Разное

Гибридные усилители низкой частоты – SRPP на лампах + УМЗЧ на полевых транзисторах » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

Содержание

ГИБРИДНЫЙ УНЧ





      
   По многочисленным просьбам радиолюбителей, привожу усовершенствованную и более полную схему гибридного УНЧ с подробным описанием, списком деталей и схемой блока питания. Лампу на входе схемы гибридного УНЧ 6Н6П — заменил на 6Н2П. Так же можно поставить в этот узел и более распространённую в старых лампачах 6Н23П. Полевые транзисторы заменимы на другие аналогичные — с изолированным затвором и ток стока от 5А и выше. Переменник R1 — 50 кОм это качественный переменный резистор на регулятор громкости. Можно поставить его вплоть до 300кОм, ничего не ухудшится. Обязательно проверить регулятор на отсутвие шорохов и неприятных трений при вращении. В идеале стоит использовать РГ ALPS — это японская фирма по производству качественных регуляторов. Не забываем про регулятор баланса.

самодельный гибридный УНЧ с полевыми транзисторами

   Подстроечным резистором R5 — 33 кОм вставляется ноль напряжения на динамике в режиме молчания УНЧ. Другими словами подав питание на транзисторы и вместо динамика (!) подключив мощный резистор на 4-8 Ома 15 ватт, добиваемся на нём нуля напряжения. Меряем чувствительным вольтметром, так как должен быть абсолютный ноль. Схема одного канала гибридного УНЧ приведена ниже.

Схема одного канала гибридного УНЧ

   Остальные резисторы 0,125 или 0,25 ватт. Короче любые маленькие. Конденсатор 10000мкФ можно смело уменьшить до 100мкФ, а нарисован он так по старому обозначению. Все конденсаторы по анадному питанию ставим на 350В. Если трудно достать на 6,8мкФ — ставим хотя бы на 1мкФ (я так и сделал). Транзистор управления током покоя, заменим на КТ815 или КТ817. На звуке это не отразится, он там просто ток корректирует. Естественно нужна ещё одна нужна копия гибридного УНЧ и для второго канала. 

Схема блока питания гибридного УНЧ

   Для питания транзисторов нужен двуполярный источник +-20 (35)В с током 4А. Можно на обычном трансформаторе. Так как большая мощность не требовалась — поставил 60-ти ваттный транс от видеомагнитофона с соответствующим снижением выходной мощности. Фильтрация простая — диодный мост и конденсатор. При токе покоя 0,5А — хватит ёмкости 10000мкф на канал. Конденсаторы С3, С4, С5 по 160В, не меньше. Или на всякий случай больше. R8 небольшой подстроечный резистор — крутится отвёрткой. Он задаёт ток покоя выходных транзисторов (в отсутствии сигнала). Выставить ток надо от 0,3А — режим АВ до 2А — режим А. Во втором случае качество звука гораздо лучше, но вот греться будет не слабо. Можно задействовать для питания и электронный трансформатор с дополнительным кольцом и обмотками 12витков — на неё идёт 12В с трансформатора, и двумя по 20В — это вторичка. В этом случае диоды моста должны быть высокочастотными, простые КД202 сгорят в момент.

фото гибридного УНЧ своими руками

   Накал питаем 12-ю вольтами соединив накалы обеих ламп последовательно. Анодное напряжение 300В я брал с помощью маленького трансформатора (5 ватт) от китайского многонапряжительного адаптера. Питать от той пародии, кроме светодиода, ничего нельзя, а вот в этом гибридном УНЧ он пришёлся к месту. На его 15-ти вольтовую вторичку подаём 12В с электронного (или обычного) трансформатора, и с 220-ти вольтовой сетевой снимаем напряжение. Ток конечно не ахти, но обе лмпы 6Н2П тянут по аноду всего 5мА, так что большего им и не надо.

   Форум по гибридным УНЧ

   Обсудить статью ГИБРИДНЫЙ УНЧ








radioskot.ru

Гибридный усилитель звука — меломаны считают его одним из лучших аппаратов такого типа


Гибридный усилитель звука-1Гибридный усилитель звука-1

Гибридный усилитель звука без ООС

Гибридный усилитель звука, который показан на схеме ниже многими меломанами считается одним из лучших аппаратов такого типа вобравший в себя все самое лучшее, что может максимально предоставить ламповый и транзисторный УМЗЧ. Его звучание похоже на двухтактный аппарат выполненный на триодах, но басы намного насыщеннее, быстрее, четче и солиднее. Средняя полоса прозрачная с ярко выраженными деталями, верхние частоты без всяких примесей, которыми грешат транзисторные приборы. Я уже давно подумывал взяться за сборку усилителя мощности с высоким классом. Перебрав различные варианты схем, коих великое множество в интернете, но большее внимание привлекла именно вот эта принципиальная схема.

Гибридный усилитель звука-2Гибридный усилитель звука-2

В общем как основа, такое схематическое решение мне абсолютно подходило, тем не менее позднее, по ходу настройки возникла необходимость ее немного модернизировать. Схема то прекрасная, но не хватало там защитных функций. Поэтому я в первую очередь добавил защиту, обеспечивающей мягкий запуск усилителя при включении сетевого напряжения. Усовершенствовал функцию выполняющей автоматическое смещение напряжения на транзисторах MOSFET IRFP140 и IRFP9140. В изначальной авторской разработке, напряжение с выхода ламп значительно терялось в схеме смещения обладающей малым внутренним сопротивлением. Только после того, как я увеличил ее общее сопротивление порядка до нескольких сот кОм, то размах амплитуды на выходе возрос до 30v. p>

В конечном итоге гибридный усилитель обеспечивает выходную мощность до 200 Вт на каждый канал, при работе на нагрузку 4 Ом. Исходя из того, что выходной каскад аппарата работает в классе А, я заранее предусмотрел установку теплоотводов под полевые транзисторы, а для охлаждения радиаторов дополнительно еще вентилятор. По техническим и звуковым параметрам эта схема очень схожа с известным гибридным усилителем мощности Magnat RV3. Существенное отличие этого усилителя от Магната, это то, что в выходных каскадах последнего реализованы кремневые биполярные транзисторы, а в этом оконечный каскад работает на полевых транзисторах. Именно применение MOSFET-транзисторов исключило необходимость установки дополнительных каналов согласования, исключительно только конденсаторы в качестве переходных элементов.

Говоря об устройствах такого типа как лампово-транзисторный усилитель, стоит отметить, что основная цель в получении высокой мощности на выходе, не в угоду громкости в динамиках, а для воспроизведения качественного, естественного звука. Также стоить отметить еще одну конструктивную особенность устройства. Что бы обеспечить питающим напряжением ламповый модуль усилителя был использован импульсный блок питания имеющий постоянное выходное напряжение 6,3v и 270v, вследствие чего удалось максимально убрать фон низкой частоты и кардинально снизить уровень шума.

Гибридный усилитель звука-3Гибридный усилитель звука-3

Важное замечание! Представленная здесь схема, как было сказано выше, использовалась как основа. Поэтому у каждого кто возможно планирует ее повторить, есть возможности усовершенствовать ее по своему. Еще хочу добавить, что в процессе тестирования решил полностью убрать каскад установленный между конденсаторами и полевыми транзисторами. На данный момент установлен каскад, задающий смещение на затворах. Основными элементами этого каскада являются переменные, много оборотные резисторы, а также стабилитроны, возможно нужно будет заменить постоянные стабилизаторы на регулируемые.

usilitelstabo.ru

Гибридный усилитель мощности. | РадиоГазета

Гибридный усилитель мощностиНадеемся, что ваша домашняя аудиосистема пополнилась качественным предварительным усилителем из наших последних публикаций.  Теперь пришло время задуматься об усилителе мощности. Сегодня мы предлагаем вам описание конструкции одного очень интересного гибридного усилителя. Автор Уим дэ Хэн

назвал своё творение «MuGen». По-японски это означает бесконечность, ну а с технической точки зрения усилитель объединил в себе усилитель напряжения — Mu и усилитель тока — Gen, что и отражено в названии.

Сегодня ламповые усилители претерпевают второе рождение — появилось довольно большое количество как коммерческих, так и самодельных конструкций. К сожалению, наиболее достойные их образцы отличаются весьма нескромной ценой, которая обусловлена в частности необходимостью высокого напряжения для работы усилителя и наличием выходного трансформатора. Довольно высокое внутреннее сопротивление ламп не позволяет подключать к ним  аккустическне системы непосредственно. А дешёвый выходной трансформатор посредственного качества сведет «на нет» все усилия по сборке усилителя, какими бы дорогими и качественными не были остальные комплектующие, как бы ни была хорошо проработана схема.

В гибридных усилителях выходной трансформатор заменяется транзисторным каскадом, который имеет низкое выходное сопротивление, что позволяет подключать нагрузку к выходу усилителя без каких либо ухищрений. Современные электронные приборы при этом позволяют получить весьма высокие характеристики и низкие искажения.

