Как звучат усилители на мосфетах

Как звучат усилители на мосфетах

• ОСНОВОПОЛАГАЮЩАЯ СХЕМОТЕХНИКА
• КОНЦЕПЦИЯ HIGH-END ЗВУКА
• HI-END УСИЛИТЕЛЬ УСТРОЙСТВО | ЦЕНА
• АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
• КАРТА САЙТА
• О КОМПАНИИ & КОНТАКТЫ

Многие любители высококачественного звуковоспроизведения оценивают усилитель на полевых MOSFET транзисторах на уровне ламповых и даже выше, мотивируя, что по сравнению с усилителями на биполярных транзисторах они выдают более красивое — «мягкое / ламповое» звучание, создают меньше искажений и устойчивы к долговременной перегрузке. Они превосходят классические ламповые усилители, как по коэффициенту демпфирования, так и по передаче низких и высоких частот. Частота среза таких усилителей (без ООС) значительно выше, чем у каскодного усилителя на биполярных транзисторах, что благоприятно сказывается на искажениях.

Управление выходным током у полевых MOSFET транзисторов осуществляется входным напряжением, благодаря этому быстродействие в режиме коммутации достаточно высокое, так как основных носителей заряда в цепи затвора нет. В результате упрощается общая схема включения, по сравнению с биполярным транзистором.

Ничтожно маленький управляющий ток затвора транзистора способствует установлению высокого входного сопротивление, что даёт возможность применять разделительно — переходной конденсатор очень маленькой и качественной ёмкости, это удешевляет всю конструкцию усилителя и оказывает положительное влияние на качество звукоусиления.

Мощные полевые MOSFET транзисторы имеют меньший разброс основных параметров, чем биполярные транзисторы, что как бы облегчает их параллельное включение и уменьшает общее выходное сопротивление усилителя мощности (без ООС). Но на практике, это не всегда так (см. ниже).

Высокая температурная стабильность, малая мощность управления, слабая подверженность к пробою, самоограничение тока стока, высокое быстродействие в режиме коммутации, малый уровень шума — это основные преимущества полевых MOSFET транзисторов перед вакуумными приборами и биполярными транзисторами.

С практической точки зрения выявляются существенные недостатки MOSFET транзисторов, которые ограничивают их применение в мощных усилительных выходных каскадах.

Отказ от применения мощных полевых MOSFET транзисторов (в звуковых каскадах) в пользу мощных биполярных транзисторов.

Мощный MOSFET транзистор нуждается в постоянной защите затвора шумными стабилитронами, при установке которых, дополнительный шум стабилитрона добавляется в звуковой сигнал, что частично нейтрализует их достоинства и приводит к необратимой деградации звукового сигнала.

Некоторые MOSFET транзисторы (к примеру HITACHI) имеют встроенные в корпус стабилитроны. Такой транзистор автоматически термостабилизирован, что значительно упрощает схему включения, но качество звука оставляет желать лучшего.

У мощного MOSFET транзистора при больших стабильно — постоянных токах потребления (класса «А») возникают искажения термического происхождения (на частотах ниже 100 Гц), это способствует развитию динамической компрессии звука и добавляет «инертность» в звучание.
Конечно можно мотивировать — биполярные транзисторы также имеют термо искажения. Но надо признать, их основные выбросы находятся за пределами диапазона слышимости, где вероятность воздействия на проходной сигнал значительно сокращается.

В сигнальных цепях затворов мощных полевых транзисторов необходимо применять антизвонные резисторы, которые ликвидируют разброс токов при переключении транзисторов и исключают их задержки при включении | выключении. Такое очевидное и правильное схемное решение снимает проблему полностью. В следствии этого получаем, усиленный этим транзистором негативный шум антизвонного резистора и звук приобретает дополнительную инертность.
Это явление (шум резистора при протекании электрического тока) доказано ещё сто лет назад теоремой «Котельникова — Найквиста». Об этой фундаментальной теореме как-то сразу многие забыли или не хотят знать, пологая, что рекламная популярность MOSFET транзисторов легко изменит физику тока/напряжения.

Большие индуктивности в цепи истока мощного мосфета, плюс паразитные ёмкости между затвором одного транзистора и истоком другого могут разрушить сигнал до неузнаваемости. Сильный разброс входных ёмкостей MOSFET транзисторов и неравенство пороговых напряжений вызывают разброс транзисторов по протекающему току, что исключает их параллельное применение. Следовательно необходимо эмитировать выходное сопротивление в усилителях мощности обратными связями и ставить истоковые резисторы, что негативно влияет на звук и противоречит нашей концепции.

В последствии практических экспериментов выявлено, мощный MOSFET транзистор имеет только одно преимущество — простота применения и чуть более линейные показания приборов. Однако не надо забывать, наше ухо нелинейно и усилитель изготовлен не для приборов, а для ушей и головы. Лучше один раз услышать, чем десять раз измерить.

Вот одни из лучших (список неполный) мощных IGBT и MOSFET транзисторов с которыми провели тест (в порядке убывания качества звука): EC10N20, ECW20N20, BUZ900, SPP03N60S5, 2SK956, 2SK1529, GT20D10, 2SK1530, 2SK1058, IRFP240, IRFP150.

Для любителей MOSFET транзисторов отметим, лучшие звуковые способности демонстрируют высокоскоростные транзисторы с маленькой входной/проходной ёмкостью. Но, многие высокоскоростные транзисторы могут спровоцировать резкость на СЧ/Вч. Отличные результаты звукопередачи можно получить на карбид кремниевых полупроводниках фирмы «Infineon». Мягко и красиво играют звуковые серии фирмы «FUJI». MOSFET транзисторы «IRF, IRFP» совсем непригодны для достижения высококачественного звука, но для экспериментов очень даже неплохо.

При всем том мощный биполярный транзистор «MJL21194» всегда и везде лучше всех, так как он способен пропустить относительно большой управляющий ток через переход база-эмиттер. Этот технический недостаток биполярного транзистора создаёт дополнительный поток энергии в n-p переходе, с характерными особенностями режима класса «А». Совершенно естественно, общее звучание приобретает дополнительную динамику и имеет искажения звука исключительно низких порядков, которые хорошо маскируются основным звуковым сигналом и незаметны на слух. Также этими искажениями обусловлена природная нелинейность биполярного транзистора и лампы, которая достаточно точно эмитирует нелинейность нашего слуха, и отсутствие этих искажений воспринимается как ненатуральность и резкость звука. Полевые транзисторы переключаются с высокой скоростью выдавая всплеск искажений высоких порядков, которые несовместимы с нашим слухом.

Полевой транзистор работает без утечки постоянного тока в затворе, что лишает звуковой сигнал мощной | «пробивной» токовой поддержки. В последствии этого процесса, слабый звуковой сигнал не имеет возможности преодолеть относительно большую ёмкость затвора, без участия мощного поднесущего постоянного тока и все гармонические составляющие звукового спектра вязнут в ёмкости затвора, это приводит к частичной потери звуковой информации.

Установлено, что MOSFET транзистор всегда звучит хуже NFET транзистора, который всё же имеет очень маленькую утечку тока в канале затвор-исток. Это явление ещё раз подтверждает вышесказанное — протекание звукового сигнала только по направлению протекания постоянно тока, что гарантирует мощную энергетическую поддержку сигнала и как следствие высокое качество звуковоспроизведения.

Короче говоря — чем больше ток утечки через базу (затвор), тем лучше звук. Ведь все хорошо знают закон проводимости «Ома», из которого вытекает — чем больше ток, тем меньше сопротивление. Однако непонятно — почему в полевом транзисторе, этот закон не будет работать? Совершено очевидно, если протекает большой ток, значит на пути сигнала нет реальных препятствий. А если тока нет, то есть «запор» или затвор.

Отметим, все MOSFET транзисторы изначально проектировались как переключатели и их электронный переход не предназначен для усиления сигнала. Выключатель — вот их прямое назначение. Только дешевизна и простота установки MOSFET транзистора обеспечивает им популярность в аудио изделиях, на которых сразу можно поставить «крест».

Всё то, что изложено выше справедливо для применения в однотактных повторителях мощности, но нет противопоказаний для использования этой концепции в других усилительных конструкциях. В двухтактных схемах все негативные явления удваиваются и добавляются процессы несовместимости транзисторов разной проводимости.

В наших изделиях применяются MOSFET транзисторы фирмы «FUJI» (только в сервисных цепях), так как они способны выдержать повышенное напряжение пробоя цепи затвор/исток, что обеспечивает им более надёжную защиту от перенапряжения на данном участке.

Лучшее сочетание вакуумных и полупроводниковых характеристик — однотактный гибридный усилитель звука.

Мы не создаём иллюзий,
Мы делаем звук живым!

Copyright © Grimmi Audio

Усилитель с полевыми транзисторами на выходе

В связи с тем, что выходные транзисторы, рекомендованные для этого усилителя уже не выпускаются, в качестве выходных можно использовать транзисторы IRFP240/IRFP9240. Я немного переработал схему (изменились номиналы некоторых деталей) под эти транзисторы. Новая схема, ее описание, выбор емкости конденсаторов C1 и C2 все это приведено в статье Mosfet-Amp: Усилитель с полевыми транзисторами на выходе.

Новая статья в чем-то повторяет эту, а в чем-то дополняет. Так что читать рекомендую обе, начиная с этой.

Тем не менее, эта статья актуальна, приведенная здесь схема работает, и работает отлично. Эту плату можно использовать и для обновленной схемы. Если хотите сделать плату усилителя самому, то в конце статьи есть файлы для изготовления печатной платы усилителя. Если хотите купить готовую печатную плату — ссылка в конце статьи.

Описание этого усилителя длинное. На самом деле это правильно. Если хотите краткости, то вот вам: это отличный усилитель. Все! Всякие там словесные выкрутасы про мощный упругий бас, чувственную середину и прозрачные верха оставим рекламщикам. Но вот если вы хотите понимать, что вы делаете… Знать как усилитель работает, что можно от него получить, как подстроить его для своих нужд и как добиться от него максимум звука, то нужен подробный рассказ. И разобравшись с усилителем, вы увидите, что мои слова о высоком качестве звучания не рекламное вранье (как иногда бывает), а результат хорошо обдуманной конструкции, грамотного изготовления и правильного питания. И сможете сами добиться такого же отличного звука в вашем усилителе, сделанном под ваши требования.

