|
|
|
|
|
 |
|
|
|
Гибридный лампово-транзисторный усилитель с компенсацией тепловых искажений в оконечном каскаде
Не корысти ради, а только ради искусства звуковоспроизведения предлагаем мы для вашего внимания усилитель
мощности, который возможно послужит утешением для аудиофилов и назиданием для любителей паять. Но сначала, как
и полагается общее рассуждение об усилителях и их особенностях.
Главная особенность усилителей заключается в том, что их существование вызвано к жизни отвратительными свойствами
акустических преобразователей или попросту громкоговорителей. Эти громкоговорители имеют тенденцию много
мощности потреблять и мало излучать. В этом смысле паровозы по своему КПД эталон производительности.
Поскольку, музыкальный звук в сути своей явление утонченное, то получить толстые Ватты с утонченными свойствами
оказывается весьма непросто. Берем на себя смелость и ответственность заявить, большое многообразие схем, схемочек
и схемищ, этих самых усилителей, доказывает простую истину: - ПРИЕМЛЕМОГО ПО СУММЕ ПАРАМЕТРОВ
УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ ПОКА НЕ СОЗДАНО. В этой связи, мы имеем несбыточную надежду, что предлагаемое
нами решение это многообразие несколько сократит.
Как всегда бывает в жизни, предлагаемый вниманию усилитель явился плодом ряда закономерных и случайных процессов.
К закономерным следует отнести потребность автора в о-о-очень качественном усилителе для настройки акустики, на базе
им же автором созданных электростатических громкоговорителей. Эти самые громкоговорители, наряду со всеми
присущими громкоговорителям каверзными свойствами, обладают одной прениприятнейшей особенностью, они
воспроизводят то, что на них подают. Это на первый взгляд полезное свойство имеет тот существенный недостаток, что
наряду с музыкой, такие системы также непринужденно воспроизводят все несовершенство тракта воспроизведения,
которое обычные акустические системы более или менее успешно маскируют собственными искажениями. Слушать
такую акустику с некачественным усилителем и с некачественного источника становится просто пыткой. При этом
понятие качества из категории субъективно-ценовой перерастает в категорию объективную и с ценой используемых
устройств связанную весьма не линейно. Похожее явление наблюдают все счастливчики, которые имели неосторожность
и средства оказаться в числе аудиофилов имеющими Hi-End технику. В нашем случае, счастье буквально изводило и
свойства любого элемента, будь то транзистор, конденсатор или провод, с болью отзывались на слухе и цене. Это
естественно и закономерно способствовало правильным конструктивным решениям.
К случайным причинам создания усилителя следует отнести рыночную экономику, точнее конкретный рынок Митино в
Москве. Так случилось, что там были приобретены ну очень хорошие фирменные микросхемы и транзисторы, которым
надлежало стать основой будущих усилителей. Однако, как это случается все чаще, они оказались подделкой и плакали
наши денежки, а с ними и соответствующие надежды.
Вот так все случайно и произошло, помню сижу обалдевший, в руках паяльник и грустно думаю, как же раскачать
оконечник, где взять этак 40-60 Вольт чистого благородного сигнала. Эти невеселые размышления и натолкнули на
широко известную в узких кругах идею, применить для раскачки оконечного каскада обыкновенную и легкодоступную
радиолампу типа 6Н1П. Остальное оказалось делом техники, о чем и смотрите ниже.
Дело техники мы начнем с азбучных истин, поскольку ни один уважающий себя и аудиотехнику конструктор не может
конструировать хорошую транзисторную аппаратуру до тех пор, пока не решит, каким, таким образом, он избавится от
динамических тепловых искажений транзисторов и общей отрицательной обратной связи.
Начнем с тепловых искажений. Природа их проста и сводится к тому, что большие токи протекают по маленькому
кристаллу, кристалл, конечно, нагревается, расширяется и вибрирует. Соответственно, в такт и бестактно с усиливаемым
сигналом, вибрируют коэффициенты усиления и другие свойства транзистора. Все это сравнительно непредсказуемо
меняет электрические параметры и сравнительно предсказуемо звуки, которые транзистор усиливает. Звуки становятся
предсказуемо зажатыми, сипловатыми и гнусноватыми или как это принято говорить, появляется эффект транзисторного
звучания. Следует отметить, что если зажатость и сипловатость, кроме прочего, результат действия тепловых искажений,
то гнусноватость обычно результат действия общей отрицательной обратной связи. Каким образом отрицательная
обратная связь создает этот поразительный результат, объясняется легко и многими. Не могу отказать себе в удовольствии
эти разъяснения повторить.
