Главная :: Усилители:: Гибридный УМЗЧ - УНЛ2П4.2006-07-15

Часть 1. История создания гибридного усилителя.

Извилист и тернист путь . Началось все с УМЗЧВВ. Повторив его, я лет 8 пребывал в состоянии легкой эйфории . Как же - вот усилитель! Параметры у него ого-го! Слушал звук и думал про параметры. Ах, какие параметры, сказка. Пока в статье Агеева про Сверхлинейный не проскользнуло, что усилитель Витушкина заметно лучше. Сомнения поселились во мне. Я стал пытать УМЗЧВВ. Чего я только не увидел - и пилу на 100кгц, и коммутационные искажения. Попытался его усовершенствовать. Применил Агеевский симметричный усилитель на основе сломанного каскода. Нормировал его усиление нагрузочным резистором - пила исчезла. Коммутационные искажения убрал применением плавающего смещения. Применил раздельное питание симметричного усилителя и выходного повторителя. Заменил транзисторы на импортные. Коммутационные искажения и без плавающего смещения исчезли. Звук значительно улучшился. Сделал его в стерео варианте. Качество звука акустики уже не устраивало. Заменил в С90 динамики СЧ и ВЧ на импорт. Применил фильтр первого порядка. При прослушивании фильтр первого порядка уверенно обыграл третий порядок, который изначально был в С90. Слушал усилитель в течение года. Звучало вроде нормально. Отвозил усилитель другу на прослушку. Друг сказал, что все нормально, но звук зажат. Отношение к этому усилителю решительно поменялось после приобретения MP3 плеера. На музыкальном центре от MP3 плеера звук можно было слушать. На наушники с плеера тоже все нормально. Но с моего усилителя звук был мертвый как на кладбище. Начитавшись в разных форумах о вреде ООС, и гармонизации звука лампой я решил попробовать. А вдруг звук у гибридного усилителя будет нормальным? А почему бы и нет? Попытка не пытка. Собрал на макетной плате повторитель, устранил несколько ошибок исходно придуманной схемы. Быстренько смастерил усилитель напряжения на основе каскода на транзисторе 2П302. Прослушивание приятно всех удивило. Звук понравился всем с первых же звуков. Пошел дальше. Спаял СРПП на лампе. Звук изменился. Поначалу к нему нужно было немного привыкнуть. Куда-то исчез высокочастотный шелест напрочь. Если пел один певец, то только его голос и было слышно никакого ВЧ шелеста. Шум волн передавался совершенно натурально, без каких либо призвуков. Раньше транзисторный шелест придавал некоторую праздничность звуку. И иногда казалось, что высокие частоты в избытке. Здесь же ничего подобного. Если не было высоких, то их и не было. Далее, я установил генератор тока в анод лампы и эмиттерный повторитель на выход лампы. Некоторая мутность звука исчезла. Поставил батарейку на вход. Звук стал ярким. Решил попробовать в повторителе другие транзисторы MJL21193 и их параллельное соединение по 4 штуки с общим током покоя 1А. Искажения повторителя уменьшились до 0.02%. Но по каким-то причинам звук лучше не стал. Особенно плохой звук был при паралельно соединенных четырех транзисторах. Исследование этой проблемы пришлось отложить на потом и вернуться к предыдущему варианту. А сейчас очень уж хочется услышать звучание гибридника в стерео варианте и оформить все в нормальные корпуса.

Часть 2. Описание.

При проектировании описываемого усилителя требовалось решить следующие задачи.

• Усилитель должен быть без общей ООС. Без так называемого "транзисторного звучания", описанного в [1].
• Усилитель напряжения должен быть выполненным на лампе, имеющей по сравнению с усилителем на транзисторах низкие интермодуляционные и тепловые искажения [2]. Кроме того лампа очищает звук, дает эффект аналогичный действию акустической реверберации [5].
• Выходной повторитель должен быть на транзисторах из-за трудностей создания качественного трансформатора для лампового усилителя.
• Выходной повторитель должен обладать маленьким смещением нуля без применения сервосистем и высокой стабилизацией тока покоя.
• Должны отсутствовать щелчки при включении и выключении питания.
• Усилитель должен быть надежным, простым, легко повторяемым, абсолютно устойчивым (без какого-либо намека на возбуждение).
• Усилитель должен хорошо передавать звучание сжатых аудио файлов формата MP3.

