Широкосмуговий помзч з малими спотвореннями. Умзч із компліментарними польовими транзисторами. схема, опис Технічні характеристики ДБЖ

Останнім часом конструктори підсилювачів потужності низької частоти все частіше звертаються до лампової схемотехніки, яка дозволяє при порівняльній простоті конструкції досягати гарного звучання. Але не слід повністю "списувати" транзистори, оскільки за певних обставин транзисторний УМЗЧ все-таки здатний працювати досить непогано, а часто й краще за лампи... Автору цієї статті довелося перепробувати велику кількість УМЗЧ. Один із таких найбільш вдалих "біполярних" варіантів і пропонується на суд читачів. В основі ідеї хорошої роботи лежить умова симетричності обох плечей УМЗЧ. Коли обидві напівхвилі сигналу, що посилюється, зазнають подібні перетворювальні процеси, можна очікувати задовільної роботи УМЗЧ в якісному відношенні.

Ще в недалекому минулому неодмінною та достатньою умовою гарної роботи будь-якого УМЗЧ вважалося обов'язковим запровадження глибоких ООС. Існувала думка про неможливість створення високоякісних УМЗЧ без глибоких загальних ООС. До того ж автори конструкцій переконливо запевняли, що, мовляв, немає необхідності у підборі транзисторів для роботи їх у парах (плечах), ООС все компенсує і розкид транзисторів за параметрами на якість звуковідтворення не впливає!

Епоха УМЗЧ, зібраних на транзисторах однієї провідності, наприклад, популярних КТ808. передбачала включення вихідних транзисторів УМЗЧ вже нерівноправно, коли один транзистор вихідного каскаду було включено за схемою з ОЕ, другий - з ОК. Таке асиметричне включення не сприяло якісному посиленню сигналу. З приходом КТ818, КТ819, КТ816. КТ817 та ін, здавалося б, проблему лінійності УМЗЧ вирішено. Але перелічені комплементарні пари транзисторів " життя " занадто далекі від істинної комплементарності.

Не заглиблюватимемося в проблеми некомплементарності перерахованих вище транзисторів, які дуже широко використовуються в різних УМЗЧ. Слід лише наголосити на тому факті. що за рівних умов (режимах) цих транзисторів забезпечити їхню комплементарну роботу у двотактних підсилювальних каскадах досить складно. Добре про це сказано в книзі Н. Є. Сухова.

Я зовсім не заперечую можливості досягнення добрих результатів під час створення УМЗЧ на комплементарних транзисторах. Для цього потрібен сучасний підхід у схемотехніці таких УМЗЧ з обов'язковим ретельним підбором транзисторів для роботи в парах (ключах). Доводилося мені конструювати і такі УМЗЧ, які є своєрідними продовженнями високоякісного УМЗЧ Н.Е.Сухова, але про них - якось інакше. Щодо симетричності УМЗЧ, як головної умови хорошої його роботи - слід сказати таке. Виявилося, що вищими якісними параметрами має УМЗЧ, зібраний за дійсно симетричною схемою і на транзисторах однакового типу (з обов'язковою добіркою екземплярів). А підбирати транзистори набагато легше, якщо вони з однієї партії. Зазвичай екземпляри транзисторів із однієї партії мають досить близькі параметри проти "випадково" придбаних екземплярів. З досвіду можна сказати, що з 20 прим. транзисторів (стандартна кількість однієї пачки) майже завжди можна відібрати дві пари транзисторів для стереокомплексу УМЗЧ. Були випадки і більш "вдалого улову" - по чотири пари із 20 штук. Про підбір транзисторів розповім дещо пізніше.

Принципова схема УМЗЧ зображено на рис.1. Як видно із схеми, вона досить проста. Симетричність обох плеч підсилювача забезпечена симетричністю включень транзисторів

Відомо, що диференціальний каскад має багато переваг перед звичайними двотактними схемами. Не заглиблюючись у теорію, слід наголосити, що у цій схемі закладено правильне " струмове " управління біполярними транзисторами. Транзистори диференціального каскаду мають підвищений вихідний опір (набагато більший традиційної "розгойдування" за схемою з ОК), тому їх можна розглядати як генератори струму (джерела струму). Таким чином, реалізується струмовий принцип управління вихідними транзисторами УМЗЧ. Дуже точно сказано про вплив узгодження щодо опорів між транзисторними каскадами на рівень нелінійних спотворень в: "Відомо, що нелінійність вхідної характеристики транзистора I б = f(U бе) найбільше виявляється тоді, коли підсилювальний каскад працює від генератора напруги, т.е. вихідний опір попереднього каскаду менше вхідного опору наступного В цьому випадку вихідний сигнал транзистора - струм колектора або емітера - апроксимується експоненційною функцією напруги база емітер U бе, а коефіцієнт гармонік порядку 1% досягається при величині цієї напруги, рівному всього 1 мВ Це пояснює причини виникнення спотворень у багатьох транзисторних УМЗЧ, дуже шкода, що цьому факту практично ніхто не приділяє належної уваги. як застосування лампових схем.

Але перш ніж приступити до намотування трудомісткого вихідного трансформатора, варто повозитися і з симетричною транзисторною схемою УМЗЧ. Забігаючи вперед, скажу ще про те, що за аналогічною схемотехнікою було зібрано й УМЗЧ на польових транзисторах, про це поговоримо якось іншим разом.

Ще одна особливість схеми рис.1 – це підвищена (порівняно з традиційними УМЗЧ) кількість джерел живлення. Не слід цього боятися, оскільки ємності конденсаторів, що фільтрують, просто поділяються на два канали в рівній мірі. А поділ джерел живлення у каналах УМЗЧ лише покращують параметри стереокомплексу загалом. Напруги джерел E1 і E2 не стабілізовані, а як EЗ необхідно використовувати стабілізатор напруги (40 вольт).

Говорячи про теоретичні проблеми двотактних схем і транзисторних УМЗЧ взагалі, потрібно проаналізувати черговий каскад (чи кілька таких каскадів) - фазоинвертор. Тривалі експерименти підтверджують факт суттєвого погіршення якості звуковідтворення через ці каскади. Зібравши цілком симетричну схему, та ще й з ретельно підібраними деталями, доводиться зіткнутися із проблемою схем фазоінверторів. Було встановлено, що ці каскади здатні вносити дуже великі спотворення (відмінність форми синусоїди для напівхвиль можна було спостерігати на екрані осцилографа навіть без будь-яких додаткових схем). Сказане повною мірою відноситься і до простих схем лампових варіантів підсилювачів-фазоінверторів. Ви підбираєте номінали в схемі з тим, щоб отримати рівність амплітуд обох напівхвиль (синусоїди) протифазного сигналу по висококласному цифровому вольтметру, а суб'єктивна експертиза вимагає (на слух!) Повороту движків підстроювальних резисторів у бік від цього "приладового" способу регул.