Для того, чтобы обратная связь смогла подвести сигнал с выхода усилителя на вход, где он, благополучно вычитаясь из
входного осуществит похвальную миссию снижения всяческих искажений, этот сигнал прежде должен пройти усилитель
чтобы сначала на этом самом выходе появиться. Если усилитель имеет большой коэффициент усиления, а это важное
условие для работы обратной связи, то он, очевидно, является хорошим компаратором. Хороший компаратор, как известно
любой входной сигнал превращает в прямоугольники. Значит, на выходе усилителя, независимо оттого, что пришло на вход,
появится прямоугольник, который с некоторым запаздыванием будет вычитаться из входного сигнала. Результатом такого
вычитания будет неведомо что, и оно также придет на вход, чтобы сложиться с входным сигналом и этот процесс будет
повторятся бесконечно. Имеем парадокс Ахилла и черепахи, т.е. дискретного и непрерывного с элементами конечного и
бесконечного. Для любителей классических формул, здесь следует только отметить, что обратная связь ФИЗИЧЕСКИ НЕ
УМЕНЬШАЕТ КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ УСИЛИТЕЛЯ В k РАЗ, а уменьшает лишь амплитуду сигнала в точке
суммирования прямого и обратного сигналов и в целом теория работает только для синусоидальных сигналов, и не верьте,
что все сигналы сводятся к синусоидальным, это из области точек без размеров. (Вообще, здесь мы полностью солидарны
с господином А. Лихницким ... о вреде ООС, но добавим от себя, что и ПОС в принципе не менее вредна). Как бы то ни было,
усилитель с обратной связью, в процессе переваривания подобных парадоксов, просто убивает звук с очевидным для
хорошей акустики летальным исходом. Отсюда вытекает психологически непростое, но замечательное по практическому
результату решение, в усилителе вообще НЕ ДОЛЖНО БЫТЬ ОБЩИХ И МЕЖКАСКАДНЫХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ
ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ. Вывод отнюдь не новый и этот принцип после недолгих опытов был взят за основу при
конструировании.
Теперь рассмотрим подробнее тепловые искажения в транзисторных схемах. Что же приходит трезвомыслящему человеку,
когда он задумывается о том как от них избавиться? Конечно же, поначалу приходит идея так быстро и хорошо охлаждать
кристалл транзистора, чтобы свести тепловые эффекты к минимуму. Это довольно просто сделать, поместив транзистор в
так называемую "тепловую трубу", способную отводить тепло в тысячи раз быстрее, чем металл. Первый же опыт дал
потрясающий результат, достаточно было мощные транзисторы погрузить в стакан со спиртом, как звук приобрел
кристальную чистоту и благородство. Злые языки и завистники говорили потом, что во всем виноваты пары спирта, но не
верьте им и попробуйте сами. Только хочу предупредить экспериментаторов, спирт очень горюч и агрессивен, а
разогретый спирт столь интенсивно окисляет металл, что через короткое время превращается в электролит с высокой
проводимостью.
В целом, эксперименты по использованию тепловых труб в аудиотехнике нами продолжаются, но эта область требует
серьезной подготовки и малодоступна для любителей.
На практике полученный результат значит, что для охлаждения транзисторов следует применять устройства с максимально
возможной скоростью отвода тепла от кристалла транзистора. Хороший результат дает применение в радиаторе
массивного медного основания, на которое вместо ребер ввинчены отрезки медной трубки. Впрочем, не всякий
усилитель откликнется на такую заботу, многих исправит только могила. И вот в этой связи, неожиданно пришла еще одна
продуктивная идея, а что если тепловые искажения просто вычитать за счет симметрично противофазных процессов.
Здесь велосипед долго изобретать не пришлось, поскольку на эту роль как нельзя кстати подошел так называемый
"линейный параллельный усилитель", вариант которого еще в 1982 году предлагал А. Агеев.
Усилительный блок любительского радиокомплекса. - Радио, 1982, № 8, с. 31-35.
Идея заключалась в том, что если усилитель тока по такой схеме способен эффективно компенсировать медленные
тепловые изменения параметров, то при определенных условиях можно добиться компенсации сравнительно
быстропеременных тепловых искажений.
Неудовлетворительную амплитудную характеристику такого усилителя довольно просто удалось улучшить, используя
мощные транзисторные источники тока и ламповый драйвер. В тоже время, высокая устойчивость и симметрия
оконечного каскада, позволили гармонично и без побочных эффектов избавиться от общей обратной связи. Так появился
на свет гибридный лампово-транзисторный усилитель, в котором, ламповый каскад усиления напряжения позволяет,
схемотехнически простыми способами, получить значительные амплитудные значения сигнала, с оптимальными для
высококачественного звуковоспроизведения параметрами ("ламповый звук"). Одновременно, транзисторный усилитель
тока позволяет хорошо согласовать работу усилителя с низким сопротивлением нагрузки (отсутствие выходного
трансформатора). Соответствующая базовая схема представлена на Рис.1.
Несмотря на свою простоту, хорошую повторяемость (собрал-включил-забыл) и минимум
необходимых настроек, такой усилитель дает настоящий звук, и позволяет даже на "тупых" КТ818-КТ819 получить
реальный Hi-Fi.
Естественно, аудио филам рекомендуется применить более дорогостоящий набор транзисторов и несколько более
усложненную схему Рис.2.
Рассмотрим работу усилителя более подробно, на примере базовой схемы Рис. 1.
Предварительное
усиление сигнала осуществляется ламповым пред усилителем напряжения с высоким входным и малым выходным
сопротивлением. Предусилитель собран на двух триодах лампы Л1, где один триод включен по схеме с общим катодом и
является усилителем напряжения, а гальванически связанный с ним второй триод, включенный по схеме катодного
повторителя, согласует высокое выходное сопротивление лампового каскада усилителя напряжения со сравнительно
низким входным сопротивлением транзисторного усилителя тока. Источник тока на транзисторе Т1 является нагрузкой
катодного повторителя и предназначен для обеспечения симметричности положительной и отрицательной полуволны
усиливаемого тока и расширения области линейной работы лампы. Сигнал на транзисторный оконечный усилитель
поступает через разделительный конденсатор С2. В среднем коэффициент усиления по напряжению лампового каскада
на лампе 6Н23П равен 26 дБ, и этим обусловлена сравнительно низкая чувствительность усилителя по входу, которая
составляет 1-1,5В. В случае необходимости получить более высокую чувствительность рекомендуется использовать
дополнительный предусилитель напряжения собранный по схеме представленной на Рис. 2, где эту функцию выполняет
левый по схеме триод лампы Л1. Дополнительный усилитель собран по схеме с общим катодом на одной половине
двойного триода и особенностей не имеет.