Автор в статье [3] устранил влияние термостабилизирующей цепи в виде транзисторного трехполюсника на искажения выходного повторителя, заменив эту цепь на резистор.

Достоинства вышеуказанной схемы плюс маленькое смещение нуля параллельного повторителя, описанного в [4] удалось объединить в описываемой ниже схеме выходного повторителя.

Рис.1. Выходной повторитель.

> Схема выходного повторителя изображена на рис 1. Эмиттерные сопротивления выбраны по 0.1 Ом для каждого транзистора исходя из минимума искажений. Экспериментально испытывались значения сопротивлений 0, 0.1 Ом, 0.3 Ом для оконечного каскада, содержащего по одному транзистору в верхнем и нижнем плече. Искажения оценивались индикатором искажений, описанного в статье [6]. Для сопротивлений 0.1 Ом, при нагрузке 4 Ом и выходной мощности 10Вт искажения составили 0.15%. Предоконечный каскад на транзисторах T8, T9 работает в классе А и нагружен на достаточно малое сопротивление R26, равное 20 Ом для быстрого разряда емкостей база - эмиттер оконечного каскада. Транзисторы Т4, Т5, Т8, Т9 для маленького смещения нуля включены по схеме параллельного повторителя. Для устранения возбуждения последовательно с базами транзисторов включены резисторы.

Датчик на транзисторе Т1 для системы термостабилизации установлен на корпусе одного из выходных транзисторов. Привинчен тем же винтом, каким крепится выходной транзистор к радиатору. Напряжение, полученное с термодатчика Т1 сравнивается с опорным на стабилитроне D2 и с помощью транзисторов Т2, Т3 преобразуется в ток, который на резисторах R8, R10 преобразуется в напряжение, которым управляются генераторы тока на транзисторах Т6, Т7. В результате на резисторах R17, R18 выделяется напряжение, пропорциональное изменению температуры выходных транзисторов и компенсирующее изменение напряжения база - эмиттер этих транзисторов от температуры. В установившемся режиме термостабилизации через транзисторы Т2, Т3 протекает ток 1мА, а через транзисторы Т6, Т7 10мА. Поэтому для питания системы термостабилизации используется питание +-60В, которое получается на стабилитронах D3,..,D6 из напряжения питания +-90В. Конденсаторы С2, C5, C6 предназначены для устранения возбуждения повторителя по каналу термокомпенсации. Ток покоя повторителя подстраивается подстроечным резистором P1. Подстройка смещения нуля выполняется подстроечным резистором P2. Схема защиты выполнена по схеме триггера. Триггер защиты выполнен на транзисторах Т12,..,Т15. При превышении тока через резисторы R30, R31 транзисторы Т12,..,Т15 открываются, что вызывает отключение герконового реле KV1, которое отсоединяет предвыходной каскад от входного. При этом зажигается красный светодиод LED1, индицирующий о перегрузке повторителя. Сбросить триггер можно кнопкой S1. При этом включится герконовое реле и зажжется зеленый светодиод LED2, индицирующий готовность усилителя к работе. Повторитель обеспечивает выходную мощность 100 вт на нагрузке 8 Ом.

Перед первым включением установите движок подстроечного резистора P1 в крайнее нижнее по схеме положение, чтобы сопротивление P1 было максимальным. После включения проверьте все питающие напряжения в схеме. Установите ток покоя 200мА. Напряжение на резисторе R30 должно быть 20мВ +-2мВ. Процесс настройки тока покоя занимает длительное время, около 2 часов, особенно для массивных радиаторов. Смещение нуля настраивается подстроечным резистором P2 после прогрева усилителя. Можно проверить срабатывание схемы защиты по методике, изложенной в [7].