Вдивляючись у форму синусоїди на екрані осцилографа, вдається побачити "цікаві" спотворення - одному виході фазоинвертора вони ширше (по осі частот), іншому - " тонше " , тобто. площа фігури синусоїд різна для прямого та фазоінверсного сигналів. Слух це чітко вловлює, доводиться "розрегулювати" налаштування. Вирівнювати синусоїду у фазоінверсних каскадах глибокими ООС вкрай небажано. Усувати потрібно причини асиметрії в цих каскадах іншими схемотехнічними шляхами, інакше фазоінверсний каскад може вносити дуже помітні на слух "транзисторні" спотворення, рівень яких можна порівняти з спотвореннями вихідного каскаду УМЗЧ (!). Ось так і трапляється, що фазоінвертор є основним вузлом асиметрії для будь-яких двотактних УМЗЧ (чи транзисторних, лампових або комбінованих схем УМЗЧ), якщо, звичайно ж, підсилювальні елементи в плечах заздалегідь відібрані з близькими параметрами, інакше немає сенсу взагалі очікувати від таких схеми хорошого звучання.

З найпростіших у реалізації фазоінверсних схем, які добре працюють, є лампові варіанти. Простішими їх " аналогами " є польові транзистори, які (тільки!) при грамотному схемотехническом підході цілком здатні конкурувати з ламповими підсилювачами. І якщо вже аудіофіли не бояться застосування узгоджувальних трансформаторів у вихідних каскадах, де це "залізо" все одно "звучить", то вже й у попередніх каскадах можна зі спокійною совістю застосовувати трансформатори. Я маю на увазі фазоінверсні каскади, де амплітуда струму (а саме ця складова згубно впливає на "залізо") невелика, а амплітуда напруги досягає значення лише в кілька вольт.

Безперечно, що будь-який трансформатор - це своєрідний крок назад у схемотехнічному відношенні у вік гігагерцових Pentium"ів. Але є кілька "але", про які досить доречно іноді згадати. Перше - грамотно виготовлений перехідний або узгоджуючий трансформатор ніколи не внесе стільки нелінійних спотворень, скільки можуть внести найрізноманітніших спотворень кілька "неправильних" підсилювальних каскадів.Друге - трансформаторний фазоінвертор дійсно дозволяє досягти реальної симетрії протифазних сигналів, сигнали з його обмоток по-справжньому близькі один до одного як формою, так і амплітудою.До того ж він пасивний , і його характеристики не залежать від напруги живлення, і якщо ваш УМЗЧ реально симетричний (в даному випадку маються на увазі його вхідні імпеданси), то асиметрія УМЗЧ буде вже визначатися більш розкидом параметрів радіокомпонентів у плечах УМЗЧ, ніж використовувати фазоінверсним каскадом. в такому УМЗЧ радіоелементи з допусками більше 5% (виключення лише складають ланцюги генератора струму, що живить диференціальний каскад). Слід усвідомлювати, що при розкидах параметрів транзисторів у плечах УМЗЧ понад 20% точність резисторів вже втрачає свою актуальність. І навпаки, коли використовуються добре підібрані транзистори, є сенс застосовувати резистори з допуском 1%. Їх, звичайно ж, можна і підібрати за допомогою гарного цифрового омметра.

Одна з найвдаліших схемотехнічних розробок фазоінвертора представлена на рис.2. Здається занадто простий, вона все ж таки вимагає пильної уваги до себе, оскільки має кілька "секретів". Перший з таких – це правильний вибір транзисторів за параметрами Транзистори VT1 і VT2 повинні мати значних витоків між електродами (мається на увазі переходи затвор-исток). Крім того, транзистори повинні мати близькі параметри, особливо це стосується початкового струму стоку - сюди найбільше підходять екземпляри з I с.поч. 30-70 мА. Напруги живлення повинні бути стабілізовані, правда коефіцієнт стабілізації блоку живлення істотної ролі не відіграє, до того ж негативну напругу можна взяти і зі стабілізатора УМЗЧ. Щоб електролітичні конденсатори менше вносили своїх спотворень, вони зашунтовані неелектролітичними – типу К73-17.

Дещо докладніше розглянемо особливості виготовлення головного вузла в цій схемі - фазорозщеплювального (фазоінверсного) трансформатора. Від акуратності його виготовлення залежить як індуктивність розсіювання, так і діапазон відтворюваних частот, не кажучи вже про рівень різних спотворень. Так ось, два основні секрети технологічного процесу виготовлення цього трансформатора є такими. Перше - необхідність відмовитися від простого намотування обмоток. Наводжу два використані мною варіанти намотування цього трансформатора. Перший – зображений на рис.3, другий – на рис.4. Суть методу такого намотування полягає в наступному. Кожна з обмоток (I, II або III) складається з декількох обмоток, що містять однакову кількість витків. Необхідно уникати будь-якої помилки у кількості витків, тобто. різниці у витках між обмотками. Тому вирішено було робити намотування трансформатора давно перевіреним способом. По рис.3 використовується шість проводів (наприклад, ПЕЛШО-0,25). Заздалегідь розраховують необхідну довжину обмотувального дроту (не завжди ж і не у кожного радіоаматора виявиться під рукою шість бухт дроту одного діаметра), складають шість проводів разом і роблять намотування всіх обмоток одночасно. Далі потрібно лише визначити відводи необхідних обмоток і з'єднати їх попарно-послідовно. По рис.4 використовувалося дев'ять провідників цього варіанта. І ще, мотати необхідно так, щоб дроти одного витка не розходилися в різні боки далеко-широко один від одного, а трималися спільного рулону разом. Мотати окремими проводами неприпустимо, трансформатор буде буквально "дзвеніти" у всьому діапазоні звукових частот, індуктивність розсіювання збільшиться, зростуть і спотворення УМЗЧ через асиметрію сигналів на виходах трансформатора.

Та й помилитися дуже легко можна при окремих способах намотування симетричних обмоток. А помилка в кілька витків дається взнаки несиметричністю протифазних сигналів. Якщо продовжувати відверто, то був виготовлений трансформатор фазоінвертора (в єдиному роді, екземплярі) в... 15 жил. Був експеримент, який увійшов до колекції конструкцій УМЗЧ, що чудово звучать. Ще раз хочеться сказати, що не трансформатори винні в поганій роботі деяких схем, а їх конструктори. У всьому світі дуже розширилося виробництво лампових УМЗЧ, їх переважна більшість містить розділові трансформатори (вірніше, узгоджувальні), без яких ламповий каскад (типова схема двотактного вихідного каскаду містить 2-4 лампи) просто неможливо узгодити з низькоомними акустичними системами. Є, звичайно ж, і екземпляри "суперлампових" УМЗЧ, де немає вихідних трансформаторів. Їхнє місце зайняли або потужні комплементарні пари польових транзисторів або... батарея потужних лампових тріодів, з'єднаних паралельно. Але ця тема вже виходить за межі цієї статті. У нашому випадку все набагато простіше. Транзистор VT1 (рис.2) МОП-типу, включений за схемою із загальним стоком (і повторювач) працює на генератор струму (джерело струму), виконаний на транзисторі VT2. Застосовувати потужні польові транзистори типу КП904 не слід, у них підвищені вхідні та прохідні ємності, що не може не позначитися на роботі цього каскаду.

Ще один камінь спотикання, серйозна проблема у створенні широкосмугового трансформатора чекає на конструктора при виборі магнітопроводу. Тут доречно дещо додати до того, що можна зустріти у доступній радіоаматору літературі. Різні варіанти конструкцій як у радіоаматорів, так і у професіоналів пропонують використання різних матеріалів магнітопроводів трансформаторів, які не завдавали б клопоту як при їх придбанні, так і при їх використанні. Суть методів така.

