная нагрузочная способность. Чтобы загнать в режим такой каскад, нужно не только добиться его симметрии относительно полюсов питания, но и тщательно подобрать постоянное напряжение на сетке (соответственно анодное напряжение левого триода Л2), чтобы амплитуды разделенных сигналов были равны по модулю (напоминает работу маятника Максвелла), но сам фазоинвертор не выходил из линейного режима. О последствиях разбалансировки ФИ судите сами. Мое субъективное мнение – бог с ней, с простотой, ради избавления от таких сложностей и лишней лампы не жалко. Другой вариант – когда ФИ состоит из 2 обычных каскадов с общим катодом (Рис.3).

Левый триод Л1 поворачивает фазу на 180гр. и передает на второй триод и нижний противофазный пентод. Правый триод поворачивает фазу еще на 180гр (возвращает в исходное состояние) и передает на синфазный пентод. Кроме описанных операций с однотактными каскадами нам остается только подобрать входной делитель правого триода таким образом, чтобы амплитуды анодных сигналов были равны.

По лампам, пожалуй, всё. В следующей статье будем рассматривать полупроводниковые УМЗЧ. Вопросы обсудим на .

С уважением Павел А. Улитин. г.Чистополь (Татарстан).

В статье использованы иллюстрации из книги Р.Свореня «Усилители и радиоузлы» (1965г.)

Методика ремонта УМЗЧ

Ремонт УМЗЧ – чуть ли не самый частый из вопросов, задаваемых на радиолюбительских форумах. И при том – один из самых сложных. Конечно, существуют «излюбленные» неисправности, но в принципе, выйти из строя может любой из нескольких десятков, а то и сотен компонентов, входящих в состав усилителя. Тем более, что и схем УМЗЧ – великое множество.

Конечно, охватить все случаи, встречающиеся в практике ремонта, не представляется возможным, однако, если следовать определенному алгоритму, то в подавляющем большинстве случаев удается восстановить работоспособность устройства за вполне приемлемое время. Данный алгоритм был выработан мною по опыту ремонта около полусотни различных УМЗЧ, от простейших, на несколько ватт или десятков ватт, до концертных «монстров» по 1…2 кВт на канал, большинство из которых поступало на ремонт без принципиальных схем .

Главной задачей ремонта любого УМЗЧ является локализация вышедшего из строя элемента, повлекшего за собой неработоспособность как всей схемы, так и выход из строя других каскадов. Поскольку в электротехнике бывает всего 2 типа дефектов:

наличие контакта там, где его быть не должно;
отсутствие контакта там, где он должен быть,

то «сверхзадачей» ремонта является нахождение пробитого или оборванного элемента. А для этого – отыскать тот каскад, где он находится. Дальше – «дело техники». Как говорят врачи: «Правильный диагноз - половина лечения».

Перечень оборудования и инструментов, необходимых (или по крайней мере крайне желательных) при ремонте:

Отвертки, бокорезы, пассатижи, скальпель (нож), пинцет, лупа – т.е., минимальный обязательный набор обычного монтажного инструмента.
Тестер (мультиметр).
Осциллограф.
Набор ламп накаливания на различные напряжения – от 220 В до 12 В (по 2 шт.).
Низкочастотный генератор синусоидального напряжения (весьма желательно).
Двухполярный регулируемый источник питания на 15…25(35) В с ограничением выходного тока (весьма желательно).
Измеритель емкости и эквивалентного последовательного сопротивления (ESR ) конденсаторов (весьма желательно).
И, наконец, самый главный инструмент – голова на плечах (обязательно!).

Рассмотрим данный алгоритм на примере ремонта гипотетического транзисторного УМЗЧ с биполярными транзисторами в выходных каскадах (рис.1), не слишком примитивного, но и не очень сложного. Такая схема является наиболее распространенной «классикой жанра». Функционально он состоит из следующих блоков и узлов:

а) двухполярный источник питания (не показан);

б) входной дифференциальный каскад на транзисторах VT 2, VT 5 с токовым зеркалом на транзисторах VT 1 и VT 4 в их коллекторных нагрузках и стабилизатором их эмиттерного тока на VT 3;

в) усилитель напряжения на VT 6 и VT 8 в каскодном включении, с нагрузкой в виде генератора тока на VT 7;

г) узел термостабилизации тока покоя на транзисторе VT 9;

д) узел защиты выходных транзисторов от перегрузки по току на транзисторах VT 10 и VT 11;

е) усилитель тока на комплементарных тройках транзисторов, включенных по схеме Дарлингтона в каждом плече (VT 12 VT 14 VT 16 и VT 13 VT 15 VT 17).

Рис. 1.

Первым пунктом любого ремонта является внешний осмотр сабжа и его обнюхивание (!). Уже одно это позволяет иногда хотя бы предположить сущность дефекта. Если пахнет паленым – значит, что-то явно горело.

Проверка наличия сетевого напряжения на входе: тупо перегорел сетевой предохранитель, разболталось крепление проводов сетевого шнура в вилке, обрыв в сетевом шнуре и т.п. Этап – банальнейший по своей сущности, но на котором ремонт заканчивается примерно в 10% случаев.

Ищем схему на усилитель. В инструкции, в Интернете, у знакомых, друзей и т.п. К сожалению, все чаше и чаще в последнее время – безуспешно. Не нашли – тяжко вздыхаем, посыпаем голову пеплом и принимаемся за вырисовывание схемы по плате. Можно этот этап и пропустить. Если неважен результат. Но лучше не пропускать. Муторно, долго, противно, но – «Надо, Федя, надо…» ((С) «Операция «Ы»…).

Вскрываем сабж и производим внешний осмотр его «потрохов». Применяем лупу, если нужно. Можно увидеть разрушенные корпуса п/п приборов, потемневшие, обуглившиеся или разрушенные резисторы, вздутые электролитические конденсаторы или потеки электролита из них, оборванные проводники, дорожки печатной платы и т.п. Если таковое найдено – это еще не повод для радости: разрушенные детали могут быть следствием выхода из строя какой-нибудь «блошки», которая визуально цела.

Проверяем блок питания. Отпаиваем провода, идущие от БП к схеме (или отсоединяем разъем, если он есть) . Вынимаем сетевой предохранитель и к контактам его держателя подпаиваем лампу на 220 В (60…100 Вт). Она ограничит ток первичной обмотки трансформатора, равно как и токи во вторичных обмотках.

Включаем усилитель. Лампа должна мигнуть (на время зарядки конденсаторов фильтра) и погаснуть (допускается слабое свечение нити). Это значит, что К.З. по первичной обмотке сетевого трансформатора нет, как нет явного К.З. в его вторичных обмотках. Тестером на режиме переменного напряжения измеряем напряжение на первичной обмотке трансформатора и на лампе. Их сумма должна быть равна сетевому. Измеряем напряжения на вторичных обмотках. Они должны быть пропорциональными тому, что измерено фактически на первичной обмотке (относительно номинального). Лампу можно отключать, ставить предохранитель на место и включать усилитель прямо в сеть. Повторяем проверку напряжений на первичной и вторичной обмотках. Соотношение (пропорция) между ними должно быть таким же, как при измерении с лампой.

Лампа горит постоянно в полный накал – значит, имеем К.З. в первичной цепи: проверяем целостность изоляции проводов, идущих от сетевого разъема, тумблер питания, держатель предохранителя. Отпаиваем один из поводов, идущих на первичную обмотку трансформатора. Лампа погасла – скорее всего вышла из строя первичная обмотка (или межвитковое замыкание).

Лампа горит постоянно в неполный накал – скорее всего, дефект во вторичных обмотках или в подключенных к ним цепях. Отпаиваем по одному проводу, идущему от вторичных обмоток к выпрямителя(м). Не перепутать, Кулибин! Чтобы потом не было мучительно больно от неправильной подпайки назад (промаркировать, например, с помощью кусочков липкой малярной ленты). Лампа погасла – значит, с трансформатором все в порядке. Горит – снова тяжко вздыхаем и либо ищем ему замену, либо перематываем.

Определились, что трансформатор в порядке, а дефект в выпрямителях или конденсаторах фильтра. Прозваниваем диоды (желательно отпаять под одному проводу идущему к их выводам, либо выпаять, если это интегральный мост) тестером в режиме омметра на минимальном пределе. Цифровые тестеры в этом режиме часто врут, поэтому желательно использовать стрелочный прибор. Лично я давно пользуюсь прозвонкой-«пищалкой» (рис. 2, 3). Диоды (мост) пробиты или оборваны – меняем. Целые – «звоним» конденсаторы фильтра. Перед измерением их надо разрядить (!!!) через 2-ваттный резистор сопротивлением около 100 Ом. Иначе можно сжечь тестер. Если конденсатор цел – при замыкании стрелка сначала отклоняется до максимума, а потом довольно медленно (по мере заряда конденсатора) «ползет» влево. Меняем подключение щупов. Стрелка сначала зашкаливает вправо (на конденсаторе остался заряд от предыдущего измерения) а потом опять ползет влево. Если есть измеритель емкости и ESR , то весьма желательно использовать его. Пробитые или оборванные конденсаторы меняем.

Рис. 2. Рис. 3.

Выпрямители и конденсаторы целые, но на выходе блока питания стои́т стабилизатор напряжения? Не беда. Между выходом выпрямителя(ей) и входом(ами) стабилизатора(ов) включаем лампу(ы) (цепочку(и) ламп) на суммарное напряжение близкое к указанному на корпусе конденсатора фильтра. Лампа загорелась – дефект в стабилизаторе (если он интегральный), либо в цепи формирования опорного напряжения (если он на дискретных элементах), либо пробит конденсатор на его выходе. Пробитый регулирующий транзистор определяется прозваниванием его выводов (выпаять!).

С блоком питания все в порядке (напряжения на его выходе симметричные и номинальные)? Переходим к самому главному – собственно усилителю. Подбираем лампу (или цепочки ламп) на суммарное напряжение, не ниже номинального с выхода БП и через нее (них) подключаем плату усилителя. Причем, желательно к каждому из каналов по отдельности. Включаем. Загорелись обе лампы – пробиты оба плеча выходных каскадов. Только одна – одно из плеч. Хотя и не факт.

Лампы не горят или горит только одна из них. Значит, выходные каскады, скорее всего, целые. К выходу подключаем резистор на 10…20 Ом. Включаем. Лампы должны мигнуть (на плате обычно есть еще конденсаторы по питанию). Подаем на вход сигнал от генератора (регулятор усиления – на максимум). Лампы (обе!) зажглись. Значит, усилитель что-то усиливает, (хотя хрипит, фонит и т.п.) и дальнейший ремонт заключается в поиске элемента, выводящего его из режима. Об этом – ниже.

Для дальнейшей проверки лично я не использую штатный блок питания усилителя, а применяю 2-полярный стабилизированный БП с ограничением тока на уровне 0,5 А. Если такового нет – можно использовать и БП усилителя, подключенный, как было указано, через лампы накаливания. Только нужно тщательно изолировать их цоколи, чтобы случайно не вызвать КЗ и быть аккуратным, чтобы не разбить колбы. Но внешний БП – лучше. Заодно виден и потребляемый ток. Грамотно спроектированный УМЗЧ допускает колебания питающих напряжений в довольно больших пределах. Нам ведь не нужны при ремонте его супер-пупер параметры, достаточно просто работоспособности.