Источник питания выходного повторителя выполнен по традиционной схеме и изображен на рис 2. Напряжения +-90В получаются от умножителя напряжения на диодах D5,.., D8. Сопротивления R1, R2 и конденсаторы C1,.., C4, C11,.., C14 предназначены для уменьшения помех от бросков тока через диоды при заряде конденсаторов фильтра питания. В фильтре питания используются конденсаторы общей емкостью 20000мкф на одну полярность.

Рис.2. Блок питания выходного повторителя.

Выходной повторитель работает от усилителя напряжения, изображенного на рис 3.

Рис.3. Усилитель напряжения.

Функцию усиления напряжения выполняет лампа 6Н23П, нагруженная на генератор тока на транзисторе VT1. Генератор тока позволил уменьшить искажения в 5..10 раз и довести искажения до 0.06 процентов. Использование на входе литиевой батареи GB1 позволяет субъективно улучшить качество звука. Транзистор VT2 включен по схеме эмиттерного повторителя с непосредственной связью с анодом лампы. Резистор R8 защищает выход усилителя напряжения от закоротки, поэтому конструктивно усилитель напряжения можно расположить в отдельном корпусе. Усилитель напряжения и эмиттерный повторитель питаются от отдельных фильтров по питанию. Усилитель напряжения обеспечивает неискаженный по осциллографу синусоидальный сигнал размахом 120В на нагрузке 10кОм. На нагрузке 30кОм неискаженный размах составляет 200В. Транзисторы VT1, VT2 установлены на одном радиаторе общей площадью 100квадратных см. Непосредственно к входу усилителю напряжения можно подключать регулятор громкости. Схема блока питания усилителя напряжения показана на рис 4.

Рис.4. Блок питания усилителя напряжения.

Приложение.

   
Конденсаторы.  
C12,C2,C4,C5,C6,C8,C7,C11 = 8 x 0.1/250В К73-17 
C14,C15   = 2 x 2.2/160В    К73-17 
C16,C17   = 2 x 2200.0/63В  JAMICON 
C1,C3    = 2 x 1000.0/35В  JAMICON 
C10,C9   = 2 x 220.0/63В   JAMICON 
C13    = 1 x 0.01    К10-17   
D1   = 1 x 1N4744A     стабилитрон 
D2,D7    = 3 x 2С133А    стабилитрон 
D3,D5    = 2 x 1N4750A     стабилитрон 
D4,D6    = 2 x 1N4752A     стабилитрон   
KV1   = 1 x РГК-15 3 11   реле   
LED2   = 1 x АЛ307Г    зеленый светодиод 
LED1   = 1 x АЛ307Б    красный светодиод   
P2    = 1 x 3.3К    Подстроечное сопротивление СП5-3 
P1    = 1 x 2.2К    Подстроечное сопротивление СП5-3    

Сопротивления.  
R26,R27   = 2 x 10 Ом     С2-29-0.5 
R35    = 1 x 10 Ом     С2-29-2 
R21,R22    = 2 x 51К     С2-29-0.5 
R24,R25    = 2 x 150 Ом    С2-29-0.5 
R17,R18    = 2 x 75 Ом     С2-29-0.5 
R16,R19,R15,R9,R6,R2 = 6 x 909 Ом  С2-29-0.5 
R13    = 1 x 2К    С2-29-0.5 
R14    = 1 x 30К     С2-29-0.5 
R11,R12    = 2 x 56К     С2-29-0.5 
R7   = 1 x 1.2К    С2-29-0.5 
R5   = 1 x 7.5К    С2-29-0.5 
R3   = 1 x 75К     С2-29-0.5 
R8,R10   = 2 x 10К     С2-29-0.5 
R1   = 1 x 1.2 К     С2-29-0.5 
R23,R20    = 2 x 1.3 К     С2-29-2 
R39,R40    = 2 x 330 Ом    МЛТ-2 
R41    = 1 x 430 Ом    МЛТ-0.5 
R38,R33,R37  = 3 x 11К   МЛТ-0.125 
R34,R36,R28  = 3 x 470 Ом    МЛТ-0.125 
R32,R29    = 2 x 1К    МЛТ-0.125 
R4   = 1 x 1 К   С2-29-2 
R30,R31    = 2 x 0.1 Ом    2ВТ керамическое импортное   
S1   = 1 x       кнопка    Транзисторы  
T10  = 1 x 2SC2922 T11  = 1 x 2SA1216 
T8 = 1 x 2SD669A T9 = 1 x 2SB649A 
T4,T7  = 2 x 2SC3502 
T5,T6  = 2 x 2SA1380 
T2,T15,T14 = 3 x 2N5551 
T3,T13,T12 = 3 x 2N5401 
T1 = 1 x КТ814Г     

