Усилители мощности

Предложение по конструкции усилителя мощности, который можно легко переконфигурировать.

На мой взгляд, такая конструкция будет удобна для быстрого, легкого и дешевого подбора узлов и блоков УМЗЧ по своим предпочтениям.

В качестве результата моих пятилетних экспериментов с транзисторным усилителем «с трансформаторным сердцем» предлагается улучшенный вариант его конструкции, свободный от многих недостатков исходной схемы.

Цифровой усилитель класса D

Рассматривается возможный вариант конструкции двух разных цирклотронов (мостовых усилителей), основанных на известных схемах. Первый цирклотрон с ООС собран по статье «Полевые транзисторы в мостовом УМЗЧ» изжурнала «Радио», №9, 1986, с.38, 39, второй «безоосный» — на основе публикации "Чисто полевой 'Цирклотрон КП1'. Мощный и простой" на diyaudio.ru. Оба цирклотрона обеспечивают очень высокое качество звука, хотя и звучат по-разному, и могут быть собраны в относительно компактном корпусе 4307 (размерами 430x311x70мм). За счёт модульной конструкции один цирклотрон может быть «преобразован» в другой путём замены всего трёх узлов. Исходные схемы цирклотронов не претерпели принципиальных изменений, и здесь я решил лишь поделиться своим опытом их сборки и настройки, который может оказаться кому-то полезным.

Все комплектующие для сборки цирклотронов могут быть приобретены на интернет-площадке Алиэкспресс, в магазинах Чип и Дип и других, на Авито и аукционе Мешок (в части отечественных комплектующих) и т.п.

В статье рассмотрен вариант конструкции гибридного цирклотрона без ООС класса «А», собранного по по схеме Юрия Нагорного, опубликованной в журнале «Радиохобби», №3, 2008, с.54-55. Возможно, кому-нибудь пригодятся некоторые идеи, реализованные в этой конструкции.

Основные технические характеристики усилителя мощности:

• Максимальная выходная мощность (Вт) — 36(18)Вт (при Rn = 4(8) Ом);
• Напряжение питания усилителя (В) — ±22в
• Коэффициент гармоник во всем диапазоне частот (%) — 0,0007 — 5Вт / 8 Ом
• Коэффициент гармоник во всем диапазоне частот (%) — 0,003 — 15Вт / 8 Ом
• Номинальное входное напряжение (В) — 2.5;
• Коэффициент усиления — 8.2;
• Ток покоя выходного каскада (мА) – 600мА — 1.4А

Основные технические характеристики усилителя мощности:

• Максимальная выходная мощность (Вт) — 50(25) (при Rn = 4(8) Ом);
• Напряжение птиания усилителя (В) — ±25;
• Полоса пропускаемых частот (кГц)  -  0,005...100;
• Коэффициент гармоник во всем диапазоне частот (%) - 0,001
• Номинальное входное напряжение (В) - 2;
• Коэффициент усиления — 10;
• Выходное сопротивление (Ом) — не более 0,1;
• Ток покоя выходного каскада (мА) –75…150

     Вначале 90-х годов были очень популярны музыкальные центры AIWA. Долгое время верой и правдой мне служил музыкальный центр AIWA ZM-2900. Со временем вышел строя проигрыватель лазерных дисков, затем двух-кассетный магнитофон и радиоприемник. Исправными остались усилитель мощности и трансформатор. 

  Электрическую схему музыкального центра AIWA ZM-2900 можно загрузить из вложения. 

    Из всей электрической схемы меня заинтересовал стереофонический усилители мощности на STK419-150, обеспечивавший приличную мощность (около 100 W на канал) и хорошее качество звучания.

     Схема включения интегральных усилителей STK419-110, STK419-130, STK419-140 и STK419-150 приведена ниже.

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).  

Одним из первых мною был собран усилитель на TDA7294 по схеме предложенной производителем. 

Вместе с тем, качество воспроизведения звука особенно в области высоких частот меня не очень устраивало. В сети интернет мое внимание привлекла статья LINCOR, размещенная на сайте datagor.ru. Восторженные отзывы автора о звучании УМЗЧ на TDA7294, собранного по схеме источника тока, управляемого напряжением (ИТУН), меня заинтриговали. В результате мной был собран УМЗЧ по следующей схеме.

При создании мультимедийного центра на базе персонального компьютера мною был изготовлен простой и качественный стереофонический усилитель на LM3886 (УМЗЧ для начинающих радиолюбителей) с выходной мощностью по 50 Вт на канал. Свой выбор на LM3886 я остановил, изучив описания и положительные отзывы радиолюбителей на форумах. LM3886 выпускается в двух вариантах: с минусом питания на корпусе (LM3886T) и с изолированным корпусом (LM3886TF). В первом случае желательна электрическая изоляция микросхемы от радиатора.