Итак, с БП всё в порядке. Переходим к плате усилителя (рис. 4). Перво-наперво надо локализовать каскад(ы) с пробитым(и)/оборванным(и) компонентом(ами). Для этого крайне желательно иметь осциллограф. Без него эффективность ремонта падает в разы. Хотя и с тестером можно тоже много чего сделать. Почти все измерения производятся без нагрузки (на холостом ходу). Допустим, что на выходе у нас «перекос» выходного напряжения от нескольких вольт до полного напряжения питания.

Для начала отключаем узел защиты, для чего выпаиваем из платы правые выводы диодов VD 6 и VD 7 (у меня в практике было три случая, когда причиной неработоспособности был выход из строя именно этого узла). Смотрим напряжение не выходе. Если нормализовалось (может быть остаточный перекос в несколько милливольт – это норма), прозваниваем VD 6, VD 7 и VT 10, VT 11. Могут быть обрывы и пробои пассивных элементов. Нашли пробитый элемент – меняем и восстанавливаем подключение диодов. На выходе ноль? Выходной сигнал (при подаче на вход сигнала от генератора) присутствует? Ремонт закончен.

er=0 width=1058 height=584 src="amp_repair.files/image004.jpg">

Рис. 4.

Ничего с сигналом на выходе не изменилось? Оставляем диоды отключенными и идем дальше.

Выпаиваем из платы правый вывод резистора ООС (R 12 вместе с правым выводом C 6), а также левые выводы R 23 и R 24, которые соединяем проволочной перемычкой (показана на рис. 4 красным) и через дополнительный резистор (без нумерации, порядка 10 кОм) соединяем с общим проводом. Перемыкаем проволочной перемычкой (красный цвет) коллекторы VT 8 и VT 7, исключая конденсатор С8 и узел термостабилизации тока покоя. В итоге усилитель разъединяется на два самостоятельных узла (входной каскад с усилителем напряжения и каскад выходных повторителей), которые должны работать самостоятельно.

Смотрим, что имеем на выходе. Перекос напряжения остался? Значит, пробит(ы) транзистор(ы) «перекошенного» плеча. Выпаиваем, звоним, заменяем. Заодно проверяем и пассивные компоненты (резисторы). Наиболее частый вариант дефекта, однако должен заметить, что очень часто он является следствием выхода из строя какого-то элемента в предыдущих каскадах (включая узел защиты!). Поэтому последующие пункты все-таки желательно выполнить.

Перекоса нет? Значит, выходной каскад предположительно цел. На всякий случай подаем сигнал от генератора амплитудой 3…5 В в точку «Б» (соединения резисторов R 23 и R 24). На выходе должна быть синусоида с хорошо выраженной «ступенькой», верхняя и нижняя полуволны которой симметричны. Если они не симметричны – значит, «подгорел» (потерял параметры) какой-то из транзисторов плеча, где она ниже. Выпаиваем, звоним. Заодно проверяем и пассивные компоненты (резисторы).

Сигнала на выходе нет вообще? Значит, вылетели силовые транзисторы обоих плеч «насквозь». Печально, но придется выпаивать все и прозванивать с последующей заменой.

Не исключены и обрывы компонентов. Тут уж нужно включать «8-й инструмент». Проверяем, заменяем…

Добились симметричного повторения на выходе (со ступенькой) входного сигнала? Выходной каскад отремонтирован. А теперь нужно проверить работоспособность узла термостабилизации тока покоя (транзистор VT 9). Иногда наблюдается нарушение контакта движка переменного резистора R 22 с резистивной дорожкой. Если он включен в эмиттерной цепи, как показано на приведенной схеме, ничего страшного с выходным каскадом при этом произойти не может, т.к. в точке подключения базы VT 9 к делителю R 20– R 22 R 21 напряжение просто повышается, он приоткрывается больше и, соответственно, снижается падение напряжения между его коллектором и эмиттером. В выходном сигнале простоя появится ярко выраженная «ступенька».

Однако (очень даже нередко), подстроечный резистор ставится между коллектором и базой VT9. Крайне «дураконезащищенный» вариант! Тогда при потере контакта движка с резистивной дорожкой напряжение на базе VT9 снижается, он призакрывается и, соответственно, повышается падение напряжения между его коллектором и эмиттером, что ведет к резкому возрастанию тока покоя выходных транзисторов, их перегреву и, естественно, тепловому пробою. Еще более дурацкий вариант выполнения этого каскада – если база VT9 соединена только с движком переменного резистора. Тогда при потере контакта на ней может быть все, что угодно, с соответствующими последствиями для выходных каскадов.

Если есть возможность, сто́ит переставить R 22 в базо-эмиттерную цепь. Правда, при этом регулировка тока покоя станет выражено нелинейной от угла поворота движка, но IMHO это не такая уж и большая плата за надежность. Можно просто заменить транзистор VT 9 на другой, с обратным типом проводимости, если позволяет разводка дорожек на плате. На работу узла термостабилизации это никак не повлияет, т.к. он является двухполюсником и не зависит от типа проводимости транзистора.

Проверка этого каскада осложняется тем, что, как правило, соединения с коллекторами VT 8 и VT 7 сделаны печатными проводниками. Придется поднимать ножки резисторов и делать соединения проводочками (на рис. 4 показаны разрывы проводников). Между шинами положительного и отрицательного напряжений питания и, соответственно, коллектором и эмиттером VT 9 включаются резисторы примерно по 10 кОм (без нумерации, показаны красным) и замеряется падение напряжения на транзисторе VT 9 при вращении движка подстроечного резистора R 22. В зависимости от количества каскадов повторителей оно должно изменяться в пределах примерно 3…5 В (для «троек, как на схеме) или 2,5… 3,5 В (для «двоек»).

Вот и добрались мы до самого интересного, но и самого сложного – дифкаскада с усилителем напряжения. Они работают только совместно и разделить их на отдельные узлы принципиально невозможно.

Перемыкаем правый вывод резистора ООС R 12 с колекторами VT 8 и VT 7 (точка «А », являющаяся теперь его «выходом»). Получаем «урезанный» (без выходных каскадов) маломощный ОУ, вполне работоспособный на холостом ходе (без нагрузки). Подаем на вход сигнал амплитудой от 0,01 до 1 В и смотрим, что будет в точке А . Если наблюдаем усиленный сигнал симметричной относительно земли формы, без искажений, значит данный каскад цел.

Сигнал резко снижен по амплитуде (мало усиление) – в первую очередь проверить емкость конденсатора(ов) С3(С4, т.к. производители для экономии очень часто ставят только один полярный конденсатор на напряжение 50 В и больше, рассчитывая, что в обратной полярности он все равно будет работать, что не есть гут). При его подсыхании или пробое резко снижается коэффициент усиления. Если нет измерителя емкости – проверяем просто путем замены на заведомо исправный.

Сигнал перекошен – в первую очередь проверить емкость конденсаторов С5 и С9, шунтирующих шины питания предусилительной части после резисторов R17 и R19 (если эти RC-фильтры вообще есть, т.к. нередко они не ставятся).

На схеме приведены два распространенных варианта симметрирования нулевого уровня: резистором R 6 или R 7 (могут быть, конечно же, и другие), при нарушении контакта движка которых тоже может быть перекос выходного напряжения. Проверить вращением движка (хотя, если контакт нарушен «капитально», это может и не дать результата). Тогда попробовать перемкнуть пинцетом их крайние выводы с выводом движка.

Сигнал вообще отсутствует – смотрим, а есть ли он вообще на входе (обрыв R3 или С1, К.З. в R1, R2, С2 и т.п.). Только сначала нужно выпаять базу VT2, т.к. на ней сигнал будет очень маленьким и смотреть на правом выводе резистора R3. Конечно, входные цепи могут сильно отличаться от приведенных на рисунке – включать «8-й инструмент». Помогает.

Естественно, описать все возможные причинно-следственные варианты дефектов мало реально. Поэтому дальше просто изложу, как проверять узлы и компоненты данного каскада.

Стабилизаторы тока VT 3 и VT 7. В них возможны пробои или обрывы. Из платы выпаиваются коллекторы и замеряется ток между ними и землей. Естественно, сначала нужно рассчитать по напряжению на их базах и номиналам эмиттерных резисторов, каким он должен быть. (N . B .! В моей практике был случай самовозбуждения усилителя из-за чрезмерно большого номинала резистора R 10, поставленного изготовителем. Помогла подстройка его номинала на полностью работающем усилителе – без указанного выше разделения на каскады).

Аналогично можно проверить и транзистор VT 8: если перемкнуть коллектор-эмиттер транзистора VT 6, он также тупо превращается в генератор тока.

Транзисторы дифкаскада VT 2 V 5 T и токового зеркала VT 1 VT 4, а также VT 6 проверяются их прозвонкой после отпайки. Лучше замерить коэффициент усиления (если тестер – с такой функцией). Желательно подобрать с одинаковыми коэффициентами усиления.

Пару слов «не для протокола». Почему-то в подавляющем большинстве случаев в каждый последующий каскад ставят транзисторы все бо́льшей и бо́льшей мощности. В этой зависимости есть одно исключение: на транзисторах каскада усиления напряжения (VT 8 и VT 7) рассеивается в 3…4 раза бо́льшая мощность , чем на предрайверных VT 12 и VT 23 (!!!). Поэтому, если есть такая возможность, их сто́ит сразу же заменить на транзисторы средней мощности. Неплохим вариантом будет КТ940/КТ9115 или аналогичные импортные.

Довольно нередкими дефектами в моей практике были непропаи («холодная» пайка к дорожкам/«пятачкам» или плохое облуживание выводов перед пайкой) ножек компонентов и обломы выводов транзисторов (особенно в пластмассовом корпусе) непосредственно возле корпуса, которые очень трудно было увидеть визуально. Пошатать транзисторы, внимательно наблюдая за их выводами. В крайнем случае – выпаять и впаять заново.

Если проверили все активные компоненты, а дефект сохраняется – нужно (опять же, с тяжким вздохом), выпаять из платы хоть по одной ножке и проверить тестером номиналы пассивных компонентов. Нередки случаи обрывов постоянных резисторов без каких-либо внешних проявлений. Неэлектролитические конденсаторы, как правило, не пробиваются/обрываются, но всякое бывает…

Опять же, по опыту ремонта: если на плате видны потемневшие/обугленные резисторы, причем симметрично в обеих плечах, сто́ит пересчитать выделяемую на нем мощность. В житомирском усилителе « Dominator » производитель поставил в одном из каскадов резисторы по 0,25 Вт, которые регулярно горели (до меня было 3 ремонта). Когда я просчитал их необходимую мощность – чуть не упал со стула: оказалось, что на них должно рассеиваться по 3 (три!) ватта…

Наконец, все заработало… Восстанавливаем все «порушенные» соединения. Совет вроде бы и банальнейший, но сколько раз забываемый!!! Восстанавливаем в обратной последовательности и после каждого соединения проверяем усилитель на работоспособность. Нередко покаскадная проверка, вроде бы, показала, что все исправно, а после восстановления соединений дефект опять «выползал». Последними подпаиваем диоды каскада токовой защиты.