В некоторых кругах меня считают апологетом микросхемы TDA7294. Действительно, на ней можно сделать простой и весьма неплохой усилитель. А что делать, если нужна выходная мощность побольше? Или качество повыше? В таком случае можно сделать вот этот усилитель.

Описываемый усилитель имеет высокие параметры качества и отличное звучание. Он может быть рекомендован для построения высококачественных звуковоспроизводящих систем. В усилителе можно регулировать выходное сопротивление в пределах от нуля до нескольких десятков ом. Это позволяет улучшить качество звучания акустических систем и делает его идеальным для использования с сабвуферами конструкции «закрытый ящик»: повышенное выходное сопротивление позволяет повысить уровень нижних частот и снизить нижнюю граничную частоту сабвуфера. Иногда повышенное выходное сопротивление воспринимается как «мягкий ламповый звук».

Этот усилитель уже работает у меня совместно с сабвуфером. На момент написания этой статьи усилитель проработал 8 месяцев.

Основные параметры усилителя. Встречается мнение, что параметры не нужны, но это глупости. Я планирую написать статью на эту тему, а пока привожу основные параметры усилителя и кратенько их охарактеризую.

Параметр	Значение
Коэффициент усиления	30
Диапазон рабочих частот по уровню -3 дБ	7 Гц … 80 кГц
Завал АЧХ на частотах 20 Гц и 20 кГц не более, дБ	0,5
Максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом, Вт	150
Максимальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом, Вт	120
Коэффициент нелинейных искажений при выходной мощности 60 Вт на частоте 1 кГц, %	не более 0,005
Коэффициент интермодуляционных искажений измеренных по методу SMPTE на частотах 60 Гц и 7 кГц при соотношении амплитуд 4:1 (при выходной мощности 60 Вт)	не более 0,005
Коэффициент интермодуляционных искажений измеренных на частотах 18 и 19 кГц при соотношении амплитуд 1:1 (при выходной мощности 60 Вт)	не более 0,005
Скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс	не менее 15
Выходное сопротивление, Ом	0…20

Коэффициент усиления. Ку задается глубиной ООС. Если он слишком мал, усилитель будет «тихим». При очень большом Ку глубина ООС мала и растут искажения. Ку = 30 – самый подходящий вариант. У этого усилителя не следует делать Ку меньше 20, т.к. усилитель может потерять устойчивость.

Завал АЧХ на крайних частотах звукового диапазона меньше, чем разрешающая способность слуха на этих частотах. Т.е. спада уровня сигнала не услышит никто.

Максимальная выходная мощность зависит от блока питания, поэтому в реальности она может быть меньше. Числа, указанные в таблице – это максимум, что можно выжать из усилителя. Для помещения не более 60 м2 такой мощности вполне хватит.

Коэффициенты искажений показывают величину искажений. По определению, искажения – это отличия того, что получаем на выходе от того, что подаем на вход. Разница практически нулевая (раз в 10 меньше разрешающей способности слуха), так что мы услышим только тот звук, который подали на вход, и никакой отсебятины. Разные тесты позволяют оценить работу усилителя с разных сторон. Про искажения в усилителях я тоже планирую написать специальную статью.

Что касается диапазона частот и скорости нарастания выходного напряжения. Очень часто эти цифры используются в рекламных целях – чем больше, тем лучше. До потери здравого смысла. Например, вы покупаете автомобиль. И вам предлагают два варианта. У одного автомобиля максимальная скорость 220 км/ч, у другого – 520 км/ч. Разумеется, вы выберете второй – ведь он быстрее, не так ли? Или все же задумаетесь, а нужна ли такая максимальная скорость? То же самое и со скоростными параметрами усилителя. Ограничение усиления на низких частотах исключает перегрузку громкоговорителя инфразвуком (если он образуется, например, при проигрывании коробленых грампластинок). Да и для людей инфразвук вреден. Ограничение АЧХ на ВЧ во-первых снизит проникновение возможных помех. Во вторых, есть связь между верхней граничной частотой и скоростью нарастания выходного напряжения. Если верхняя граница частотного диапазона ограничена, то при разумной скорости нарастания динамические искажения (которые могут появиться вследствие применения ООС) вообще не возникнут! Те самые, которыми пугают потребителей – в этом усилителе их вообще не будет! Благодаря ограничению частотного диапазона.

И еще один важный момент. Существует по крайней мере два способа измерения скорости нарастания выходного напряжения усилителя:

1. На вход подаем прямоугольный сигнал огромной амплитуды, так, что все транзисторы работают на пределе своих возможностей. Естественно, что все транзисторы выходят из режимов работы и никакие обратные связи при этом не действуют. Этот метод измерения дает очень красивые рекламные цифры, поэтому его часто используют.

2. На вход усилителя подают сигнал с разумными параметрами и режимы работы транзисторов в усилителе сохраняются. Такой способ измерения дает значения в несколько раз меньше, чем первый, но он соответствует реальной работе усилителя в реальных условиях с реальным сигналом. То есть усилитель работает и сигнал воспроизводится. Это примерно как техническая и реальная скорострельность у пулемета. Я в этом усилителе скорость нарастания измерял именно этим, вторым способом.

Принципиальная схема усилителя показана на рисунке 1. Схема построена по топологии Лина. Входной дифференциальный каскад на транзисторах VT3 и VT4 для получения максимального усиления, симметрии и скорости нарастания выходного напряжения нагружен на токовое зеркало VT1 и VT2. Резисторы R5 и R6 в эмиттерах увеличивают линейность каскада и его перегрузочную способность, а также снижают влияние разброса параметров транзисторов. Источник тока VT5, VT6 (по сравнению с резистором, который иногда применяют в этом месте) снижает уровень интермодуляционных искажений. Эмиттерный повторитель VT7 повышает усиление. Транзистор VT9 служит для автоматического уменьшения тока покоя выходных транзисторов VT11, VT12 при повышении их температуры. Резистор R16 регулирует ток покоя выходного каскада.

Повышенное выходное сопротивление создается комбинированной отрицательной обратной связью (ООС) – и по напряжению и по току. ООС по напряжению снимается с выхода усилителя и через резистор R20 подается на его инвертирующий вход. ООС по току снимается с резистора – датчика тока R27 и подается на инвертирующий вход через резистор R21. Несколько необычное включение цепи R9C4 используется, чтобы обеспечить нулевое постоянное напряжение на нагрузке при использовании ООС по току.

Тут надо сказать одну важную вещь. Для получения повышенного выходного сопротивления в усилителе совместно с ООС по напряжению всегда используют ООС по току. То есть одновременно действуют две разные цепи отрицательной обратной связи. Это ЕДИНСТВЕННЫЙ способ получить повышенное выходное сопротивление. А названий у этого способа много: каждый называет по-своему. Я такую обратную связь называю комбинированной, кто-то называет гибридной, а кто-то «бешеной» (Mad Feedback – очень круто звучащее рекламное название). Но разницы между всеми этими системами нет никакой. Всякая разница в звуке будет зависеть в основном от конструкции усилителя. И от той величины выходного сопротивления, которую вы установите. Так что этот усилитель = ТОСник = Mad Feedback ~ ИТУН. Если честно, то разница между усилителями все-таки есть. Для этого моего усилителя (и усилителя с регулируемым выходным сопротивлением на микросхеме TDA7294 / TDA7293) выходное сопротивление можно точно рассчитать. Вообще все параметры моих усилителей, зависящие от цепей ООС, да и сами цепи ООС не приблизительно, а точно рассчитываются по программе, написанной специально для этого.

Цепь R1С2 является фильтром, подавляющим возможные высокочастотные помехи. Не будьте идеалистами, ВЧ помехи в усилитель обязательно пролезут, и этот фильтр — последний бастион на их пути. Значение емкости конденсатора С2 указано для случая, если на входе усилителя установлен регулятор громкости. Если же этот усилитель подключен к предусилителю (и регулятор громкости установлен в предусилителе), то емкость С2 надо увеличить в 2 раза.

Конденсатор С7 выполняет сразу несколько функций, каждая из которых очень полезна:

1. Он «ускоряет» работу ООС.

2. Он ограничивает верхнюю рабочую частоту усилителя. То есть усилитель усиливает до 80 кГц не потому, что его схема или детали плохие и медленные. Без конденсатора С7 верхняя граничная частота усилителя составляет примерно 1200 кГц. То есть, усилитель сам по себе является быстрым, но он включен по схеме фильтра, так, что на высоких частотах глубина ООС увеличивается, и усиление уменьшается. Это снижает искажения на высоких частотах и избавляет усилитель от динамических искажений.

Но в таком применении конденсатора есть ряд опасностей, поэтому я не могу рекомендовать его для абсолютно всех усилителей. Зато абсолютно точно известно, что в моем усилителе это конденсатор полезен.

Внешний вид экспериментального образца усилителя показан на рис.2.

На фотографии видно, что резистор R15 имеет другое значение, а резистор R26 немного подгорел. Это я экспериментировал и измерял параметры. При подаче сигнала частотой 10…20 кГц и мощностью 60 Вт в нагрузке, R26 подгорает. Но в реальном сигнале такого большого напряжения на высоких частотах не бывает.

Для измерения искажений использовалась звуковая карта EMU0404 и программа SpectraPLUS. Поэтому измеренные уровни искажений на самом деле соответствуют системе звуковая карта + усилитель. На рис. 3 показана амплитудно-частотная характеристика суммарного коэффициента гармоник усилителя. По горизонтали на ней откладывается значение частоты тестового тона, на которой измерялся уровень искажений. При измерениях использовался режим с разрядностью ЦАП/АЦП 24 бита и частотой дискретизации 192 кГц. Т.е. возникающие при измерениях гармоники учитывались в диапазоне вплоть до 90 кГц (что очень важно для правильного определения величины Кг на высоких частотах).