В предусилителе следует обратить внимание на качество разделительных конденсаторов и конденсаторов фильтров
питания, поскольку от них в значительной степени зависит качество звучания всего усилителя.
Усилитель мощности Рис.1 состоит, из симметричного с высокой термостабильностью усилителя тока, на
комплиментарных транзисторах Т2 - Т3 и Т6 - Т7 и источников тока на транзисторах Т4 - Т5. В оконечном усилителе,
предоконечные транзисторы Т2 - Т3 включены по симметрично компенсаторной схеме с раскачкой базовых токов
оконечных транзисторов от мощных источников стабильного тока на транзисторах Т4 - Т5. Тепловое увеличение тока
через транзистор Т2 приводит к уменьшению напряжения на базе транзистора Т7 и соответственно протекающего через
него тока, аналогично Т3 компенсирует тепловые токи транзистора Т6. При поступлении входного сигнала, транзисторы
Т2 - Т3 управляют балансом напряжения на делителе образованном источниками тока и резистором R11, в результате чего
при соответствующих полупериодах входного сигнала источники тока обеспечивают ток базы оконечных транзисторов.
Ток покоя оконечных транзисторов задается суммой из напряжений перехода база эмиттер предоконечных транзисторов
и напряжением, выделяющимся на резисторе R11. При этом транзистор обратной проводимости Т2 задает ток базы Т7
оконечного транзистора прямой проводимости. Симметрично, транзистор Т3 прямой проводимости задает ток
оконечного транзистора обратной проводимости Т6. Источники тока на транзисторах Т4 - Т5 одновременно с
обеспечением базовых токов оконечных транзисторов определяют ток протекающий через предоконечные транзисторы
Т2 - Т3. Этот ток выбирается оптимальным с точки зрения компенсации динамических тепловых искажений, и
одновременно служит для обеспечения тока покоя оконечного каскада. Величина этого тока в рабочем диапазоне
выходных напряжений мало зависит от амплитуды сигнала, что позволяет обеспечить хорошие амплитудные
характеристики усилителя. При этом, баланс токов и их противофазные изменения, возникающие при изменении
температуры полупроводниковых кристаллов транзисторов предоконечного и оконечного каскада, позволяет
скомпенсировать как статические, так и динамические влияния температуры на свойства оконечных транзисторов.
Степень компенсации косвенно может быть оценена по точности отслеживания тока покоя и компенсации его изменений
при сравнительно медленном изменении температуры транзисторов. Эксперименты показывают, что правильно
подобранные режимы позволяют отслеживать ток покоя усилителя мощности с точностью 2-5% при изменении
температуры корпусов транзисторов в диапазоне от 20 до 110 град. Поскольку, тепловые процессы в полупроводниковом
кристалле относительно инерционны, величина фазового сдвига между температурными изменениями в предоконечных
и оконечных транзисторах незначительна. Соответственно, достаточно точная компенсация достигается при равенстве
начальной температуры кристаллов и их одинаковой скорости разогрева и охлаждения. Для этого, наряду, с правильно
подобранным типом применяемых для компенсации транзисторов, требуется соответствующий выбор тока
предоконечных транзисторов. Достаточно точная компенсация обеспечивается при токах покоя оконечных транзисторов
порядка 150-300 мА. Увеличение тока покоя до единиц ампер и соответственно работа усилителя в классе А, в целом
улучшая линейность оконечного каскада, на степень компенсации тепловых искажений влияет незначительно. Поэтому
класс А может быть рекомендован для аудиофилов и в базовой схеме не применяется. Для нормальной работы режима
компенсации, предоконечные и оконечные транзисторы должны находится в непосредственном тепловом контакте, а
также желательно применение однотипных или изготовленных по близкой технологии транзисторов. Для начинающих на
схеме указаны транзисторы типа КТ816-КТ817Г и КТ818-КТ819Г, но гораздо лучшие результаты будут получены, если
вместо КТ816-КТ817Г применить транзисторы типа КТ850-КТ851А, а вместо КТ818-КТ819Г транзисторы типа
КТ8101-КТ8102А. Еще лучше применить качественные фирменные транзисторы.
ХАРАКТЕРИСТИКИ, НАСТРОЙКА И РЕКОМЕНДАЦИИ.
Задумчивый радиолюбитель видимо уже успел обратить внимание, что в первых строках не
расписывались, как это принято всеми любимые %% и Ватты. Это вызвано тем, что по большому счету такие
характеристики, представляют реальный интерес в последнюю очередь. Конечно, для тех, кто слушает музыку, а не
упражняется в лужу-паяю, собрал-разобрал. Вначале слушаем, как звучит инструмент, а уже потом выясняем
химический состав, удельную плотность и прочие косвенные данные. Но, однако, все имеет место и меру.