Выставляем ток покоя. Между БП и платой усилителя включаем (если они были отключены ранее) «гирлянду» ламп накаливания на соответствующее суммарное напряжение. Подключаем к выходу УМЗЧ эквивалент нагрузки (резистор на 4 или 8 Ом). Движок подстроечного резистора R 22 устанавливаем в нижнее по схеме положение и на вход подаем сигнал от генератора частотой 10…20 кГц (!!!) такой амплитуды, чтобы на выходе выл сигнал не более 0,5…1 В. При таких уровне и частоте сигнала хорошо заметна «ступенька», которую трудно заметить на большом сигнале и малой частоте. Вращением движка R22 добиваемся ее устранения. При этом нити накала ламп должны немного светиться. Можно проконтролировать ток и амперметром, включив его параллельно каждой гирлянде ламп. Не сто́ит удивляться, если он будет заметно (но не более, чем в 1,5…2 раза в бо́льшую сторону) отличаться от того, что указано в рекомендациях по настройке – нам ведь важно не «соблюдение рекомендаций», а качество звучания! Как правило, в «рекомендациях» ток покоя значительно завышается, для гарантированного достижения запланированных параметров («по худшему»). Перемыкаем «гирлянды» перемычкой, повышаем уровень выходного сигнала до уровня 0,7 от максимального (когда начинается амплитудное ограничение выходного сигнала) и даем усилителю прогреться 20…30 минут. Этот режим является наиболее тяжелым для транзисторов выходного каскада – на них при этом рассеивается максимальная мощность. Если «ступенька» не появилась (при малом уровне сигнала), а ток покоя возрос не более, чем в 2 раза, настройку считаем законченной, иначе убираем «ступеньку» снова (как было указано выше).

Убираем все временные соединения (не забывать!!!), собираем усилитель окончательно, закрываем корпус и наливаем чарку, которую с чувством глубокого удовлетворения проделанной работой, выпиваем. А то работать не будет!

Конечно же, в рамках данной статьи не описаны нюансы ремонта усилителей с «экзотическими» каскадами, с ОУ на входе, с выходными транзисторами, включенными с ОЭ, с «двухэтажными» выходными каскадами и многое другое…

Falconist

– Сосед запарил по батарее стучать. Сделал музыку громче, чтобы его не слышать.
(Из фольклора аудиофилов).

Эпиграф иронический, но аудиофил совсем не обязательно «больной на всю голову» с физиономией Джоша Эрнеста на брифинге по вопросам отношений с РФ, которого «прёт» оттого, что соседи «счастливы». Кто-то хочет слушать серьезную музыку дома как в зале. Качество аппаратуры для этого нужно такое, какое у любителей децибел громкости как таковых просто не помещается там, где у здравомыслящих людей ум, но у последних оный за разум заходит от цен на подходящие усилители (УМЗЧ, усилитель мощности звуковой частоты). А у кого-то попутно возникает желание приобщиться к полезным и увлекательным сферам деятельности – технике воспроизведения звука и вообще электронике. Которые в век цифровых технологий неразрывно связаны и могут стать высокодоходной и престижной профессией. Оптимальный во всех отношениях первый шаг в этом деле – сделать усилитель своими руками: именно УМЗЧ позволяет с начальной подготовкой на базе школьной физики на одном и том же столе пройти путь от простейших конструкций на полвечера (которые, тем не менее, неплохо «поют») до сложнейших агрегатов, через которые с удовольствием сыграет и хорошая рок-группа. Цель данной публикации – осветить первые этапы этого пути для начинающих и, возможно, сообщить кое-что новое опытным.

Простейшие

Итак, для начала попробуем сделать усилитель звука, который просто работает. Чтобы основательно вникнуть в звукотехнику, придется постепенно освоить довольно много теоретического материала и не забывать по мере продвижения обогащать багаж знаний. Но любая «умность» усваивается легче, когда видишь и щупаешь, как она работает «в железе». В этой статье далее тоже без теории не обойдется – в том, что нужно знать поначалу и что возможно пояснить без формул и графиков. А пока достаточно будет умения и пользоваться мультитестером.

Примечание: если вы до сих пор не паяли электронику, учтите – ее компоненты нельзя перегревать! Паяльник – до 40 Вт (лучше 25 Вт), максимально допустимое время пайки без перерыва – 10 с. Паяемый вывод для теплоотвода удерживается в 0,5-3 см от места пайки со стороны корпуса прибора медицинским пинцетом. Кислотные и др. активные флюсы применять нельзя! Припой – ПОС-61.

Слева на рис. – простейший УМЗЧ, «который просто работает». Его можно собрать как на германиевых, так и на кремниевых транзисторах.

На этой крошке удобно осваивать азы наладки УМЗЧ с непосредственными связями между каскадами, дающими наиболее чистый звук:

Перед первым включением питания нагрузку (динамик) отключаем;
Вместо R1 впаиваем цепочку из постоянного резистора на 33 кОм и переменного (потенциометра) на 270 кОм, т.е. первый прим. вчетверо меньшего, а второй прим. вдвое большего номинала против исходного по схеме;
Подаем питание и, вращая движок потенциометра, в точке, обозначенной крестиком, выставляем указанный ток коллектора VT1;
Снимаем питание, выпаиваем временные резисторы и замеряем их общее сопротивление;
В качестве R1 ставим резистор номинала из стандартного ряда, ближайшего к измеренному;
Заменяем R3 на цепочку постоянный 470 Ом + потенциометр 3,3 кОм;
Так же, как по пп. 3-5, в т. а выставляем напряжение, равное половине напряжения питания.

Точка а, откуда снимается сигнал в нагрузку это т. наз. средняя точка усилителя. В УМЗЧ с однополярным питанием в ней выставляют половину его значения, а в УМЗЧ в двухполярным питанием – ноль относительно общего провода. Это называется регулировкой баланса усилителя. В однополярных УМЗЧ с емкостной развязкой нагрузки отключать ее на время наладки не обязательно, но лучше привыкать делать это рефлекторно: разбалансированный 2-полярный усилитель с подключенной нагрузкой способен сжечь свои же мощные и дорогие выходные транзисторы, а то и «новый, хороший» и очень дорогой мощный динамик.

Примечание: компоненты, требующие подбора при наладке устройства в макете, на схемах обозначаются или звездочкой (*), или штрихом-апострофом (‘).

В центре на том же рис. – простой УМЗЧ на транзисторах, развивающий уже мощность до 4-6 Вт на нагрузке 4 Ом. Хотя и работает он, как и предыдущий, в т. наз. классе AB1, не предназначенном для Hi-Fi озвучивания, но, если заменить парой таких усилитель класса D (см. далее) в дешевых китайских компьютерных колонках, их звучание заметно улучшается. Здесь узнаем еще одну хитрость: мощные выходные транзисторы нужно ставить на радиаторы. Компоненты, требующие дополнительного охлаждения, на схемах обводятся пунктиром; правда, далеко не всегда; иногда – с указанием необходимой рассеивающей площади теплоотвода. Наладка этого УМЗЧ – балансировка с помощью R2.

Справа на рис. – еще не монстр на 350 Вт (как был показан в начале статьи), но уже вполне солидный зверюга: простой усилитель на транзисторах мощностью 100 Вт. Музыку через него слушать можно, но не Hi-Fi, класс работы – AB2. Однако для озвучивания площадки для пикника или собрания на открытом воздухе, школьного актового или небольшого торгового зала он вполне пригоден. Любительская рок-группа, имея по такому УМЗЧ на инструмент, может успешно выступать.

В этом УМЗЧ проявляются еще 2 хитрости: во-первых, в очень мощных усилителях каскад раскачки мощного выхода тоже нужно охлаждать, поэтому VT3 ставят на радиатор от 100 кв. см. Для выходных VT4 и VT5 нужны радиаторы от 400 кв. см. Во-вторых, УМЗЧ с двухполярным питанием совсем без нагрузки не балансируются. То один, то другой выходной транзистор уходит в отсечку, а сопряженный в насыщение. Затем, на полном напряжении питания скачки тока при балансировке способны вывести из строя выходные транзисторы. Поэтому для балансировки (R6, догадались?) усилитель запитывают от +/–24 В, а вместо нагрузки включают проволочный резистор 100…200 Ом. Кстати, закорючки в некоторых резисторах на схеме – римские цифры, обозначающие их необходимую мощность рассеяния тепла.

Примечание: источник питания для этого УМЗЧ нужен мощностью от 600 Вт. Конденсаторы сглаживающего фильтра – от 6800 мкФ на 160 В. Параллельно электролитическим конденсаторам ИП включаются керамические по 0,01 мкФ для предотвращения самовозбуждения на ультразвуковых частотах, способного мгновенно сжечь выходные транзисторы.

На полевиках

На след. рис. – еще один вариант достаточно мощного УМЗЧ (30 Вт, а при напряжении питания 35 В – 60 Вт) на мощных полевых транзисторах:

Звук от него уже тянет на требования к Hi-Fi начального уровня (если, разумеется, УМЗЧ работает на соотв. акустические системы, АС). Мощные полевики не требуют большой мощности для раскачки, поэтому и предмощного каскада нет. Еще мощные полевые транзисторы ни при каких неисправностях не сжигают динамики – сами быстрее сгорают. Тоже неприятно, но все-таки дешевле, чем менять дорогую басовую головку громкоговорителя (ГГ). Балансировка и вообще наладка данному УМЗЧ не требуются. Недостаток у него, как у конструкции для начинающих, всего один: мощные полевые транзисторы много дороже биполярных для усилителя с такими же параметрами. Требования к ИП – аналогичные пред. случаю, но мощность его нужна от 450 Вт. Радиаторы – от 200 кв. см.

Примечание: не надо строить мощные УМЗЧ на полевых транзисторах для импульсных источников питания, напр. компьютерных. При попытках «загнать» их в активный режим, необходимый для УМЗЧ, они или просто сгорают, или звук дают слабый, а по качеству «никакой». То же касается мощных высоковольтных биполярных транзисторов, напр. из строчной развертки старых телевизоров.

Сразу вверх

Если вы уже сделали первые шаги, то вполне естественным будет желание построить УМЗЧ класса Hi-Fi, не вдаваясь слишком глубоко в теоретические дебри. Для этого придется расширить приборный парк – нужен осциллограф, генератор звуковых частот (ГЗЧ) и милливольтметр переменного тока с возможностью измерения постоянной составляющей. Прототипом для повторения лучше взять УМЗЧ Е. Гумели, подробно описанный в «Радио» №1 за 1989 г. Для его постройки понадобится немного недорогих доступных компонент, но качество удовлетворяет весьма высоким требованиям: мощность до 60 Вт, полоса 20-20 000 Гц, неравномерность АЧХ 2 дБ, коэффициент нелинейных искажений (КНИ) 0,01%, уровень собственных шумов –86 дБ. Однако наладить усилитель Гумели достаточно сложно; если вы с ним справитесь, можете браться за любой другой. Впрочем, кое-какие из известных ныне обстоятельств намного упрощают налаживание данного УМЗЧ, см. ниже. Имея в виду это и то, что в архивы «Радио» пробраться не всем удается, уместно будет повторить основные моменты.