Очень часто для того, чтобы получить красивые рекламные цифры, измеряют только те гармоники, частота которых попадает в диапазон от 20 Гц до 20 кГц. При этом пишут «честно»: Кг в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Но имеют в виду не то, что тестовый сигнал лежит в этом диапазоне, а что учитываются только те гармоники, которые попали в этот диапазон. Поэтому при измерении Кг на частоте 10 кГц (когда подают тестовый сигнал частотой 10 кГц, и смотрят гармоники, имеющие частоты 20, 30, 40, 50 кГц и т.д.), то учитывают только вторую гармонику, равную 20 кГц, и все. Она маленькая, и рекламные цифры получаются хорошие. В моих измерениях при частоте тестового сигнала 10 кГц в результаты попали первые 9 гармоник (в реальности их столько и не было – усилитель очень линеен даже на высоких частотах). При частоте тестового сигнала 16 кГц в результаты попали первые 5 гармоник (а вот их практически столько и было). А при измерении на частоте 20 кГц — первые 4 гармоники. Это вполне честно, т.к. гармоника, имеющая наибольшую амплитуду третья, и она была измерена точно на всех частотах.

Рост искажений на высоких частотах обусловлен в основном снижением глубины ООС с ростом частоты. Вторая из основных причин – рост искажений входного каскада из-за повышения его выходного напряжения, которое в свою очередь вызвано снижением усиления каскада усиления напряжения на транзисторе VT8. Как видно, коэффициент гармоник даже на высоких частотах имеет небольшую величину.

На рис. 4 показан спектр искажений на частоте 1 кГц. Как видно, в нем присутствуют только первые три гармоники, остальные ниже порога измерений (измерения проводились при разрядности 24 бита, так что все значения выше -120 дБ верные). Такой узкий спектр искажений хорошо сказывается на качестве звучания, в результате в усилителе полностью отсутствует неприятный «транзисторный звук».

На рис. 5 показан спектр интермодуляционных искажений, измеренных на частотах 18 и 19 кГц при соотношении амплитуд 1:1. Это один из наиболее жестких тестов, позволяющих оценить линейность усилителя на высоких частотах, где глубина ООС существенно снижается. Тест позволяет выявить нелинейность и/или плохие высокочастотные свойства исходного усилителя. Как видно из рис. 5, разностная частота 1 кГц имеет исчезающе малую величину, что говорит о высокой линейности усилителя. Количество «боковых частот», отличающихся от тестовых на величину 1 кГц также невелико и их амплитуды маленькие. Это говорит о том, что спектр искажений остается узким («мягким») даже на высоких частотах.

Все измерения искажений проводились при выходной мощности 60 Вт на нагрузке 6 Ом при питании усилителя от штатного блока питания. Здесь тоже бывают манипуляции для получения красивых рекламных цифр. Иногда на выход вообще не подключают нагрузку (пишут: при выходном напряжении, соответствующем такой-то выходной мощности). Иногда питают усилитель от специального стабилизированного источника. Мои измерения соответствуют работе усилителя в реальных условиях.

Результаты измерений показывают, что по уровню искажений данный усилитель не только не уступает многим дорогим и именитым промышленным моделям, но и превосходит их. Для более наглядного сравнения описываемого усилителя с этими дорогими, на рис. 6 показана зависимость коэффициента гармоник на частоте 1 кГц и нагрузке 4 ома от выходной мощности для 80-ти ваттного варианта блока питания. Это важный момент: не надо забывать, что максимальная выходная мощность усилителя (да и вся его работа) определяется источником питания. Про него рассказ впереди.

Хочу обратить ваше внимание вот на что. Во многих дорогих усилителях при уменьшении выходной мощности искажения растут. Это следствие работы выходного каскада в экономичных режимах. Или следствия экономии в конструкции. Или из-за использования «цифровых» усилителей. В любом случае, рост искажений при снижении выходной мощности – это не хорошо. В данном усилителе такой рост искажений отсутствует: искажения остаются низкими при любой выходной мощности, не превышающей максимальную, и растут только при перегрузке.

Величину выходного сопротивления усилителя при данных значениях номиналов элементов цепей ООС можно регулировать одним только резистором R21. Регулировочная зависимость Rвых от R21 показана на рис. 7. Для получения больших значений выходного сопротивления следует воспользоваться программой расчета комбинированной ООС. Но обычно выходное сопротивление не требуется больше чем 8 Ом, для улучшения работы колонок и сабвуфера хватает сопротивления 2…6 Ом. Если повышение выходного сопротивления не требуется, то резистор R21 из схемы исключается, а резистор R27 заменяется проволочной перемычкой. Тогда усилитель работает как «обычный» с низким выходным сопротивлением (доли ома) и высоким коэффициентом демпфирования.

Конструкция и детали. Усилитель собран на печатной плате. Зелеными линиями на рис.8 показаны отрезки медного провода сечением 1,5 мм2, припаянные на печатный проводник для уменьшения его сопротивления. На самом деле я проверил вариант и без них – все отлично работает, и параметры усилителя не ухудшились (потому что разводка правильная). Но все же для большего душевного спокойствия можно их припаять. Толщина провода не так уж и важна. Главное – его симметричное расположение вверх-вниз на рисунке относительно отверстия в плате для подключения «земли».

Конденсатор С7 напаян на выводы резистора R20. Все резисторы, кроме указанных на схеме, имеют мощность 0,125 или 0,25 Вт. Если усилитель используется в стерео или многоканальном варианте, то желательно использовать резисторы, входящие в цепь ООС (R9, R20, R21), высокой точности, не хуже 1%. Либо подобрать их с одинаковым сопротивлением для всех каналов. Иначе усиление каналов может немного различаться. Резисторы R24, R25, R27 проволочные.

Конденсаторы С2, С3, С7 керамические с ТКЕ группы NP0 (такие конденсаторы линейные и не вносят искажений). При использовании усилителя совместно с сабвуфером номиналы некоторых конденсаторов лучше изменить как указано на схеме. С1, С10 – пленочные на напряжение не менее 63 вольт. Конденсаторы С8 и С11 могут быть как пленочные, так и керамические на напряжение 63 вольта. Учитывайте, что с пленочными конденсаторами не ошибешься – на меньшее напряжение их не выпускают, а керамические могут оказаться низковольтными и их пробьет. Если доступны малогабаритные конденсаторы, например фирмы EPCOS, то емкость С8 и С11 желательно увеличить до 1 мкФ. Конденсаторы С4, С5, С6, С9, С12 любые качественные. В качестве С4 можно использовать полярный электролитический конденсатор. При этом желательно измерить полярность постоянной составляющей на выходе усилителя после сборки и перепаять конденсатор С4 в соответствии с этой полярностью. В процессе работы конденсаторы не нагреваются, так что выгоднее использовать конденсаторы с допустимой температурой 85 градусов – их свойства немного лучше.

Максимальное допустимое напряжение конденсаторов С5, С6, С8, С9, С11, С12 должно быть по крайней мере на 10% больше напряжения источника питания на холостом ходу.

Если очень хочется, то в качестве С5 и С6 можно использовать конденсаторы 470 мкФ, а в качестве С9 и С12 конденсаторы 2200 мкФ. Но это практически ничего не улучшит (кроме чувства удовлетворения). А вот конденсаторы типа Low ERS или Low Impedance в качестве С9 и С12 очень бы подошли (в усилителе, параметры которого приведены здесь, использовались «обычные» конденсаторы Jamicon).

Конденсатор С1 задает частоту среза на низких частотах. С величиной емкости, указанной на схеме, нижняя частота среза равна 7 Гц. Если ваши громкоговорители плохо воспроизводят очень низкие частоты, то есть шанс перегрузить громкоговорители низкими частотами. В этом случае целесообразно повысить нижнюю граничную частоту усилителя, согласовав ее с возможностями колонок. Чтобы избежать перегрузки громкоговорителей низкими частотами, и не потерять бас, нижняя частота среза усилителя должна быть примерно в 2…3 раза ниже нижней рабочей частоты колонок. Конденсатор С1 емкостью 0,47 мкФ обеспечит частоту среза, равную 10 Гц; С1 = 0,33 мкФ — частоту среза 14 Гц; С1 = 0,22 мкФ — частоту среза 22 Гц.

Транзисторы 2N5551/2N5401 можно заменить на 2CS2240/2SA970. Транзисторы 2SA1930/2SC5171 на 2SA1358/2SC3421, либо (что несколько хуже) на 2SB649/2SD669. Транзистор VT9 – любой с проводимостью типа n-p-n в изолированном корпусе ТО-126. В качестве выходных можно использовать транзисторы IRFP240/IRFP9240. А вот популярные транзисторы 2SJ162/2SK1058 фирмы Hitachi лучше не использовать – их параметры хуже. Если же решите их использовать, обратите внимание, что у них другая цоколевка.

Выходные транзисторы размещаются на радиаторах с эффективной площадью не менее 700 см2 на каждый транзистор. Транзисторы изолируются от радиатора при помощи слюды или специальных теплопроводящих пленок. Для улучшения теплоотвода необходимо использовать термопасту (которой смазывается и промежуток транзистор-прокладка, и промежуток прокладка-радиатор).

Усилитель является сравнительно высокочастотным устройством, поэтому для снижения возможных помех рекомендуется использовать на всех кабелях (входных, акустических и питания) ферритовые шайбы. На выводы выходных транзисторов я попробовал устанавливать ферритовые кольца – это не дало никакого результата. А вот ферриты на кабелях – это хорошее решение. Ферритовая шайба – одно из немногих устройств, которое ничего не ухудшит. А вот улучшить может, т.к. высокочастотные помехи от радиоустройств пытаются проникнуть в усилитель абсолютно через все кабели, даже через акустические.

Напряжение питания усилителя ограничивается допустимыми напряжениями его элементов и не должно превышать ±55 вольт. При замене конденсаторов в цепи питания (С5, С6, С8, С9, С11, С12) на конденсаторы с допустимым напряжением 80 вольт, напряжение питания можно увеличить до ±65 вольт. При этом должны быть использованы транзисторы тех типов, что указаны на схеме. И увеличена площадь радиаторов. Однако подобное повышение напряжения питания не рекомендуется, особенно при работе на низкоомную нагрузку (6 ом и меньше).