Мощность:
При прочих равных выходная мощность определяется амплитудными характеристиками, и они у предлагаемого усилителя
весьма неплохие. Это позволяет эффективно использовать источник питания и соответственно иметь повышенную
надежность. Действительно, наличие лампового предоконечного каскада позволяет запросто иметь 35-60 Вольт
действующего напряжения раскачки, соответственно выходное напряжение усилителя будет по сути ограничено только
напряжением питания, минус напряжение насыщения источников тока и оконечных транзисторов, которое в сумме
составляет порядка 2,5В.
Это значит, что действующее значение выходного напряжения будет всего на 2,5 Вольта ниже максимально возможного
которое соответствует Vmax =1,41*Vпит./2.
Таким образом для V питания 70В., что соответствует области безопасных режимов транзисторов типа КТ818-КТ819Г
в пластмассовом корпусе (экспериментальные данные полученные при долговременной эксплуатации, в экстремальных
условиях, усилителя по схеме Рис.1), имеем действующее значение выходного сигнала Vвых = Vmax - 2,5В. = 22,3В.
Это значение выходного напряжения соответствует мощности: 124 Ватта на нагрузке 4Ом.
Согласитесь очень неплохо для пластмассы, и что приятно практика с теорией не расходятся, усилитель действительно
качает до ограничения около 120 Ватт синуса. Если это помножить на феноменальную температурную устойчивость
(читай надежность), то получается весьма и весьма.
Для КТ818-КТ819ГМ, безопасная область V питания примерно 76-80В, и при таком питании мы будем иметь 24,6В
действующего, что соответствует: 150 Ватт на 4Ом.
Для КТ8101-8102 область безопасных режимов по питанию порядка 90В. Это соответствует действующему выходному
напряжению 29,4В и мощности: 216 Ватт на нагрузке 4Ом.
Такие показатели позволяют рекомендовать эту схему для мощных эстрадных и профессиональных усилителей, поскольку
в мостовом включении схема может спокойно отдавать в нагрузку до 0,5 кВт мощности. Необходимо только уменьшить
напряжения питания, увеличить токи источников стабильного тока и заново подобрать ток покоя.
В случае использования более высокоомной нагрузки, например 8Ом, предельно достижимая мощность уменьшается,
почти в два раза. Естественно, все напряжения питания измерены под нагрузкой и при использовании
нестабилизированного источника, в режиме покоя необходимо иметь напряжения в среднем на 10% выше.
Амплитудно-Частотные Характеристики:
Отсутствие общей отрицательной обратной связи делает АЧХ усилителя более чем предсказуемой. Действительно, сверху
она определяется по существу граничной частотой используемых транзисторов, а снизу емкостью переходных
конденсаторов, в частности С2 (Рис.1). Так для транзисторов типа КТ818-КТ819 по уровню 3 дБ имеем верхнюю
воспроизводимую полосу частот порядка 20кГц. По сути, начиная с 16кГц эти транзисторы, плавно и неуклонно начинают
валить верха. Кроме того, частотная характеристика становится заметно чувствительна к уровню выходной мощности, и
поэтому приводится для выходной мощности порядка 50% от максимальной.
Нижняя воспроизводимая частота для обоих усилителей, при указанных номиналах выбрана в пределах 16-20Гц.
Использование более современных транзисторов типа КТ8101-КТ8102 (Рис.2) делает АЧХ гораздо более и более. Так по
уровню 3 дБ полоса воспроизводимых частот расширяется практически до 180кГц, ну а это уже вполне соответствует
представлениям о том, что такое хорошо.
Коэффициент нелинейных искажений:
Коэффициент нелинейных искажений является в значительной степени частотно зависимым и естественно зависит от
уровня выходной мощности. Так для усилителя на Рис.1 при выходной мощности 50% от максимальной коэффициент
нелинейных искажений в среднем составляет от 0,1% на частотах до 3кГц, до 0,25% и более выше 10кГц.
Для усилителя на Рис.2 эти показатели в среднем заметно лучше, причем во всех случаях они существенно зависят от
качества подбора пар транзисторов. Любопытно, что использование специальных мер, типа прямой компенсирующей
связи, которые позволяли без введения обратных связей значительно снизить коэффициент гармоник, привели к
парадоксальному результату. Практической разницы на слух, даже в случае усилителя по схеме Рис.1 слушатели не
замечали. Это же объясняет парадокс, почему ламповые усилители при 1-3% нелинейных искажений звучат значительно
прозрачнее, чище и музыкальнее транзисторных, не взирая на их кучу нулей после запятой. Поэтому, оказалось разумным
не предпринимать специальных мер для снижения гармоник, тем более что чем меньше различных элементов и
схемотехнических загогулин, тем вероятнее настоящий звук. Тут уместно маленькое отступление, мнение различных
независимых экспертов при сравнительных прослушиваниях базового усилителя по схеме Рис.1 (в том числе и в
Российской официальной экспертной лаборатории) сводилось к тому, что усилитель явно вне конкуренции при
сравнении с многими другими транзисторными и т.д., а ламповики были еще категоричнее: -"Среди транзисторных ему
равных нет". Правда к Hi-End его тоже причислить отказались, так... высший Hi-Fi (усилитель по схеме Рис.2 тогда еще не
был изготовлен). Таким образом, экспериментальный результат можно интерпретировать так: - Попытки обмануть
природу и с помощью ООС и других ухищрений расширить область линейной работы транзистора, слух воспринимает
также как и искусственный белок, есть можно, но противно и это медицинский факт.