Схемы простого высококачественного УМЗЧ

Схемы УМЗЧ Гумели и спецификация к ним даны на иллюстрации. Радиаторы выходных транзисторов – от 250 кв. см. для УМЗЧ по рис. 1 и от 150 кв. см. для варианта по рис. 3 (нумерация оригинальная). Транзисторы предвыходного каскада (КТ814/КТ815) устанавливаются на радиаторы, согнутые из алюминиевых пластин 75х35 мм толщиной 3 мм. Заменять КТ814/КТ815 на КТ626/КТ961 не стоит, звук заметно не улучшается, но налаживание серьезно затрудняется.

Этот УМЗЧ очень критичен к электропитанию, топологии монтажа и общей, поэтому налаживать его нужно в конструктивно законченном виде и только со штатным источником питания. При попытке запитать от стабилизированного ИП выходные транзисторы сгорают сразу. Поэтому на рис. даны чертежи оригинальных печатных плат и указания по наладке. К ним можно добавить что, во-первых, если при первом включении заметен «возбуд», с ним борются, меняя индуктивность L1. Во-вторых, выводы устанавливаемых на платы деталей должны быть не длиннее 10 мм. В-третьих, менять топологию монтажа крайне нежелательно, но, если очень надо, на стороне проводников обязательно должен быть рамочный экран (земляная петля, выделена цветом на рис.), а дорожки электропитания должны проходить вне ее.

Примечание: разрывы в дорожках, к которым подключаются базы мощных транзисторов – технологические, для налаживания, после чего запаиваются каплями припоя.

Налаживание данного УМЗЧ много упрощается, а риск столкнуться с «возбудом» в процессе пользования сводится к нулю, если:

Минимизировать межблочный монтаж, поместив платы на радиаторах мощных транзисторов.
Полностью отказаться от разъемов внутри, выполнив весь монтаж только пайкой. Тогда не нужны будут R12, R13 в мощном варианте или R10 R11 в менее мощном (на схемах они пунктирные).
Использовать для внутреннего монтажа аудиопровода из бескислородной меди минимальной длины.

При выполнении этих условий с возбуждением проблем не бывает, а налаживание УМЗЧ сводится к рутинной процедуре, описанной на рис.

Провода для звука

Аудиопровода не досужая выдумка. Необходимость их применения в настоящее время несомненна. В меди с примесью кислорода на гранях кристаллитов металла образуется тончайшая пленочка окисла. Оксиды металлов полупроводники и, если ток в проводе слабый без постоянной составляющей, его форма искажается. По идее, искажения на мириадах кристаллитов должны компенсировать друг друга, но самая малость (похоже, обусловленная квантовыми неопределенностями) остается. Достаточная, чтобы быть замеченной взыскательными слушателями на фоне чистейшего звука современных УМЗЧ.

Производители и торговцы без зазрения совести подсовывают вместо бескислородной обычную электротехническую медь – отличить одну от другой на глаз невозможно. Однако есть сфера применения, где подделка не проходит однозначно: кабель витая пара для компьютерных сетей. Положить сетку с длинными сегментами «леварем», она или вовсе не запустится, или будет постоянно глючить. Дисперсия импульсов, понимаешь ли.

Автор, когда только еще пошли разговоры об аудиопроводах, понял, что, в принципе, это не пустая болтовня, тем более, что бескислородные провода к тому времени уже давно использовались в технике спецназначения, с которой он по роду деятельности был хорошо знаком. Взял тогда и заменил штатный шнур своих наушников ТДС-7 самодельным из «витухи» с гибкими многожильными проводами. Звук, на слух, стабильно улучшился для сквозных аналоговых треков, т.е. на пути от студийного микрофона до диска нигде не подвергавшихся оцифровке. Особенно ярко зазвучали записи на виниле, сделанные по технологии DMM (Direct Meta lMastering, непосредственное нанесение металла). После этого межблочный монтаж всего домашнего аудио был переделан на «витушный». Тогда улучшение звучания стали отмечать и совершенно случайные люди, к музыке равнодушные и заранее не предуведомленные.

Как сделать межблочные провода из витой пары, см. след. видео.

Видео: межблочные провода из витой пары своими руками

К сожалению, гибкая «витуха» скоро исчезла из продажи – плохо держалась в обжимаемых разъемах. Однако, к сведению читателей, только из бескислородной меди делается гибкий «военный» провод МГТФ и МГТФЭ (экранированный). Подделка невозможна, т.к. на обычной меди ленточная фторопластовая изоляция довольно быстро расползается. МГТФ сейчас есть в широкой продаже и стоит много дешевле фирменных, с гарантией, аудиопроводов. Недостаток у него один: его невозможно выполнить расцвеченным, но это можно исправить бирками. Есть также и бескислородные обмоточные провода, см. далее.

Теоретическая интермедия

Как видим, уже на первых порах освоения звукотехники нам пришлось столкнуться с понятием Hi-Fi (High Fidelity), высокая верность воспроизведения звука. Hi-Fi бывают разных уровней, которые ранжируются по след. основным параметрам:

Полосе воспроизводимых частот.
Динамическому диапазону – отношению в децибелах (дБ) максимальной (пиковой) выходной мощности к уровню собственных шумов.
Уровню собственных шумов в дБ.
Коэффициенту нелинейных искажений (КНИ) на номинальной (долговременной) выходной мощности. КНИ на пиковой мощности принимается 1% или 2% в зависимости от методики измерений.
Неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе воспроизводимых частот. Для АС – отдельно на низких (НЧ, 20-300 Гц), средних (СЧ, 300-5000 Гц) и высоких (ВЧ, 5000-20 000 Гц) звуковых частотах.

Примечание: отношение абсолютных уровней каких-либо величин I в (дБ) определяется как P(дБ) = 20lg(I1/I2). Если I1

Все тонкости и нюансы Hi-Fi нужно знать, занимаясь проектированием и постройкой АС, а что касается самодельного Hi-Fi УМЗЧ для дома, то, прежде чем переходить к таким, нужно четко уяснить себе требования к их мощности, необходимой для озвучивания данного помещения, динамическому диапазону (динамике), уровню собственных шумов и КНИ. Добиться от УМЗЧ полосы частот 20-20 000 Гц с завалом на краях по 3 дБ и неравномерностью АЧХ на СЧ в 2 дБ на современной элементной базе не составляет больших сложностей.

Громкость

Мощность УМЗЧ не самоцель, она должна обеспечивать оптимальную громкость воспроизведения звука в данном помещении. Определить ее можно по кривым равной громкости, см. рис. Естественных шумов в жилых помещениях тише 20 дБ не бывает; 20 дБ это лесная глушь в полный штиль. Уровень громкости в 20 дБ относительно порога слышимости это порог внятности – шепот разобрать еще можно, но музыка воспринимается только как факт ее наличия. Опытный музыкант может определить, какой инструмент играет, но что именно – нет.

40 дБ – нормальный шум хорошо изолированной городской квартиры в тихом районе или загородного дома – представляет порог разборчивости. Музыку от порога внятности до порога разборчивости можно слушать при наличии глубокой коррекции АЧХ, прежде всего по басам. Для этого в современные УМЗЧ вводят функцию MUTE (приглушка, мутирование, не мутация!), включающую соотв. корректирующие цепи в УМЗЧ.

90 дБ – уровень громкости симфонического оркестра в очень хорошем концертном зале. 110 дБ может выдать оркестр расширенного состава в зале с уникальной акустикой, каких в мире не более 10, это порог восприятия: звуки громче воспринимаются еще как различимый по смыслу с усилием воли, но уже раздражающий шум. Зона громкости в жилых помещениях 20-110 дБ составляет зону полной слышимости, а 40-90 дБ – зону наилучшей слышимости, в которой неподготовленные и неискушенные слушатели вполне воспринимают смысл звука. Если, конечно, он в нем есть.

Мощность

Расчет мощности аппаратуры по заданной громкости в зоне прослушивания едва ли не основная и самая трудная задача электроакустики. Для себя в условиях лучше идти от акустических систем (АС): рассчитать их мощность по упрощенной методике, и принять номинальную (долговременную) мощность УМЗЧ равной пиковой (музыкальной) АС. В таком случае УМЗЧ не добавит заметно своих искажений к таковым АС, они и так основной источник нелинейности в звуковом тракте. Но и делать УМЗЧ слишком мощным не следует: в таком случае уровень его собственных шумов может оказаться выше порога слышимости, т.к. считается он от уровня напряжения выходного сигнала на максимальной мощности. Если считать совсем уж просто, то для комнаты обычной квартиры или дома и АС с нормальной характеристической чувствительностью (звуковой отдачей) можно принять след. значения оптимальной мощности УМЗЧ:

До 8 кв. м – 15-20 Вт.
8-12 кв. м – 20-30 Вт.
12-26 кв. м – 30-50 Вт.
26-50 кв. м – 50-60 Вт.
50-70 кв. м – 60-100 Вт.
70-100 кв. м – 100-150 Вт.
100-120 кв. м – 150-200 Вт.
Более 120 кв. м – определяется расчетом по данным акустических измерений на месте.

Динамика

Динамический диапазон УМЗЧ определяется по кривым равной громкости и пороговым значениям для разных степеней восприятия:

Симфоническая музыка и джаз с симфоническим сопровождением – 90 дБ (110 дБ – 20 дБ) идеал, 70 дБ (90 дБ – 20 дБ) приемлемо. Звук с динамикой 80-85 дБ в городской квартире не отличит от идеального никакой эксперт.
Прочие серьезные музыкальные жанры – 75 дБ отлично, 80 дБ «выше крыши».
Попса любого рода и саундтреки к фильмам – 66 дБ за глаза хватит, т.к. данные опусы уже при записи сжимаются по уровням до 66 дБ и даже до 40 дБ, чтобы можно было слушать на чем угодно.

Динамический диапазон УМЗЧ, правильно выбранного для данного помещения, считают равным его уровню собственных шумов, взятому со знаком +, это т. наз. отношение сигнал/шум.

КНИ

Нелинейные искажения (НИ) УМЗЧ это составляющие спектра выходного сигнала, которых не было во входном. Теоретически НИ лучше всего «затолкать» под уровень собственных шумов, но технически это очень трудно реализуемо. На практике берут в расчет т. наз. эффект маскировки: на уровнях громкости ниже прим. 30 дБ диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот сужается, как и способность различать звуки по частоте. Музыканты слышат ноты, но оценить тембр звука затрудняются. У людей без музыкального слуха эффект маскировки наблюдается уже на 45-40 дБ громкости. Поэтому УМЗЧ с КНИ 0,1% (–60 дБ от уровня громкости в 110 дБ) оценит как Hi-Fi рядовой слушатель, а с КНИ 0,01% (–80 дБ) можно считать не искажающим звук.