Якщо ваш УМЗЧ працюватиме на частотах вище 1 кГц, то можна сміливо використовувати феритові сердечники. Але віддавати перевагу слід екземплярам магнітопроводів з найбільшою магнітною проникністю, дуже добре працюють сердечники від малих трансформаторів телевізорів. Слід застерегти конструкторів від використання сердечників, які вже тривалий час в експлуатації. Відомо, що феритові вироби втрачають з "віком" свої параметри, у тому числі і початкову магнітну проникність, "неповторна" старість їх вбиває не менше, ніж, наприклад, магніти гучномовців, що тривало експлуатуються, про що чомусь майже всі замовчують.

Далі про сердечники - якщо УМЗЧ використовують як басовий варіант, то сміливо можна застосовувати традиційні Ш-подібні пластинчасті варіанти магнітопроводів. Необхідно підкреслити, що екранування всіх таких трансформаторів майже всюди було необхідністю та потребою. Що тут поробиш, за все потрібно розплачуватися. Зазвичай було достатньо виготовлення "кокона" із звичайної покрівельної жерсті товщиною 0,5 мм.

На НЧ добре працюють і тороїдальні осердя. До речі, їх використання полегшує знищення різноманітних наведень з боку мережевих трансформаторів. Тут зберігається "оборотність" переваги тороїдального сердечника - в мережевому варіанті він відрізняється малим зовнішнім полем випромінювання, у вхідних (сигнальних) ланцюгах - він малочутливий до зовнішніх полів. Що ж до широкосмугового варіанта (20 - 20 000 Гц), то найбільш правильним буде застосування двох різних видів сердечників, розміщених поряд, в одному вікні каркаса для намотування обмоток трансформатора. При цьому усувається завал як на високих частотах (тут працює феритовий сердечник), так і на низьких частотах (тут працює трансформаторна сталь). Додаткового поліпшення звуковідтворення в області 1-15 кГц домагаються покриттям пластин сталевого осердя лаком, як це роблять у лампових УМЗЧ. При цьому кожна пластина "працює індивідуально" у складі сердечника, чим і досягається зменшення різноманітних втрат на вихрові струми. Нітролак висихає швидко, тонким шаром наносять його простим зануренням пластини в посуд з лаком.

Багатьом може здатися надто кропіткою така технологія виготовлення трансформатора у фазоінверторі, але повірте на слово - "гра стоїть свічок", бо "що посієш, те й пожнеш". А щодо складності, "нетехнологічності" можна сказати наступне - за один вихідний день вдавалося без поспіху виготовити два таких трансформатори, та й розпаяти їх обмотки в необхідному порядку, що не скажеш про вихідні трансформатори для лампових УМЗЧ.

Тепер кілька слів про кількість витків. Теорія вимагає збільшення індуктивності первинної обмотки (I), з її збільшенням розширюється діапазон відтворюваних частот у бік нижчих частот. У всіх конструкціях цілком достатньою була намотування обмоток до заповнення каркаса, діаметр дроту застосовувався 0,1 - для 15 жил, 0,15 - для 9 жил і 0,2 для 6-жильного варіанта. В останньому випадку використовувався і наявний ПЕЛШО 0,25.

Для тих самих. хто не переносить трансформатори, є і безтрансформаторний варіант – рис.5. Це найпростіший. але цілком звучить варіант схеми фазоінверторного каскаду, який використовувався у симетричних схемах УМЗЧ, а й у потужних мостових УМЗЧ. Простота найчастіше оманлива, тому обмежу себе в критиці подібних схем, але наважуся сказати, що площі синусоїд відсиметрувати досить складно, найчастіше необхідно вводити додаткові ланцюги зміщення та балансувань, а якість звуковідтворення при цьому залишає бажати кращого. Незважаючи на внесені трансформаторами фазові, амплітудно-частотні спотворення, вони дозволяють досягти практично лінійної АЧХ області звукових частот, тобто. у всьому діапазоні 20 Гц – 20 000 Гц. Від 16 кГц і вище можуть позначитися ємності обмоток, але частково уникнути цієї проблеми дозволяє додатково збільшена площа перерізу магнитопровода. Правило просте, подібне до мережевих трансформаторів: збільшивши площу перерізу магнітопроводу сердечника трансформатора, наприклад, у два рази. сміливо зменшують кількість витків обмоток вдвічі і т.д.

Розширити область ефективно відтворюваних частот донизу, тобто. нижче 20 Гц, можна наступним способом. Польові транзистори (VT1, VT2 - рис.2) застосовують із великими значеннями I з.поч. і збільшують ємність C4 конденсатора до 4700 мкф. Електролітичні конденсатори працюють значно чистіше, якщо до них прикладена пряма поляризуюча напруга в кілька вольт. Дуже зручно в цьому випадку чинити так. Встановлюють у верхній (за схемою) транзистор VT1 екземпляр з початковим струмом стоку більшим, ніж у транзистора VT2. Можна вчинити ще більш "ефективно", застосувавши балансувальний резистор для транзистора VT2, фрагмент схеми з таким резистором показаний на рис.6. Спочатку двигун підстроювального резистора R2" знаходиться в нижньому (за схемою) положенні, переміщення його двигуна вгору викликає збільшення струму стоку транзистора VT2, потенціал на позитивному обкладанні конденсатора C4 стає негативнішим. Зворотний процес відбувається при протилежному переміщенні двигуна резистора R2. Таким чином, можна відрегулювати каскад за найбільш відповідними режимами, особливо, коли немає транзисторів (VT1 і VT2) з близькими значеннями I с.поч. , А встановлювати доводиться те, що є під рукою.

Досить докладно я зупинився на такій нібито дуже простій схемі. Вона проста, але не примітивна. Є в неї і незаперечні переваги порівняно з "всепропускаючими" гальванічно з'єднаними схемами підсилювачів-фазоінверторів. Перший такий плюс - це придушення інфранізкочастотних перешкод (наприклад в ЕПУ), другий - "відсікання" ультразвукових перешкод на кшталт потужних радіостанцій, різних ультразвукових установок та ін. І ще одна позитивна властивість такої схеми слід підкреслити особливо. Йдеться про відсутність будь-яких проблем при стикуванні відмінних симетричних схем з асиметричним входом. Варто поглянути на рис.5, і відразу стає зрозуміло (якщо людина мала з цим справу!), Що проблема потенціалів тут просто не вирішена ніяк. Частково її вирішують заміною електролітичного конденсатора на батарею паралельно з'єднаних неелектролітичних, мовляв, тимчасова затримка підключення АС все вирішить. Затримка в часі підключення акустичних систем до УМЗЧ клацання та викиди при включенні дійсно усуває, але питання виникнення додаткових спотворень через різні потенціали та різні вихідні імпеданси фазоінвертора вирішити вона ніяк не може. Ця схема підсилювача-фазоінвертора (рис.2) успішно використовувалася з різними УМЗЧ, у тому числі і з ламповими симетричними.

Останнім часом у періодичних виданнях можна знайти схеми УМЗЧ на потужних КП901 та КП904. Але не згадують автори про те, що польові транзистори слід відбраковувати на струмах "витікання". Якщо, наприклад, VT1 і VT2 (у схемі рис.2) однозначно необхідно використовувати високоякісні екземпляри, то каскадах з великими амплітудами напруг і струмів, а головне - там, де вхідний опір МОП транзистора (його зменшення) ролі не грає, можна застосовувати і найгірші екземпляри. Досягши максимальних значень витоків, МОП транзистори, зазвичай, стабільні у майбутньому і подальшого погіршення їх параметрів не спостерігається з часом (у більшості випадків).