Налаживание правильно собранного усилителя заключается в установке резистором R16 тока покоя выходных транзисторов в пределах 230…250 мА. После прогрева на холостом ходу ток покоя необходимо подкорректировать. Ток покоя определяется по величине напряжения между истоками выходных транзисторов. Такая величина тока покоя может показаться слишком большой, но установлено, что повышение тока покоя до такой величины по сравнению с «обычными стандартными» значениями снижает искажения выходных транзисторов в несколько раз и заметно сокращает спектр этих искажений.

Важную роль в работе усилителя играет его источник питания. Он же определяет такие параметры усилителя, как максимальная выходная мощность, перегрузочная способность, уровень фона и даже величина искажений.

Схем блоков питания много, и я периодически об этом пишу. В этом усилителе я применил схему, показанную на на рис. 9. Конденсатор С1 подавляет импульсные помехи, поступающие из сети. Лучше в этом месте использовать специальный помехоподавляющий конденсатор емкостью 0,1…0,15 мкФ на напряжение 275…310 вольт переменного тока, но такие конденсаторы более дефицитны (но доступны в интернет-магазинах). Резисторы R1 и R2 служат для разряда конденсаторов фильтра при выключении питания. Для выпрямления используется либо готовый диодный мост, либо отдельные диоды. Хорошие результаты дает применение в выпрямителе диодов Шоттки. Максимальное допустимое обратное напряжение на диодах должно быть не менее 150…200 вольт, максимальный прямой ток зависит от выходной мощности усилителя и числа его каналов.

Для сабвуфера и стереоусилителя с выходной мощностью не более 80 Вт максимальный прямой ток диодов не должен быть меньше 10 ампер (например, мосты типа RS1003-RS1007 или КВРС1002-КВРС1010). При большей выходной мощности и/или большем числе каналов усиления выпрямительные диоды должны быть рассчитаны на прямой ток не менее 20 ампер. Например, мосты КВРС4002-КВРС4010, КВРС5002-КВРС5010 или диоды Шоттки 20CPQ150, 30CPQ150 с параллельным включением обоих диодов в корпусе. В этом случае рекомендуется увеличить суммарную емкость конденсаторов фильтра до 30000 мкФ на плечо. Гнаться за какими-нибудь экзотическими конденсаторами не нужно, подойдут и обычные. Также не имеет смысла ставить массив конденсаторов. Если попадутся конденсаторы Low ESR, то они будут работать чуть лучше, чем обычные. Но будет гораздо полезнее установить такие конденсаторы на плату усилителя, где нет влияния длинных соединительных проводов.

Для дальнейшего уменьшения импульсных помех, приходящих из сети, можно каждый из диодов зашунтировать конденсатором 0,01 мкФ на напряжение не менее 100 В.

Для выбора необходимой габаритной мощности трансформатора и напряжения на его вторичных обмотках в зависимости от требуемой максимальной выходной мощности усилителя можно воспользоваться программой расчета источника питания. А можно графиками на рис. 10. Черными линиями показаны графики минимальной мощности трансформатора. Сплошная линия соответствует стерео усилителю, пунктирная – сабвуферу. Цветные линии – напряжение на каждой из вторичных обмоток. Для стерео варианта усилителя в график на рис. 10 нужно подставлять требуемую максимальную выходную мощность одного канала. Данный график предназначен для определения мощности силового трансформатора усилителя, предназначенного для воспроизведения записанной музыки (с магнитофона, компакт-диска, виниловой грампластинки и т. п.). Для питания усилителя, предназначенного для исполнения музыки, например, в составе рок-группы, рисунком пользоваться нельзя.

Может показаться странным тот факт, что мощность трансформатора стереоусилителя меньше его удвоенной выходной мощности. Здесь имеется ввиду минимальная мощность трансформатора, достаточная для нормальной работы усилителя. Дело с том, что пикфактор звуковых сигналов составляет 12…16 дБ, поэтому максимальная выходная мощность усилителя достигается сравнительно редко и на короткое время. Значит средняя выходная мощность, а следовательно, и потребляемый от блока питания ток, получаются в несколько раз меньше максимальной. Поэтому и средняя мощность, потребляемая от трансформатора в несколько раз меньше максимальной. Трансформатор рассчитан на эту среднюю выходную мощность плюс кратковременные пики максимальной мощности, причем с некоторым запасом. Можно использовать трансформатор с габаритной мощностью больше, чем показано на рис. 10, но превышать эту мощность более чем в два раза смысла уже нет.

Подключение платы усилителя к остальной части усилителя (блоку питания, предусилителю, регулятору громкости и проч.) надо делать по правилам, тогда получите максимум качества звучания.

Усилитель не содержит схемы защиты акустических систем, поэтому для защиты АС от постоянного напряжения можно использовать одну из распространенных схем. Свой вариант схемы я выложу позже – тот, который я использовал, заточен под этот усилитель, а я хочу сделать его достаточно универсальным, чтобы подходил для всех.

Для скачивания:

Схема усилителя и расположение деталей на плате

Печатная плата в формате Sprint Layout

Mosfet-Amp: Усилитель с полевыми транзисторами на выходе

Hi-Fi усилитель с выходным каскадом на MOSFET транзисторах имеет отличные параметры и великолепное звучание. Этот усилитель сделать самому довольно легко. Можно купить печатную плату усилителя, можно купить собранную плату усилителя. А можно печатную плату усилителя сделать самостоятельно и все самому туда впаять.

Усилитель охвачен комбинированной отрицательной обратной связью (другие названия: гибридная ООС, Mad Feedback), поэтому его выходное сопротивление может быть ненулевым и достигать десятков ом (оно задается при изготовлении усилителя). Иногда усилители с повышенным выходным сопротивлением звучат лучше «обыкновенных», звук становится похож на «хороший ламповый».

Эта схема — дальнейшее развитие Усилителя с полевыми транзисторами на выходе. Поэтому настоятельно рекомендую сходить по ссылке – там описана конструкция усилителя, назначение элементов и приведены его параметры. И кстати, там показано, что этот усилитель лучше некоторых дорогих усилителей, заявленных как Hi-End.

На рисунке 1 показана собранная печатная плата усилителя. Это экспериментальный вариант, именно на его основе производилась небольшая переработка схемы.

Внимание! На фотографии показан экспериментальный вариант усилителя. В нем отдельные детали имеют номиналы отличные от указанных на схеме, а транзистор VT9 вообще не установлен.

Здесь приведено описание усилителя, собранного на новой промышленной печатной плате, которую легко приобрести. Чем он отличается от первоначального варианта? Нюансами:

1. Замечательные выходные MOSFET транзисторы 2SK1530/2SJ201 больше не выпускаются, поэтому на выходе используются только IRFP240/IRFP9240. И усилитель оптимизирован под эти транзисторы.
2. Немного изменились номиналы некоторых деталей.
3. Усовершенствована печатная плата.
4. АЧХ усилителя сформирована таким образом, чтобы с одной стороны надежно воспроизводить даже тончайшие нюансы звука, а с другой стороны быть нечувствительной к всевозможным помехам. Например, вызвать динамические искажения в этом усилителе очень трудно. Это возможно только при помощи специального искусственного сигнала, которого в звуковых системах вообще не бывает.

Помните, что выходное сопротивление этого усилителя может лежать в пределах 0…20 Ом. Вы выбираете требуемое значение выходного сопротивления перед его изготовлением.

Усилитель многократно повторен и вызывает хорошие отклики.

В чем отличие этого усилителя от усилителя на микросхеме TDA7294? Усилитель на микросхеме проще (для этого микросхема и нужна), но слабее. У этого усилителя больше максимальная выходная мощность и выше качество звучания, потому что лучше основные параметры.

Схема Hi-Fi усилителя

Схема Hi-Fi усилителя показана на рисунке 3. Схема немного изменилась: изменились сопротивления некоторых резисторов. Это непринципиально, обе схемы — «старая» и новая одинаково отлично работают. Причина изменения сопротивлений резисторов в том, чтобы уменьшить «зоопарк деталей». Чтобы резисторы имели по возможности одинаковое сопротивление и их проще было купить.

Внимание! Емкость конденсаторов С1 и С2 зависит от желаемой АЧХ и условий эксплуатации усилителя, поэтому может отличаться от указанной на схеме. Как выбрать емкость этих конденсаторов смотрите ниже.

Резистор R21 служит для задания требуемого выходного сопротивления усилителя. Поэтому сопротивление резистора R21 вы выбираете исходя из того, какую величину выходного сопротивления усилителя вы ходите получить. С указанным значением R21 = 20 кОм выходное сопротивление усилителя равно 0,5 ом.

Выбор сопротивления резистора R21 приведен ниже.

Если вам не требуется повышенное выходное сопротивление усилителя, то резистор R21 вообще не устанавливается, а резистор R27 заменяется перемычкой.

Описание усилителя, его свойства и принцип работы описаны в статье Усилитель с полевыми транзисторами на выходе.

Усилитель не содержит дефицитных деталей и каких-нибудь сложных вещей. Поэтому собрать усилитель своими руками может даже начинающий. На обновленной плате это еще проще.

Об усилителе

Амплитудно-частотная характеристика усилителя

Когда-то на заре звуковоспроизведения получить частотный диапазон усилителя, равный частотному диапазону слуха было непосильной задачей. Для тогдашней техники ровная АЧХ в пределах 150 Гц … 6 кГц была большим достижением. А другой усилитель с диапазоном частот от 100 Гц до 10 кГц считался более качественным и реально звучал лучше. Поэтому в те времена частотный диапазон усилителя был одним из главных его параметров. Широкий диапазон частот усилителя был значительным достижением, им заслуженно гордились и обязательно указывали в технических данных усилителя.

В XXI веке диапазон частот любого усилителя автоматически получается шире, чем 20 Гц … 20 кГц. Этот параметр стал неактуален, и его даже не всегда указывают. Почему же я об этом говорю?

Для современной техники не проблема сделать усилитель с частотным диапазоном от 0 Гц (то есть постоянного тока) до 1МГц. Вот только зачем? Вам нужен автомобиль с максимальной скоростью 550 км/час для реальных поездок? На самом деле все рассуждения о необходимости сверхширокого частотного диапазона усилителя – это рекламно-маркетинговые трюки.