Параметры и схема усилителя MuGen:

  • Входная чувствительность: 825 мВ (8 Ом)  и 770 мВ (4Ом)
  • Входное сопротивление: 300 kОм
  • Усиление: 29 дБ  (23 дБ с общей отрицательной обратной связью)
  • Выходная мощность (при 1% THD):
    • 70 Вт на нагрузке 8 Ом,
    • 110 Вт на нагрузке 4Ом
  • Коэффициент гармоник (THD) + шум:
    • при выходной мощности 1 Вт / 8 Ом : <0,1%
    • при выходной мощности 10 Вт / 8 Ом : <0,15%
  • Коэффициент демпфирования: 20 (на 8 Ом нагрузки)

Схема усилителя представлена на рисунке:

гибридный усилитель мощности

Увеличение по клику

Входной каскад.

Для получения заданной выходной мощности входной каскад должен обеспечить усиление входного сигнала до амплитуды в 25В. Кроме того, из-за отсутствия общей отрицательной обратной связи этот каскад должен обладать минимальными искажениями при работе на нагрузку в 10кОм (входное сопротивление выходного драйвера).

Основываясь на своём опыте работы с лампами, автор выбрал для входной части усилителя дифференциальный каскад, что кроме всего прочего позволяет использовать его в качестве фазоинвертора и достаточно просто ввести в усилитель общую отрицательную обратную связь, если возникнет такая необходимость или желание поэкспериментировать. При этом сигнал ОООС подается отдельно от входного сигнала на сетку правого триода.

Так как катоды ламп первого каскада по переменному току соединены последовательно, это порождает местную обратную связь глубиной около 6 дБ, что снижает искажения каскада, но и снижает его усиление. Поэтому здесь необходима лампа с высоким коэффициентом усиления. Автор выбрал лампу ECC83 (аналог 6Н2П).

Источник тока в катодной цепи сделан активным, на транзисторах, что также существенно улучшает параметры каскада и позволяет простыми методами реализовать регулировку тока диф. каскада. Итоговое усиление первого каскада составляет 29 дБ.

Для включения в усилителе общей ООС необходимо замкнуть перемычку JP1. При этом общее усиление снизится до 23 дБ, но этого всё равно достаточно для получения заданной выходной мощности.

Напомню, что глубокая общая ООС улучшает параметры усилителя, но как показывают тесты, ухудшает его субъективное звучание. Глубина обратной связи в -6дБ является в этом случае хорошим компромиссом.

Недостатком использования ламп ECC83 во входном каскаде является их высокое выходное сопротивление — порядка 50кОм. Согласование с низкоомной транзисторной частью обеспечивает катодный повторитель на лампе ECC89 (аналог 6Н23П) с выходным сопротивлением  около  500Ом.

После долгих экспериментов автор выбрал режим, обеспечивающий наименьшие искажение и позволивший согласовать оба ламповых каскада непосредственно, без разделительного конденсатора. Кроме того, это обеспечивает плавный рост напряжения (от 0 до 194 В) на катодном резисторе R7 при включении усилителя, благодаря чему конденсаторы С2 и С3 плавно заряжаются, что устраняет щелчки и негативное воздействие на транзисторную часть.

Разделительные конденсаторы.

Каскад усиления напряжения (ламповая часть) и каскад усиления тока (транзисторная часть) связаны между собой через разделительные конденсаторы. Без этого в схеме не обойтись, ведь напряжение на катоде лампы ECC88 около 194 В. К сожалению, эти конденсаторы существенно влияют на звучание усилителя.

Проведя тесты по прослушиванию данного усилителя, автор остановил свой выбор на конденсаторах  ClarityCap серии SA, которые имеют очень хорошее соотношение цена/качество. Благодаря высокому рабочему напряжению (600 В), серия SA очень хорошо подходит для использования в ламповых схемах.

гибридный усилитель мощности

Топология печатной платы позволяет применить в конструкции качественные конденсаторы других производителей, в том числе Wima и Solen. Значение 3,3 мкФ выбрано для обеспечения спада АЧХ ниже 10Гц. Разделительный конденсатор совместно с входным сопротивлением транзисторного каскада составляют фильтр, частоту среза которого можно определить по формуле:

1 / (2π* 3.3 µF * 10 kOm)

Рабочее напряжение разделительных конденсаторов должно быть не менее 400В.

Выходной каскад.

Выходная ступень усилителя построена на биполярных транзисторах. Конечно, можно было бы использовать и полевые МОП транзисторы типа BUZ900P или 2SK1058, но автор намеренно их отсеял. Выбранные транзисторы довольно часто используются в звуковых усилителях и при очень хороших характеристиках для аудио-применения они имеют весьма скромную цену и высокую надёжность.

Выходной каскад является квази-комплементарным, т.е. построен на транзисторах одинаковой проводимости в обоих плечах. Подобная конфигурация имела широкое распространение в 70-80-х годах из-за отсутствия доступных p-n-p комплементарных транзисторов. И, в общем-то… заслужила плохую репутацию. Но!  Автор считает, что полностью комплементарных транзисторов не бывает в принципе, а потому, используя однотипные транзисторы можно добиться большей реальной симметрии плеч каскада. Известная фирма Naim использует в своих усилителях только такую конфигурацию выходного каскада.

Значение питающего напряжения составляет 38 В, что  является оптимальным для этого выходного каскада и позволяет для 4— ом или 8— ом нагрузки эксплуатировать усилитель без проблем.

Подробнее об элементах схемы.

Резистор R1 является сеточным резистором лампы V1a. Его значение не критично, но наличие обязательно! Резистор R2 совместно с входной ёмкостью лампы образует фильтр низких частот для защиты входа усилителя от помех. Аналогичную роль выполняет резистор R5 для катодного повторителя.

Номиналы резисторов R3 и R4 выбраны для получения на анодах ламп напряжения чуть больше 190В. При этом ток через каждую лампу составляет 0,8мА. Источник тока для диф. каскада построен на транзисторах Q6, Q7 для увеличения его внутреннего сопротивления. Светодиод задаёт опорное напряжение, а триммером Р1 можно удобно и с высокой точностью установить требуемый ток источника. Для питания генератора тока используется стабилизатор на микросхеме LM337.

При желании в схему можно ввести общую отрицательную обратную связь. Её глубина зависит от номиналов резисторов R6 и R8. При указанных на схеме значениях глубина ОООС составляет 6 дБ. Для повышения устойчивости параллельно R8 можно подключить конденсатор небольшой ёмкости (56пкФ). Если Вы не любите эксперименты или ярый противник отрицательной обратной связи, то элементы R6, R8, JP1, Cfb можно не устанавливать. Даже без общей ООС этот усилитель имеет очень низкие искажения.

Ток покоя лампы катодного повторителя выбран около 9 мА. Для снижения искажений и выходного сопротивления каскада этот тот желательно задавать побольше, но это может негативно сказаться на сроке службы лампы. Автор принял компромиссное решение.

Транзистор Q1 задаёт ток покоя транзисторного выходного каскада. Для обеспечения термостабилизации он должен быть закреплён как можно ближе к выходным транзисторам на общем радиаторе. Резистор P2 должен быть многооборотный и с надёжным контактом движка.

Резисторы R11, R16, P3 определяют входное сопротивление транзисторной части усилителя (при указанных номиналах оно составляет порядка 10 кОм). При использовании полевых транзисторов номиналы этих резисторов могут быть существенно увеличены. Триммер P3 служит для настройки «0» на выходе усилителя. Автор намеренно не использовал интегратор для этих целей, так как считает, что он негативно влияет на звучание.

Элементы R12/C4 и R20/C8 являются дополнительными фильтрами питания, и исключать их из схемы крайне не рекомендуется. Ёмкости конденсаторов С4 и С8 могут быть в пределах 220мкФ-330мкФ.

Транзисторы Q2 и Q4 образуют классический составной транзистор Дарлингтона, который даёт необходимое усиление по току. Транзисторы Q3 и Q5 образуют составной транзистор Шиклаи, имитируя комплементарный PNP транзистор. Так как Q4 и Q5 являются однотипными, то по мнению автора и комплементарность здесь достигается более полная. Для снижения искажений каскада Шиклаи обычно в него добавляют диод Баксандалла. Автор заменил его транзистором в диодном включении ( на схеме обозначен Qbax), что позволило ещё больше снизить искажения выходного каскада. Измеренные искажения при 1 Вт выходной мощности с диодом составили 0,22%, а с транзистором  2SC1815, включенным диодом, всего 0,08%. При больших уровнях выходной мощности разница между диодом и транзистором уменьшается. Печатная плата позволяет установить транзисторы типов 2SC1815 или 2SC2073 или просто диод 1N4007.

Благодаря наличию местных отрицательных обратных связей, выходной каскад имеет низкие искажения и хорошую термостабильность. Резисторы R21 и R22 должны быть безындукционные и возможно меньших габаритов.

Элементы R23 и C7 формируют цепь Цобеля для обеспечения стабильности усилителя на частотах выше  100 кГц. Базовые резисторы R13, R17, R14, и R18 также предотвращают возможные возбуждения на высоких частотах. При ёмкостной нагрузке данного усилителя для повышения его устойчивости можно последовательно с выходом подключить индуктивность (как это часто делается). Катушка содержит  16 витков медного провода диаметром 0,75-мм, намотанных на оправке диаметром 6.3-мм или на резисторе 15 Ом мощностью 2 Вт.