Лампы

Последнее утверждение, возможно, вызовет неприятие, вплоть до яростного, у адептов ламповой схемотехники: мол, настоящий звук дают только лампы, причем не просто какие-то, а отдельные типы октальных. Успокойтесь, господа – особенный ламповый звук не фикция. Причина – принципиально различные спектры искажений у электронных ламп и транзисторов. Которые, в свою очередь, обусловлены тем, что в лампе поток электронов движется в вакууме и квантовые эффекты в ней не проявляются. Транзистор же прибор квантовый, там неосновные носители заряда (электроны и дырки) движутся в кристалле, что без квантовых эффектов вообще невозможно. Поэтому спектр ламповых искажений короткий и чистый: в нем четко прослеживаются только гармоники до 3-й – 4-й, а комбинационных составляющих (сумм и разностей частот входного сигнала и их гармоник) очень мало. Поэтому во времена вакуумной схемотехники КНИ называли коэффициентом гармоник (КГ). У транзисторов же спектр искажений (если они измеримы, оговорка случайная, см. ниже) прослеживается вплоть до 15-й и более высоких компонент, и комбинационных частот в нем хоть отбавляй.

На первых порах твердотельной электроники конструкторы транзисторных УМЗЧ брали для них привычный «ламповый» КНИ в 1-2%; звук с ламповым спектром искажений такой величины рядовыми слушателями воспринимается как чистый. Между прочим, и самого понятия Hi-Fiтогда еще не было. Оказалось – звучат тускло и глухо. В процессе развития транзисторной техники и выработалось понимание, что такое Hi-Fi и что для него нужно.

В настоящее время болезни роста транзисторной техники успешно преодолены и побочные частоты на выходе хорошего УМЗЧ с трудом улавливаются специальными методами измерений. А ламповую схемотехнику можно считать перешедшей в разряд искусства. Его основа может быть любой, почему же электронике туда нельзя? Тут уместна будет аналогия с фотографией. Никто не сможет отрицать, что современная цифрозеркалка дает картинку неизмеримо более четкую, подробную, глубокую по диапазону яркостей и цвета, чем фанерный ящичек с гармошкой. Но кто-то крутейшим Никоном «клацает фотки» типа «это мой жирный кошак нажрался как гад и дрыхнет раскинув лапы», а кто-то Сменой-8М на свемовскую ч/б пленку делает снимок, перед которым на престижной выставке толпится народ.

Примечание: и еще раз успокойтесь – не все так плохо. На сегодня у ламповых УМЗЧ малой мощности осталось по крайней мере одно применение, и не последней важности, для которого они технически необходимы.

Опытный стенд

Многие любители аудио, едва научившись паять, тут же «уходят в лампы». Это ни в коем случае не заслуживает порицания, наоборот. Интерес к истокам всегда оправдан и полезен, а электроника стала таковой на лампах. Первые ЭВМ были ламповыми, и бортовая электронная аппаратура первых космических аппаратов была тоже ламповой: транзисторы тогда уже были, но не выдерживали внеземной радиации. Между прочим, тогда под строжайшим секретом создавались и ламповые… микросхемы! На микролампах с холодным катодом. Единственное известное упоминание о них в открытых источниках есть в редкой книге Митрофанова и Пикерсгиля «Современные приемно-усилительные лампы».

Но хватит лирики, к делу. Для любителей повозиться с лампами на рис. – схема стендового лампового УМЗЧ, предназначенного именно для экспериментов: SA1 переключается режим работы выходной лампы, а SA2 – напряжение питания. Схема хорошо известна в РФ, небольшая доработка коснулась только выходного трансформатора: теперь можно не только «гонять» в разных режимах родную 6П7С, но и подбирать для других ламп коэффициент включения экранной сетки в ульралинейном режиме; для подавляющего большинства выходных пентодов и лучевых тетродов он или 0,22-0,25, или 0,42-0,45. Об изготовлении выходного трансформатора см. ниже.

Гитаристам и рокерам

Это тот самый случай, когда без ламп не обойтись. Как известно, электрогитара стала полноценным солирующим инструментом после того, как предварительно усиленный сигнал со звукоснимателя стали пропускать через специальную приставку – фьюзер – преднамеренно искажающую его спектр. Без этого звук струны был слишком резким и коротким, т.к. электромагнитный звукосниматель реагирует только на моды ее механических колебаний в плоскости деки инструмента.

Вскоре выявилось неприятное обстоятельство: звучание электрогитары с фьюзером обретает полную силу и яркость только на больших громкостях. Особенно это проявляется для гитар со звукоснимателем типа хамбакер, дающим самый «злой» звук. А как быть начинающему, вынужденному репетировать дома? Не идти же в зал выступать, не зная точно, как там зазвучит инструмент. И просто любителям рока хочется слушать любимые вещи в полном соку, а рокеры народ в общем-то приличный и неконфликтный. По крайней мере те, кого интересует именно рок-музыка, а не антураж с эпатажем.

Так вот, оказалось, что роковый звук появляется на уровнях громкости, приемлемых для жилых помещений, если УМЗЧ ламповый. Причина – специфическое взаимодействие спектра сигнала с фьюзера с чистым и коротким спектром ламповых гармоник. Тут снова уместна аналогия: ч/б фото может быть намного выразительнее цветного, т.к. оставляет для просмотра только контур и свет.

Тем, кому ламповый усилитель нужен не для экспериментов, а в силу технической необходимости, долго осваивать тонкости ламповой электроники недосуг, они другим увлечены. УМЗЧ в таком случае лучше делать бестрансформаторный. Точнее – с однотактным согласующим выходным трансформатором, работающим без постоянного подмагничивания. Такой подход намного упрощает и ускоряет изготовление самого сложного и ответственного узла лампового УМЗЧ.

“Бестрансформаторный” ламповый выходной каскад УМЗЧ и предварительные усилители к нему

Справа на рис. дана схема бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ, а слева – варианты предварительного усилителя для него. Вверху – с регулятором тембра по классической схеме Баксандала, обеспечивающей достаточно глубокую регулировку, но вносящей небольшие фазовые искажения в сигнал, что может быть существенно при работе УМЗЧ на 2-полосную АС. Внизу – предусилитель с регулировкой тембра попроще, не искажающей сигнал.

Но вернемся к «оконечнику». В ряде зарубежных источников данная схема считается откровением, однако идентичная ей, за исключением емкости электролитических конденсаторов, обнаруживается в советском «Справочнике радиолюбителя» 1966 г. Толстенная книжища на 1060 страниц. Не было тогда интернета и баз данных на дисках.

Там же, справа на рис., коротко, но ясно описаны недостатки этой схемы. Усовершенствованная, из того же источника, дана на след. рис. справа. В ней экранная сетка Л2 запитана от средней точки анодного выпрямителя (анодная обмотка силового трансформатора симметричная), а экранная сетка Л1 через нагрузку. Если вместо высокоомных динамиков включить согласующий трансформатор с обычным динамиков, как в пред. схеме, выходная мощность составить ок. 12 Вт, т.к. активное сопротивление первичной обмотки трансформатора много меньше 800 Ом. КНИ этого оконечного каскада с трансформаторным выходом – прим. 0,5%

Как сделать трансформатор?

Главные враги качества мощного сигнального НЧ (звукового) трансформатора – магнитное поле рассеяния, силовые линии которого замыкаются, обходя магнитопровод (сердечник), вихревые токи в магнитопроводе (токи Фуко) и, в меньшей степени – магнитострикция в сердечнике. Из-за этого явления небрежно собранный трансформатор «поет», гудит или пищит. С токами Фуко борются, уменьшая толщину пластин магнитопровода и дополнительно изолируя их лаком при сборке. Для выходных трансформаторов оптимальная толщина пластин – 0,15 мм, максимально допустимая – 0,25 мм. Брать для выходного трансформатора пластины тоньше не следует: коэффициент заполнения керна (центрального стержня магнитопровода) сталью упадет, сечение магнитопровода для получения заданной мощности придется увеличить, отчего искажения и потери в нем только возрастут.

В сердечнике звукового трансформатора, работающего с постоянным подмагничиванием (напр., анодным током однотактного выходного каскада) должен быть небольшой (определяется расчетом) немагнитный зазор. Наличие немагнитного зазора, с одной стороны, уменьшает искажения сигнала от постоянного подмагничивания; с другой – в магнитопроводе обычного типа увеличивает поле рассеяния и требует сердечника большего сечения. Поэтому немагнитный зазор нужно рассчитывать на оптимум и выполнять как можно точнее.

Для трансформаторов, работающих с подмагничиванием, оптимальный тип сердечника – из пластин Шп (просеченных), поз. 1 на рис. В них немагнитный зазор образуется при просечке керна и потому стабилен; его величина указывается в паспорте на пластины или замеряется набором щупов. Поле рассеяния минимально, т.к. боковые ветви, через которые замыкается магнитный поток, цельные. Из пластин Шп часто собирают и сердечники трансформаторов без подмагничивания, т.к. пластины Шп делают из высококачественной трансформаторной стали. В таком случае сердечник собирают вперекрышку (пластины кладут просечкой то в одну, то в другую сторону), а его сечение увеличивают на 10% против расчетного.

Трансформаторы без подмагничивания лучше мотать на сердечниках УШ (уменьшенной высоты с уширенными окнами), поз. 2. В них уменьшение поля рассеяния достигается за счет уменьшения длины магнитного пути. Поскольку пластины УШ доступнее Шп, из них часто набирают и сердечники трансформаторов с подмагничиванием. Тогда сборку сердечника ведут внакрой: собирают пакет из Ш-пластин, кладут полоску непроводящего немагнитного материала толщиной в величину немагнитного зазора, накрывают ярмом из пакета перемычек и стягивают все вместе обоймой.

Примечание: «звуковые» сигнальные магнитопроводы типа ШЛМ для выходных трансформаторов высококачественных ламповых усилителей мало пригодны, у них большое поле рассеяния.

На поз. 3 дана схема размеров сердечника для расчета трансформатора, на поз. 4 конструкция каркаса обмоток, а на поз. 5 – выкройки его деталей. Что до трансформатора для «бестрансформаторного» выходного каскада, то его лучше делать на ШЛМме вперекрышку, т.к. подмагничивание ничтожно мало (ток подмагничивания равен току экранной сетки). Главная задача тут – сделать обмотки как можно компактнее с целью уменьшения поля рассеяния; их активное сопротивление все равно получится много меньше 800 Ом. Чем больше свободного места останется в окнах, тем лучше получился трансформатор. Поэтому обмотки мотают виток к витку (если нет намоточного станка, это маета ужасная) из как можно более тонкого провода, коэффициент укладки анодной обмотки для механического расчета трансформатора берут 0,6. Обмоточный провод – марок ПЭТВ или ПЭММ, у них жила бескислородная. ПЭТВ-2 или ПЭММ-2 брать не надо, у них от двойной лакировки увеличенный наружный диаметр и поле рассеяния будет больше. Первичную обмотку мотают первой, т.к. именно ее поле рассеяния больше всего влияет на звук.