  
C1,C2,C3,C4,C11,C12 = 6 x 0.1/250В  К73-17 
C5,C9,C6,C10  = 4 x 10000.0/50В   JAMICON 
C7,C8    = 2 x 470.0/50В   JAMICON 
C13,C14    = 2 x 0.1/250     К73-17 
C15,C16   = 2 x 470.0/100В  JAMICON   
D1,D2,D3,D4 = 4 x 2Д213     Диод 
D5,D7,D6,D8 = 4 x 2Д212А    Диод   
F1 = 1 x 6 A     Вставка плавкая 
R1,R2  = 2 x 0.1 Ом    2вт керамические импортные 
S1  = 1 x       Выключатель сетевой 
Tr1  = 1 x       Трансформатор     

  
C2  = 1 x 0.15/250В   К73-17 
C1  = 1 x 220.0/25В   JAMICON 
C3,C5  = 2 x 0.22/630В   К73-17 
C4,C7 = 2 x 100.0/350В  JAMICON 
C6 = 1 x 1.0/400В    МБГЧ   
GB1  = 1 x 3V    Литиевая батарея   
R4,R6,R7, R10,R11 = 5 x 909 Ом    С2-29-0.5 
R2 = 1 x 51 кОм    С2-29-2 
R1 = 1 x 5.1 мОм     С2-29-0.5 
R8,R9  = 2 x 30 кОм    С2-29-2 
R5,R3  = 2 x 150 Ом    С2-29-0.5   
VD1 = 1 x 2C175     Стабилитрон 
VL1  = 1 x 6Н23П 
VT1  = 1 x 2SA1837     Транзистор 
VT2 = 1 x 2SC4793     Транзистор     

      
Конденсаторы   
C1,C2,C3,C4 = 4 x 820пф/1000В  К78-2 
C5     = 1 x 330.0/450В  JAMICON C6     = 1 x 0.22/630В   К73-17   
D1,D3,D2,D4 = 4 x 1N4007 Диод   
F1 = 1 x 1 A     Вставка плавкая 
S1 = 1 x       Сетевой выключатель 220В 
Tr1 = 1 x       Трансформатор ТАН4-220-50К     

Литература:

1. Алейнов А., Сырицо А. Улучшение звуковоспроизведения в системе УМЗЧ - громкоговоритель. - Радио, 2000, N7, с. 16-18.
2. Костин Р. Лампы или транзисторы? Лампы! - Радио, 1998, N1, с. 16, N3, с. 19, N4, с.18.
3. Родченков В. Усилитель НЧ. - В помощь радиолюбителю N63, с. 44-48.
4. Агеев А. Паралельный усилитель в УМЗЧ. - Радио, 1985, N8, с. 26-29.
5. Лихницкий А. Формула звука. Ж-л Аудиомагазин N32 .
6. Акулиничев И. Усилитель мощности звуковой частоты с широкополосной ООС. -
    Радио, 1983г., N1, с22.
7. Николай Сухов. УМЗЧ высокой верности. Радио, N6, 89, стр. 55 - 57, N7, 89, стр. 57 - 61.

Комментарии

Здесь никто ничего не написал. Вы можете быть первым.