Чувствительность по входу:
Усилитель по схеме Рис.1 имеет чувствительность порядка 1 Вольт и без дополнительного предварительного усилителя
развивает максимальную мощность только с некоторыми марками СD проигрывателей или с кроссоверами
предназначенными для ламповых малочувствительных усилителей. Поэтому, целесообразно иметь дополнительный
усилительный каскад, как в усилителе на Рис.2.
Чувствительность усилителя по схеме на Рис.2 порядка 120 мВ. Причем, перегрузочная способность лампового входного к
аскада позволяет подавать сигнал в 30 раз выше номинала (до 3,5 Вольт), поэтому вход усилителя можно использовать без
дополнительных делителей с большинством существующих источников сигнала включая СD проигрыватели. Хотя для
входа CD и других интенсивных источников может оказаться лучше поделить сигнал в полтора-два раза.
Применять для повышения чувствительности базового усилителя предусилители на микросхемах или транзисторах не
рекомендуется, впрочем, попробуйте и сравните, думаю это будет хорошим аргументом для тех кто еще считает, что
транзисторы и микросхемы годятся для звука (за редким исключением как например в предлагаемом усилителе). Правда
для того чтобы в этом убедиться придется использовать соответствующего класса источник сигнала с ламповыми
предусилителями корректорами, или в случае использования CD проигрывателей снимать сигнал как можно ближе к
ЦАПу, оставляя на его пути только простейший RC фильтр. Желательно чтобы R и C были аудиофильского качества, а все
соединительные провода, в худшем случае типа посеребренного телевизионного кабеля РК с одножильным центральным
проводом и как можно большего диаметра. (Снимать сигнал в ПКД удобно с ножки электролитического разделительного
конденсатора установленного между выходом ЦАП и входом ОУ, при этом необходимо подсоединение со стороны ЦАП
через разделительный конденсатор типа К72 или К78-2 емкостью 0,1-0,22мкФ).
Для общего развития и для решения дилеммы - лампы или транзисторы, предлагаю провести простейший опыт: соберите
предлагаемый усилитель, установите на пути сигнала (снятого непосредственно с ЦАПа после пассивного RC фильтра,
или с хорошего лампового корректора) по возможности лучшую микросхему в режиме повторителя, и переключайте
сигнал напрямую или через микросхему. Думаю, этот опыт вас обогатит. Для чистоты эксперимента на выход усилителя
лучше включить (конечно, у кого нет Hi-End акустических систем) достаточно мощные низкочастотные или
широкополосные громкоговорители без всякого акустического оформления (акустически короткозамкнутые), можно
еще добавить пищалки через 2-4мкФ.
Настройка:
Настраивать базовый усилитель Рис.1 приятно и легко, поскольку правильно собранный из правильных деталей он в
настройке не нуждается. Иногда есть смысл, подобрав один из резисторов R7 или R8 установить более точно на выходе
усилителя половину напряжения питания или ноль относительно средней точки. Делать это лучше всего, подключая
параллельно одному из резисторов, в зависимости от полярности смещения, резистор номиналом в сотни ком.
Потребляемый ток покоя у большинства собранных усилителей, при указанных на схеме номиналах, устанавливается в
пределах 250 мА и настройки не требует, от напряжения питания он также зависит незначительно. В случае необходимости
ток покоя регулируется подбором резистора R11.
Усилитель по Рис.2 требует больше внимания, так прежде чем устанавливать ноль на выходе, следует настроить источники
тока (это же не возбраняется и для усилителя Рис.1), для этого подбирая резисторы в эмиттерах источников тока
(транзисторы Т4-Т5), или светодиоды в их базах, устанавливается равенство токов при их величине порядка 120-150 мА.
Делать это можно не включая питания усилителя, а подключая к питанию только источник тока.
При номиналах указанных на схеме Рис.2 ток покоя усилителя автоматически устанавливается в пределах 350 мА. В случае
если вы решили использовать усилитель в режиме класса АВ или А, ток покоя оконечных транзисторов пределах - А
устанавливается подбором резистора R17. Следует только иметь в виду, что величину этого резистора нежелательно
увеличивать свыше 60Ом.
При использовании некоторых типов транзисторов (например КТ818-19 по схеме Рис.1) для перевода усилителя в режим
класса A потребуется включение в эмиттеры предоконечных транзисторов Т2-Т3 добавочных резисторов номиналом в
1-3Ом. Номинал резистора R17 (или R11 на Рис.1) в этом случае уменьшается до 10-20Ом.
Безопасная величина тока покоя устанавливается в зависимости от площади имеющихся в наличии радиаторов, критерием
здесь служит условие, чтобы температура радиатора в режиме покоя не превышала 65-70 град.
В некоторых случаях возможно самовозбуждение транзисторного оконечного каскада за счет выделившегося на
соединительных проводах сигнала ПОС, которое устраняется шунтированием коллекторов оконечных транзисторов
конденсатором на емкость в пределах 0,01-0,1мкФ, как это сделано на Рис.2. При этом, конденсатор желательно
подключить непосредственно на выводы выходных транзисторов.
Наконец общая рекомендация, первое включение лучше всего делать включив в цепь питания мощный резистор на
15-20Ом. и только убедившись, что все режимы примерно соответствуют норме и усилитель нормально работает,
добавочный резистор отключить. Это позволит избежать выхода схемы из строя в случае ошибок монтажа и неисправных
деталей.