Схема устройства защиты и задержки включения акустических систем показана на рисунке:

Устройство защиты АС

Увеличение по клику

Она обеспечивает задержку подключения АС через 30 секунд после включения усилителя и отключения их при появлении на выходе опасного постоянного напряжения. Для минимизации влияния на звук реле для этого блока необходимо выбрать с надёжными и качественными контактами.

Блок питания

Высоковольтная часть схемы питается от стабилизатора, построенного на микросхеме TL783. Входное напряжение должно составлять порядка 360В. Микросхема установлена на небольшом радиаторе и надёжно изолирована от корпуса. Выходное напряжение  315В устанавливается резисторами делителя R39/R40. Резистор R41 служит для разряда конденсаторов после выключения усилителя.

R42 / C27 и R43 / C28 являются дополнительными фильтрами для левого и правого каналов. После них выходное напряжение блока питания составляет 310В.
Если вы не сможете найти для C23 конденсатор типа Wima FKP1 (см. спецификацию) то лучше его исключите из схемы!

Блок питания усилителя мощности

Увеличение по клику

Вторичная обмотка трансформатора Т1 с напряжением 30В используется для питания устройства защиты АС (не стабилизировано).

Напряжение накала соединяется с общим проводом (для уменьшения фона) через конденсатор. Оно не может быть непосредственно соединено с «землёй» так как на катоде лампы ЕСС88 напряжение составляет 194В, что больше предельно допустимого напряжение катод-сетка. Конденсатор легко решает эту проблему. Резистор R36 подбирается экспериментально, чтобы напряжение накала составляло ~6.3В.

Выходной каскад усилителя питается нестабилизированным напряжением 38В. Все трансформаторы в конструкции автора — тороидальные.

Конструкция.

Все блоки усилителя собраны на печатных платах. Каждый канал усилителя собирается на отдельной плате, так что для стерео-варианта их понадобится две штуки.

Автор гарантирует, что вы получите наилучшие результаты, если будите использовать именно те элементы, которые указаны в перечне (см. ниже). Между тем, ничто не мешает заменить их на другие аналогичные  — имеющиеся в наличии или в плане эксперимента.

Сборку рекомендуется начинать с блока питания:

Плата блока питания

Увеличение по клику

Печатные платы усилителя рассчитаны на крепление транзисторов на радиаторы или основание усилителя (которое будет служить радиатором):

Плата гибридного усилителя

Увеличение по клику

Все соединительные провода должны быть соответствующего сечения и как можно короче.

На фото показан вариант крепления выходных транзисторов и транзистора термостабилизации:

Выходные транзисторы усилителя мощности

Увеличение по клику

Обратите внимание, что все транзисторы изолированы от корпуса/радиатора. Для достижения наилучших результатов автор советует сначала закрепить транзисторы на радиаторы, затем согнуть их выводы под прямым углом, после чего вставить выводы в отверстия платы и закрепить её. Пропаивать выводы следует в самую последнюю очередь, когда транзисторы и плата будут окончательно спозиционированы относительно друг друга и закреплены.

В конструкции автора два больших радиатора используются как боковые стенки корпуса усилителя, на которых закреплены печатные платы каждого канала. В центральной части расположены тороидальные трансформаторы питания, плата блока питания и плата защиты АС:

Гибридный усилитель мощности

Увеличение по клику

Для экономии места плата блока питания закреплена над трансформаторами:

плата питания усилителя мощности

Увеличение по клику

Для снижения уровня фона и помех все «общие» провода должны соединяться в одной точке, как показано на схеме:

Гибридный усилитель мощности

Увеличение по клику

Налаживание усилителя.

Перед включением убедитесь, что транзисторы надёжно изолированы от радиатора/корпуса и друг от друга, полярность электролитических конденсаторов не перепутана, а лампы стоят на своих местах (они не взаимозаменяемы!)

Как отмечалось выше, усилитель имеет три органа регулировки:

  • P1 устанавливает рабочий ток лампы ECC83.
  • P2 контролирует ток покоя выходных транзисторов.
  • P3 регулирует уровень постоянного напряжения на выходе усилителя.

Перед включением движок Р2 необходимо поставить в верхнее по схеме положение (замкнуть на коллектор Q1). Этим мы обеспечим минимальный ток покоя транзисторов после включения.

Триммер Р1 нужно выставить примерно на 800 Ом (выставляется перед запайкой в плату).

После включения усилителя без подачи входного сигнала и без подключения нагрузки, отрегулируйте триммером Р1 напряжение в контрольной точке ТР3, которое должно составлять 1,6В. При этом напряжение на катоде V2a должно быть 195 V (± 5%). Эти напряжения взаимосвязаны. Если какое-то напряжение сильно отличается от указанных, какую-то из ламп придётся заменить.

Затем триммером Р3 установите нулевое напряжение на выходе усилителя. Оно может находиться в пределах от -50мВ до +50 мВ. Это нормально. После этого триммером Р2 установите ток покоя усилителя в районе 100-150 мА. Для этого можно контролировать напряжения на резисторах R21 или R22, которые должны лежать в диапазоне 22 мВ-33 мВ.

После прогрева усилителя в течение получаса проверьте установленные значения и если нужно откорректируйте их.

В усилителе используется высокое рабочее напряжение. Помните о технике безопасности при работе с электричеством!!!

Заключение.

Несмотря на отсутствие общей отрицательной обратной связи, усилитель обеспечивает низкие искажения сигнала на малых уровнях мощности и хороший коэффициент демпфирования, что обычно является проблемой для усилителей без общей ООС.

Усилитель обладает великолепным звучанием с хорошей динамикой и высокой детальностью. Особенно бережно он обращается с микродеталями (сигналами малого уровня). При этом в звучании отсутствует ярковыраженный ламповый окрас.

MuGen воплотил в себе лучшее из двух миров — транзисторную динамику и ламповую теплоту звука (в пределах разумного, без транзисторной жёсткости).

Надо заметить, что этот усилитель эксплуатируется автором аж с 2007 года и пока ни один другой усилитель не превзошёл его по музыкальности!

Гибридный усилитель мощности

Увеличение по клику

Перечень элементов.

Усилитель и блок питания
(Для стерео-вариант все детали надо взять в двойном количестве)

Резисторы
(1% металлоплёночные, мощностью 0,5Вт, если не указано особо)
R1 = 392 kОм
R2,R5,R12,R20,R32 = 1 kОм
R3,R4 = 150 kОм 2W (BC PR02 series)
R6,R15,R19,R45 = 100 Ом
R7 = 22 kОм 3W (BCPR03 series)
R8 = 2,43 kОм
R9 = 274 Ом
R10 = 560 Ом
R11 = 18 kОм
R13,R17 = 392 Ом
R14,R18 = 2,2 Ом
R16 = 20 kОм
R21,R22 = 0,22 Ом 4W (Intertechnik MOX)
R23 = 10 Ом 2W
R24,R26 = 182  Ом
R25 = 1,5 кОм
R27 = 3,3 кОм
R28,R29 = 1 MОм
R30 = 330 kОм
R31 = 10 MОм
R33, R34, R35 = 100 kОм
R36 = подбирается (примерно 0.22 Ом)
R37,R38 = 100 Ом 1W
R39 = 330 Ом
R40 = 82 kОм 3W
R41 = 150 kОм 3W
R42,R43 = 1 kОм 1W
R44 = 4,7 Ом
P1 = 2 kОм, многооборотный
P2,P3 = 5 kОм, многооборотный

Конденсаторы:
C1 = 100nF 400VDC
C2,C3 = 3.3мкФ 400VDC (ClarityCap SA 630V аудиофильского качества)
C4,C6,C8,C10 = 270 мкФ 50V (Panasonic FC)
C5,C9,C12,C14,C22 = 100nF 50V
C7 = 100nF (Vishay MKP-1834)
C11,C16,C17 = 10мкФ 50V
C13 = 47мкФ 50V
C15 = 1мкФ 250V (типа Wima)
C18 = 22мкФ 63V
C19,C20 = 47мкФ 25V
C21 = 220мкФ 50V
C23 = 2n2 (Wima FKP-1/700 VAC)
C29,C30,C31,C35 = 2n2 (Wima FKP-1/700 VAC)
C24 = 150мкФ 450V
C25 = 100n 450 VDC
C26 = 10мкФ 400V
C27,C28 = 22мкФ 400V
C32,C33,C34,C36,C37,C38 = 4700 мкФ63V (BC056, 30×40 mm, Conrad Electronics)
C39 = 10мкФ 25V
Cfb = 56pF (optional)

Активные элементы:
D2,D3 = UF4007 (при отсутствии можно поставить — 1N4007)
D4,D5 = 1N4001
D6,D7,D8 = 1N4148
D9,D10,D11,D12 = BY228
D13 = 1N4007
LED1 = LED, 5mm, красный светодиод
Z1 = стабилитрон 110V 1.3W
Q1 = BD139
Q2 = 2SC2073
Q3 = 2SA940
Q4,Q5 = 2SC5200
Q6,Q7 = BC550B
Q8 = BS170
Q9,Q10 = BC547B
Qbax = 2SC1815BL
U1 = LM337
U2 = LM317
U3 = TL783

Лампы:
V1 = ECC83 (pref. JJ Electronics), 6Н2П
V2 = ECC88 (pref. JJ Electronics), 6Н23П

Разное:
B1 = мостовой выпрямитель 600 V, 1A (DF06M)
B2,B3 = мостовой выпрямитель 400V, 35A
T1 =трансформатор с вторичными напряжениями: 30V + 250V +6.3V (Amplimo type 3N604)
T2 = трансформатор со вторичными напряжениями:  2×28 VAC, 300VA (Amplimo type 78057)
RLY1 = реле 24V (например  Amplimo type LR)
Радиаторы U3 Fischer SK104 25,4 STC-220 14K/W
Радиаторы U1 и U2, FischerFK137 SA 220, 21K/W
Радиаторы для Q4 и Q5, с тепловым сопротивлением 0.7K/W или лучше.
9-контактная панель для ламп — 2шт.

