Проекты :: Усилители :: Профессиональный УМЗЧ своими руками.

Профессиональный УМЗЧ своими руками.15/07/2006

Часть 1. Краткое описание и сборка.

После долгих экспериментов с различными схемами УМ из различных источников (в основном это массовая радиолитература), от микросхем до "Брагина", параллельного и термостабильного "Агеева", достаточно сложного "Сухова" и прочих, мне захотелось сконструировать что-нибудь особенное, отличное от "Радио"мурзилки.

И вот, 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 эксперимента 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 (что и было описано здесь).

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. Хотя, на самом деле, авторский вариант - это выходной каскад с двумя уровнями питания +-45В и +-90В.

Если вы вдруг заинтересовались этой конструкцией, то - прежде чем делать внимательно прочитайте всю статью до конца. Т.к. в процессе выявились некоторые моменты, важные для правильного функционирования усилителя.


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 можно сделать на 5-7В больше, чем напряжение питания выходного повторителя и стабилизировать. Хотя у меня применено такое же (+-75В).


Схема мощного выходного повторителя приведена здесь. Из особенностей:

  • 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.

Транзисторы VT1 и VT5, а также VT2 и VT6 подогнуты так, чтобы касались друг друга. Сделано это для термостабилизации. Сразу я это не учел, поэтому пришлось вот так хитро их загнуть. В следующей плате переделаю, чтобы стояли рядом.

Рисунок печатной платы УН (JPG).
Рисунок печатной платы УН (PCAD2001).


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.
Схема примененного мной повторителя.



Первоначально место для ОУ на плате делал под корпус DIP8 (оу AD744), но потом решил поставить AD825, а он в SOIC8, поэтому пришлось так хитро впаивать. Во втором канале переделаю.



Радиаторы пока такие, плюс к ним кулеры от компьютерного БП (при необходимости).

Рисунок основной печатной платы (PCAD2001).

Между выравнивающими резисторами выходных транзисторов на свободном месте предусмотрена установка до 6 шт. конденсаторов по питанию (3 шт. на плечо) - на фото не показаны. Транзисторы VT1 VT2 (установка тока покоя выходных транзисторов) 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.

Полный архив схем плат и рисунков можно скачать ЗДЕСЬ (432kb).


Часть 2. Запуск и настройка.

Итак, все детали смонтированы, платы собраны в единый блок. Настало время первого включения.

Выходные транзисторы усилителя напряжения необходимо дополнить радиаторами. Я использовал пластину 3мм размером 30х70мм, изогнутую буквой "П", для каждого транзистора.

Первое включение целесообразно выполнить при неполном напряжении питания. Я использовал источник напряжением +-35В. Предохранители по питанию на 1А. А также ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО с первичной обмоткой трансформатора рекомендуется включить лампочку на 220В мощностью 200Вт. Это, в случае каких-либо неисправностей, "спасет" мощные выходные транзисторы от выхода из строя.

Места на плате для конденсаторов по питанию хватило только для 330мкфх100В - по два штуки. На третье место необходимо включить RC-цепь из резистора 3Ом 1Вт и конденсатора 0.1мкф. Вот как это примерно выглядит:

В связи с тем, что питание временно +-35В, необходимо изменить номиналы некоторых резисторов. Это:

  • R1,R2 усилителя напряжения - вместо 12к необходимо поставить 8.2к.
  • R11,R12 выходного каскада - вместо 4.7к ставим 1.1к 1Вт.
  • R13,R14 выходного каскада - не впаиваем.

Итак, после того как подключили цепи питания, источник сигнала - генератор НЧ, еще раз убедимся в отсутствии ошибок подключения и монтажа.

После включения питания - необходимо проверить потребляемый усилителем ток. У меня он составил около 80мА на каждую половинку питания.

Подаем с генератора сигнал на вход, контролируя выходной сигнал на осцилографе. У меня при амплитуде выходного напряжения более 10В наблюдалось возбуждение усилителя, для устранения которого необходимо увеличить C8, C9 на плате УН до 33пФ. После этого все пришло в норму.

Выставляем ток покоя. Для установки тока покоя необходимо подобрать резисторы R2, R3 выходного каскада, для увеличения тока покоя их необходимо уменьшать. У меня получилось при токе 85мА на каждую пару выходников 1.39кОм (1к+390Ом последовательно) - больше я выставлять не стал, т.к. радиаторы пока стоят хиловатые, рекомендуется ставить 100-150мА на каждую пару выходников.

Еще раз убедимся с помощью осциллографа в отсутствии подвозбуда на пиках синусоиды при различных уровнях сигнала. Ограничение должно наступать симметрично для обеих полуволн. Вход и выход из ограничения также должны быть без подвозбуждения. Меняем предохранители с 1А на 3-х амперные и проделываем то же самое при подключенном эквиваленте нагрузки (мощный резистор сопротивлением 4-8Ом). Чтобы не сжечь, резистор можно положить в сосуд с водой.