Число транзисторів з підвищеними витоками в затворі, наприклад, в одній пачці (стандарт - 50 шт.) може коливатися від 10 до 20 шт. (а то й більше). Відбракувати потужні транзистори не складно - достатньо зібрати своєрідний стенд, наприклад, по рис.6 і включити в ланцюг затворів цифровий амперметр (стрілочні прилади в цьому випадку занадто чутливі до перевантажень і незручні через необхідність багаторазових перемикань з діапазону на діапазон).

А тепер, коли фазоінвертор вже виготовлений, можна братися й до схеми рис.1, тобто. повернутися безпосередньо до УМЗЛ. Широко поширені роз'єми (гнізда) СШ-3, СШ-5 і подібні до них взагалі використовувати не можна, як це роблять багато конструкторів і робили заводи-виробники. Контактний опір такого з'єднання значно (0,01 - 0,1 Ом!) і ще коливається в залежності від струму, що протікає (зі збільшенням струму опір зростає!). Тому слід застосовувати потужні роз'єми (наприклад, від старої військової радіоапаратури) з малим опором контактів. Те саме стосується контактів реле в блоці захисту АС від можливої появи на виході УМЗЧ постійної напруги. І не треба їх охоплювати (контактні групи) якимось зворотним зв'язком для зменшення спотворень. Повірте на слово, що на слух (суб'єктивна експертиза) їх практично не чутно (при досить малих опорах контактів), чого не скажеш про "електронні" спотворення, що вносяться всіма підсилювальними каскадами, конденсаторами та іншими компонентами УМЗЧ, які неодмінно вносять яскраві фарби картину звуковідтворення. Звести до мінімуму всілякі спотворення можна раціональним використанням підсилювальних каскадів (особливо це стосується підсилювачів напруги - чим менше, тим краще якість посиленого сигналу). У цьому УМЗЧ лише один каскад посилення напруги - це транзистор VT3 (ліве плече) і VT4 (праве плече). Каскад на транзисторах VT6 і VT5 лише узгоджувальні (струмові) емітерні повторювачі. Транзистори VT3 і VT4 відбирають з h21 е. більше 50, VT6 і VT5 - понад 150. У цьому випадку ніяких проблем при роботі УМЗЧ на великих потужностях не виникатиме. Напруга негативного зворотного зв'язку по постійному та змінному струму надходить на бази транзисторів VT6 та VT5 через резистори R24 та R23. Глибина цієї ОС всього близько 20 дБ, тому динамічні спотворення в УМЗЧ відсутні, але такої ОС цілком достатньо підтримки режимів вихідних транзисторів VT7 і VT8 в необхідних межах. УМЗЧ досить стійкий до ВЧ самозбудження. Простота схеми дозволяє його швидко розмонтувати, оскільки допускається незалежне відключення живлення (-40) драйвера і кінцевих транзисторів (2 x 38 В). Повна симетрія підсилювача сприяє зниженню нелінійних спотворень і зниженню чутливості до пульсацій напруги живлення, а також додатковому придушенню синфазних перешкод, що надходять на обидва входи УМЗЧ. Недолік підсилювача полягає у значній залежності нелінійних спотворень від h21 е застосованих транзисторів, але якщо транзистори матимуть h21 вих = 70 Вт) дорівнює 1,7 (ефективне значення).

На транзисторах VT1 і VT2 виконано джерело (генератор струму), що живить диференціальний каскад (драйвер). Величину цього струму 20...25 мА встановлюють підстроювальним резистором R3 (470 Ом). Оскільки від цього струму залежить струм спокою, то і для термостабілізації останнього транзистор VT1 розміщений на тепловідводі одного з транзисторів вихідного каскаду (VT7 або VT8). Збільшення температури тепловідведення вихідного транзистора відповідно передається розміщеному на цьому тепловідведення транзистору VT1, при нагріванні останнього відбувається зниження негативного потенціалу на базі транзистора VT2. Це закриває транзистор VT2, струм через нього зменшується, що відповідає зменшенню струму спокою вихідних транзисторів VT7 та VT8. Таким чином здійснюється стабілізація струму спокою вихідних транзисторів при значному нагріванні їх тепловідводів. Незважаючи на простоту реалізації такої термостабілізації, вона досить ефективна і жодних проблем у надійності УМЗЧ не було. Дуже зручно контролювати струми диференціальних транзисторів (VT3 та VT4) щодо падіння напруги на резисторах R7 та R15 або R21 та R26. Підстроювальний резистор R11 - балансувальний, служить для встановлення нульового потенціалу на динаміку (на виході УМЗЧ).

Схема вузла захисту гучномовців (рис.7) виконано за традиційною схемою. Оскільки було обрано конструкцію розміщення УМЗЧ у окремих корпусах, то й вузли захисту акустичних систем у кожного УМЗЧ були свої. Схема захисту АС проста і надійна, цей варіант пройшов тривалу перевірку в багатьох конструкціях і зарекомендував себе як хороший і надійний, який не раз "рятує" життя дорогих гучномовців. Задовільною роботою схеми можна вважати спрацьовування реле К1 при подачі постійної напруги 5 між точками А і Б. Дуже просто це перевірити за допомогою регульованого блоку живлення (зі змінною вихідною напругою). У різних конструкціях застосовувалися різні типи реле, так само змінювалося і напруга блоку живлення цього вузла в межах 30-50 В (для великих значень цієї напруги слід замінити транзистори VT1 і VT2 більш високовольтні екземпляри, наприклад КТ503Е та ін.)

Перевагу для використання в блоці захисту слід віддавати екземплярам реле з найбільш сильноточними групами контактів, з великою площею контакту. А ось реле РЕМ-9 або РЕМ-10 взагалі застосовувати не слід - за великих вихідних потужностей УМЗЧ вони починають вносити свої "неповторні" забарвлення у посилений сигнал. Блок захисту АС живлять від окремого випрямляча, причому необхідно виключити будь-які гальванічні з'єднання цього блоку з УМЗЧ, за винятком лише датчиків вихідної напруги - точки А і Б підключені до виходів УМЗЧ.

Драйвери обох каналів можна запитати від одного загального стабілізатора напруги. При цьому обидва канали УМЗЧ об'єднують в один корпус, а блоки живлення зібрані в іншому корпусі. Звичайно, тут широке поле вибору для кожного конкретного випадку, кому що більше підходить у конструктивному виконанні. Схема одного з варіантів стабілізатора живлення драйверів зображена на рис.8. На транзисторі VT1 зібрано генератор струму, що живить транзистор VT2, необхідну напругу на виході стабілізатора встановлюють підстроювальним резистором R6. Слід наголосити, що від напруги цього стабілізатора залежить насамперед максимальна вихідна потужність УМЗЧ. Але збільшувати напругу понад 50 В не рекомендується через можливий вихід з ладу транзисторів VT3 і VT4 драйвера. Сумарна напруга стабілізації стабілітронів повинна бути в межах 27-33 В. Струм через стабілітрони підбирається резистором R4. Резистор R1 обмежувальний (по струму), запобігає виходу з ладу регулюючого транзистора VT2. Останнє цілком можливо в процесі налагодження, при цьому підвищення живлення драйвера зможе вивести весь УМЗЧ з ладу. Після налагодження УМЗЧ резистор R1 в стабілізаторі можна замкнути відрізком дроту, а можна цього і не робити, оскільки драйвери споживають струм лише трохи більше 50 мА - вплив резистора R1 на параметри стабілізатора незначні при малих навантажувальних струмах.