Железо для этого трансформатора нужно искать с отверстиями в углах пластин и стяжными скобами (см. рис. справа), т.к. «для полного счастья» сборка магнитопровода производится в след. порядке (разумеется, обмотки с выводами и наружной изоляцией должны быть уже на каркасе):

Готовят разбавленный вдвое акриловый лак или, по старинке, шеллак;
Пластины с перемычками быстро покрывают лаком с одной стороны и как можно быстрее, не придавливая сильно, вкладывают в каркас. Первую пластину кладут лакированной стороной внутрь, следующую – нелакированной стороной к лакированной первой и т.д;
Когда окно каркаса заполнится, накладывают скобы и туго стягивают болтами;
Через 1-3 мин, когда выдавливание лака из зазоров видимо прекратится, добавляют пластин снова до заполнения окна;
Повторяют пп. 2-4, пока окно не будет туго набито сталью;
Снова туго стягивают сердечник и сушат на батарее и т.п. 3-5 суток.

Собранный по такой технологии сердечник имеет очень хорошие изоляцию пластин и заполнение сталью. Потерь на магнитострикцию вообще не обнаруживается. Но учтите – для сердечников их пермаллоя данная методика неприменима, т.к. от сильных механических воздействий магнитные свойства пермаллоя необратимо ухудшаются!

На микросхемах

УМЗЧ на интегральных микросхемах (ИМС) делают чаще всего те, кого устраивает качество звука до среднего Hi-Fi, но более привлекает дешевизна, быстрота, простота сборки и полное отсутствие каких-либо наладочных процедур, требующих специальных знаний. Попросту, усилитель на микросхемах – оптимальный вариант для «чайников». Классика жанра здесь – УМЗЧ на ИМС TDA2004, стоящей на серии, дай бог памяти, уже лет 20, слева на рис. Мощность – до 12 Вт на канал, напряжение питания – 3-18 В однополярное. Площадь радиатора – от 200 кв. см. для максимальной мощности. Достоинство – способность работать на очень низкоомную, до 1,6 Ом, нагрузку, что позволяет снимать полную мощность при питании от бортовой сети 12 В, а 7-8 Вт – при 6-вольтовом питании, напр., на мотоцикле. Однако выход TDA2004 в классе В некомплементарный (на транзисторах одинаковой проводимости), поэтому звучок точно не Hi-Fi: КНИ 1%, динамика 45 дБ.

Более современная TDA7261 звук дает не лучше, но мощнее, до 25 Вт, т.к. верхний предел напряжения питания увеличен до 25 В. Нижний, 4,5 В, все еще позволяет запитываться от 6 В бортсети, т.е. TDA7261 можно запускать практически от всех бортсетей, кроме самолетной 27 В. С помощью навесных компонент (обвязки, справа на рис.) TDA7261 может работать в режиме мутирования и с функцией St-By (Stand By, ждать), переводящей УМЗЧ в режим минимального энергопотребления при отсутствии входного сигнала в течение определенного времени. Удобства стоят денег, поэтому для стерео нужна будет пара TDA7261 с радиаторами от 250 кв. см. для каждой.

Примечание: если вас чем-то привлекают усилители с функцией St-By, учтите – ждать от них динамики шире 66 дБ не стоит.

«Сверхэкономична» по питанию TDA7482, слева на рис., работающая в т. наз. классе D. Такие УМЗЧ иногда называют цифровыми усилителями, что неверно. Для настоящей оцифровки с аналогового сигнала снимают отсчеты уровня с частотой квантования, не мене чем вдвое большей наивысшей из воспроизводимых частот, величина каждого отсчета записывается помехоустойчивым кодом и сохраняется для дальнейшего использования. УМЗЧ класса D – импульсные. В них аналог непосредственно преобразуется в последовательность широтно-модулированных импульсов (ШИМ) высокой частоты, которая и подается на динамик через фильтр низких частот (ФНЧ).

Звук класса D с Hi-Fi не имеет ничего общего: КНИ в 2% и динамика в 55 дБ для УМЗЧ класса D считаются очень хорошими показателями. И TDA7482 здесь, надо сказать, выбор не оптимальный: другие фирмы, специализирующиеся на классе D, выпускают ИМС УМЗЧ дешевле и требующие меньшей обвязки, напр., D-УМЗЧ серии Paxx, справа на рис.

Из TDAшек следует отметить 4-канальную TDA7385, см. рис., на которой можно собрать хороший усилитель для колонок до среднего Hi-Fi включительно, с разделением частот на 2 полосы или для системы с сабвуфером. Расфильтровка НЧ и СЧ-ВЧ в том и другом случае делается по входу на слабом сигнале, что упрощает конструкцию фильтров и позволяет глубже разделить полосы. А если акустика сабвуферная, то 2 канала TDA7385 можно выделить под суб-УНЧ мостовой схемы (см. ниже), а остальные 2 задействовать для СЧ-ВЧ.

УМЗЧ для сабвуфера

Сабвуфер, что можно перевести как «подбасовик» или, дословно, «подгавкиватель» воспроизводит частоты до 150-200 Гц, в этом диапазоне человеческие уши практически не способны определить направление на источник звука. В АС с сабвуфером «подбасовый» динамик ставят в отельное акустическое оформление, это и есть сабвуфер как таковой. Сабвуфер размещают, в принципе, как удобнее, а стереоэффект обеспечивается отдельными СЧ-ВЧ каналами со своими малогабаритными АС, к акустическому оформлению которых особо серьезных требований не предъявляется. Знатоки сходятся на том, что стерео лучше все же слушать с полным разделением каналов, но сабвуферные системы существенно экономят средства или труд на басовый тракт и облегчают размещение акустики в малогабаритных помещениях, почему и пользуются популярностью у потребителей с обычным слухом и не особо взыскательных.

«Просачивание» СЧ-ВЧ в сабвуфер, а из него в воздух, сильно портит стерео, но, если резко «обрубить» подбасы, что, кстати, очень сложно и дорого, то возникнет очень неприятный на слух эффект перескока звука. Поэтому расфильтровка каналов в сабвуферных системах производится дважды. На входе электрическими фильтрами выделяются СЧ-ВЧ с басовыми «хвостиками», не перегружающими СЧ-ВЧ тракт, но обеспечивающими плавный переход на подбас. Басы с СЧ «хвостиками» объединяются и подаются на отдельный УМЗЧ для сабвуфера. Дофильтровываются СЧ, чтобы не портилось стерео, в сабвуфере уже акустически: подбасовый динамик, ставят, напр., в перегородку между резонаторными камерами сабвуфера, не выпускающими СЧ наружу, см. справа на рис.

К УМЗЧ для сабвуфера предъявляется ряд специфических требований, из которых «чайники» главным считают возможно большую мощность. Это совершенно неправильно, если, скажем, расчет акустики под комнату дал для одной колонки пиковую мощность W, то мощность сабвуфера нужна 0,8(2W) или 1,6W. Напр., если для комнаты подходят АС S-30, то сабвуфер нужен 1,6х30=48 Вт.

Гораздо важнее обеспечить отсутствие фазовых и переходных искажений: пойдут они – перескок звука обязательно будет. Что касается КНИ, то он допустим до 1% Собственные искажения басов такого уровня не слышны (см. кривые равной громкости), а «хвосты» их спектра в лучше всего слышимой СЧ области не выберутся из сабвуфера наружу.

Во избежание фазовых и переходных искажений усилитель для сабвуфера строят по т. наз. мостовой схеме: выходы 2-х идентичных УМЗЧ включают встречно через динамик; сигналы на входы подаются в противофазе. Отсутствие фазовых и переходных искажений в мостовой схеме обусловлено полной электрической симметрией путей выходного сигнала. Идентичность усилителей, образующих плечи моста, обеспечивается применением спаренных УМЗЧ на ИМС, выполненных на одном кристалле; это, пожалуй, единственный случай, когда усилитель на микросхемах лучше дискретного.

Примечание: мощность мостового УМЗЧ не удваивается, как думают некоторые, она определяется напряжением питания.

Пример схемы мостового УМЗЧ для сабвуфера в комнату до 20 кв. м (без входных фильтров) на ИМС TDA2030 дан на рис. слева. Дополнительная отфильтровка СЧ осуществляется цепями R5C3 и R’5C’3. Площадь радиатора TDA2030 – от 400 кв. см. У мостовых УМЗЧ с открытым выходом есть неприятная особенность: при разбалансе моста в токе нагрузки появляется постоянная составляющая, способная вывести из строя динамик, а схемы защиты на подбасах часто глючат, отключая динамик, когда не надо. Поэтому лучше защитить дорогую НЧ головку «дубово», неполярными батареями электролитических конденсаторов (выделено цветом, а схема одной батареи дана на врезке.

Немного об акустике

Акустическое оформление сабвуфера – особая тема, но раз уж здесь дан чертеж, то нужны и пояснения. Материал корпуса – МДФ 24 мм. Трубы резонаторов – из достаточно прочного не звенящего пластика, напр., полиэтилена. Внутренний диаметр труб – 60 мм, выступы внутрь 113 мм в большой камере и 61 в малой. Под конкретную головку громкоговорителя сабвуфер придется перенастроить по наилучшему басу и, одновременно, по наименьшему влиянию на стереоэффект. Для настройки трубы берут заведомо большей длины и, задвигая-выдвигая, добиваются требуемого звучания. Выступы труб наружу на звук не влияют, их потом отрезают. Настройка труб взаимозависима, так что повозиться придется.

Усилитель для наушников

Усилитель для наушников делают своими руками чаще всего по 2-м причинам. Первая – для слушания «на ходу», т.е. вне дома, когда мощности аудиовыхода плеера или смартфона не хватает для раскачки «пуговок» или «лопухов». Вторая – для высококлассных домашних наушников. Hi-Fi УМЗЧ для обычной жилой комнаты нужен с динамикой до 70-75 дБ, но динамический диапазон лучших современных стереонаушников превышает 100 дБ. Усилитель с такой динамикой стоит дороже некоторых автомобилей, а его мощность будет от 200 Вт в канале, что для обычной квартиры слишком много: прослушивание на сильно заниженной против номинальной мощности портит звук, см. выше. Поэтому имеет смысл сделать маломощный, но с хорошей динамикой отдельный усилитель именно для наушников: цены на бытовые УМЗЧ с таким довеском завышены явно несуразно.

Схема простейшего усилителя для наушников на транзисторах дана на поз. 1 рис. Звук – разве что для китайских «пуговок», работает в классе B. Экономичностью тоже не отличается – 13-мм литиевых батареек хватает на 3-4 часа при полной громкости. На поз. 2 – TDAшная классика для наушников «на ход». Звук, впрочем, дает вполне приличный, до среднего Hi-Fi смотря по параметрам оцифровки трека. Любительским усовершенствованиям обвязки TDA7050 несть числа, но перехода звука на следующий уровень классности пока не добился никто: сама «микруха» не позволяет. TDA7057 (поз. 3) просто функциональнее, можно подключать регулятор громкости на обычном, не сдвоенном, потенциометре.