Проверка системы защиты выглядит следующим образом.
1. Отключаем нагрузочный резистор.
2. Устанавливаем на выходе сигнал 25-30В.
3. В качестве нагрузки используем резистор 0.1Ом, наблюдая осциллографом форму сигнала на нем - это должны быть тонкие всплески, больше похожие на "иглы".

Последний шаг. Подключаем акустическую систему и наслаждаемся полученным результатом.


Часть 3. Перевод усилителя на +-75В питания.

Итак, первое что нам понадобится - это конечно сам источник питания +75В.

Для повышения напряжения питания усилителя необходимо проделать очень мало - всего то заменить несколько резисторов. А именно:

  • резисторы R1 и R2 усилителя напряжения ставим 12к на 0.5Вт;
  • резисторы R11 и R12 выходного каскада ставим 4.7к на 1Вт;
  • так же впаиваем резисторы R13 и R14 выходного каскада - 4.7к на 1Вт;
Вот и всё. А ты думал? Это же не Сухо-Брагино-Агеев, а профессиональный аппарат, где схемотехника отточена для повторяемости и производства в промышленных кол-вах на все 110%. Здесь даже ток покоя не зависит от напряжения питания :-)

Первое включение на повышенном питании как и прежде рекомендуется производить, включив обычную лампочку накаливания в цепь первичной обмотки трансворматора (береженого как говорится ...). Просто для того, чтобы подстраховаться. Проверим ток покоя - должен остаться таким, каким выставляли первоначально - 100-150мА на каждую пару выходников.

Ещё один важный момент. Раньше я как-то упустил это из виду. Необходимо уменьшить эммитерные резисторы транзисторов выходного каскада. На схеме показано по 2штуки 1Ом 1Вт на каждый транзистор. Необходимо установить по 4 таких резистора. У меня на плате получилось что они стоят друг над другом. Если этого не сделать - слишком маленьким будет ток короткого замыкания - т.е. ток срабатывания защиты. При эмиттерных резисторах 0.25ом - ток срабатывания защиты примерно равен 2А на транзистор - итого 8А на весь усилитель. Хотя, как говорит сам автор - даже 0.25Ома многовато - желательно 0.15Ом. При питании +-40В этого достаточно, а вот при +-75В могут появиться проблемы с преждевременным срабатыванием. Но, во-первых, у меня и так работает, а во-вторых - это тестовый экземпляр. Полный усилитель буду делать под конкретный корпус - желательно конечно RACK 19" - осталось еще его найти где бы подешевле ...

Ну и теперь уже точно последний шаг - подключаем акустическую систему и наслаждаемся полученным результатом.

P.S. Для тех, кому 450Вт кажется "многовато" - есть упрощенный вариант - читайте тут.


Статья вроде как закончена, но есть одно НО. За это время сам Владимир Перепелкин внес достаточно значительные изменения в усилитель напряжения. И в выходном каскаде, как оказалось, желательно применять все таки тройки транзисторов в повторителе. Так что в следующий раз делать будем новую версию усилителя. Но об этом чуть позже и в следующей статье ... Материал о проффесиональном УМЗЧ своими руками будет пополняться. В следующий раз дополним усилитель клиплимитером, датчиком срабатывая клиплимитера, входным балансным усилителем (для получения симметричного входа) - это все конечно при желании можно и не делать ... но у нас ведь вроде как профессиональный усилитель? Так же (... когда-нибудь ...) сделаю мощный усилитель с двухуровневым питанием на полевиках для сабвуфера.


P.P.S. В качестве управления, защиты и прочих "наворотов", совместно с данным УМЗЧ предполагается использовать систему с микроконтроллерным управлением. Остается только найти хороший корпус ... но это уже следущая история.

написал: webmaster
Комментарии

Дмитрий  06/03/2011 23:09
Здравствуйте! Собрал этот УМЗЧ. Впечатляет! Пока питаю от 35В, а что если его запитать от импульсника на 75В (с финансами не очень). Не подскажете какую-нибудь-хорошую схему?

игорь  19/02/2011 01:43
Здравствуйте! у меня есть два усилка peavey cs800 убитых хочу на базе их питания, корпуса, радиаторов сделать прилично звучащий аппарат. питание там + - 81v возможно ли использовать описанную схему в условиях тура, и сколько будет стоить 1канал в сборе?

Demon970  07/12/2010 00:39

Я собираю один канал для сабвуфера.


Demon970  07/12/2010 00:31

Здравствуйте!Меня очень заинтересовал данный УНЧ,ответьте пожалуйста,Вы переразвели печатку УН?


Оставить сообщение
Имя:                                                        E-mail:
 

Сообщение

Антибот (введите 11*1*11, заменив "*" на "-"):