При блоковій конструкції доведеться повністю розділяти живлення обох УМЗЧ, у тому числі й драйверів. Але в будь-якому випадку для живлення драйвера потрібен окремий випрямляч зі своєю обмоткою у трансформаторі. Схема випрямляча зображена на рис.9. У кожному каналі УМЗЧ використовують свій трансформатор живлення. Такий варіант конструктивного виконання має кілька переваг, порівняно з традиційним використанням одного трансформатора. Перше, що вдається, так це зменшити висоту блоку в цілому, оскільки розміри (висота) мережевого трансформатора значно знижується при окремих трансформаторах живлення для кожного УМЗЧ. Далі, легше робити намотування, оскільки діаметр намотувальних проводів без шкоди для потужності УМЗЧ можна знижувати в 1,4 рази. У зв'язку з цим і мережні обмотки можна включати протифазно зменшення мережевих наведень (це дуже допомагає компенсувати випромінювання полів трансформаторів, особливо при розміщенні в одному корпусі з УМЗЧ інших схем підсилювачів - блоків тембрів, регулювання гучності тощо). Поділ живильних ланцюгів вихідних транзисторів УМЗЧ дозволяє збільшити і якість сигналу, що відтворюється, особливо на низьких частотах (перехідні спотворення в каналах на НЧ також знижуються). Для зниження рівня інтермодуляційних спотворень, що викликаються мережевим живленням, трансформатори введені електростатичні екрани (один шар дроту, намотаного виток до витка).

У всіх варіантах конструкцій УМЗЧ використані тороїдальні магнітопроводи для трансформаторів. Намотування проводилося вручну за допомогою човників. Можна рекомендувати і спрощений варіант конструкції блока живлення. Для цього використовують фабричний ЛАТР (добре підходить дев'ятиамперний екземпляр). Первинна обмотка як найважча в процесі намотування - вже готова, необхідно лише намотати екранну обмотку і всі вторинні і трансформатор чудово буде працювати. Вікно у нього досить просторе для розміщення обмоток для обох каналів УМЗЧ. Крім того, при цьому можна драйвери та підсилювачі фазоінвертори запитати від загальних стабілізаторів, "заощадивши" в цьому випадку дві обмотки. Недолік такого трансформатора - велика висота (крім, звичайно ж, і перерахованих вище обставин).

Тепер про деталі. Встановлювати низькочастотні діоди (на кшталт Д242 та їм подібних) для живлення УМЗЧ не слід - збільшаться спотворення на високих частотах (від 10 кГц і вище), крім того в схеми випрямлячів були додатково внесені керамічні конденсатори, що дозволяють знизити інтермодуляційні процеси. момент їхньої комутації. Таким чином знижується вплив мережевого живлення на УМЗЧ при роботі на високих частотах звукового діапазону. Ще краще справи з якістю при шунтуванні електролітичних конденсаторів в сильноточних випрямлячах (вихідні каскади УМЗЧ) неелектролітичними. При цьому на слух і перше і друге доповнення схем випрямлячів досить виразно сприймалося суб'єктивною експертизою - перевіркою на слух роботи УМЗЧ, відзначалася більш природна його робота при відтворенні кількох ВЧ різних частот.

Про транзисторів. Замінювати транзистори VT3 і VT4 гіршими за частотними властивостями екземплярами (КТ814, наприклад) не варто, коефіцієнт гармонік зростає при цьому не менше, ніж удвічі (на ВЧ-ділянці і більше). На слух це дуже помітно, середні частоти відтворюються неприродно. З метою спрощення конструкції УМЗЧ у вихідному каскаді використано складові транзистори серії КТ827А. І хоча вони, в принципі, досить надійні, їх все ж таки необхідно перевіряти на максимально витримуване (у кожного екземпляра воно своє) напруга колектор-емітер (мається на увазі пряма напруга U ке max для закритого транзистора). Для цього базу транзистора з'єднують з емітером через резистор 100 Ом і подають плавно збільшуючи напругу: на колектор - плюс, на емітер - мінус. Примірники, що виявляють протікання струму (межа амперметра - 100 мкА) для U ке = 100 не придатні для даної конструкції. Вони можуть працювати, але це не надовго... Примірники ж без таких "витік" працюють надійно роками, не створюючи жодних проблем. Схема стенду для випробувань зображено на рис.10. Природно, що параметри серії КТ827 бажають бути найкращими, особливо це стосується їх частотних властивостей. Тому їх замінювали "складовими" транзисторами, зібраними на КТ940 та КТ872. Необхідно лише відібрати КТ872 з більшим h21 е, оскільки у КТ940 недостатньо великий I до max . Такий еквівалент просто чудово працює у всьому звуковому діапазоні, а особливо на високих частотах. Схема включення двох транзисторів замість одного складового типу КТ827А зображено на рис.11. Транзистор VT1 можна замінити на КТ815Г, a VT2 - практично будь-яким потужним (P до > 50 Вт і з U е > 30).

Резистори застосовані до типів С2-13 (0,25 Вт), МЛТ. Конденсатори типів К73-17, К50-35 та ін. Налагодження правильно (без помилок) зібраного УМЗЧ полягає в установці струму спокою транзисторів вихідного каскаду УМЗЧ - VT7 та VT8 в межах 40-70 мА. Дуже зручно контролювати значення струму спокою щодо падіння напруги на резисторах R27 і R29. Струм спокою задають резистором R3. Близька до нульової постійна вихідна напруга на виході УМЗЧ встановлюють балансувальним резистором R11 (добиваються різниці потенціалів не більше 100 мВ).

ЛІТЕРАТУРА

Сухов Н.Є. та ін. Техніка високоякісного звуковідтворення - Київ, "Техніка", 1985
Сухов Н.Є. УМЗЧ високої вірності. - "Радіо", 1989 - №6, №7.
Сухов Н.Є. До питання оцінки нелінійних спотворень УМЗЧ. - "Радіо", №5. 1989.

Декілька слів про помилки монтажу:
З метою покращення читаності схем розглянемо підсилювач потужності з двома парами кінцевих польових транзисторів та живленні ±45 Ст.
Як перша помилка спробуємо "запаяти" стабілітрони VD1 і VD2 не правильною полярністю (правильне включення показано на малюнку 11). Карта напруг набуде вигляду, показаного на малюнку 12.

Малюнок 11 Цоколівка стабілітронів BZX84C15 (втім і на діодах цоколівка така сама).

Малюнок 12 Карта напруг підсилювача потужності при неправильному монтажі стабілітронів VD1 та VD2.