УМЗЧ для наушников на TDA7350 (поз. 4) рассчитан уже на раскачку хорошей индивидуальной акустики. Именно на этой ИМС собраны усилители для наушников в большинстве бытовых УМЗЧ среднего и высокого класса. УМЗЧ для наушников на KA2206B (поз. 5) считается уже профессиональным: его максимальной мощности в 2,3 Вт хватает и для раскачки таких серьезных изодинамических «лопухов», как ТДС-7 и ТДС-15.

Профессиональный УМЗЧ своими руками

После знакомства с конструктором Новосибирского завода "Ноэма" Владимиром Перепелкиным, меня заинтересовала схема его разработки. На выбор конструкции так же повлияли результаты сравнения с другими УМЗЧ различного класса. Сразу оговорюсь, я не сравнивал, но мнению людей, проводивших сравнение, я доверяю. Несмотря на то, что этот УМ создан для профессионального применения, где казалось бы нужно только лишь "чтобы бухало погромче", он имеет отличный звук, гораздо более высокого качества чем Бриги, Брагины и т.д.

В этом УМЗЧ применена модульная конструкция, если можно так назвать. Т.е. он разделен на два логически завершенных блока: усилитель напряжения и выходной мощный повторитель. Это позволяет при необходимости или ради ксперимента применять различную схемотехнику данных узлов. Можно комбинировать ламповый усилитель напряжения и транзисторный выходной каскад. Так же, выходной каскад может быть выполнен как на биполярных транзисторах, так и на MOSFET.

Так как в лампах я, мягко говоря, не силен, мною был выбран транзисторный вариант усилителя напряжения, и биполярный выходной каскад (который опять же по отзывам, звучит лучше MOSFETа). И хотелось повторить вариант, максимально приближенный к авторскому исполнению.

Cхема усилителя напряжения показана здесь:

Из особенностей УН:
симметричный входной диффкаскад,
индуктивная коррекция в первом каскаде,
а также, инвертирующее включение.
NFB - цепь ООС, подключается к выходу повторителя, Out - выход УН. Напряжение питания +-U желательно сделать на 5-7В больше, чем напряжение питания выходного повторителя, это позволит максимально использовать источник питания. Хотя у меня применено такое же (+-75В).

Из особенностей мощного выходного повторителя:
оригинальная система термостабилизации тока покоя (транзисторы VT1, VT2),
высокоэффективная система защиты выходных транзисторов от токовых перегрузок, с самовосстановлением (VT3, VT4, описание - номер 3).

Хоть я и не являюсь сторонником оценки качества звучания по ТТХ, все же пара слов о характеристиках УМЗЧ.
мощность - порядка 500Вт на нагрузке 4Ом,
диапазон воспроизводимых частот далеко за пределами звукового диапазона. УМ без каких-либо искажений воспроизводит синус 100кГц,
Кни - порядка 0.01%,
входное сопротивление 2кОм.

Некоторые возможные замены деталей.
вместо BC546 BC556 допустимо применить BC182 BC212 или отечественные кт3102 кт3107,
быстрые диоды BAV21 допустимо заменить на 1N4937 или 1N4936,
шоттки 1N5817 заменимы на любые из этой серии, с допустимым током 1А,
стабилитроны 1N4744 можно заменить на любые на 15В, с допустимым током более 20мА,
транзисторы VT9 VT10 желательно ставить с граничной частотой не более 50мГц, иначе возможно самовозбуждение,
выходные транзисторы можно поставить любые импортные для аудио, однако примененные 2SC4793 2SA5200 производства TOSHIBA имеют отличные характеристики, при достаточно низкой цене - 100р. за комплементарную пару.
VT1 VT2 выходного каскада можно заменить на 2SA1837 2SC4793.

Для тех, кому мощность 500Вт кажется избыточной - ее очень легко уменьшить. Для этого необходимо только снизить напряжение питания до необходимого уровня, уменьшить количество выходных транзисторов (при +-50В достаточно 2 пар, мощность при этом будет порядка 180Вт на 4 ома), и уменьшить пропорционально значения гасящих резисторов R1-R2, R11-R14. Все остальные режимы от напряжения питания НЕ ЗАВИСЯТ.

Конструктивно УМЗЧ выполнен на двух платах - УН и основная. Плата усилителя напряжения впаивается в основную на ножках, также можно сделать разъем.

На основной плате смонтированы все выходные транзисторы, разъем под УН, а также на входе сделан повторитель на ОУ. ВАЖНО!!! В данном УМЗЧ не допускается оставлять вход усилителя напряжения НЕ ПОДКЛЮЧЕННЫМ. Это может привести к возбуждению и следовательно выгоранию выхода. Именно по этой причине поставлен повторитель на ОУ, можно использовать каскад на полевом транзисторе.

Между выравнивающими резисторами выходных транзисторов на свободном месте предусмотрена установка до 6 шт. конденсаторов по питанию (3 шт. на плечо).
Транзисторы VT1 VT2 повторителя установлены непосредственно на выходных транзисторах соответствующей половинки.

Настройка УМЗЧ сводится к проверке правильности сборки и установке тока покоя 100-150ма на пару транзисторов подбором резисторов R2 R3 выходного повторителя.

Блок питания УМЗЧ выполнен на основе трансформатора ТСА-320, перемотаны все обмотки:
первичная намотана проводом 1.18мм и содержит 2х290 витков,
вторичная - провод 1.5мм - 2х130 витков.
Выпрямитель - любые мощные, желательно быстрые диоды, например, кд2999. Емкость конденсаторов БП не менее 10000мкф на плечо, но лучше побольше.

Транзисторный УМЗЧ с дифкаскадом (ДК) на входе традиционно строится по трех каскадной схеме: ДК входной усилитель напряжения; усилитель напряжения; выходной двух тактный усилитель тока. При этом наибольший вклад в спектр искажений вносит именно выходной каскад. Это, в первую очередь, искажения типа "ступенька", коммутационные искажения, усугубляемые наличием сопротивлений в эмиттерных (истоковых) цепях, а также тепловые искажения, которым до недавних пор не придавали должного внимания. Все эти искажения, будучи сдвинутыми по фазе в цепях отрицательной обратной связи, способствуют формированию широкого спектра гармоник (вплоть до 11 й). Это и обусловливает в ряде неудачных разработок характерное транзисторное звучание.

По всем каскадам на сегодняшний день накоплен огромный набор схемотехнических решений от простых несимметричных каскадов до сложных полностью симметричных. Тем не менее, поискирешений продолжаются. Искусство схемотехники в том и заключается, чтобы простыми решениями добиться хорошего результата. Одно из таких удачных решений опубликовано в . Авторы отмечают, что режим работы наиболее распространенных выходных каскадов с общим коллектором задается напряжением на эмиттерных переходах, которое сильно зависит как от тока коллектора, так и от температуры. Если в маломощных эмиттерных повторителях можно стабилизировать напряжение база эмиттер путем стабилизации тока коллектора , то в мощных выходных каскадах класса АВ это сделать практически невозможно.

Схемы термостабилизации с термочувствительным элементом(чаще всего транзистор) даже при установке последнего на корпусодного из выходных транзисторов инерционны и могут отслеживать только среднее изменение температуры кристалла, но не мгновенное, что приводит кдополнительной модуляции выходного сигнала. В ряде случаев схемы термостабилизации являются источником мягкого возбужденияили подвозбуждения, что тоже придает звучанию определенное окрашивание. Для принципиального решения этой проблемыавторы предложили выполнить выходной каскад по схеме с ОЭ (идея не нова, см. например ). В результате, в отличие от традиционного трех каскадного построения (каждый каскад со своей частотой среза и своим с пектром гармоник), получился всего двухкаскадный усилитель. Его упрощенная схема показана на рис.1.

Первый каскад выполнен по традиционной схеме ДК с нагрузкой в виде токового зеркала. Симметричный съем сигнала с ДК с помощью токового зеркала (встречная динамическая нагрузка) позволяет получить вдвое большее усиление с одновременным уменьшением шумов. Выходное сопротивление каскада при таком съеме сигнала достаточно высокое, что обусловливает его работу в режиме генератора тока. В этом случае ток вцепи нагрузки (базы транзистора VT8 и эмиттера транзистора VT7)мало зависит от входного сопротивления и определяется, в основном, внутренним сопротивлением источника тока. Эмиттерные токи транзисторов VT8, VT9 являются базовыми для транзисторов VT10, VT11. Генератор тока I2 и схема сдвига уровня на транзисторах VT5 VT7 задают и стабилизируют начальный ток транзисторов VT8 VT11 независимо от их температуры.

Рассмотрим подробнее работу схемы управления током выходных транзисторов. Переходы база эмиттер транзисторов VT5 VT8 образуют между выходом источника тока I2 и базой транзистора VT10 две параллельные цепи. Это не что иное, как сложный масштабный отражатель тока. Принцип работы простейшего отражателя тока основан на том, что конкретному значению тока коллектора (эмиттера) соответствует вполне определенное падение напряжения на его базо эмиттерном переходе и наоборот, т.е. если это напряжение приложить к базо эмиттерному переходу другого транзистора с такими же параметрами, то его ток коллектора будет равен току коллектора первого транзистора. Правая цепь (VT7, VT8) состоит из базо эмиттерных переходов с разными токами коллектора (эмиттера). Чтобы заработал принцип "отражателя тока" левая цепь должна быть зеркальной по отношению к правой,т.е. содержать идентичные элементы. Для того чтобы ток коллектора транзистора VT6 (он же ток генератора тока I2) соответствовал току коллектора транзистора VT8, падение напряжения на базо эмиттерном переходе транзистора VT5, в свою очередь, должно быть равно падению напряжения на базо эмиттерном переходе транзистора VT7.

Для этого в реальной схеме (рис.2) транзистор VT5 заменен составным транзистором по схеме Шиклаи. На основании выше изложенного напрашивается выполнение следующих условий:

статические коэффициенты передачи тока транзисторов VT7, VT8, VT11 (VT12) должны быть равны;
статические коэффициенты передачи тока транзисторов VT9 и VT10 также должны быть равны между собой, а еще лучше, если все 6 транзисторов (VT7 VT12) будут иметь одинаковые характеристики, что трудно выполнимо при ограниченном количестве транзисторов, имеющихся в наличии;
в качестве транзисторов VT8, VT9 необходимо отобрать транзисторы с минимальным базо эмиттерным напряжением (с учетом разброса параметров), поскольку эти транзисторы работают при пониженном напряжении эмиттер коллектор;
произведения статических коэффициентов передачи тока транзисторов VT11, VT13 и VT12, VT14 также должны быть близкими.

Таким образом, если мы хотим задать ток коллектора транзисторов VT13, VT14 равным 100 мА и имеем выходные транзисторы с h21э=25, то ток генератора тока на транзисторе VT6 должен составлять: Iк(VT6)/h21э=100/25=4 мА, что и определяет сопротивление резистора R11 около 150Ом (0,6 В/0,004 А=150 Ом).