Ламповая часть схемы, в какой либо настройке не нуждается и правильно собранная работает сразу. Лампы желательно
подбирать по усилению. В усилителе Рис.1 одинаковые для правого и левого каналов. В усилителе Рис.2 для лампы Л2
желательно равенство характеристик обоих триодов. Иногда для устранения фона переменного тока вызванного
напряжением, выделяющимся в накальных цепях, требуется подобрать точку заземления накальной обмотки, либо
заземлить ее через искусственную среднюю точку образованную двумя резисторами на 100-200Ом. Еще лучше питать
накалы ламп от отдельного стабилизатора, постоянным током.
Источники питания:
Питание усилителя по схеме Рис1. осуществляется от нестабилизированного источника, как для транзисторной, так и для
ламповой части. Для автоматической установки нулевого потенциала на выходе, применено включение нагрузки на
среднюю точку ёмкостного делителя фильтра питания с плавающим нулем. Для этого выпрямитель выполнен на
трансформаторе, выходная обмотка которого, не имеет заземленной средней точки. Анодное питание подается с
выпрямителя через резистор мощностью 2 Вт номиналом порядка 1 кОм. Выпрямитель должен иметь конденсатор
фильтра емкостью не менее 200мкФ на соответствующее рабочее напряжение.
Суммарная емкость конденсаторов в фильтре питания транзисторного оконечного каскада желательна не менее 20 000мкФ
для каждого плеча. Мощность силового трансформатора не менее 200Вт. Применять общий блок питания для двух каналов
не желательно, но если уж это случилось, то лучше, если мощность трансформатора будет 500 Ватт и более. Вообще, чем
мощнее блок питания, тем устойчивее усилитель стоит, так что можете не стесняться и начинайте сразу с 1 кВт и
150 000мкФ на плечо.
Усилитель по схеме на Рис.2 отличается от базовой схемы тем, что имеет более высокий класс и пригоден для создания на
его основе Hi-End комплекса.
Блок питания для этого усилителя представлен на Рис3.
Питание транзисторной части также сделано нестабилизированным и осуществляется от мощного
силового трансформатора Тр2, в качестве которого желательно использовать качественный тороидальный трансформатор
на мощность не менее 350 Ватт на один канал или 1 кВт на оба (на схеме изображен последний вариант).
Нестабилизированный источник применен после ряда сравнительных прослушиваний, которые против всяких ожиданий
дали более предпочтительное звучание от нестабилизированного источника. При этом существенную роль играло
качество силового трансформатора и конденсаторов фильтра, почему и стоит найти железо покачественнее,
трансформаторную ленту потоньше, провод потолще, мощность побольше.
Вообще, изготовление трансформатора, для блока питания, это отдельная песня. Но если у вас не найдется нужного
аккомпанемента, то не отчаивайтесь, мелодия будет узнаваема, если даже вы будете использовать тор от регулируемого
автотрансформатора (ЛАТР).
Питание ламповой части осуществляется отдельным маломощным трансформатором Тр3 от ламповых приемников,
причем анодное напряжение стабилизировано. Отдельный трансформатор для ламповой части применяется из
соображений удобства и простоты изготовления, поскольку найти готовый трансформатор от старого приемника типа
"Рекорд" гораздо проще, чем намотать на мощном силовом трансе высоковольтную обмотку. Стабилизатор анодного
напряжения собран на транзисторах VТ5-VТ7 Рис.3 по известной схеме и работает с задержкой для подачи анодного
напряжения на предварительно прогретые лампы, что удлиняет срок их службы и уменьшает броски выходного
напряжения при включении. Узел задержки собран на транзисторе VТ7 и конденсаторе С5, емкость которого определяет
время задержки. Многооборотным подстроечным резистором R20 типа СП5-3 регулируется выходное напряжение
стабилизатора (вместо резистора указанного номинала можно применить любой в пределах 10-47 кОм с последовательно
включенным постоянным резистором). В остальном схема особенностей не имеет.
Кроме стабилизатора анодного напряжения в блоке питания использована система защиты от короткого замыкания на
выходе, защиты от теплового пробоя и появления сквозного тока, а также защита от появления постоянного наряженная на
выходе усилителя в случае пробоя транзистора, либо конденсатора фильтра.
Система защиты выполнена на базе электронного предохранителя, который обеспечивает защиту одновременно обоих
каналов. При желании это же устройство несложно дополнить устройством дистанционного включения усилителя.
Элементами индикации превышения допустимых токов и напряжений в электронном предохранителе являются герконы
К2-К4 реагирующие на магнитное поле тока протекающего в соответствующих цепях. Выключатель сети работает на
тиристорах VS1, VS2 управление ими осуществляет герконовое реле К1 . Его контакты в момент включения нормально
замкнуты и тем самым обеспечивается подача напряжения на силовые трансформаторы Тр2 и Тр3. Управление реле К1
осуществляет триггер на транзисторах VT2-VT3 питание которого обеспечивает маломощный трансформатор Тр1
имеющий собственный отдельный выпрямитель. Это обусловлено необходимостью работы электронного предохранителя
независимо от наличия напряжения на обмотках Тр2 и Тр3. При замыкании герконов или герконовых реле в цепи
управления базы транзистора VT3 триггер срабатывает и находится в устойчивом состоянии до тех пор, пока не будет
кратковременно отключено напряжение питания тумблером включения сети SF1. При желании защитить другие цепи
достаточно параллельно контактам К2-К3 включить дополнительные герконы, например реагирующие на выходной ток
стабилизатора и т.д.