Дані стабілітрони потрібні для формування напруги живлення операційного підсилювача і обрані на 15 виключно через те, що ця напруга є для даного операційного підсилювача оптимальним. Працездатність без втрати якості підсилювач зберігає і при використанні поруч номіналів, що стоять по лінійці - на 12 В, на 13 В, на 18 В (але не більше 18 В). При неправильному монтажі замість напруги живлення опреционный підсилювач отримує лише напруга падіння на n-p переході стаблітронів. Струм покая регулюється нормально, на виході підсилювача присутня невелика постійна напруга, вихідний сигнал відсутній.
Також можливий неправильний монтаж діодів VD3 і VD4. В цьому випадку струм спокою обмежується лише номіналами резисторів R5, R6 і може досягати критичної величини. Сигнал на виході підсилювача буде, але досить швидке нагрівання кінцевих транзисторів однозначно спричинить їх перегрів і вихід підсилювача з ладу. Карта напруги і струмів для цієї помилки показані на рисунку 13 і 14.

Малюнок 13 Карта напруги підсилювача при неправильному монтажі діодів термостабілізації.

Малюнок 14 Мапа струмів підсилювача при неправильному монтажі діодів термостабілізації.

Наступною популярною помилкою монтажу може бути неправильне монтаж транзисторів передостаннього каскаду (драйверів). Карта напруг підсилювача в цьому випадку набуває вигляду, показаного на малюнку 15. У цьому випадку транзистори кінцевого касада повністю закриті і на виході підсилювача спостерігається відсутність будь-яких ознак звуку, а рівень постійної напруги максимально наближений до нуля.

Малюнок 15 Карта напруги при неправильному монтажі транзисторів драйверного каскаду.

Далі найнебезпечніша помилка - поплутані місцями транзистори драйверного каскаду, причому цоколівка теж поплутана внаслідок чого прикладене до висновків транзисторів VT1 і VT2 є вірним і вони працюють у режимі емітерних повторювачів. У цьому випадку струм через кінцевий каскад залежить від положення двигуна підстроювального резистора і може бути від 10 до 15 А, що в будь-якому випадку викликає перевантаження блока живлення та швидке розігрівання кінцевих транзисторів. На малюнку 16 показані струми при середньому положенні підстроювального резистора.

Малюнок 16 Карта струмів при неправильному монтажі транзистрів драйверного каскаду, цоколівка теж поплутана.

Запаяти "навпаки" виведення кінцевих польових транзисторів IRFP240 - IRFP9240 навряд чи вдасться, а ось поміняти їх місцями виходить досить часто. У цьому випадку встановлені в транзисторах діоди виходять у нелегкій ситуації - напруга, що додається до них, має полярність відповідну їх мінімальному опору, що викликає максимальне споживання від блоку живлення і як швидко вони вигорять більше залежить від удачі ніж від законів фізики.
Фейверк на платі може статися ще з однієї причини - у продажу миготять стабілітрони на 1,3 Вт у корпусі такому ж як у діодів 1N4007, тому перед монтажем стабілітронів у плату, якщо вони у чорному корпусі варто уважніше ознайомитися з написами на корпусі. При монтажі замість стабілітронів діодів напруга живлення операційного підсилювача обмежена лише номіналами резисторів R3 та R4 та споживаним струмом самого операційного підсилювача. У будь-якому випадку величина напруги, що вийшла, значно більша за максимальну напругу живлення для даного ОУ, що тягне його вихід з ладу іноді з відстрілом частини корпусу самого ОУ, ну а далі можлива поява на його виході постійної напруги, близької в напругі живлення підсилювача, що спричинить появу постійного напруги на виході самого підсилювача потужності Зазвичай кінцевий каскад у разі залишається працездатним.
Ну і наостанок кілька слів про номінали резисторів R3 та R4, які залежать від напруги живлення підсилювача. 2,7 кОм є найбільш універсальним, проте при живленні підсилювача напругою ±80 В (тільки на 8 Ом навантаження) дані резистори будуть розсіювати близько 1,5 Вт, тому його необхідно замінити на резистор 5,6 кОм або 6,2 кОм, що знизить теплову потужність, що виділяється, до 0,7 Вт.

ЕК Б BD135; BD137

З І З IRF240 - IRF9240

Цей підсилювач заслужено знайшов своїх поклонників і почав знаходити нові версії. Насамперед зміни піддався ланцюжок формування напруги усунення першого транзисторного каскаду. Крім цього в схему було введено захист від прегерузки.
В результаті доробок принципова схема підсилювача потужності з польовими транзисторами на виході набула такого вигляду:

ЗБІЛЬШИТИ

Варіанти друкованої плати наведено у графічному форматі (необхідно масштабувати)

Зовнішній вигляд модифікації підсилювача потужності, що вийшла, наведений на фотографіях нижче:

Залишилося в цю бочку меду хлюпати ложку дьогтю.
Справа в тому, що польові транзистори IRFP240 і IRFP9240, що використовуються в підсилювачі, припинила випуск фірма розробник International Rectifier (IR), яка додавала більше уваги до якості продукції, що випускається. Основна проблема цих транзисторів - вони розроблялися для використання у джерелах живлення, але виявилися цілком придатними для звукової підсилювальної апаратури. Підвищена увага до якості компонентів, що випускаються з боку International Rectifier, дозволяло не виробляючи підбір транзисторів включати паралельно кілька транзисторів, не турбуючись про відмінності характеристик транзисторів - розкид не перевищував 2%, що цілком прийнятно.
На сьогодні транзистори IRFP240 і IRFP9240 випускаються фірмою Vishay Siliconix, яка не так трепетно ставиться до продукції, що випускається, і параметри транзисторів стали придатними лише для джерел живлення - розкид "кава посилення" транзисторів однієї партії перевищує 15%. Це виключає паралельне включення без попереднього відбору, а кількість протестованих транзисторів для вибору 4 однаково перевалює кілька десятків екземплярів.
У зв'язку з цим перед складання даного підсилювача насамперед слід з'ясувати, якої фірми транзистори ви може дістати. Якщо у Ваших магазинах у продажу Vishay Siliconix, то настійно рекомендується відмовитися від складання даного підсилювача потужності - Ви ризикуєте досить серйозно витратитися і нічого не досягти.
Однак і робота з розробки "ВЕРСІЇ 2" цього підсилювача потужності та відсутність пристойних і не дорогих польових транзисторів для вихідного каскаду змусили трохи поміркувати над майбутнім цієї схемотехніки. В результаті було змодельовано "ВЕРСІЮ 3", яка використовує замість польових транзисторів IRFP240 - IRFP9240 фірми Vishay Siliconix біполярну пару від TOSHIBA - 2SA1943 - 2SC5200, які на сьогодні ще цілком пристойної якості.
Принципова схема нового варіанта підсилювача увібрала доопрацювання "ВЕРСІЇ 2" і зазнала змін у вихідному каскаді, дозволивши відмовитися від використання польових транзисторів. Принципова схема наведена нижче:

Принципова схема з використанням польових транзисторів як повторювачів ЗБІЛЬШИТИ

У цьому варіанті польові транзистори збереглися, але вони використовуються як повторювачі напруги, що суттєво розвантажує драйверний каскад. У систему захисту введено невеликий позитивний зв'язок, що дозволяє уникнути збудження підсилювача потужності на межі спрацьовування захисту.
Друкована плата в процесі розробки, орієнтовно результати реальних вимірів та працездатна друкована плата з'являться наприкінці листопада, а поки що можна запропонувати графік вимірювання THD, отриманий МІКРОКАП. Докладніше про цю програму можна почитати.