Важно вот что. Если сам по себе усилитель в принципе не способен воспроизводить частоты ниже 20 Гц и выше 20 кГц, то это плохой усилитель. Но чтобы получить такой плохой усилитель, надо делать его специально. Современный «совершенно обычный», но хорошо спроектированный усилитель имеет очень широкий частотный диапазон. И этот частотный диапазон мы ограничиваем искусственно!

Самое главное – это ограничить частотный диапазон усилителя таким способом, чтобы не ухудшить работу усилителя, например, не сделать его «медленным».

Для чего нужно ограничивать частотный диапазон усилителя?

1. Чтобы не пропустить инфразвук и ультразвук в колонки, которые не рассчитаны на работу с сигналом таких частот, и будут работать плохо. А их плохая работа скажется и на воспроизведении звуковых частот. Как будут играть колонки, динамики которых перегружены по линейному ходу диффузора инфразвуком? Ужасно!
2. Чтобы не пропустить эти вредные для здоровья частоты к слушателю.
3. Невозможно удалить вредные инфразвуковые и ультразвуковые частоты из сигнала полностью. Эти частоты (раз они вредные, то являются помехами) можно только ослабить в той или иной степени. Но, хоть и ослабленные, они придут на вход усилителя. И если помехи попадут в усилитель, то вызовут перегрузку усилителя, поскольку он не предназначен для работы с такими частотами. Эта перегрузка нарушит нормальную работу усилителя, и усилитель будет искажать звуковой сигнал. Если же ограничить ультразвуковые и инфразвуковые помехи, то перегрузки не произойдет, и звук искажаться не будет.

Именно из таких соображений сформирована АЧХ этого усилителя. АЧХ усилителя полностью показана на рисунке 4, а на рисунке 5 укрупненно.

На этих же рисунках приведены линии, показывающие уровни:

-1 дБ. На высоких и низких частотах чувствительность слуха такова, что уменьшение громкости на 1 дБ человек не слышит. То есть это условная граница «равномерной громкости».

-3 дБ. По этому уровню определяется частота среза усилителя, и соответственно технический диапазон частот.

Итак, для предлагаемой мною АЧХ (ее можно изменить):

• «технический» диапазон частот по уровню -3 дБ составляет 7 Гц … 50 кГц.
• «слуховой» диапазон частот («равной громкости») по уровню -1 дБ составляет 14 Гц … 28 кГц. Такое значение нижней частоты среза выбрано для того, чтобы усилитель можно было использовать для сабвуферов.

Завал АЧХ на частоте 20 Гц и на частоте 20 кГц примерно равен 0,5 дБ.

При желании нижнюю граничную частоту можно увеличить. Это полезно для колонок, работающих от 40 Гц и выше.

А насколько этот усилитель на самом деле высокочастотный?

На рисунке 6 синий линией показана та АЧХ, которую я преднамеренно сформировал для этого усилителя в области высоких частот. А красной линией – та АЧХ, которая была бы у этого усилителя, если бы я намерено не обрезал в нем высокие частоты. Тогда частота среза по уровню -1 дБ была бы примерно равна 330 кГц, а по уровню -3 дБ примерно равна 600 кГц. То есть, усилитель сам по себе работает до частоты 600 кГц.

Кроме ограничения усиления ультразвука, коррекция АЧХ усилителя на высоких частотах увеличивает глубину отрицательной обратной связи (ООС), что повышает его линейность и уменьшает искажения.

Коэффициент усиления усилителя примерно равен 30 раз (примерно 30 дБ) и зависит от параметров цепи ООС, задающей его выходное сопротивление. Рассчитать параметры цепи ООС, а также коэффициент усиления для заданного выходного сопротивления усилителя можно по программе combinOS (есть русский и английский варианты).

Скорость нарастания выходного сигнала усилителя

Еще одна важная характеристика усилителя – максимальная скорость нарастания выходного напряжения. Она характеризует возможность получения на выходе усилителя высокочастотных сигналов большой амплитуды. Если максимальная скорость нарастания выходного напряжения слишком мала, то в усилителе с глубокой ООС могут появиться динамические искажения, приводящие к очень неприятному «транзисторному» звучанию. Поэтому я измерил максимальную скорость нарастания выходного напряжения, при этом отключив всю частотную коррекцию усилителя (конденсатор С3, естественно, остался на месте).

На рисунке 7 приведен пример воспроизведения этим усилителем прямоугольного сигнала частотой 100 кГц и амплитудой примерно ±15 вольт (желтая линия). Голубая линия – входной сигнал – практически идеальный меандр.

Из осциллограммы на рисунке 7 хорошо видно, что переходный процесс усилителя довольно «красивый», отсутствуют большие выбросы и тем более колебания. Такой переходный процесс характерен для запаса по фазе 60…65 градусов, что оптимально для усилителей с глубокой ООС. Выходное напряжение немного отстает от входного – сказывается сдвиг фаз на высоких частотах. Выходной сигнал достаточно прямоугольный, не забывайте, что он состоит из частот 100 кГц, 300 кГц, 500 кГц, 700 кГц и т.д., которые во много раз выше звуковых.

Осциллограмма (рис.8) дает возможность оценить максимальную скорость нарастания выходного напряжения:

Я слегка ошибся с верхней реперной точкой при измерении, если бы я сделал правильно, то число получилось бы еще больше. Но переделывать было лень.

Максимальная скорость нарастания, измеренная на прямоугольном сигнале – это очень хороший рекламный параметр, потому что такой метод измерения дает самое большое число. Но при реальной работе усилителя такая ситуация в принципе не должна возникать: при таком сигнале все каскады усилителя перегружаются, а отрицательная обратная связь вообще не работает. Если попытаться воспроизводить звук, загнав усилитель в такой режим, то звук получится просто ужасным.

Моя задача состоит не в том, чтобы получить красивое рекламное число, а чтобы определить максимальную скорость нарастания выходного напряжения усилителя в таком режиме, который допустим при реальной работе. Когда динамические искажения только-только начинаются, ООС практически не отключается, и звук практически не искажается. Это будет предельное значение скорости, чуть ниже которого усилитель работает отлично, а выше которого уже начинаются искажения.

Для этого применяется другой метод измерения максимальной скорости нарастания выходного напряжения. На вход усилителя подается синусоидальное напряжение такой амплитуды и частоты, чтобы из-за ограничения скорости нарастания начальный участок синусоиды превратился в прямую линию.

На рисунке 9 показано воспроизведение усилителем синусоиды частотой 100 кГц и амплитудой примерно 20 вольт (голубая – вход, желтая – выход). Синусоида не искажена, а значит скорость нарастания усилителя достаточна для работы с таким сигналом.

Кстати, это выходная мощность 48 Вт (нагрузка 4 ома) на частоте 100 кГц. На частоте 20 кГц с такой скоростью нарастания можно получить выходное напряжение в 5 раз больше и неискаженную мощность около 1,2 кВт! Так что этот усилитель имеет хорошие скоростные возможности.

Увеличим частоту, рис. 10. Здесь центральная часть синусоиды (в окрестностях перехода через ноль) начала превращаться в прямую линию. Следовательно, скорость нарастания выходного напряжения усилителя достигла максимума. При этом искажения сигнала маленькие, на глаз вообще малозаметные. Так что мы находимся на границе, и перегрузка вот-вот начнется.

Максимальная скорость нарастания для положительного и отрицательного полупериодов может быть разной. Поэтому измерим оба варианта. Результаты измерения показаны на рисунках 11 и 12.

Скорость нарастания при возрастании напряжения:

Скорость нарастания получилась заметно меньше, чем для прямоугольного сигнала.

Скорость нарастания при убывании напряжения:

Используем меньшее значение. Получается, что максимальная скорость нарастания выходного напряжения усилителя равна 17,5 В/мкс.

Этот метод измерения дает меньшее число, для рекламы оно не так пригодно. Зато в этом режиме перегрузки каскадов усилителя практически не происходит, и если реальная скорость нарастания усиливаемых сигналов будет не выше 17 В/мкс, то динамических искажений возникать не будет. При этом качество звучания будет высоким, так как каскады усилителя не перегружаются.

На самом деле максимальная скорость нарастания выходного напряжения усилителя скорее всего немного выше, чем у меня получилось. Судя по рисункам 11 и 12 внутри прямоугольника, ограниченного курсорами, осциллограмма сигнала не является прямой линией. Выходит я выбрал слишком щадящий режим и недогрузил усилитель. Так что в реальности усилитель работает чуть лучше, чем мы о нем думаем.

Как определить, будет ли такая скорость нарастания выходного напряжения достаточной для работы усилителя? Давайте определим, какая требуется скорость нарастания напряжения, чтобы обеспечить возможность воспроизведения синусоиды максимальной амплитуды и частоты.

В качестве максимальной частоты Fmax обычно подставляют верхнюю частоту звукового диапазона, равную 20 кГц. Это неправильно, ведь если по какой-то причине на вход усилителя попадет более высокая частота с такой же амплитудой, наступит перегрузка усилителя по скорости нарастания выходного напряжения. Правильно в качестве Fmax использовать максимальную рабочую частоту – верхнюю граничную частоту усилителя по уровню -3 дБ. В этом случае, если скорость нарастания усилителя будет достаточной, то динамические искажения вообще никогда не возникнут!

Причина такова. Если частота сигнала возрастет выше частоты среза усилителя, то амплитуда выходного сигнала усилителя уменьшится – ведь выше частоты среза амплитуда падает. Во сколько раз повысится частота, во столько же раз снизится амплитуда. А скорость нарастания выходного сигнала усилителя, равная их произведению, останется неизменной. То есть скорости нарастания сигнала выше этой просто не бывает.

Такое правило определения максимальной требуемой скорости нарастания выходного напряжения называется «критерий динамической устойчивости». Если он выполняется, то мощностная АЧХ усилителя (для сигнала максимальной амплитуды) совпадает с АЧХ малого сигнала.

Проверяем. Верхняя граничная частота усилителя по уровню – 3 дБ равна 50 кГц. Максимальная амплитуда выходного сигнала 50 вольт (при напряжении источника питания порядка ±70 вольт). Это соответствует выходной мощности 300 Вт на нагрузке 4 ома и 150 Вт на нагрузке 8 ом.

Скорость нарастания такого синусоидального сигнала равна:

Итак, максимальная требуемая скорость нарастания составляет 15,75 В/мкс, а усилитель обеспечивает 17,5 В/мкс. Вывод: скоростные параметры усилителя достаточные, и динамические искажения возникать не будут.