Порог срабатывания геркона К4 экспериментально подбирается на постоянном токе для усилителя по схеме Рис.1 в
пределах 7-8,5A, и 10-12А для усилителя по схеме Рис.2. Для этого, в зависимости от типа используемых герконов и силы
тока в защищаемой цепи, необходимо 1,5-2,5 витка токоведущего провода вокруг геркона. При этом вовсе не обязательно
делать настройку на работающем усилителе, достаточно применить в качестве нагрузки толстую нихромовую спираль,
опущенную в воду. В остальных цепях, которые вы пожелаете защитить, количество витков подбирается экспериментально
из расчета устойчивой работы при максимальных нагрузках. В некоторых пределах точная подстройка тока срабатывания
может осуществляться путем перемещения геркона относительно витков. Индикатором срабатывания защиты служит
светодиод VD1, включенный в цепь питания герконового реле К1. Герконовые реле К2 и К3 типа РЭС55А включенные
между средней точкой фильтра питания и делителем на R14-R17 срабатывают при появлении на выходе усилителя
постоянного напряжения, лучше всего использовать реле на напряжения срабатывания в пределах 4-7 Вольт.
Естественно блок питания на Рис.3 может использоваться для усилителя на Рис.1 причем как целиком, так и по частям. В
частности, можно рекомендовать использовать стабилизатор анодного напряжения с плавным нарастанием напряжения.
А система защиты сбережет вам здоровье и транзисторы.
Конструкция и детали:
Лампы типа 6Н23П могут быть заменены на 6Н1П, но при этом несколько ухудшаться характеристики, поскольку лампа
6Н1П имеет меньшую линейность и коэффициент усиления. В усилителе Рис.2 возможна достаточно полноценная замена
ламп 6Н23П на 6Н6П. Применение ламп типа 6Н2П или Е88СС нежелательно. Транзистор Т1 типа КТ604АМ может быть
заменен на любой средне-высокочастотный транзистор мощностью не менее 3-5 Вт и максимально допустимым
напряжением коллектор эмиттер не менее 150 Вольт. Транзистор устанавливается на отдельном тепло отводе площадью
около 50см2 для усилителя Рис.1 и 100 см2 для усилителя по схеме Рис.2. В принципе VT5 можно устанавливать
непосредственно на металлическое шасси ламповой схемы через слюдяную прокладку.
Все светодиоды, задающие опорное напряжение в источниках тока имеют прямое падение напряжения 1,8-1,9 Вольт
(обычно оранжевый и зеленый цвет свечения) и при применении светодиодов имеющих другие напряжения несколько
изменятся токи покоя оконечных усилителей. В этом случае ток протекающий через катодный повторитель задаваемый
транзистором Т1 желательно установить в пределах 12 мА для усилителя Рис.1 и 20 мА для усилителя Рис2, подбором
резистора в цепи эмиттера.
Существенную роль играет качество переменного резистора регулятора громкости, поэтому если есть возможность, то
его целесообразно заменить на ступенчатый регулятор выполненный на многопозиционном переключателе. При этом
суммарное сопротивление резистора целесообразно увеличить до 100-150 кОм. В случае наличия хороших фирменных
резисторов увеличивать их номинал свыше 150 кОм. также не рекомендуется.
Транзисторы в оконечном каскаде кроме указанных на схеме могут применятся любые на соответствующие токи и
напряжения, следует только иметь в виду что их параметры и конструкция значительно влияют на степень динамической
термокомпенсации и поэтому с другими транзисторами требуются тщательные эксперименты. Не рекомендуется
применение составных транзисторов, вместе с тем иногда бывает полезно включение нескольких (не более 2-3х) оконечных
транзисторов в параллель, это может благоприятно сказаться на воспроизведении, особенно низких частот. При этом в
цепях эмиттеров параллельных транзисторов необходимо включить резисторы на 0,1-0,2 Ом, однако в этом случае режим
термокомпенсации также потребует настройки.
Все элементы оконечного каскада монтируются непосредственно на радиаторе, при этом транзистор Т2 крепится
непосредственно в тепловом контакте на оконечном транзисторе Т4, а транзистор Т3 на Т5. Для того, чтобы такое
крепление осуществить у транзисторов типа КТ816-КТ817 необходимо слегка сточить на наждачной шкурке одну из
боковых сторон. Транзисторы типа КТ850-КТ851А и КТ8101-КТ8102А легко крепятся друг к другу без переделок.
Непосредственное крепление, без прокладок, один на другом, однополярных транзисторов (управляющих токами
противоположных им транзисторов) позволяет улучшить тепловой контакт, и упростить монтаж, хотя и требует
симметрии тепловых характеристик. Для этого в случае отдельных теплоотводов желательна их идентичность, а в случае
общего радиатора симметричное расположение элементов. Мощные транзисторы на общий радиатор необходимо
крепить через слюдяные прокладки толщиной 0,1мм с обязательным применением теплопроводной пасты. При этом
транзисторы в пластмассовых корпусах необходимо прижимать сверху корпуса дополнительной крепежной планкой.