Чертежи печатных плат (оригинал в формате pdf) качаем здесь.(rar-архив, 186 kb)

Последнюю версию чертежей печатных плат в формате Sprint-Layout от наших читателей (редакцией «РадиоГазеты» НЕ ПРОВЕРЯЛИСЬ!) качаем здесь (rar-архив 117 kb).

Статья подготовлена по материалам журнала «Электор».

Вольный перевод — главный редактор «РадиоГазеты».

Удачного творчества!

Похожие статьи:


radiopages.ru

ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

    Многие слышали и наверное делали ламповые УНЧ, кто-то говорит их звук самый лучший , а кто-то скажет транзисторы ни в чём им не уступают и по параметрам гораздо круче.

    Я делал и те и эти и готов сделать окончательный вывод: в классном усилителе звука — и лампы и транзисторы, каждому своё: 

-лампы отлично работают на входе, а как стильно смотрятся!, а полевые транзисторы на выходе — и не надо огромных выходных трансформаторов.

    Вот схемы которые я испытывал в процессе экспериментов и все они прекрасно себя зарекомендовали!

    А вот пример практической реализации одного из гибридных УНЧ по схеме, приведённой ниже:

унч гибридный

усилитель гибридный

гибрид схема

гибридный усилитель

гибридный усилитель

гибридный усилитель

гибридный усилитель 2

усилитель гибридный

     Для этого усилителя использовал схему на N-канальных полевых транзисторах из журнала радиохобби, Нижняя часть корпуса размерами 15х20 см из сантиметрового алюминиевого листа, используется как общий радиатор для транзисторов. Питание последних получается  через обычный диодный мост и две ёмкости по 10000 мкф. Фона переменного тока не слышно. 200 В для анода берётся с помощью 12-вольтового маленького транса на 10 Вт включенного наоборот к вторичке основного трансформатора. Для индикации положения уровня громкости — ставим синий светодиод через кусочек оргстекла. Для красоты — лампы снизу подсвечиваем красными светодиодами. Разница на слух между 6Н6П и 6Н2П практически не заметна. Налаживание заключается в установке нужного тока покоя (в пределах 0.3 — 1 А). И последнее: не экономьте на радиаторе! Для класса «А» потребуется очень приличное охлаждение. К примеру радиатор для 100 ваттного УНЧ макинтош класса «А» весит 8кг! В качестве источника питания для такого усилителя можно использовать электронный трансформатор как в данной статье. А тут читайте более подробное описание гибридного усилителя

     Все вопросы — на ФОРУМ.

   Схемы усилителей

elwo.ru

Гибридные усилители. Лучшее от двух миров

Журнал «Салон АВ»  2002 г.  №9
Дмитрий Ловковский

Гибридные усилители. Лучшее от двух миров

С одной стороны, эта двойственность делает мир устойчивым. С другой — мы постоянно встаем перед нелегким выбором, оказываясь в положении буриданова осла.

Какому усилителю отдать предпочтение — ламповому или транзисторному? Головой понимаешь, что разумнее выбрать транзисторный — будет меньше проблем с колонками. А душа тянется к лампам…

ЛАМПОВЫЙ РАССВЕТ, ТРАНЗИСТОРНЫЙ ЗАКАТ

В 1925 году американские инженеры Райс и Келлог сделали фундаментальное изобретение, от которого в принципе и берет свое начало современная аудиотехника — они придумали электродинамический преобразователь, попросту говоря, громкоговоритель. Началась история электрического звукоусиления.

На протяжении нескольких десятилетий после этого в сфере звука безраздельно царствовали лампы. Их недостатки в качестве усиливающих элементов были общеизвестными, однако повода для дискуссий не давали — альтернативы лампам не было, а потому и критика казалась неуместной. Вполне возможно, что к нынешним временам производителям ламп и конструкторам усилителей удалось бы решить многие проблемы, если бы не появление полупроводников. Фокус научно-технологического интереса переместился. Развитие ламповой техники практически прекратилось.

60-е годы — времена транзисторных восторгов. Полупроводники в моде. Производители выпускают аппаратуру, с надписью «Solid State» на лицевой панели и с гордостью указывают количество транзисторов в схеме — чем больше, тем круче. Маркетинг уже тогда подмял под себя не только техническую целесообразность, но и здравый смысл. Появляются карманные приемники на 30-40 транзисторах — в этих монструозных схемах триоды используются даже вместо диодов и сопротивлений. Некоторые эксперты (их имена известны редакции) спешат возвестить полную и окончательную победу полупроводниковой техники над ламповой…

В 1976 году советский летчик Беленко угнал в Японию секретный «МИГ-25». Японцы и американцы, вскрыв машину и обнаружив, что чуть ли не вся электроника в ней выполнена на лампах, смеялись. Они не могли предполагать, что через некоторое время ламповая техника будет вызывать у людей не смех, а почтение.

К счастью, мода имеет одно приятное свойство — она скоротечна. Очень быстро выяснилось, что при всех достоинствах полупроводников у них хватает и недостатков. Интерес к лампам вернулся, установилось равновесие, и аудиотехника стала, наконец, «биполярной», разделившись на два мира — ламповый и транзисторный.

ДЕТИ КОМПРОМИССА

Еще в начале 70-х аудиоконструкторы начали понимать, что транзисторы никогда не смогут полностью заменить лампы, которые имеют множество слышимых преимуществ в интерпретации музыки. Тогда начались попытки преодолеть ограничения, налагаемые транзисторами, и создать полупроводниковый усилитель, который по всем статьям переиграл бы ламповый. Тем более что у ламп в качестве усиливающих элементов масса недостатков: им свойствен микрофонный эффект, они имеют ограниченный срок службы и в последнее время ко всему прочему еще и стали дефицитными. (Отмечу, однако: задача переиграть лампы оказалась отнюдь не тривиальной.) А главное — электровакуумные приборы обладают большим внутренним сопротивлением, и для согласования с низкоомной нагрузкой (громкоговорителем) требуется трансформатор, громоздкий, трудоемкий, а потому дорогой и неудобный при массовом производстве.

Сама собой напрашивалась мысль совместить достоинства ламп и транзисторов, заодно избавившись от их недостатков. Имя ей — гибрид. (Здесь опять придется прибегнуть к скобкам: некоторые специалисты полагают, что это слишком прямолинейное и грубое решение проблемы.)

Тем не менее, идея пришла сразу во множество голов, поэтому установить ее автора не представляется возможным. Соответственно, нет у нас данных и о том, кто первым построил гибридный аппарат. Скорее всего, это был даже не звуковой усилитель, а передатчик — совместные лампово-полупроводниковые каскады используются в радиосвязи давно и весьма успешно.

Идея гибридных схем была настолько привлекательной, что сумела раскачать даже такого монстра, как советская радиопромышленность. Лампово-полупроводниковые аппараты выпускались серийно, вспомним хотя бы батарейный приемник «Родина-59» — супергетеродин второго класса, разработанный и выпускавшийся на Воронежском радиозаводе. Ламповым здесь был высокочастотный тракт (что вполне понятно, поскольку высокочастотные транзисторы были тогда недоступны), а на полупроводниках — низкочастотный усилитель. К слову сказать, и по сей день именно этот вариант построения гибридов — лампы в начале, транзисторы в конце — является классическим для аудиотехники.

Впрочем, всегда находятся изобретатели, которые принципиально нарушают общепринятые правила. К примеру, в 1995 году журнал «Electronics Word + Wireless Word» опубликовал оригинальную схему гибридного усилителя, в котором входной каскад был выполнен на операционных усилителях и транзисторах, а выходной — на ламповых пентодах EL84 с трансформатором. Схема отличалась поразительной простотой (точнее, малым числом элементов, а простота ее была кажущейся) и формально неплохими техническими характеристиками: выходная мощность 32 Вт, диапазон частот 5-55000 Гц (на уровне -3 дБ), THD — 0,07% при выходной мощности 20 Вт, выходное сопротивление усилителя — 0,6 Ом. Однако никто не знает, как она звучала. Звук ведь зависит не только от схемы, но и от ее практической реализации.