На самом деле ситуация с этим усилителем ещё лучше: на высоких частотах АЧХ спадает со скоростью 12 дБ/октава, поэтому на частотах, лежащих выше верхней частоты среза, амплитуда выходного сигнала будет падать сильнее, и скорость его нарастания также будет уменьшаться с ростом частоты.

Кстати, именно по той причине, что в качестве максимальной частоты в формулу подставляют не 20 кГц, а верхнюю частоту среза усилителя, разработчики снижают эту самую верхнюю частоту. Никаких «АЧХ вплоть до мегагерца» быть не должно, иначе перегрузка усилителя по скорости нарастания становится возможной. Произойдет она, или нет – это уже другой вопрос, но такая возможность будет.

Возможность работы усилителя от низковольтного источника питания

Номинальные значения напряжения питания усилителя лежат в пределах ±24 В … ±42 В. При этом возможно получение выходной мощности до 120…150 Вт на нагрузке 4 ом, и до 100…120 Вт на нагрузке 8 ом.

В принципе, если нагрузка имеет сопротивление 8…32 ома, то напряжение питания можно повысить максимум до ±54 вольт. При этом все конденсаторы в цепи питания должны иметь максимально допустимое напряжение не менее 63 вольта, и выходные транзисторы должны хорошо охлаждаться. А максимальная выходная мощность составит 200 Вт на нагрузке 8 ом, и до 110 Вт на нагрузке 16 ом. Работать с таким напряжением питания и нагрузкой 4…6 ом не рекомендуется – выходные транзисторы могут выйти из строя.

А вот при снижении напряжения питания не только снижается максимальная выходная мощность любого усилителя, но и ухудшается работа.

Этот усилитель достаточно хорошо стабилизирован, поэтому снижение напряжения питания не ухудшает его параметры катастрофически. Параметры усилителя при работе с низковольтным источником питания показаны на рисунке 13.

На рисунке 13 синяя линия – максимальное выходное напряжение на нагрузке 4 ома, красная линия – это максимальная выходная мощность на нагрузке 4 ома (на нагрузке 8 ом выходная мощность в два раза меньше), черная линия – коэффициент нелинейных искажений (THD) на частоте 1 кГц при выходной мощности, примерно равной максимальной.

Как видно из графика, при снижении питающего напряжения ниже ±23 вольт слегка повышаются искажения. А при снижении питающего напряжения ниже ±12 искажения повышаются значительно. Но работоспособность усилителя сохраняется вплоть до напряжения питания ±7 вольт.

При низковольтном питании не только растет THD, но и изменяется (ухудшается) характер искажений. На рисунке 14 показан спектр гармоник этого усилителя при напряжении источника питания ±7 вольт. На нем хорошо видны четные гармоники, отсутствующие при номинальном напряжении питания.

На рисунке 15 показан спектр гармоник этого усилителя при напряжении источника питания ±13 вольт. Четные гармоники исчезли, но спектр шире, чем при номинальном питании – присутствуют гармоники вплоть до 9-й. При номинальном питании 7-я и 9-я гармоники отсутствуют.

Тем не менее, даже при пониженном напряжении питания этот усилитель обладает меньшими искажениями, чем некоторые дорогие промышленные конкуренты.

Важно отметить, что при построении графика на рисунке 13, величина напряжения питания измерялась под нагрузкой (то есть напряжение на работающем усилителе). Указанное напряжение уже учитывает все возможные просадки.

Выбор номиналов компонентов

Выбор выходного сопротивления усилителя и R21

Этот усилитель позволяет получить желаемое значение выходного сопротивления вплоть до нескольких десятков ом.

Повышение выходного сопротивления усилителя зачастую помогает улучшить АЧХ сабвуферов и колонок с акустическим оформлением «закрытый ящик». Правильно выбрав это сопротивление, можно снизить нижнюю граничную частоту сабвуфера или колонки чуть ли не вдвое.

Кроме того, при повышенном выходном сопротивлении усилителя уменьшаются искажения динамиков среднего класса.

Я не рекомендую устанавливать выходное сопротивление усилителя больше, чем 20 ом, так как более высокое выходное сопротивление реально уже ничего не улучшит, а вот проблемы возникнуть могут. Например, при росте сопротивления нагрузки (которое зависит от частоты), будет расти и выходное напряжение усилителя. И при сравнительно небольшой громкости звучания может возникнуть клиппинг. Либо значительно увеличится добротность НЧ динамика колонок, и звук будет «бубнящим». Либо изменится настройка фильтров колонок (фильтры рассчитаны на нулевое выходное сопротивление усилителя) и фильтры разрегулируются.

Величину выходного сопротивления усилителя задает сопротивление резистора R21. Выбрать нужную величину его сопротивления можно рассчитав по программе combinOS, а можно по графикам на рисунках 16 и 17.

На рисунке 17 график более растянут.

С указанным на схеме значением R21=20 кОм выходное сопротивление усилителя будет равным 0,5 ом. Такое выходное сопротивление довольно часто немного улучшает субъективное восприятие звука.

Если повышенное выходное сопротивление не требуется, то резистор R21 в плату не устанавливается, а резистор R27 заменяется перемычкой.

Выбор емкости конденсатора C1

Величина емкости конденсатора C1 определяет как нижнюю граничную частоту усилителя, так и завал АЧХ усилителя на низких звуковых частотах. Этот конденсатор совместно с входным сопротивлением усилителя образует фильтр верхних частот (ФВЧ, HPF), пропускающий частоты выше 5…15 Гц и подавляющий частоты, лежащие ниже этого значения.

Как выглядит амплитудно-частотная характеристика в области низких частот при различных значениях емкости конденсатора C1, показано на рисунке 18.

Значения емкости конденсатора С1 удобно выбрать из таблицы.

Емкость конденсатора C1, мкФ	Нижняя граничная частота усилителя по уровню -3 дБ, Гц	Нижняя граничная частота усилителя по уровню -1 дБ, Гц	Завал АЧХ усилителя на частоте 20 Гц, дБ	Завал АЧХ усилителя на частоте 30 Гц, дБ
0,22	15	30	2	1
0,33	10	20	1	0,5
0,47	7	14	0,5	0,25
0,68	5	10	0,26	0,11

Стратегия выбора величины емкости конденсатора C1.

Прежде, чем выбирать емкость конденсатора С1 вспомните, чему равна нижняя частота ваших колонок?

• Если на этой частоте усилитель ослабит сигнал на 1 дБ, то на слух будет совсем не заметно.
• Если усилитель обрежет частоты, лежащие ниже минимальной частоты колонок, то это только пойдет на пользу – колонки будет сложнее перегрузить нерабочими для них инфразвуковыми частотами.

Чем емкость C1 больше, тем меньше нижняя частота среза усилителя (то есть усилитель достаточно сильно усиливает более низкие частоты), и тем меньше завал АЧХ на низких звуковых частотах.

А нужны ли настолько низкие частоты? А может они являются вредными? Об этом можно прочитать в статье по выбору емкости входного конденсатора усилителя на микросхеме TDA7294.

Я рекомендую использовать конденсатор С1 емкостью 0,47 мкФ как для высококачественных колонок, так и для сабвуферов.

Если ваши колонки работают начиная с частоты 30…35 Гц, то С1 может иметь емкость 0,33 мкФ. Если ваши колонки работают начиная с частоты 40…50 Гц, то С1 может иметь емкость 0,22 мкФ.

Емкость конденсатора C2

Конденсатор С2 обрезает высокие частоты, поступающие на вход усилителя (он образует фильтр нижних частот), и тем самым подавляет высокочастотные помехи. Однако при этом сужается диапазон рабочих частот усилителя в области высоких частот. Емкость конденсатора С2 выбирается исходя из величины сопротивления регулятора громкости и требуемой частоты среза фильтра нижних частот (ФНЧ, LPF), который образует этот конденсатор совместно с резистором R1 и сопротивлением устройства, к которому подключен вход усилителя. Это может быть либо предварительный усилитель с маленьким выходным сопротивлением (считаем его равным нулю), либо регулятор громкости. Сопротивление регулятора громкости влияет на работу фильтра и должно быть учтено.

Частота среза входного фильтра НЧ R1C2 выбрана равной 80 кГц. Такую же частоту среза обеспечивает цепь C7R20.

Значение емкости конденсатора С2 выбирается из таблицы.

Сопротивление регулятора громкости, кОм	Емкость конденсатора С2, пФ
Регулятор громкости на входе усилителя отсутствует, используется предусилитель	2000
5	910
10	560
20	330
30	220
50	150
100	75

Можно ли использовать конденсаторы C1 и C2 другой емкости?

Можно. Изменение емкости этих конденсаторов на 10…20% будет совершенно незаметно. При большем изменении емкости конденсаторов изменение АЧХ усилителя возможно будет заметно.

Если емкость изменится больше, чем на 30…50%, то произойдет следующее:

Конденсатор С1. Изменится АЧХ в области низких частот. Оценить эту новую АЧХ можно на основании рисунка 18. Если вы вместо С1=0,68 мкФ установите конденсатор С1=0,33 мкФ, то разницы не заметите. Аналогично не заметите разницы и при установке С1=2,2 мкФ. А вот емкость С1=0,1 мкФ на хороших колонках будет немного заметна: частота среза усилителя станет равной 30 Гц.

Конденсатор С2. Уменьшение емкости немного расширит АЧХ в область ВЧ, но не сильно: конденсатор С7 устанавливает частоту среза усилителя равной 80 кГц. Увеличение емкости С2 улучшает фильтрацию высокочастотных помех, но снижает диапазон высоких частот.

• Если емкость конденсатора С2 увеличить в 1,5 раза, то частота среза усилителя станет равной 40 кГц, а завал АЧХ на частоте 20 кГц будет 0,8 дБ.
• Если емкость конденсатора С2 увеличить в 2 раза, то частота среза усилителя станет равной 35 кГц, а завал АЧХ на частоте 20 кГц будет 1,2 дБ.