Конструкция радиатора может быть произвольной, но чем более быстрый отвод тепла будет достигнут, тем более высокое
качество звука можно получить. Площадь радиатора на каждый оконечный транзистор базовой схемы Рис.1 должна быть
не менее 500 см2.
Для усилителя Рис.2 при токе покоя 350 мА не менее 600см2 на каждый транзистор, при токе покоя 1А не менее 1200см2, а
при больших токах целесообразно применять принудительное охлаждение.
Качество применяемых конденсаторов в значительной степени определяет качество звука, поэтому в качестве переходных
конденсаторов желательно применение специальных без индукционных конденсаторов аудиофильского качества. Если
таких под рукой не окажется, то из распространенных типов можно рекомендовать конденсаторы серии К72 или К78, в
крайнем случае - К73. Конденсаторы должны быть на рабочее напряжение не менее 250В. Где это необходимо требуемая
емкость получается за счет параллельного соединения нескольких конденсаторов.
Электролитические конденсаторы лучше всего применить фирменные имеющие гарантию более-менее приемлемой
частотной характеристики. При этом конденсаторы фильтра питания лучше набирать из нескольких параллельно
соединенных меньшей емкости. В случае отсутствия таких возможностей можно установить отечественные, но желательно
удвоенной емкости. Диодные сборки VD6-VD7 силового выпрямителя должны быть на прямой ток 15-25А и обратное
напряжение не менее 150В, причем для каждого канала используется отдельный выпрямитель. Их необходимо установить
на небольшие радиаторы либо на общий радиатор охлаждения транзисторов.
Трансформаторы силовые могут применяться любой конструкции, но хорошего качества, особенно это, касается
трансформатора питания транзисторного оконечного каскада. Как уже говорилось, в крайнем случае, годятся
трансформаторы намотанные на тороидальных сердечниках от лабораторных регулируемых автотрансформаторов.
(Усилитель по схеме Рис.1 неплохо работал от перемотанного телевизионного трансформатора типа ТС180 - по одному
на канал).
Для питания ламповой части можно применить любой трансформатор мощностью 40 Ватт и более, имеющий вторичную
обмотку на 180-220 Вольт и накальную на 6,3В. Все трансформаторы необходимо сфазировать друг с другом по минимуму
наводок.
В качестве транзистора VT5, в стабилизаторе анодного напряжения Рис.3, кроме транзистора КТ851А можно применить
транзистор типа ГТ806Д либо отобранный по максимальному напряжению пробоя КТ816Г. Транзистор VT5 установлен
на небольшом радиаторе площадью около 50 см2, либо через изолирующую прокладку на металлическом шасси.
Блок защиты выполнен на тиристорах имеющих прямой ток не менее 10 А и обратное напряжение не менее 400В, например
КУ202М или КУ202Н. В принципе, желательно применение тиристоров имеющих прямое минимальное падение
напряжения в открытом состоянии при максимальном токе нагрузки. Поэтому не будет ничего плохого, если применить
тиристоры типа Т112-16-8 или Т10-25 и т.п.
В качестве трансформатора Тр1 блока электронного предохранителя пригоден любой маломощный трансформатор от
блока питания переносной аппаратуры с выходным напряжением 8-15 Вольт. В зависимости от величины этого
напряжения необходимо подбирать резистор R1, ограничивающий ток через герконовое реле управления тиристорами
ключа, для обеспечения его надежного срабатывания. Герконовое реле К1 применено типа РЭС55А паспорт 0302 можно
применить реле с другим напряжением срабатывания, соответственно подобрав резистор R1. Светодиоды могут быть
использованы любые на максимальный рабочий ток в пределах 15-20 мА, тоже касается маломощных диодов VD2, VD12.
Архитектура при монтаже должна быть такой, чтобы длинна соединительных проводов была минимальной. Вход должен
быть максимально близко к сетке лампы, а выход к эмиттерам транзисторов. Конденсаторы фильтра питания должны
находится максимально близко к оконечным транзисторам. Лампы и их высокоомные цепи должны быть отдалены от
силовых трансформаторов и заэкранированны. Монтаж желательно сделать навесной, его необходимо производить
одножильным медным проводом. Для силовых цепей диаметром не менее 1,8мм, для сигнальных не менее 0,8мм. Лучше
всего провод взять от сертифицированных соединительных кабелей или по возможности из чистой меди. Хорошо подходит
посеребренный провод от высокочастотных катушек передатчиков. Пайку необходимо производить припоем не
содержащем свинца. Для этого можно изготовить припой следующего состава 12% чистого серебра, 88% пищевого олова.
Температура плавления такого припоя вполне приемлемая для пайки обычным паяльником на 40 Ватт. При изготовлении
припоя следует помнить, что серебро нужно опускать в расплавленное олово, а не наоборот. Наконец, если всего этого у
вас вдруг не окажется, можете собрать усилитель из любых подручных деталей, даже с электролитическими переходными
конденсаторами, он все равно порадует отличным звуком.
2000г. Москва - Алма-Ата - Ялта
Сергей Лачинян.
P.S.
В заключение хочется вернуться к акустике, которая вызвала к жизни конструкцию предлагаемого усилителя. Увы, в
конечном итоге транзисторный усилитель для электростатических громкоговорителей не пригодился. Электростатики
удалось запитать непосредственно с анода лампы, безо всяких трансформаторов и получить 117 дБ звука девственной
чистоты не испорченного ничем кроме резистора в анодной цепи триода, но об этом возможно в следующий раз.