Гибриды, к сожалению, не сулят своим авторам гарантированные лавры. Известны случаи своеобразного «поворота по фазе», когда усилители, построенные на лампах и транзисторах, сочетали в себе не достоинства, а недостатки и тех и других.

Конструкторы техники, обычно хорошо знакомые с законами физики, забывают иногда об одном из фундаментальных законов мироздания — универсальном законе подлости. Многие потенциально успешные разработки, сделанные лет 10-15 назад и вполне верные по идеологии, получили, тем не менее, дурную репутацию из-за такой досадной мелочи, как несовершенство элементной базы. Параметры полевых транзисторов, которые обычно ставились на выходе тех гибридов, «плыли» при изменении температуры, тока покоя и т.д. И кто же мог предположить, что всего через несколько лет MOSFET и HEXFET (канальный полевой униполярный МОП-транзистор) станут стабильными, как танк, будут обладать частотными характеристиками ламп и при этом смогут управлять током до 20 А? Потому они и становятся все более популярными в усилителях мощности. К примеру, активно используются в знаменитых творениях Нельсона Пасса.

Лампово-транзисторные гибриды прижились даже в car audio, хотя там это сопряжено с определенными проблемами: не так-то просто обеспечить питание для ламп, да и вибрации повышенные…

Однако гибридная овчинка стоит выделки. Лучшим гибридам свойственны великолепная середина, масштабная звуковая сцена, обилие воздуха и общая музыкальность — обладающий низким коэффициентом гармоник выходной каскад на транзисторах сохраняет (в идеале) все достоинства лампового звука и является, в сущности, переходным интерфейсом между ламповым усилителем и спикерами.

Не одному производителю удалось выпустить в свое время весьма удачные гибриды, такие, например, как Counterpoint SA20, Musical Fidelity F15, F18, F20, многие модели Copland. Последняя фирма и сейчас продолжает выпускать гибриды, как, например, CSA 28, заслуживший лестные отзывы европейских экспертов.

Однако мы уделим особое внимание другому аппарату.

В 1978 году известнейшая фирма Infinity Systems поручила инженеру и аудиофилу Бэскому Кингу разработать усилитель мощности, снискавший позже славу под именем Infinity Hybrid Class A. Построен он по тому самому принципу, который, как уже говорил, является для гибридов классическим: лампы работали во входном каскаде и усиливали напряжение, а транзисторы — на выходе. Из самого названия понятно, что пахал усилитель в бескомпромиссном классе А.

После года интенсивной работы, в которой принял участие инженер Боб Дэй, аппарат был запущен в серию и снискал бурные восторги рецензентов. К несчастью, усилитель опередил свое время, оказался достаточно дорогим (порядка $4000) и в итоге всего через год был снят с производства. Было продано около 100 экз. Даже и не знаю, много это или мало для аппарата этой ценовой группы. Сама Infinity Systems предпочитает о нем сейчас не вспоминать, но у Hybrid Class A нашлись преданные поклонники.

ГИБРИД ОГУРЦА И ШЕЙКЕРА

В начале этого года известная американская фирма PS Audio, которая в последнее время довольно часто фигурирует в нашей рубрике «Brand News», главным образом, со своими устройствами качественного аудиофильского электропитания, представила публике свой новейший усилитель мощности HCA-2. Сам по себе этот факт не заслуживает особого интереса — ну, сделали еще один блок питания, управляемый музыкальным сигналом, что с того?

Да только полное название у него расшифровывается не как традиционное для оконечников High Current Amplifier, а Hybrid Class A.

Сами конструкторы громогласно заявили, что назвали его в честь того знаменитого творения Infinity. И объяснили это тем, что их изделие построено по тому же принципу. Цитата:

«Infinity Hybrid Class A — своеобразное завещание всем, кто ведет непрекращающиеся поиски чистого музыкального звука. Даже по сравнению с его современными последователями он звучит весьма неплохо. Настолько неплохо, что можно простить ему шум вентилятора, 10 ампер постоянного тока в выходном каскаде и хрупкость ламп».

А теперь внимание: в усилителе PS Audio HCA-2 нет ни одной лампы.

Входной каскад, хоть и работает в чистом классе А, но построен на полевиках, как, впрочем, и выходной каскад, только на мощных. Так при чем же тут гибрид?

А при том, что это, в сущности, гибрид аналога и цифры. Такой вот крутой поворот конструкторской мысли, неожиданная цепь ассоциаций, воплощенная в железе.

Одна из идей, положенных в основу PS Audio Hybrid Class A, — четкое разделение усилителя на входной и выходной каскады. Каждый из них разработан по своей топологии, и именно это, как полагают конструкторы, позволяет взять лучшее от «двух миров».

Входной каскад — балансный усилитель напряжения на JFET-транзисторах (полевой транзистор с p-n-переходом) без обратной связи в чистом классе А, а выходной — построен по новой фирменной технологии SDATT. Чуть позже мы чуть более подробно о ней расскажем, равно как и о других технологиях, сплошь революционных и судьбоносных.

Известный аудиообозреватель Джон Э. Джонсон-мл. с Интернет-сайта Secrets of Home Theater & High Fidelity () отметил, что по звуку HCA-2 очень похож на ламповый триодный усилитель Balanced Audio Technology VK-75SE. И объяснил это так:

«Секрет, видимо, в том, что лампы были изначально предназначены для усиления звука, а транзисторы — для работы в качестве ключевых элементов. И когда они пытаются делать то же самое, что и лампы, у них это получается не лучшим образом. А HCA-2 использует транзисторы именно для того, для чего они были изначально созданы — для переключения.

У него звук лампового усилителя, но он не греется и способен раскачать «трудные» колонки».

То есть он умеет все то же, что и хороший гибридный усилитель, только вдобавок еще и холодный, как огурец (есть такая английская идиома — as cool as a cucumber).

HCA-2 с его мощностью 150 Вт на канал требуется всего 1 квадратный дюйм радиатора — традиционному понадобилось бы в 10 раз больше.

Эрудированный читатель в этом месте наверняка усмехнется: мол, эка невидаль — оконечный усилитель в классе D! Действительно, ничего особенного, но только на первый взгляд.

У старых гибридных лампово-транзисторных усилителей и нынешних цифровых оконечников в классе D есть одна общая черта — и у тех и у других имеется стойкая дурная репутация. И виновник ее тоже один — все те же дрянные полевые транзисторы, не поспевающие за полетом конструкторской мысли. Сначала они были недостаточно стабильны для работы в сильнотоковом режиме А/АВ, а когда усовершенствовались и стали стабильными и надежными, уже перестали удовлетворять запросам переключающих усилителей — теперь им стало не хватать скорости.

Цифровые переключающие усилители производятся уже не первый год и особенно популярны в сабвуферах. А еще раньше использовались для управления электрооборудованием, например, шейкерами. Создать такой аппарат, способный качественно усиливать в диапазоне частот 20 Гц — 20 кГц, очень дорогое удовольствие — при работе выходного каскада в ключевом режиме излучаются высокочастотные помехи, от которых приходится избавляться с помощью довольно серьезных фильтров. Но они прекрасно работают в нижнем регистре. При этом практически не нагреваются, невелики по размерам.

Обычно для обеспечения высокого качества звука требуется, чтобы частота переключения была как минимум в 10 раз выше верхней границы частотного диапазона. Этот параметр не является стандартом, просто так полагают многие конструкторы. То есть, чтобы усилитель правильно воспроизводил частоты до 20 кГц, он должен переключаться с частотой 200 кГц. HCA-2 переключается с частотой 500 кГц, что стало возможным лишь недавно, с появлением мощных полевых транзисторов, способных работать на этой частоте. И это, как уверяют создатели HCA-2, отнюдь не единственная его «изюминка».

НИЧТО НЕ НОВО ПОД ЛУНОЙ

Авторы усилителя, по их собственным словам (и это внушает к ним уважение), исходили из той очевидной мысли, что большинство новых идей — всего лишь обновленный взгляд на то, что уже делалось раньше. И как конструкторы они стоят в тени великих творцов прошлого.

И что суть их фирменной технологии SDATT (очередная «революция в усилении звука») — это искусная смесь аналоговой и цифровой топологий.

Аналоговая часть SDATT разработана Полом Макгоуэном, а цифровая — Джоном Левро из фирмы Orvelle Technologies, и основывается на схеме усиления в переключающем классе D, но с несколькими усовершенствованиями.

Одна из наиболее серьезных проблем, с которыми сталкиваются конструкторы цифровых усилителей — динамическое сопротивление колонок. Виновник — выходной фильтр.

Все фильтры рассчитываются, исходя из определенной величины нагрузки. Фильтр будет работать правильно только в том случае, если сопротивление на входе и на выходе — величины постоянные. А сопротивление громкоговорителей бывает разным. 4, 6, 8 Ом. На самом деле ситуация еще хуже, поскольку реальный импеданс колонок обычно не соответствует заявленному и меняется в зависимости от частоты.

В итоге один и тот же аппарат может звучать глухо, грязно или ярко и прозрачно. И все это зависит от типа используемого динамика и конструкции колонок.

Как уверяют создатели HCA-2, их технология SDATT полностью снимает проблему изменения нагрузки. Усилитель, оснащенный этой «фенькой», будет звучать одинаково хорошо с любыми громкоговорителями. Достичь этого удалось благодаря обратной связи и использующей ее особой конструкции выходного фильтра.