УМЗЧ із компліментарними польовими транзисторами

Представляємо читачам варіант стоватного УМЗЧ з польовими транзисторами. У цій конструкції корпуси потужних транзисторів можна монтувати на загальному тепловідводі без ізоляційних прокладок, і це значно покращує теплопередачу. Як другий варіант блоку живлення запропонований потужний імпульсний перетворювач, який повинен мати досить малий рівень власних перешкод.

Застосування польових транзисторів (ПТ) в УМЗЧ донедавна стримувалося мізерним асортиментом комплементарних транзисторів, а також їх низькою робочою напругою. Якість звуковоспроизведения через УМЗЧ на ПТ часто оцінюють лише на рівні лампових і навіть вище за те, що в порівнянні з підсилювачами на біполярних транзисторах вони створюють менші нелінійні та інтермодуляційні спотворення, а також мають більш плавне наростання спотворень при перевантаженнях. Вони перевершують лампові підсилювачі як з демпфування навантаження, і по ширині робочої лінії звукових частот. Частота зрізу таких підсилювачів без ООС є значно вищою, ніж у УМЗЧ на біполярних транзисторах, що сприятливо позначається на всіх видах спотворень.

Нелінійні спотворення в УМЗЧ вносить в основному вихідний каскад, і їх зменшення зазвичай використовують загальну ООС. Спотворення у вхідному диференціальному каскаді, що використовується як суматор сигналів від джерела та ланцюга загальної ООС, можуть бути і невеликі, але за допомогою загальної ООС знизити їх неможливо

Перевантажувальна здатність диференціального каскаду на польових транзисторах приблизно 100...200 разів вище, ніж із біполярними транзисторами.

Застосування польових транзисторів у вихідному каскаді УМЗЧ дозволяє відмовитися від традиційних дво- та трикаскадних повторювачів за схемою Дарлінгтона з властивими їм недоліками.

Хороші результати дає використання у вихідному каскаді польових транзисторів із структурою метал-діелектрик-напівпровідник (МДП). У зв'язку з тим, що керування струмом у вихідному ланцюзі здійснюється вхідною напругою (аналогічно електровакуумним приладам), то при великих струмах швидкодія каскаду на польових МДП-транзисторах в режимі перемикання досить висока (τ = 50 нс). Такі каскади мають хороші передатні властивості на високих частотах і мають ефект температурної самостабілізації.

До переваг польових транзисторів ставляться:

мала потужність управління у статичному та динамічному режимах;
відсутність теплового пробою і слабка схильність до вторинного пробою;
термостабілізація струму стоку, що забезпечує можливість паралельного включення транзисторів;
передатна характеристика близька до лінійної чи квадратичної;
висока швидкодія в режимі перемикання, завдяки чому знижуються динамічні втрати;
відсутність явища накопичення надлишкових носіїв у структурі;
малий рівень шумів,
малі габарити та маса, великий термін служби.

Але, крім переваг, ці прилади мають і недоліки:

вихід з ладу при електричних навантаженнях за напругою;
можливе виникнення спотворень термічного походження на низьких частотах (нижче 100 Гц). На цих частотах сигнал змінюється так повільно, що за один півперіод температура кристала встигає змінитися і, отже, змінюються гранична напруга та крутість транзисторів.

Останній із зазначених недоліків обмежує вихідну потужність, особливо при низьких напругах живлення; вихід із положення - паралельне включення транзисторів та введення ООС.

Слід зазначити, що останнім часом зарубіжними фірмами (наприклад Exicon та ін.) розроблено чимало польових транзисторів, придатних для аудіоапаратури: EC-10N20, 2SK133-2SK135, 2SK175, 2SK176 з каналом п-типу; ЕС-10Р20, 2SJ48-2SJ50, 2SJ55, 2SJ56 з каналом р-типу. Такі транзистори відрізняються слабкою залежністю крутості (forward transfer admitance) від струму стоку та згладженими вихідними ВАХ

Параметри деяких польових транзисторів, у тому числі виробництва Мінського виробничого об'єднання "Інтеграл", наведено в табл. 1.

Більшість транзисторних безтрансформаторних УМЗЧ виконані за напівмостовою схемою. При цьому навантаження включається в діагональ моста, утвореного двома джерелами живлення та двома вихідними транзисторами підсилювача (рис. 1).

Коли комплементарних транзисторів не було, вихідний каскад УМЗЧ виконували переважно на транзисторах однакової структури з навантаженням та джерелом живлення, з'єднаними із загальним проводом (рис. 1, а) Два можливі варіанти управління вихідними транзисторами представлені на рис. 2.

У першому з них (рис. 2,а) управління нижнім плечем вихідного каскаду виявляється у вигідніших умовах. Так як зміна напруги живлення мало, ефект Міллера (динамічна вхідна ємність) та ефект Ерлі (залежність струму колектора від напруги емітер-колектор) практично не виявляються. Ланцюг управління верхнім плечем включений тут послідовно з самим навантаженням, тому без вживання додаткових заходів (наприклад, каскодного включення приладів) зазначені ефекти виявляються значною мірою. За цим принципом було розроблено низку вдалих УМЗЧ.

За другим варіантом (рис. 2,6 - такій структурі більше відповідають МДП-транзистори) також було розроблено ряд УМЗЧ, наприклад. Однак і в таких каскадах важко забезпечити навіть із застосуванням генераторів струму симетрію управління вихідними транзисторами. Інший приклад симетрування по вхідному опору - виконання плечей підсилювача за квазікомплементарною схемою або застосування комплементарних транзисторів (див. рис. 1 б) в .

Прагнення симетрування плечей вихідного каскаду підсилювачів, виконаних на транзисторах однієї провідності, призвело до розробки підсилювачів з незаземленим навантаженням за схемою рис. 1,г. Однак і тут не вдається досягти повної симетрії попередніх каскадів. Ланцюги негативної ОС з кожного плеча вихідного каскаду нерівнозначні; ланцюги ООС цих каскадів контролюють напругу на навантаженні стосовно вихідної напруги протилежного плеча. Крім того, таке схемотехнічне рішення потребує ізольованих джерел живлення. Через перелічені недоліки воно не знайшло широкого застосування.

З появою комплементарних біполярних та польових транзисторів вихідні каскади УМЗЧ переважно будують за схемами рис. 1 б, ст. Однак і в цих варіантах для розгойдування вихідного каскаду необхідно застосовувати високовольтні прилади. Транзистори передвихідного каскаду працюють з великим коефіцієнтом посилення по напрузі, а тому схильні до ефектів Міллера та Ерлі і без загальної ООС вносять значні спотворення, що вимагає від них високих динамічних характеристик. Живлення попередніх каскадів підвищеною напругою знижує і ККД підсилювача.

Якщо у рис. 1 б, в перенести точку з'єднання із загальним проводом в протилежне плече діагоналі моста, отримаємо варіанти на рис. 1,д та 1,е відповідно. У структурі каскаду за схемою рис. 1 е автоматично вирішується проблема ізоляції вихідних транзисторів від корпусу. Підсилювачі, виконані за такими схемами, вільні від перелічених ряду недоліків.

Особливості схемотехніки підсилювача

До уваги радіоаматорів пропонується інвертуючий УМЗЧ (рис. 3), що відповідає структурній схемі вихідного каскаду на рис. 1, е.