Правда, далеко не все люди слышат частоту 20 кГц, а выше, так и тем более…

Выбор емкостей конденсаторов для сабвуфера

Если усилитель предназначен для сабвуфера, то желательно использовать такие емкости конденсаторов:

С1 = 0,47… 0,68 мкФ;

С2 в десять раз выше, чем указано в таблице для усилителя (для емкостей больше чем 1000 пФ можно применить лавсановый конденсатор MKT);

Используемые детали

Усилитель доступен для сборки даже начинающими, но для получения наилучших параметров и максимально хорошего звука детали нужны качественные (при этом не обязательно дорогие): то, что плохо работает, хорошо звучать не может.

Комплектующие неизвестных производителей и дешевые «китайские» лучше не использовать: они могут иметь плохие параметры. А иногда они вообще являются бракованными, например сопротивление резистора может сильно отличаться от указанного.

Но и не нужно гнаться за специальными дорогими компонентами «For Audio», так как не всегда понятно, что имеется в виду под этой надписью. Дело в том, что из всех областей электроники, аудиотехника является «самой нетребовательной»: она работает с довольно простыми сигналами и допускает значительные искажения. Поэтому компонент, который нельзя применять в других областях (связь, медицина, измерения, космос) из-за его недостаточно высоких параметров, можно промаркировать как «For Audio» и использовать в аудиотехнике – там его слабые возможности будут незаметны.

Так что компоненты общего назначения (general purpose) от известного производителя – это лучшее решение. Они наверняка работоспособны и имеют заявленные параметры.

Список используемых деталей (BOM List) можно загрузить по ссылкам:

На русском языке

Транзисторы

Транзисторы лучше использовать такие, как указано на схеме и ничем их не заменять за исключением VT9.

Транзистор VT9 является датчиком температуры выходных транзисторов. В этой позиции можно использовать любой современный NPN транзистор в корпусе TO-126. Он не впаивается в плату непосредственно, а подключается на проводниках минимальной длины, но такой, чтобы VT9 можно было установить на одном из выходных транзисторов. В усилителе на рисунке 1 транзистор VT9 в схему не установлен, а на рисунке 2 этот транзистор присутствует. Также VT9 показан на рисунке 19.

Резисторы

В усилителе используются недорогие металлопленочные резисторы. Все резисторы кроме R24…R27 мощностью 0,125…0,25 Вт. Если R26 российского производства, то достаточна мощность 1 Вт. Если R26 не российского производства, то рекомендуется использовать резистор мощностью 2 Вт. Это надежнее для работы на максимальной мощности.

Если планируется стерео усилитель или многоканальный усилитель, то резисторы, включенные в цепь отрицательной обратной связи (R9, R20, R21), желательно использовать с точностью 1% (можно и более точные, но это дороже, а заметно не будет). В этом случае разбаланс громкости стереоканалов будет минимальным. Если доступны только резисторы точностью 5%, то их следует по возможности подобрать одинакового сопротивления во всех каналах. Другие резисторы не критичны к величине точности.

Резисторы R24, R25, R27 проволочные «цементные». Можно использовать проволочные резисторы других типов на указанное сопротивление и мощность.

Конденсаторы

Керамические конденсаторы

Конденсаторы C2, С3 и C7 керамические из качественной низковольной керамики, с максимальным рабочим напряжением 50…100 вольт. Качественная керамика определяется по температурному коэффициенту емкости конденсатора (ТКЕ, TCC). Эти конденсаторы должны быть с ТКЕ класса НП0 (C0G, NP0). Иногда вместо цифры 0 пишут букву О (НПО, NPO) – это то же самое. Производитель конденсаторов является важным. Конденсаторы noname лучше не использовать. Подойдут, например, Murata, Vishay. Можно использовать конденсаторы российского производства.

Пленочные конденсаторы

Конденсаторы C1, C8, C10, C11 пленочные лавсановые (другие названия диэлектрика – майлар, полиэстер, MKT).

Самым важным для звука является конденсатор C1. Он должен быть хорошего качества. На этом месте можно применить конденсатор с диэлектриком из полипропилена (MKP). Разница в звуке будет очень маленькая, но все равно будет приятно, что вы сделали максимум для получения высокого качества звучания. В остальных позициях полипропиленовые конденсаторы не нужны.

На самом деле, для получения хорошего звука гораздо важнее использовать правильный блок питания и правильный монтаж блоков усилителя внутри корпуса, потому что усилитель – это система, и на результат работают все его узлы. Но в любом случае конденсатор C1 не должен быть плохим.

Конденсатор C10 образует цепь Цобеля. Его максимальное рабочее напряжение 100…250 вольт. Если есть возможность выбора, то этот конденсатор рекомендуется выбирать наибольшего размера из всех доступных, но без фанатизма, такой, чтобы его можно было нормально установить на плату. При работе усилителя через этот конденсатор проходит сравнительно большой высокочастотный ток, и конденсатор может нагреваться. Чем больше размер конденсатора, тем меньше нагрев. Хотя, при перегрузке высокочастотным сигналом обычно первым сгорает R26. Речь идет не о звуковых сигналах, а об измерительных. При воспроизведении звука с элементами С10 и R26 всё ОК.

Конденсаторы C8 и C11 помогают конденсаторам C9 и C12 снабжать усилитель энергией на высоких частотах. Емкость этих конденсаторов 0,68…2,2 мкФ, максимальное рабочее напряжение не менее 63 вольт. Конденсаторы должны быть качественными, чтобы хорошо работать. Чем больше емкость, тем лучше, но будьте разумными. Важно, чтобы длина выводов этих конденсаторов была минимальной – индуктивность длинных выводов будет мешать их работе. Поэтому конденсатор меньшей емкости с короткими выводами (который легко устанавливается в плату) будет работать лучше, чем конденсатор большей емкости, но с длинными выводами.

Конденсаторы российского производства типа К73-17 использовать можно, но в них возможен брак в виде плохого контакта вывода с телом конденсатора, особенно если за вывод тянуть. Поэтому будьте внимательны при монтаже.

«Зеленые» конденсаторы (рис. 20) использовать можно в позициях C8 и C11. Только будьте уверены в их максимальном рабочем напряжении.

Электролитические конденсаторы

В позициях C5 и C6 должны быть обычные качественные конденсаторы. Использовать конденсаторы LowESR можно, но это улучшит не столько звук, сколько вашу самооценку.

Конденсаторы C9 и C12 выполняют сразу три функции:

1. Дополнительно подавляют пульсации напряжения питания.
2. Подпитывают усилитель на пиках громкости. Эти конденсаторы установлены близко выходным транзисторам, и проводники, идущие от этих конденсаторов, короткие с маленьким сопротивлением и индуктивностью. В результате вся энергия этих конденсаторов через выходные транзисторы передается на выход в громкоговорители.
3. Пропускают через себя ток громкоговорителей на средних и высоких частотах. В результате этот ток замыкается наиболее коротким путем.

Все эти функции на самом деле объединены. Физически это одна функция. Я их разделяю мысленно, чтобы удобнее было их анализировать.

Функции конденсаторов C9 и C12 важны, поэтому эти конденсаторы должны иметь хорошее качество. В этой позиции можно использовать конденсаторы типа Low ESR, Low Impedance, но будьте благоразумны. Важность качества конденсаторов C9 и C12 зачастую преувеличивается. Конденсаторов общего применения от надежного производителя вполне достаточно.

Использовать конденсаторы C9 и C12 емкостью меньше, чем 1000 мкФ не рекомендуется. Значительно увеличивать их емкость тоже не рекомендуется.

Рабочее напряжение конденсаторов С5, С6, С9, С12 должно быть как минимум на 10…20% больше максимального напряжение питания:

• рабочее напряжение 50 вольт при напряжении питания до 42…45 вольт,
• рабочее напряжение 63 вольт при напряжении питания до 45…54 вольт.

Если напряжение питания постоянного тока неизвестно, а используется рекомендуемый здесь источник питания, то можно использовать такое правило: при напряжении вторичной обмотки до 32 вольт можно использовать конденсаторы на напряжение 50 вольт. При напряжении вторичной обмотки выше 32 вольт, используются конденсаторы на напряжение 63 вольта.

Использование полярного конденсатора в качестве С4

Конденсатор С4 создает стопроцентную ООС по постоянному току и минимизирует постоянное напряжение на выходе усилителя. Очень желательно применить в этой позиции неполярный (биполярный) конденсатор. Качество этого конденсатора важно, но не критично: если нет возможности использовать неполярный конденсатор хорошего производителя, то устанавливать неполярный конденсатор noname не рекомендуется. В этом случае можно использовать полярный конденсатор хорошего производителя диаметром 10 мм: 220 мкФ 50…63 вольта, либо 470 мкФ 50 вольт. Чем больше емкость и рабочее напряжение полярного конденсатора, тем лучше.

Если у вас нет опыта и возможности измерений, то полярность установки С4 может быть любой – не важно, куда подключить плюс конденсатора, а куда минус.

Если у вас есть опыт и возможность измерений, то при установке полярного конденсатора С4 его можно сориентировать для получения правильной полярности напряжения на нем. Для этого:

• При сборке усилителя конденсатор С4 не впаивайте в плату, а «прихватите» к контактным площадкам так, чтобы не залить припоем посадочные отверстия под конденсатор (но надежно). Полярность подключения конденсатора произвольная.
• Включите усилитель и установите ток покоя выходных транзисторов (этот процесс описан ниже).
• Измерьте полярность напряжения на С4.
• Выключите усилитель и впаяйте С4 в плату согласно измеренной полярности напряжения на нем.

Будьте внимательны и осторожны!

Конструкция усилителя

Габариты платы и присоединительные размеры показаны на рисунке 21.

Выходные транзисторы слегка выступают за габарит платы, поэтому плату можно устанавливать как перпендикулярно, так и параллельно радиатору, соответственно сформовав выводы выходных транзисторов.

Крепежные отверстия под винты М3 изолированы от схемы.

Выходные транзисторы устанавливаются на радиатор (рис. 22) площадью не менее 1000…1500 см2. Транзисторы надо обязательно изолировать от радиатора слюдяными прокладками (как на фото), или специальной изолирующей теплопроводящей пленкой. Термопаста помещается как между прокладкой и радиатором, так и между транзистором и прокладкой.

