Усилитель Василича, версия 2016 года
Нет предела совершенствованию! Этой фразой я начинал свою статью об усилителе Василича с N-канальным выходным каскадом Алексея Никитина (версия с плавающей землей). Эта фраза актуальна и сейчас. За прошедшие два года в исходную схему УМЗЧ был внесен ряд изменений, улучшающих характеристики усилителя.
Схема усилителя Василича, версии 2016 года, приведена ниже.
Построение усилителя с виртуальной средней точкой дает свои преимущества: не требуется выставление нулевого напряжения, а также не нужна защита АС от постоянного напряжения на выходе усилителя; проще подобрать (изготовить) трансформатор с двумя отдельными обмотками (для усилителя с фиксированной средней точкой требуется четыре отдельные обмотки на одном трансформаторе либо два трансформатора с двумя обмотками).
В ходе измерения характеристик предыдущей версии усилителя Василича с N-канальным выходным каскадом Алексея Никитина было отмечено заметное проникновение сетевых помех на вход УМЗЧ. И в отличии от усилителя со средней фиксированной точкой наблюдался «лес помех» кратных 50Гц в спектре вплоть до 1 кГц. Чтобы уменьшить количество помех, проникаемых на вход усилителя через резистор R3, цепь смещения напряжения на затвор входного транзистора Q2 была выполнена симметричной по переменному напряжению за счет равенства R4 и R11 и добавления С4 и С6 (подстройкой R5-R12 можно добиться оптимального смещения для входного транзистора, для jfet — R12 = R5), кроме этого добавленные конденсаторы С6 и С4, фильтруют переменную составляющую, проникающую на опоры источников тока. Кроме этого для уменьшения помех, проникающих через базу транзистора Q3 сама опора плавающего каскода была запитана от источника тока.
Также был изучен вопрос генерации усилителя на ультранизких частотах при недостаточной емкости питающих конденсаторов и большой входной емкости С1. Так, склонность усилителя к генерации определяется R—C цепочкой по питанию R16-C5 (R17-C3) а также емкостью конденсаторов в блоке питания. Для стабильной работы усилителя рекомендуемая емкость конденсаторов в каждом из плеч блока питания должна быть не менее 10000мкФ при C1 до 0.15 мкФ, 15000 мкФ при C1= 0.22 мкФ и 20000мкФ при C1= 0.33мкФ.
Для полноценного воспроизведения низких звуковых частот было повышено входное сопротивление усилителя. Для этого, на входе заменен биполярный транзистор полевым j—fet транзистором (Q2), вместо токового зеркала в первом каскаде применен источник тока. Второй каскад выполнен по схеме с общим эмиттером.
Для повышения надежности усилителя в схему были добавлены два транзистора Q11 и Q15, ограничивающие максимальный ток через выходные транзисторы на уровне 6-8А. Также был добавлен кремниевый диод D7 (1N4148) ограничивающий (прямое, обратное) напряжение между ножками транзистора Q14.
Основные характеристики усилителя мощности:
- Номинальная выходная мощность (Вт) — 45 (при Rn = 4 Ом);
- Полоса пропускаемых частот (кГц) - 0,01...100;
- Коэффициент гармоник во всем диапазоне частот (%) — 0,001
- (коэффициент гармоник собранного в железе аппарата без подбора элементов — не более 0,003);
- Входное сопротивление (кОм) — 100;
- Номинальное входное напряжение (В) — 3;
- Выходное сопротивление (Ом) — не более 0,1;
- Ток покоя выходного каскада (мА) — 75-150.
Ток покоя задается резистором R23а. Рекомендуется выставлять ток покоя не менее 75 мА. Уже при этом значении искажения оконечника Никитина в текущей реализации не превышают 0.1% и имеют короткий, быстро спадающий спектр гармоник. При токе покоя 200 мА в спектре остается почти одна вторая гармоника и искажения оконечника не превышают 0.02%.
Для питания стереофонического усилителя используется усовершенствованный блок питания, собранный по следующей схеме.