Впрочем, пора уже оставить HCA-2 в покое — я и так уделил ему слишком пристальное внимание, хотя хвалить его не нанимался. Тем более что и другие конструкторы не теряют времени зря.

К примеру, в сфере car audio постоянно появляются новые модели цифровых усилителей с просто фантастическими параметрами — как, например, Mean Machine MX5000 с выходной мощностью 2400 Вт.

Впрочем, нам ведь не нужно, чтобы было громко, нам хочется, чтобы было красиво.

УШЕЙ ПРОХЛАДА

Стильный стальной треугольник на снимке — усилитель eAR, выпускаемый датской фирмой Acoustic Reality. Это первый блочный мощник класса High End, построенный по технологии ICEpowerR.

Впрочем, сейчас это уже не просто технология, а целое семейство серийно выпускаемых усилительных модулей, используемых, в частности, Sony, Bang & Olufsen, Sanyo.

ICEpowerR была разработана подразделением PowerHouse компании Bang & Olufsen, созданным в 1999 на паях с автором изобретения Карстеном Нильсеном. Свое кредо он выразил так:

«Наша цель — идеальный со всех точек зрения усилитель мощности — с к.п.д. 100%, нулевыми искажениями и шумом, нулевым выходным сопротивлением».

Вот так, ни больше ни меньше.

Уже из самого названия технологии видно, что одним из важнейших достоинств своей техники конструкторы считают малое тепловыделение. (Поразительно, как сильно волнует эта проблема конструкторов из стран с прохладным климатом.) На самом же деле ICE расшифровывается как Intelligent Compact Efficient — Интеллектуальный, Компактный, Эффективный.

Модуль мощностью 250 Вт имеет размеры 80x80x25 мм, а 1000-ваттный — 100x100x25 мм. И при этом — никаких радиаторов. Малые габариты — это хорошо, особенно для систем домашнего кинотеатра с их 6-7 каналами усиления.

Да и технические характеристики выглядят красиво. К примеру, у киловаттного усилителя общий коэффициент гармоник 0,002% при выходной мощности 250 мВт и менее 0,05% при полной выходной мощности на 4-омной нагрузке.

По сути, это уже знакомый нам ШИМ, правда, с использованием фирменной PMA-топологии MECC/COM (Multivariable Enhanced Cascade Control — многовариантное улучшенное управление каскадом, COM — модуляция управляемым генератором).

Известно, что самое слабое звено в любом цифровом усилителе — блок питания. Системы с ШИМ очень чувствительны к стабильности питающего напряжения и его качеству. Разработчикам ICEpower удалось решить эту проблему за счет метода коррекции ошибок Pulse Edge Delay Error Correction (PEDEC), который действует, используя выход модулятора как источник референсного сигнала и сравнивая его с сигналом после выходного фильтра.

Однако сами разработчики признают, что существует еще немало серьезных проблем, которые только предстоит решить. Будущее у цифровых усилителей радужное, а вот настоящее все еще требует массы оговорок.

Существует два варианта усилителей ICEpower — с аналоговым входом и соответствующим модулятором и полностью цифровые, но именно первые компания считает приоритетными. И вот почему.

Реальный звук имеет аналоговую природу, он непредсказуем, а потому плохо поддается цифровым методам обработки. Вне зависимости от класса, в котором работает усилитель, он всегда является, в сущности, модулятором питающей мощности, и в конечном итоге его звучание зависит именно от качества этой модуляции. Речь здесь всегда идет о токах и напряжениях, а не о байтах и битах. Не верьте сказкам, что в полностью цифровом усилителе нет ЦАПа — большинство его элементов просто включены в цифровой модулятор. Аналог в музыкальных системах неистребим.

Более того, у полностью цифровых усилителей PMA — целый ряд недостатков, а именно: цифровые ШИМ-модуляторы имеют ограниченную динамику и качество по сравнению с аналоговыми — об этом немало писалось в специальной литературе. Компенсация ошибок в выходных каскадах, фильтрах и источниках питания достаточно проблематична и требует в принципе неуместного в отрицательной обратной связи аналого-цифрового преобразования.

Поэтому в Bang & Olufsen убеждены, что наиболее правильный и естественный путь — именно аналоговый PMA. Как говорят тамошние специалисты, это цифровая технология с «аналоговым лицом». Снова гибрид, еще одна попытка скомбинировать лучшее от двух миров.

Коммерчески успешные продукты среди цифровых усилителей все еще очень редки, но есть признаки, что так будет недолго. Texas Instruments недавно объявила о запуске в производство серии звуковых чипов, в частности, PWM-модулятора и усилителя на основе технологии Equibit, используемой в знаменитом TacT Millennium. Cirrus Logic также не отстает, выпустив серию цифровых УМ в виде интегральных чипов. Apogee Technology выпускает линейку усилителей по схожей технологии DDX — они применяются в мультимедийных цифровых акустических системах Altec Lansing. Цифровые технологии наступают по всему фронту, аналог тушуется и прячется в самой глубине интегральных схем.

Равновесие в «биполярном» мире редко бывает устойчивым. Гибридные решения являются, в сущности, переходными, а техника всегда будет стремиться к бескомпромиссному варианту. Будет ли это цифра? Или обновленный аналог? Возродятся ли лампы? Или транзисторы смогут наконец приобрести лучшие черты электровакуумных приборов? Поживем — увидим.

В ритме шима

В последнее время все шире распространяется заблуждение, что любой усилитель с цифровым входом является цифровым усилителем мощности. На самом деле это не так.

Усилитель с цифровым входом обычно бывает стандартным усилителем мощности класса A или AB с ЦАПом во входном каскаде — с него снимается обычный аналог, который традиционным образом усиливается и подается на колонки.

В обычном аналоговом усилителе мощности выходной сигнал не есть точная копия музыкального сигнала на входе. То есть усилитель не является достаточно линейным.

Традиционные усилители мощности всегда оснащаются массивными теплоотводами.

Эта энергия пропадает впустую. Типичный усилитель класса AB имеет к.п.д. порядка 50%. Это значит, что лишь половина затрачиваемой энергии подается на громкоговорители (а они тоже не слишком эффективны), а остальная ее часть обогревает атмосферу.

Традиционные усилители мощности излучают бесполезное тепло в то самое время, когда выходные транзисторы переходят из открытого в закрытое состояние и наоборот. Фактически для усилителей класса A или AB это происходит постоянно. То есть такая схема лишь наполовину является усилителем, а наполовину — калорифером.

Этого недостатка почти полностью лишены цифровые усилители мощности.

Единственный способ создать аппарат, который не будет излучать тепло — выбрать режим работы, при котором усилительные элементы выходного каскада находят лишь в одном из двух состояний — закрыто или открыто. Это и происходит в цифровых усилителях.

Они были изобретены достаточно давно. Но на протяжении множества лет использовались для управления электромоторами, шейкерами и прочими электротехническими устройствами. И лишь относительно недавно стали применяться для усиления звука.

Первым, кто использовал этот принцип для усиления мощности, был сэр Клайв Синклер.

В 1964 году он организовал компанию Sinclair Radionics Ltd., которая производила цифровой оконечник X-10, разработанный инженером Гордоном Эджем. Он использовал принцип переключения выходного каскада между открытым и закрытым состоянием, менялось лишь время нахождения в каждом из них.

По-английски это называется PWM (Pulse Width Modulation). А по-русски — ШИМ (широтно-импульсная модуляция). Тот самый, кстати, что лежит и в основе фирменной технология DSD (Direct Stream Digital), и нового SACD. Вспомним, что диски этого аудиостандарта могут содержать слой с информацией в формате PCM для совместимости с обычными CD-плеерами, и называются они Hybrid — как видим, гибриды окружают нас со всех сторон.

Иногда варианты PWM-усилителей называют по-другому: то PMA (Pulse Modulation Amplifier — PMA — усилитель импульсной модуляции, то PDA (Pulse Density Modulation — модуляция импульсной интенсивности), но сути это не меняет.

Однако усилителю недостаточно лишь работы его выходного каскада на основе ШИМ, чтобы называться цифровым. Усилители и на основе PDM, и на основе PWM могут быть сконструированы таким образом, чтобы они принимали на входе цифровой сигнал и создавали на выходе импульсный поток без промежуточного преобразования в аналог. Иногда их называют мощными ЦАПами (power DAC) или цифровыми импульсными усилителями мощности.

Первой аудиофильской реализацией усилителя на основе ШИМ считается SWAMP фирмы Infinity, созданный Арни Нуделлом и его тогдашним партнером Джоном Ульрихом. Работа над ним чуть не стоила предприятию жизни — столь обременительными оказались усилия для неокрепшего организма Infinity. В итоге SWAMP все же появился на свет в середине 1970-х, получил восторженные отклики критики, хотя и имел серьезные проблемы с надежностью. И был благополучно забыт.

Следующей попыткой создания усилителя мощности у Infinity был уже упоминавшийся Hybrid Class A.