Эта микросхема обладает очень хорошими параметрами:

• диапазон питающих напряжений от 18 (+-9) до +-42 В;

• номинальная выходная мощность более 68 Вт при Кг 0.1%;

• пиковая выходная мощность до 135 Вт;

• внутреннее ограничение тока 7…11.5 А;

• коэффициент гармоник на мощности 60 Вт не более 0.03%;

• интермодуляционные искажения не более 0.01%;

• скорость нарастания выходного сигнала 8…19 В/мкс;

• полоса усиления 2…8 МГц;

• соотношение сигнал/шум до 110 дБ.

Выходная мощность этой микросхемы ограничена лишь тепловыделением. Безопасный для выходных транзисторов долговременный ток позволяет получить выходные мощности ~68 Вт, а внутреннее ограничение тока (не менее 7 А) защищает микросхему от короткого замыкания на выходе.

В результате макетирования УМЗЧ наиболее приятной на слух оказалась схема с инверсным включением LM3886.

    В отличие от предыдущей версии усилителя Василича с N-канальным выходным каскадом Никитина в новой схеме я отказался от блока питания с плавающей средней точкой. Это позволило значительно улучшить качество воспроизведения низкочастотного диапазона ЗЧ и исключить возможную генерацию на ультранизких частотах при сложной нагрузке. Также мною был модернизирован усилитель напряжения (я отказаться от токового зеркала Вилсона в пользу схемы с плавающим каскодом), что значительно увеличило скорость нарастания выходного напряжения. В связке с новым усилителем напряжения работает, хорошо себя зарекомендовавший, улучшенный N-канальный выходной каскад Алексея Никитина (Q9-Q14) В качестве выходных транзисторов использован IRLZ34N (N-канальный MOSFET с пороговым напряжением на затворе +1...+2В). Схема нового усилителя мощности звуковой частоты приведена ниже.

   Как я уже писал ранее, находясь под впечатлением от прослушивания ЦАП Lynx D60 и усилителей Lynx17 и усилителя Василича я пришел к мысли обновить свой усилитель. До этого в моей системе верой и правдой трудился усилитель Лайкова 6й версии. Но после качественного улучшения источников звука в домашней аудио системе его качества оказалось явно недостаточно, чтобы раскрыть их потенциал. Сначала была предпринята попытка улучшения звука усилителя, было замечено, значительное ухудшение параметров усилителя с уменьшением сопротивления нагрузки. Была предпринята попытка разгрузить драйверный каскад усилителя установив на выход полевые транзисторы. Удачно были закуплены литеральные полевые транзисторы ALF16n16w/ALF16p16w.

Нет предела совершенствованию! После подключения к простому усилителю Василича приобретенных колонок DYNAUDIO Excite X12 возникло ощущение, что усилитель звуковой частоты немножко не дорабатывает на низких частотах. При прослушивании данных колонок в магазине они легко воспроизводили глубокий бас.  В составе домашнего медиа центра этого не наблюдалось. После изучения данной темы в сети интернет я пришел к выводу для данных АС изготовить более качественный УМЗЧ. К улучшенному усилителю напряжения простого усилителя Василича (в УН введено токовое зеркало Уилсона) был добавлен улучшенный N-канальный выходной каскад Алексея Никитина (Q8-Q12).  Схема нового усилителя мощности звуковой частоты приведена ниже.

В результате получился «Качественный усилитель Василича» с более низким выходным сопротивлением. 

Основные технические 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 0,005);

Входное сопротивление (кОм) — 10;
Номинальное входное напряжение (В ) — 3;  
Выходное сопротивление (Ом) — не более 0,1; 
Ток покоя выходного каскада (мА ) — 200.

     Для воспроизведения музыкальных файлов формата (FLAC) с высоким битрейтом (lossless) в составе домашнего медиа центра мною уже несколько лет используется простой (для самостоятельного изготовления) и весьма качественный усилитель мощности звуковой частоты, собранный по следующей схеме.

     В УМЗЧ использована современная элементная база. На АС (сопротивлением 6 ом) усилитель развивает мощность до 30 Вт. Этого вполне достаточно для большинства жилых помещений. Коэффициент гармонических искажений не превышает 0,005%. Усилитель охвачен глубокой обратной связью в широком диапазоне частот. Коэффициент усиления определяется отношением сопротивления R8 к R5 и равен 7. При желании, его можно увеличить, изменяя номинал сопротивления R8 в большую сторону. УМЗЧ имеет высокую скорость нарастания сигнала. Частоты верхнего слышимого диапазона он воспроизводит без искажений, на слух очень прозрачно. Не превращает звук тарелок в шипение, а барабана в бубнение, как некоторые УМЗЧ, собиравшиеся мною на интегральных микросхемах.