Тороидальный трансформатор, мощностью 120 Вт имеет две вторичные обмотки по 36 В. После выпрямительных диодов последовательно установлены электролитические конденсаторы, в месте соединения которых образуется средняя точка (для каждого канала своя), без гальванической связи с общим проводом. К этим точкам подключаются минусовые провода акустических систем левого (AS Lc) и правого (AS Rc) каналов. В УМЗЧ, исходя из наличия компонентов, я установил 8 фильтрующих конденсаторов (по 2 в каждом плече емкостью 10000 мкФ на 63В). Трансформаторов может быть два, каждый мощностью по 60 — 80 Вт. Электролитические конденсаторы (С3 и С4) зашунтированы бумажными (C1 и C2).
Успехов в изготовлении усилителей!
В приложении 1 смотрите вариант печатной платы, любезно предоставленный elfnt.
Коэффициент усиления УМЗЧ определяется отношением резисторов R7/R9 и равен 10. При необходимости его можно увеличить доведя сопротивление R7 до 3 Ком (Ку будет равен 15). По характеру звука и параметрам данный усилитель близок к улучшенному усилителю Василича. Данная схема устраняет ряд недочетов усилителя Василича с N-канальным выходом Алексея Никитина (УМЗЧ с виртуальной землей, не требующий дополнительной защиты АС от постоянного напряжения на выходе).
Можно ли использовать усилитель с «неплавающей» землей? Интегратор подключать к точке соединения R9 и R7 или прямо на вход?
Кстати, а есть ли смысл, в плане качества звука, в «плавающей» земле? В моем понимании, замыкание тока текущего через АС через электролитические конденсаторы БП ничего хорошего не сулит...
В данной схеме нельзя использовать интегратор без дополнительных изменений в схеме (так как надо сначала добавлять цепочку первоначальной подсройки 0 на выходе и только потом, вводить цепь интегратора, что значительно усложняет настройку усилителя и накладывает ограничения на варианты использования входного транизистора и на разброс его параметров).
Вариант с фиксированной средней точкой при использовании jfet-полевитка на входе, будет рассмотрен в следующей моей конструкции.
Усилитель с «виртуальной землей» применительно к данной топологии значительно проще в изготовлении по сравнению с усилителем с фиксированной землей и отличается надежностью и простотой настройки при очень незначительной разнице в качестве звука (мне эту разницу в случае применения достаточно качественных конденсаторов уловить вообще не удалось).
Во первых для питания двух каналов усилителя достаточно двух независимых вторичных обмоток на трансформаторе. Такой трансофрматор с 2 незавтисимыми обмотками занчительно проще приобрести. Организация же независимого питания варианта с фиксированной землей требует 4 одинаковых обмотки или 2 трансформатора с двумя отдельными обмотками.
Во вторых нет необходимости добавлять в конструкцию защиту АС от постоянного напряжения. Кроме этого, выходной каскад Никитина имеет некоторую нессиметричность по ограничению питающего напряжения. Использование БП с «плавающей» землей позволяет эффективнее использвать питающее напряжение.
Здравствуйте! Разработал печатку для этого уся на основе выложенной мной в Улучшенном Василиче, получилась немного компактней, но чёт картинка не грузится.Мож автор даст свои реквизиты ,я перешлю ему лэйку, а он выложит.
Сапасибо за предложение. Отправте лай на мой почтовый ящик ivan.drobysh@gmail.com я выложу ваш вариант печатной платы.
Моя печатка пока без надписей на элементах, все никак не доходят руки ее доделать.
Постараюсь в ближайшее время выложить и свой вариант.
В качестве Q12 можно использовать IRF9610, при этом нужно будет более точно подобрать сопротивление R23, чтобы обеспечить регулировку тока покоя выходных транзисторов в диапазоне 50 — 250 мА.