Шим, как это работает

Чтобы получить сигнал PCM (Pulse Code Modulation), который используется в CD и DVD, необходимо преобразовать аналоговый сигнал в последовательность чисел, каждое из которых представляет собой информацию об амплитуде. Чем она больше, тем больше число (естественно, выраженное в двоичной системе чередованием нулей и единиц).

Сигнал ШИМ — это цифровой поток данных, который не требует ЦАПа для преобразования цифры в аналог. Это более прямой путь, чем PCM, хотя этап преобразования имеется и здесь.

В настоящее время ШИМ широко применяется в технологиях SACD, Laser Disc, DLP-проекторах, а также усилителях, например, Bel Canto EVO, Spectron и Tact (его считают первым полностью цифровым усилителем).

В предельно упрощенном виде ШИМ работает так: аудиосигнал со входа подается на высокоскоростной компаратор, где сравнивается с пилообразным сигналом. И преобразуется в цифровой поток, скважность импульсов которого меняется в зависимости от амплитуды аналогового сигнала. Эти импульсы затем возбуждают громкоговоритель, однако предварительно они проходят через фильтр, подавляющий радиочастотные помехи. На самом деле все немного сложнее, и существует множество модификаций класса D, порой настолько существенных, что они даже были выделены в отдельные классы — Х, Т и S.

Усилители с ШИМ абсолютно линейны и практически не излучают тепло, то есть они лишены основных недостатков аналоговых усилителей вне зависимости от того, построены те на лампах или транзисторах.

Но! У усилителей с ШИМ немало недостатков. Если конструкторам не удалось их избежать, аппарат работать будет, но радости от него не жди.

Наибольшее число проблем в цифровых усилителях создается излучаемыми высокочастотными помехами, которые возникают при переключении выходных транзисторов. И это неудивительно, ведь традиционная схема радиопередатчика разительно напоминает усилитель в классе D, с той лишь разницей, что вместо выходного фильтра у него антенна.

Правильно сконструировать усилитель класса D ничуть не проще, чем создать традиционный. От конструктора требуется хорошее знание высокочастотной и цифровой техники, без чего легко обходятся создатели традиционных усилителей.

Солидные вес и габариты техники рассматриваются многими как достоинства, и это еще одна из причин, почему компактные по своей природе усилители в классе D не стали до сих пор популярными.

www.hi-fi.ru

Гибридный усилитель мощности | РадиоГазета

Гибрид усилительКачество ламповых усилителей в очень большой степени определяется качеством выходного трансформатора (конечно, если сама схема и другие компоненты на должном высоком уровне). И если для относительно маломощных усилителей (примерно до 10 Вт) размеры и стоимость выходного трансформатора ещё укладываются в разумные пределы, то для мощных конструкций это становится реальной проблемой.

Из-за нелинейного намагничивания железа и возможного насыщения выходной трансформатор имеет высокие нелинейные искажения, а также весьма неважные частотные и фазовые характеристики. Это всё, конечно, можно исправить путём введения отрицательной обратной связи, но, как известно, она улучшает параметры, но портит звук.

В последнее время у радиолюбителей большую популярность приобрели гибридные конструкции, где  выходной трансформаторный каскад заменяется транзисторным каскадом.  Это позволяет обеспечить согласование выхода усилителя с низкоомной нагрузкой и в тоже время избавляет схему от трансформатора и, как следствие, от искажений, вызванных нелинейностью железа.

Кроме того, такое построение схемы позволяет использовать усилительные приборы с наибольшей эффективностью — как известно, лампы являются высоколинейным усилителем напряжения и отлично подходят для входных каскадов. В тоже время транзисторы гораздо лучше усиливают ток и оптимально подходят для выходных каскадов усилителя. За счёт высоковольтного питания ламповые каскады позволяют получить сигнал большой амплитуды для раскачки выходного каскада, что существенно упрощает предварительную часть усилителя.

Схема гибридного усилителя Герхарда Хааса представлена на рисунке:

Схема гибридного усилителя мощности

Увеличение по клику

Характеристики усилителя:

  • Максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом — 70Вт,
  • Диапазон воспроизводимых частот 20Гц…100 кГц (-0,6 дБ),
  • Входное сопротивление — 47кОм,
  • Чувствительность — 1,5В,
  • Уровень шумов  — 185 мкВ,
  • Уровень гармоник:
выходная мощность 10 вт 50 вт
общий уровень гармоник: 0,53% 1%
2-ой гармоники: 0,37% 0,83%
3-ой гармоники: 0,25% 0,3%
4-ой гармоники: 0,02% 0,03%
5-ой гармоники: 0,09% 0,05%

Лампы и их режимы работы были выбраны так, чтобы обеспечить небольшое усиление с разомкнутой петлёй ООС. Дело в том, что для стереофонического варианта в усилителе без обратной связи довольно сложно обеспечить равенство усиления каналов. Здесь для упрощения этой задачи введена неглубокая отрицательная обратная связь, чтобы она не сказывалась негативно на звучании.

Так как ламповые каскады не очень любят режим «холостого» хода и уж тем более режим короткого замыкания, для безопасной эксплуатации усилителя в схеме предусмотрена защита выходного каскада.

Ламповая и транзисторная части схемы довольно типичны. Так как выходной каскад является относительно низкоомной нагрузкой, то для его согласования со входным дифференциальным каскадом используется мощный пентод, способный обеспечить требуемый выходной ток с минимальными искажениями сигнала.

Для того, чтобы получить от входного каскада максимальное усиление при минимальной нелинейности и высокое подавление синфазных помех, в катодах лампы должен стоять линейный резистор бесконечного сопротивления. Обычно, это решается применением источника стабильного тока. Но, чтобы сильно не усложнять схему, для питания катодных цепей первой лампы автор использовал дополнительный источник питания с напряжением -68В. Полученное при этом значение номинала резистора R3 вполне достаточно для достижения высоких параметров входного дифференциального каскада. Компенсировать различие в параметрах триодов лампы Ro1 можно с помощью триммера P1.

Выходной каскад усилителя построен по симметричной двухтактной схеме на транзисторах Дарлингтона. Ток покоя (65мА) можно контролировать по падению напряжения на резисторах R34,R35, которое при указанных на схеме номиналах должно составлять 22мВ. Транзистор Т1 является стабилизатором тока покоя и должен быть закреплен на радиатор вместе с выходными транзисторами.

Так как выходные транзисторы имеют очень большой коэффициент усиления по току, то специальных мер для балансировки каскада не предусмотрено. За время эксплуатации усилителя выходное напряжение в режиме покоя не превышало 100мВ, что, как считает автор, абсолютно не критично для низкоомной нагрузки.

Из-за значительного различия напряжений питания ламповой и транзисторной частей усилителя  реализовать общую отрицательную обратную связь по переменному и постоянному токам не представляется возможным. Как уже отмечалось ранее, в схеме присутствует лишь неглубокая ООС по переменному току для выравнивания коэффициента усиления каналов, которая не сказывается на звучании усилителя.

Для максимального разделения каналов желательно использовать моноблочную конструкцию для каждого канала. Источники питания, описанные ниже, позволяют это легко реализовать.

Схемы высоковольтного стабилизатора для питания ламп и стабилизатора цепей накала (для снижения уровня фона питающей сети) показаны на рисунке:

Стабилизатор накала ламп

Увеличение по клику

Для повышения напряжения на выходе микросхемы 7805 до необходимого уровня используется «подпорка» из светодиода. Эта схема хорошо зарекомендовала себя за долгие годы эксплуатации.

Блок питания транзисторной части усилителя:

Блок питания гибридного усилителя

Увеличение по клику

Все блоки усилителя (кроме блока питания транзисторной части) монтируются на печатных платах. «Общие» выводы источников питания должны быть соединены  вместе. На плате усилителя под резисторами R14-R16 для лучшего их охлаждения предусмотрены отверстия. Выходные транзисторы и транзистор стабилизации тока покоя (Т1) крепятся на радиатор через изолирующие прокладки.

Гибридный усилитель мощности

Увеличение по клику

Настройка усилителя достаточно проста. После подачи напряжения накала и прогрева ламп можно подключать высокое напряжение. При этом конденсаторы С8 и С11 должны быть отключены!!! На вход усилителя подают сигнал с генератора и, повышая его амплитуду, добиваются ограничения сигнала (в районе 50В) на выходе ламповой части. Триммером Р1 регулируют симметрию ограничения, так как триоды в одном баллоне никогда не бывают идентичны на 100%. При наличии анализатора спектра регулировку ламповой части можно осуществить с его помощью, добиваясь триммером Р1 минимальных гармонических искажений.

Следующим шагом является проверка транзисторной части.  Для этого отключаем питание ламповых каскадов, подаём низковольтное питание и замеряем напряжение на резисторах R34,R35. Оно должно составлять около 22 мВ, что соответствует току покоя в 65мА.

Если всё прошло успешно, восстанавливаем соединение ламповой и транзисторной частей усилителя — запаиваем С8 и С11 на свои места. Подключаем на выход в качестве нагрузки резистор номиналом 4 Ома  и включаем усилитель. Подаём на вход сигнал от генератора и проверяем, что на выходе при амплитуде сигнала в 16 В нет видимых искажений. Это соответствует выходной мощности в 60 Вт. Как видно из приведенных данных, в спектре сигнала доминирует вторая гармоника, а сам спектр является быстроспадающим, что говорит о ламповом звучании схемы и доминировании триодов.