Транзистор VT9 устанавливается непосредственно на один из выходных транзисторов. Очень хорошо, если при этом используется термопаста. Если VT9 имеет металлизированный корпус (как рекомендованный 2SD669), то корпус VT9 должен быть изолирован от радиатора, что получается автоматически при установке VT9 на выходной транзистор. Благодаря термопасте обеспечивается хороший температурный контакт.

Для усилителя рекомендуется использовать металлический корпус, тогда будет минимум наводок и помех, и усилитель сможет полностью продемонстрировать свое качество.

Подключение регулятора громкости и блоков внутри усилителя

Если предварительный усилитель отсутствует, то регулятор громкости подключается непосредственно к усилителю, рисунок 23. В этом случае важно, чтобы входные цепи и гнезда не имели контакта с «землей» или с корпусом усилителя.

В качестве регулятора рекомендуется использовать переменный резистор (потенциометр) сопротивлением 30…50 кОм. Предельные значения сопротивления регулятора громкости 5…100 кОм, но при этом возможно небольшое ухудшение качества звучания: низкоомный резистор нагружает источник сигнала, высокоомный более чувствителен к помехам и паразитным емкостям.

Переменный резистор лучше использовать с экспоненциальной зависимостью сопротивления от угла поворота. Тогда при вращении ручки регулятора, громкость будет изменяться пропорционально углу поворота. Такие переменные резисторы российского производства имеют в обозначении букву В, а резисторы произведенные не в России – букву A.

Правильное взаимное соединение блоков усилителя – это очень важно. Иначе можно получить очень плохой звук. Усилитель даже может самовозбуждаться. В правильном подключении блоков нет никакого волшебства, чистая физика. Подробно описано в статье Подключение блоков внутри усилителя.

Источник питания для усилителя

Работа усилителя очень сильно зависит от источника питания. Фактически усилитель занимается тем, что передает энергию из источника питания в колонки. Но делает это под управлением звукового сигнала. Передача энергии происходит так, чтобы в колонках сигнал был точно такой же, как и на входе усилителя.

Схема источника питания показана на рисунке 24. Это базовая схема, в которую можно вносить изменения в соответствии со своими потребностями и/или возможностями.

Такая схема не является данной нам свыше, это результат правильного технического конструирования и расчета.

Назначение деталей, их параметры и возможные изменения

Мощность трансформатора выбирается из графика на рисунке 25. Почему мощность трансформатора меньше суммарной выходной мощности двух каналов усилителя можно прочитать в статьях Расчет источника питания усилителя и Трансформатор для питания усилителя.

Можно использовать трансформатор мощностью на 10% меньше, указанной. Если использовать еще менее мощный трансформатор, то возможно ухудшение работы на максимальной выходной мощности.

Увеличивать мощность трансформатора больше, чем в 1,5…2 раза не рекомендуется: дополнительной пользы не будет, а вот помехи из-за слишком большого и слишком короткого зарядного тока конденсаторов фильтра возникнуть могут.

Необходимое напряжение на каждой из полуобмоток трансформатора можно определить из графиков на рисунке 26.

S1 – выключатель питания. Любой, какой вам нравится, рассчитанный на напряжение 220 вольт и ток не менее 2…3 ампера.

F1 – плавкий предохранитель. Обязательный элемент. При мощности усилителя до 60 Вт на 1 ампер, от 60 до 100 Вт на 1,5 ампера, больше 100 Вт – 2 ампера. Если предохранитель сгорает в момент включения питания усилителя, то его номинал нужно увеличить. Но не сильно – слишком грубый предохранитель может не сработать при аварии. Для ограничения пускового тока усилителя можно использовать софтстарт.

С1 – специальный помехоподавляющий конденсатор. Кроме подавления высокочастотных помех, поступающих из сети, он выполняет еще две функции:

• Подавляет помехи, поступающие из усилителя в сеть.
• Подавляет выбросы ЭДС (напряжения) самоиндукции обмоток трансформатора, которые могут возникать при открывании и закрывании диодов выпрямителя. Обычно с этой задачей справляется собственная емкость трансформатора, но не всегда. Особенно часто такие выбросы напряжения возникают при использовании одновременно трансформатора большой мощности, высокоскоростных диодов и конденсатора фильтра большой емкости (и с низким ESR).

VD1-VD4 – выпрямительные диоды, рассчитанные на ток не менее 12 ампер и напряжение не менее 120 вольт. Это могут быть как отдельные диоды, так и диодный мост. Хорошие результаты дает использование диодов Шоттки. Использовать высокоскоростные диоды не имеет смысла.

Использование раздельных блоков питания для каждого из каналов даст малозаметный выигрыш, а конструкция блока питания при этом намного сложнее.

Можно параллельно каждому из диодов выпрямителя включить конденсатор 0,01 мкФ 160…250 В. Это обычно снижает помехи, как приходящие из сети, так и излучаемые блоком питания. Вреда от этого не бывает (если не доводить до абсурда). Здесь важно, во-первых установить конденсаторы как можно ближе к диодам и чтобы их выводы были максимально короткими. Во-вторых, это решение работает тем лучше, чем более одинаковую емкость имеют конденсаторы. Конденсаторы разной емкости пользы не принесут.

С2…С5 – конденсаторы сглаживающего фильтра. Их емкость выбирается из графиков на рисунке 27. На самом деле значения емкости на этих графиках довольно условны. Усилитель нормально работает и при значительном отклонении емкости конденсаторов фильтра от приведенных на рисунке значений. Но тем не менее, указанные значения емкости достаточно оптимальны для того, чтобы с такими конденсаторами усилитель отлично работал в любой ситуации.

О том, какие функции выполняют эти конденсаторы, и какие к ним предъявляются требования можно прочитать в моей книге «Конструирование источников питания для усилителей мощности звуковой частоты».

Оба плеча (положительного напряжения и отрицательного напряжения) должны быть одинаковыми. Количество конденсаторов в каждом плече зависит от требуемой емкости фильтра и от того, конденсаторы какой емкости доступны. А также от конструктивных особенностей блока питания (сколько места под него отводится в корпусе). Обычно устанавливают в каждое плечо 1…4 конденсатора.

Использовать массивы конденсаторов нет смысла – будет не лучше.

Использовать конденсатор LowESR или LowImpedance не обязательно – снижение их сопротивления будет незаметно на фоне сопротивления проводов, соединяющих блок питания с усилителем.

При напряжении вторичной обмотки до 32 вольт можно использовать конденсаторы на напряжение 50 вольт. При напряжении вторичной обмотки выше 32 вольт, используются конденсаторы на напряжение 63 вольта.

Можно параллельно электролитическим конденсаторам подключить пленочные емкостью 1…3,3 мкФ. Пользы практически не будет (всю пользу «съедят» провода, идущие к платам), но и вреда не будет.

R1, R2 – резисторы, разряжающие конденсаторы фильтра при выключении питания. Опциональны. Сопротивление 68к … 100 к. Мощность 0,125…0,5 Вт.

R3 соединяет «землю» схемы с корпусом усилителя. Это должна быть единственная точка соединения схемы с корпусом. Опционален. Резистор нужен для того, чтобы в случае замыкания схемы на корпус он сгорел и разорвал соединение. По факту сгорания резистора можно узнать о том, что произошло замыкание.

Хороший результат дает применение входного фильтра, но не «аудиофильского», из чистого серебра весом 8 килограммов , а технически правильного. С варистором и катушками индуктивности. Иногда такой фильтр встроен в разъем сетевого провода.

Также хорошо на сетевой кабель установить феррит. Феррит – одно из немногих устройств, от которого не бывает вреда (однако, если вы установите много ферритов по всей длине кабеля, то кабель станет тяжелым и может оторваться от разъема). Поэтому ферриты можно (и нужно) установить на все кабели усилителя.

Если вы планируете получить мощность стереоусилителя 80 Вт на канал и более, то рекомендую использовать софтстарт для обеспечения плавного запуска усилителя при включении питания.

Настройка усилителя

Настройка усилителя сводится к установке тока покоя выходных транзисторов переменным резистором (триммером) R16. Если R16 установлен согласно рисунку на печатной плате, то вращение его оси против часовой стрелки уменьшает ток покоя, а вращение оси по часовой стрелке увеличивает ток покоя. Точно так же, как вращение регулятора громкости: вправо – больше, влево – меньше.

Оптимальный ток покоя выходных транзисторов этого типа составляет 250 (200…300) мА. Этот ток соответствует работе в режиме покоя, когда звуковой сигнал не воспроизводится.

Устанавливается он так:

1. Подстроечный резистор (триммер) R16 устанавливается в крайнее левое положение, соответствующее минимальному току покоя.

2. К резисторам R24 и R25 подключается вольтметр постоянного тока, как показано на рисунке 28.

3. Подстроечным резистором R16 устанавливается ток покоя порядка 300 мА.

4. Через некоторое время, когда выходные транзисторы прогреются и погреют радиаторы, величина тока покоя снизится и ее надо снова установить на 300 мА.

5. Еще через некоторое время, после окончательного прогрева транзисторов и радиаторов, величина тока корректируется до значения 200…250 мА.

Если нет возможности использовать большие радиаторы, то ток покоя можно снизить до 100 мА. Дальнейшее уменьшение тока покоя (минимум 20…40 мА) приведет к росту искажений выходного каскада. Эти искажения отчасти подавятся отрицательной обратной связью, но только отчасти, поэтому при малых токах покоя выходного каскада качество звучания будет немного ниже. Заметите ли вы это на слух – я не знаю.

Наши статьи

Комплект Metronome продемонстрировал невероятную точность в передаче тембров и заметно расширил звуковой диапазон вверх — впечатления Николая Ефремова (салон AV) о полном сете Metronome AQWO.

Metronome AQWO получает престижную награду «Выбор эксперта»! Обзор от Николая Ефремова (Salon AV)
Peak Consult: история, принципы и достижения

Качество Lexus по цене Toyota! Myryad Z350 получает престижную награду «Выбор эксперта». Обзор от Николая Ефремова (Салон AV)

Metronome AQWO — самый выдающийся цифровой источник из всех представленных на выставке! Обзор от Максима Наумова

High End звучание совсем не за хай-эндную цену! Audio Analogue Aacento получает престижную награду «Выбор эксперта»! Обзор от Николая Ефремова (салон AV)