Возможно глупые вопросы, но практики у меня было маловато
Я даже не рассматривал вариант использования импульсных блоков питания для усилителя мощности с виртуальной средней точкой по нескольким причинам:
— для получения номинальной мощности в каждом плече усилителя обязательно использование качественных конденсаторов большой емкости (более 10000 мкф). Не все импульсные блоки питания это переносят;
— для стереофонического варианта усилителя потребуется 2 независимых импульсных блоков питания по 50 В (это значительно усложнит конструкцию). А в случае с последовательным соединением — 4 блока питания по 24В;
— импульсные блоки питания создают значительный уровень электрических помех, поэтом нужно принимать дополнительно меры по экранированию входных цепей усилителя для достижения низкой шумовой полки и уровня гармонических искажений.
В данном случае тороидальный трансформатор лучше всего подходит для БП усилителя (простота изготовления, минимум помех и излучений, высокая удельная мощность, компактность всей конструкции и другие преимущества).
На входе лучше всего применять j-fet 2SJ103 (покупал в чип-дипе или 2sj74), при их отсутствии предлагаю использовать биполяры bc560 / 2sa970 (смотреть цоколевку) при этом уменьшить номинал R5 до 4.7к.
Я бы не рекомедовал уменьшать напряжение питания без особой нужны, запас по мощности всегда пригодится)).
Хотя работать будет и при ~27В на вторичке, но тогда из соображений экономии можно снизить до ~25В и поставить 35В емкости в болке питания, я так делал собирая эконом версию усилка.
Как писал ранее в коментариях к предыдущей версии усилка:
Нагрев сильно зависит от выбранного тока покоя, при временной замене, что описал выше, ток приходится задирать до 150ма (заметно увеличивает нагрев радиаторов), чтобы снизить искажения оконечника. С полноценным вариантом с zvp2110а ток можно ставить в районе 75ма.
Транзисторы обязательно с датчиком Q10 ставить на радиатор на термопасту через слюду, никаких тряпочно-силиконовы термопрокладок!!!
Себе заказывал на ебее подобный корпус и Василичу тоже )) Тут уж точно никакого перегрева и стабильность тока покоя отличная.
http://www.ebay.com/itm/2107-Full-Aluminum-Power-Amplifier-Enclosure-Earphone-Amp-Preamp-Box-Holder-/161819363047?hash=item25ad2f86e7:g:VekAAOSw1x1UMmg2
Добрый день.
Пару вопросов :
RD10(D3) я так понял на 10 вольт стабилитрон?
На вход в качестве регулятора громкости 20кОм норм будет или надо выше?
Думаю, что 1-1.5 мес. в зависимости от того насколько правильно разведена мной плата и как быстро пройдет сборка и отладка.
Отвечаю вместо Василича, так как сами печатные платы разводил и заказывал в Китае для автора я.
Добрый день. Заинтересовал этот усилитель. Интересна виртуальная земля и высокоомный вход. Думаю собрать. Возникло несколько вопросов.
1) admin в комментариях написал « Транзисторы обязательно с датчиком Q12 ставить на радиатор на термопасту через слюду» это описка, Q10 надо ставить? И вместо BC560 можно применить BD140?
2) какие светодиоды надо использовать, красные или зеленые, на какое прямое напряжение?
3) электролиты и стабилитрон D3 обязательно шунтировать керамикой? (на схеме они не указаны, на плате от elfnt присутствуют)
На основе платы от elfnt я разработал свою, оптимизировал ее для заказа на производстве в Китае, могу поделится.
Добрый день. Будет очень интересно посмотреть, если можно , выложите.
Транзисторы ставьте через слюду, по авторски, по поводу светиков почитайте в более новой разработке этого усила, а по поводу керамики — по желанию , у меня она была, поставил, хуже не стало.
elfnt, вот, что получилось. Вроде ошибок не нашел. В принципе можно ее и одним слоем с помощью ЛУТ сделать, только перемычку между R26 и Q14 подпаять проводником под платой. lay если нужен, пришлю.
Добрый вечер,
1) вместо BC560 в печатке в качестве Q10 предусмотрен BD140, его и надо ставить на радиатор, действительно в сообщении напутал.
2) Светодиоды у Василича везде зеленые.
3) Думаю шунтирование лишним не будет.