Транзисторные схемы малочувствительны к сопротивлению нагрузки, поэтому к выходу усилителя можно подключать нагрузку от 4 до 16 Ом. Правда, при нагрузке в 16 Ом выходная мощность составит немного больше 16 Вт, так как просадка напряжения питания транзисторной части из-за уменьшения токовой нагрузки также уменьшится. Это недостаток транзисторных схем по сравнению с ламповыми, где за счёт выходного трансформатора (с отводами вторичной обмотки) обеспечивается равная выходная мощность для нагрузок  в 4, 8 и 16 Ом.

Так как транзисторные усилители не переносят короткого замыкания в нагрузке или длительные токовые перегрузки, в усилителе предусмотрена система защиты. За основу взята схема, разработанная компанией Siemens ещё в 1970 году.

Принцип работы системы защиты от короткого замыкания поясняет рисунок:

Защита от короткого замыкания

При указанных на схеме номиналах ток короткого замыкания ограничивается на уровне 8,8А.

Принцип работы схемы защиты от пиковых токов показан на рисунке:

Защита от больших токов

Конденсатор С14 обеспечивает временную задержку срабатывания защиты, чтобы исключить ложные срабатывания на пиках музыкального сигнала и ограничивать только долговременные превышения. Диод D10 (D9) для снижения потерь должен быть диодом-Шоттки.

Применение такой системы защиты резко повышает надёжность усилителя.

Рисунки печатных плат и схемы расположения элементов забираем здесь (rar-архив, 485 кбайт).

Статья подготовлена по материалам журнала «Электор» (Германия)

Удачного творчества!

Главный редактор «РадиоГазеты»

Похожие статьи:


radiopages.ru

ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

   Гибридные усилители звука, в которых используются лампы и полевые транзисторы, имеют ряд преимуществ по сравнению с чисто микросхемным или транзисторным УНЧ. Тут за счёт использования радиолампы, достигается отличное усиление сигнала, который можно сразу подавать на раскачку мощных выходных полевых транзисторов. Таким образом, мы имеем всего 2 каскада усиления, в то время как если брать предусилитель с операционником, то звук внутри микросхемы пройдёт по десятку каскадов, наполнившись пусть небольшими, но искажениями. Так что разрешите представить вам, уважаемые посетители сайта «Электроника», проект нового гибридного УМЗЧ.

Усилитель

Схема электрическая гибридного усилителя

   Первый каскад усилителя построен на двойном триоде по схеме SRPP с целью уменьшения собственной нелинейности и увеличения нагрузочной способности. Нижняя по схеме половинка лампы занимается усилением сигнала, а верхняя – играет роль динамической нагрузки. Положительные особенности такого включения – это высокий коэффициент усиления и низкое выходное сопротивление каскада. Анодное напряжение выбрано равным 150-180 В.

 

ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ - печатная плата

   Однотактный выходной каскад построен на полевом транзисторе по схеме мощного истокового повторителя, нагруженного на генератор стабильного тока на транзистор той же структуры. Входной сигнал с лампы через межкаскадный конденсатор поступает во входную цепь усилительного транзистора, обеспечивая хорошие технические характеристики, особенно если учесть, что усилитель не охвачен ООС. 

ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ - сборка схемы

   Интегратор собран на операционном усилителе ОРА134 (можно применять к140уд6), что обеспечивает автоматическое удержание нулевого потенциала на выходе усилителя. Кроме того, интегратор имеет эквивалентную частоту среза 3 Гц на инфранизких частотах, что благоприятно сказывается на демпфирование акустических систем.

Блок питания

 

Схема БП гибридного усилителя 

   Блок питания – 300 Ватный тороидальный трансформатор снят с галогеновой люстры, с двумя обмотками по 12 В 6,5 А , к которым домотано по 4 витка того же провода, намотана анодная 140 В 200 мА и обмотка накальная 6,36 В 0,7 А. Количество витков подбирал экспериментально, намотав 10 витков измерил напряжение подсчитав сколько нужно витков на Вольт. В качестве межслойной изоляции использовал фторопластовую ленту ФУМ, закрепленную скотчем. Диодные мосты взяты с запасом для зарядки выпрямительных конденсаторов. Монтаж навесной. Все поместилось в корпус компьютерного БП. 

 

Трансформатор в ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

   Электронный фильтр с умножением емкости, размещён на основной плате УНЧ. Емкость в базе умножается на h31э составного транзистора. Из-за того что транзисторы биполярные, пришлось в базу городить многозвенную фильтрующую RC цепочку. Резистор 12 кОм шунтирующий последний конденсатор этой цепочки задает падение напряжения на транзисторе, предотвращая его насыщение. При подаче питания, напряжение плавно нарастает по мере заряда базовых конденсаторов, тем самым обеспечивая плавный выход в режим всего УНЧ. Транзисторы можно заменить на составные TIP142 и TIP147 которые уже имеют на борту диод это упростит немножко схему.

Защита колонок

 

Схема защиты АС усилителя

   Задержка включения и защита от постоянного тока АС — Универсальная защита акустических систем от постоянного напряжения, щелчков и выбросов при включении питания, инфранизких частот. При появлении на выходе УНЧ постоянного напряжении любой полярности более 1,5 В открывается соответствующий ключ, что закроет полевой транзистор и реле разомкнет цепь АС. Защита обеспечивает задержку подключения акустических систем при включении питания (на время 5 с), тем самым предотвращается проникновение в акустическую систему помех, вызванных переходными процессами в усилителе.

 

ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ своими руками

 

Настройка усилителя

   Настройка сводится к установке нулевого потенциала подстроечным резистором коррекции интегратора при снятых лампах и заданием необходимого максимального тока 2,5 А, в токозадающей цепи при положении аттенюатора наименьшего сопротивления.

 галетном переключателе 10П4Н

 

   Аттенюатор сконструирован на галетном переключателе 10П4Н, состоит из 4-х галет на 11 положений с широким лепестком ротора для безразрывного переключения сигнала. Одним из важных параметров регуляторов громкости является согласование секции правого и левого канала, так как этим явлением обусловлены пространственные характеристики всего усилителя. Регулятор громкости состоит из делителя многозвеньевой цепи из одиннадцати резисторов.

Аттенюатор громкости на галетном переключателе 10П4Н

   Резисторы подбирались методом подбора одинаковых сопротивлений из десятка по каждому номиналу. Две остальные галеты переключателя используются для изменения тока выходных транзисторов по отношению к амплитуде выхода аттенюатора громкости. Делитель намотан нихромом диаметром 0,5 мм., скрученным в двое на оправке 6 мм. и припаян к контактам галеты каждым третьим витком так чтоб между соседними контактами сопротивление составляло 0,15 Ом.

Технологические особенности

   Электронный фильтр, усилитель, защита акустики — сделаны на плате из одностороннего текстолита лазерно-утюжным способом. Плата выполнена отдельными блоками для настройки и проверки индивидуально каждой схемы. Полевые транзисторы впаяны со стороны дорожек и прижаты через слюдяные прокладки алюминиевой пластиной к корпусу из радиаторов 4 м2, на полной мощности греются до 60-75 0с. 

 

ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ в корпусе

   При подаче питания, лампа прогреваясь через межкаскадный влияет на полевой транзистор тем самым смещая ноль, схема защиты не подключает АС до выхода в режим лампы 30-40 секунд. Если резко крутнуть ручку аттенюатора, действие вызовет появление инфранизких частот и сработает защита на 5 секунд. При значительным увеличении тока подстрочным резистором могут возникнуть искажения на высоких частотах, лучше уменьшить токовый резистор до 0,25 – 0,28 Ома. Межкаскадный конденсатор нужно выбрать по лучше чтобы не испортить всю картину звука.

 

 

ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ на лампах и транзисторах

   УНЧ получился отличный, слушаю больше месяца. Выходной каскад в точности повторяет усиленный входной сигнал от 10 Гц почти до 1 МГц, проверял генератором без ламп сигналами – меандр, пила, синусоида, комплексными шумами. Лампа придает звуку характерною окраску, которая в свою очередь хорошо восприниматься слушателем. Классический завал меандра на частоте 50000 Гц характерная черта каскадов построенных на лампах. Это есть, мягкое и незаметное ограничение амплитуды звукового сигнала на динамических всплесках, своего рода улучшайзер. 

ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

   P.S. Кому хочется точной передачи сигнала можно удалить лампу, а интегратор использовать еще как предварительный усилитель, добавив в схему два резистора, но тогда надо качественные ОУ, а они дороговаты. Все необходимые файлы и даташиты на используемые радиоэлементы — в общем архиве.

ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ - задняя часть

 

ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ЗВУКА

   Есть ещё мысль попробовать генератор тока на операционнике подвязав его сдвоенным резистором с регулятором громкости, чтобы плавно регулировать ток в зависимости от мощности. В общем проекту есть куда развиваться, с вами был О.Сененко.

   Форум по гибридным УНЧ

   Схемы усилителей

elwo.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о