Поскольку выходной каскад управляется выходным током ДК, общий эмиттерный ток смещения выбран достаточно большим около 6 мА (определяется резистором R6), он же определяет и максимально возможный выходной ток ДК. Отсюда можно рассчитать и максимальный выходной ток усилителя. Например, если произведение коэффициентов усиления по току выходных транзисторов равно 1000, то максимальный выходной ток усилителя будет близок к 6 А. Для заявленного максимального выходного тока 15 А коэффициент усиления выходного каскада по току должен быть соответственно не менее 2500, что вполне реально. Более того, с целью повышения нагрузочной способности ДК общий эмиттерный ток смещения можно увеличить до 10 мА, уменьшив сопротивление резистора R6 до 62 Ом.

В приведены следующие технические характеристики усилителя:

Выходная мощность в полосе до 40 кГц на нагрузке 8 Ом- 40 Вт.
Импульсная мощность на нагрузке 2 Ом- 200 Вт.
Амплитудное значение неискаженного выходного тока- 15 А.
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц (1 Вт и 30 Вт, рис.3)- 0,01%
Скорость нарастания выходного напряжения- 6 В/мкс
Коэффициент демпфирования, не менее- 250

График зависимости коэффициента гармоник при выходной мощности 1 Вт (кривая а) и при выходной мощности 30 Вт (кривая b) на нагрузке 8 Ом показан на рис.3. В комментариях к схеме утверждается, что усилитель имеет высокую стабильность, в нем отсутствуют "переключательные искажения", а также гармоники высших порядков.

Прежде чем собрать опытный образец усилителя схема была смакетирована виртуально и исследована с помощью программы Multisim 2001. Поскольку в базе данных программы не оказалось указанных в схеме выходных транзисторов, они были заменены ближайшими аналогами отечественных транзисторов КТ818, КТ819. Исследования схемы (рис.4) дали результаты, несколько отличные от приведенных в . Нагрузочная способность усилителя оказалась ниже заявленной, а коэффициент гармоник более чем на порядок хуже. Недостаточным оказался и коэффициент запаса по фазе всего 25°. Наклон АЧХ в районе 0 дБ близок к 12 дБ/окт., что также говорит о недостаточной устойчивости усилителя.

В целях опытной проверки был собран макет усилителя иустановлен в гитарный комбик рок группы "Афазия". Для увеличения устойчивости усилителя емкость коррекции увеличена до 2,2 нФ. Натурные испытания усилителя в сравнении сдругими усилителями подтвердили его достоинства и усилитель получил высокую оценку музыкантов.

Технические параметры усилителя

Полоса пропускания на уровне 3 дБ-15 Гц-190 кГц
Коэффициент гармоникна частоте 1 кГц (25 Вт, 8 Ом)-0,366%
Частота единичного усиления-3,5 МГц
Запас по фазе- 25°

Строго говоря, приведенные рассуждения по поводу токового управления выходным каскадом справедливы для усилителя с разомкнутой ООС. При замкнутой ООС в соответствии с ее глубиной уменьшается не только выходное сопротивление усилителя в целом, но и всех его каскадов, т.е. они посути начинают работать как генераторы напряжения.

Поэтому с целью получения заявленных в технических характеристик усилитель был доработан до вида рис.5, а результат его исследования приведен на рис.6. Как видно из рисунка, в схему добавлено всего два транзистора, которые образуют двухтактный гибридный повторитель класса А. Введение буферного каскада с высокой нагрузочной способностью позволило более эффективно использовать усилительные свойства ДК по напряжению и существенно повысить нагрузочную способность усилителя в целом. Увеличение усиления с разорванной ООС благоприятно сказалось и на уменьшении коэффициента гармонических искажений.

Увеличение емкости коррекции с 1 нФ до 2,2 нФ хоть и сузило полосу пропускания сверху до 100 кГц, но зато увеличило запас по фазе на 30° и обеспечило наклон АЧХ в области единичного усиления 6 дБ/окт., что гарантирует хорошую устойчивость усилителя.

В качестве испытательного сигнала на вход усилителя подавался сигнал типа "меандр" частотой 1 кГц (калибровочный сигнал от осциллографа). Выходной сигнал усилителя неимел ни завала фронтов, ни выбросов на фронтах сигнала,т.е. полностью соответствовал входному.

Технические характеристики доработанного усилителя

Полоса пропускания на уровне 3 дБ- 8 Гц-100 кГц
Частота единичного усиления- 2,5 МГц Запас по фазе- 55°
Коэффициент усиления- 30 дБ
Коэффициент гармоник на частоте1 кГц (25 Вт, 8 Ом)- 0,007%
Коэффициент гармоник на частоте1 кГц (50 Вт, 4 Ом)- 0,017%
Коэффициент гармоник при Ku=20 дБ- 0,01%

С целью натурных испытаний доработанного усилителя было изготовлено два образца в габаритах платы усилителя "Лорта 50У 202С" (он же "Амфитон 001") и установлено в указанный усилитель. Одновременно был доработан регулятор громкости в соответствии с .

В результате доработки хозяин усилителя полностью отказался от регулятора тембра, а натурные испытания показали его явное преимущество над прежним усилителем. Звучание инструментов стало более чистым и натуральным, сталичетче формироваться кажущиеся источники звука (КИЗ), онистали как бы более "осязаемыми". Заметно повысилась и неискаженная выходная мощность усилителя. Термостабильность усилителя превзошла все ожидания. После двухчасового испытания усилителя на выходной мощности, близкой к максимальной, боковые теплоотводы оказались практически холодными, в то время как с прежними усилителями дажев отсутствие сигнала усилитель, будучи оставленным вовключенном состоянии, достаточно сильно разогревался.

Конструкция и детали
Плата (с элементами на просвет) усилителя, предназначенного для установки в усилитель "Лорта", показана на рис.7. В плате предусмотрены места для установки диодного моста и резистора R43 из старой схемы, а также места для установки токо выравнивающих базовых и эмиттерных резисторов для спаренных выходных транзисторов. В нижней части платы зарезервированы места для установки элементов активного источника тока (АИТ) в виде отражателя тока, состоящего из токо задающего резистора сопротивлением 75 кОм с выхода УМ, двух транзисторов типа КТ3102Б и двух резисторов по 200 Ом для активного выключения нижнего плеча усилителя (в опытном образце не устанавливались). Конденсаторы С4, С6 типа К73 17. Емкость конденсатора С2 можно безболезненно увеличить до 1 нФ, при этомчастота среза входного фильтра НЧ будет 160 кГц.

Транзисторы VT13, VT14 снабжены небольшими алюминиевыми флажками толщиной 2 мм. Транзисторы VT8 и VT12для лучшей термостабилизации усилителя установлены пообе стороны общего флажка, причем транзистор VT8 черезслюдяную прокладку или эластичный тепло проводящий изолятор типа "Номакон Gs" ТУ РБ 14576608.003 96. Что касается параметров транзисторов, то они подробно оговорены выше. В качестве транзисторов VT1, VT5 можно использовать транзисторы КТ503Е, а вместо транзисторов VT2, VT3 транзисторы типа КТ3107 с любым буквенным индексом. Желательно, чтобы статические коэффициенты усиления тока транзисторов были попарно равны с разбросом не более 5%, а коэффициенты усиления транзисторов VT2, VT4 были несколько больше или равны коэффициентам усиления транзисторов VT1, VT5.

В качестве транзисторов VT3, VT6 можно использовать транзисторы типов КТ815Г, КТ6117А, КТ503Е, КТ605. Транзисторы VT8, VT12 можно заменить транзисторами типа КТ626В. При этом транзистор VT12 крепится на флажок, атранзистор VT8 на транзистор VT12. Под головку винта состороны транзистора VT8 следует подложить тексто литовую шайбу. В качестве транзистора VT10 из отечественных полевых транзисторов наилучшим образом подходит транзистор типа КП302А, 2П302А, КП307Б(В), 2П307Б(В). Желательно подобрать транзисторы с начальным током стока 7-12 мА и напряжением отсечки в пределах (0,8-1,2) В. Резистор R15 типа СП3 38б. Транзисторы VT15, VT16 можно заменить соответственно КТ837 и КТ805, а также КТ864 и КТ865 с более высокочастотными характеристиками. Плата разрабатывалась для установки спаренных выходных транзисторов (КТ805, КТ837). Для этой цели в плате предусмотрены места для установки как базовых (2,2-4,3 Ом), так и эмиттерных (0,2-0,4 Ом) токо выравнивающих резисторов. В случае установки одиночных выходных транзисторов вместо токо выравнивающих резисторов следует запаять перемычки или сразу распаять провода выходных транзисторов в соответствующие места платы. Вопытном образце оставлены "родные" выходные транзисторы, только их пришлось поменять местами.

В усилителе желательно увеличить емкости по питанию (в исходном усилителе в каждом плече по 2.2200 мкФ.50 В) Как минимум, желательно добавить в каждое плечо еще по 2200 мкФ, а еще лучше заменить конденсатором 10000мкФ. 50 В. На 50 В зарубежные конденсаторы относительно дешевы.

Налаживание
Прежде чем подключать выходные транзисторы, необходимо временно припаять на место базо эмиттерных переходов выходных транзисторов любые диоды средней мощности (например, КД105, КД106), подать питание на плату и, не подключая нагрузку, убедиться, что усилитель отрабатывает среднюю точку. Подайте на вход усилителя сигнал и убедитесь с помощью осциллографа, что на "холостом ходу" он усиливается без искажений и возбуждения. Это говорит оправильности монтажа и исправности всех элементов усилителя. Только после этого можно впаять выходные транзисторы и приступить к установкеих тока покоя.

Для установки тока покоя необходимо выставить движок резистора R15 в нижнее по схеме положение, снять предохранитель в одном из плеч усилителя и вместо него включить амперметр. Ток потребления выставляют под строечным резистором R15 в пределах 110-130 мА (с учетом тока ДК около 6 мА и тока буферного повторителя около 3-5 мА). Затем проверяют чувствительность усилителей и при необходимости корректируют резисторы ОС.

После этого можно приступать к различным исследованиям, если, конечно, позволяет оборудование лаборатории радиолюбителя. Для этой цели можно воспользоваться прямым входом усилителя, сняв с него заглушку перемычку на задней стенке усилителя.

Литература

Дайджест УМЗЧ//Радиохобби. 2000. №1. С.8 10.
Петров А. Сверхлинейный ЭП с высокой нагрузочной способностью//Радіоаматор. 2002. №4. С.16.3.
Дорофеев М. Режим В в усилителях мощности ЗЧ//Радио. 1991. №3. С.53 56.
Петров А. Доработка регулятора громкости усилителя "Лорта 50У 202С"//Радіоаматор. 2000. №3. С.10

Главная » Работа с CD/DVD » Умзч класса ав без тепловых искажений. Простой высококачественный умзч Последние разработки умзч на транзисторах