(натисніть для збільшення)

Вхідний диференціальний каскад виконаний на польових транзисторах (VT1, VT2 та DA1) за симетричною схемою. Їхні переваги в диференціальному каскаді загальновідомі: високі лінійність та перевантажувальна здатність, малі шуми. Застосування польових транзисторів значно спростило цей каскад, оскільки відпала необхідність у генераторах струму. Для збільшення коефіцієнта посилення з розімкнутою петлею ОС сигнал знімається з обох плечей диференціального каскаду, а перед наступним підсилювачем напруги встановлений емітерний повторювач на транзисторах VT3, VT4.

Другий каскад виконаний на транзисторах VT5-VT10 за комбінованою каскодною схемою зі слідкуючим живленням. Таке живлення каскаду з ОЕ нейтралізує в транзисторі вхідну динамічну ємність та залежність струму колектора від напруги емітер-колектор. У вихідному ступені цього каскаду застосовані високочастотні БСІТ-транзистори, які порівняно з біполярними (КП959 проти КТ940) мають удвічі більшу граничну частоту та вчетверо меншу ємність стоку (колектора).

Використання вихідного каскаду з живленням від окремих ізольованих джерел дозволило обійтися низьковольтним живленням (9) для попереднього підсилювача.

Вихідний каскад виконаний на потужних МДП-транзисторах, причому висновки їх стоку (і тепловідвідні фланці корпусів) з'єднані із загальним проводом, що спрощує конструкцію і збірку підсилювача.

Потужні МДП-транзистори, на відміну від біполярних, мають менший розкид параметрів, що полегшує їхнє паралельне включення. Основний розкид струмів між приладами виникає через нерівність порогової напруги і розкид вхідних ємностей. Введення додаткових резисторів опором 50 200 Ом у ланцюзі затворів забезпечує практично повне вирівнювання затримок включення та вимкнення та усуває розкид струмів при перемиканні.

Усі каскади підсилювача охоплені місцевою та загальною ООС.

Основні технічні характеристики

З розімкнутою ООС (R6 замінений на 22 МОм, С4 виключено)
Частота зрізу, кГц......300
Коефіцієнт посилення по напрузі, дБ......43
Коефіцієнт гармонік у режимі АВ, %, не більше......2

З увімкненою ООС

Вихідна потужність, Вт на навантаженні 4 Ом......100
на навантаженні 8 Ом......60
Діапазон відтворюваних частот, Гц......4...300000
Коефіцієнт гармонік, %, трохи більше......0,2
Номінальна вхідна напруга,......2
Струм спокою вихідного каскаду, А......0,15
Вхідний опір, ко.....24

Завдяки тому що частота зрізу підсилювача з розімкнутим ланцюгом ООС відносно висока, глибина зворотного зв'язку і коефіцієнт гармонік у всій смузі частот, що відтворюються практично постійні.

Знизу смуга робочих частот УМЗЧ обмежена ємністю конденсатора С1, зверху - С4 (при ємності 1,5 пф частота зрізу дорівнює 450 кГц).

Конструкція та деталі

Підсилювач виконаний на платі із двосторонньо фольгованого склотекстоліту (рис.4).

Плата з боку установки елементів максимально заповнена фольгою, з'єднаною із загальним дротом. Транзистори VT8, VT9 мають невеликі пластинчасті тепловідведення у вигляді "прапорця". В отвори для виведення стоку потужних польових транзисторів встановлені пістони; висновки стоку транзисторів VT11, VT14 з'єднані із загальним дротом з боку фольги (на малюнку відмічені хрестами).

Отвори 5 -7 плати для підключення висновків мережевого трансформатора і отвори для перемичок встановлені пістони. Резистори R19, R20, R22, R23 виконані з манганінового дроту діаметром 0,5 та довжиною 150 мм. Для придушення індуктивності провід складають навпіл і у складеному вигляді (біфілярно) намотують на оправці діаметром 4 мм.

Котушку індуктивності L1 намотують дротом ПЕВ-2 0,8 виток до витка по всій поверхні резистора потужністю 2 Вт (МЛТ або аналогічний).

Конденсатори С1, С5, С10, С11 – К73-17, причому С10 та С11 розпаяні з боку друкованого монтажу на висновки конденсаторів С8 та С9. Конденсатори С2, C3 – оксидні К50-35; конденсатор С4 – К10-62 або КД-2; С12 – К10-17 або К73-17.

Польові транзистори з каналом n-типу (VT1, VT2) потрібно підібрати приблизно таким же початковим струмом стоку, як і у транзисторів у збірці DA1. За напругою відсічення вони повинні відрізнятися більш ніж 20 %. Мікрозбирання DA1 К504НТЗБ можна замінити на К504НТ4Б. Можливе застосування підібраної пари транзисторів КП10ЗЛ (також з індексами Г, М, Д); КП307В - КП307Б (також А, Е), КП302А чи транзисторного складання КПC315А, КПC315Б (у разі плату доведеться переробити).

У позиціях VT8, VT9 можна використовувати комплементарні транзистори серій КТ851, КТ850, а також КТ814Г, КТ815Г (з граничною частотою 40 МГц) Мінського об'єднання "Інтеграл".

Крім зазначених у таблиці, можна використовувати, наприклад, такі пари МДП транзисторів: IRF530 та IRF9530; 2SK216 та 2SJ79; 2SK133-2SK135 та 2SJ48-2SJ50; 2SK175-2SK176 та 2SJ55-2SJ56.

Для стереофонічного варіанта живлення на кожен з підсилювачів подають від окремого трансформатора, бажано з кільцевим або стрижневим (ПЛ) магнітопроводом, потужністю 180...200 Вт. Між первинною та вторинними обмотками розміщують шар екрануючої обмотки проводом ПЕВ-2 0,5; один із висновків її з'єднують із загальним проводом. Висновки вторинних обмоток підводять до плати підсилювача екранованим дротом, а екран з'єднують із загальним дротом плати. На одному з мережевих трансформаторів розміщують обмотки для попередніх випрямлячів підсилювачів. Стабілізатори напруги виконані на мікросхемах IL7809AC (+9), IL7909AC (-9) - на схемі не показані. Для подачі на плату живлення 2x9 використаний з'єднувач ОНп-КГ-26-3 (XS1).

При налагодженні оптимальний струм диференціального каскаду встановлюють підстроєним резистором R3 мінімуму спотворень на максимальній потужності (приблизно в середині робочої ділянки). Резистори R4, R5 розраховані струм близько 2...3 мА у кожному плечі при початковому струмі стоку близько 4...6 мА. При меншому початковому струмі стоку опір цих резисторів необхідно пропорційно збільшити.

Струм спокою вихідних транзисторів в інтервалі 120... 150 мА встановлюють підстроювальним резистором R3, а при необхідності підбором резисторів R13, R14.

Імпульсний блок живлення

Тим радіоаматорам, хто зазнає труднощів із придбанням і намотуванням великих мережевих трансформаторів, для вихідних каскадів УМЗЧ пропонується імпульсний блок живлення. Живлення попереднього підсилювача у разі можна здійснювати від малопотужного стабілізованого БП.

Імпульсний БП (його схема показана на рис. 5) є нерегульованим автогенераторним напівмостовим інвертором. Застосування пропорційно-струмового управління транзисторами інвертора в поєднанні з комутуючим трансформатором, що насичується, дозволяє до моменту перемикання автоматично виводити активний транзистор з насичення. Це зменшує час розсмоктування заряду в базі та виключає наскрізний струм, а також знижує втрати потужності в ланцюгах управління, підвищуючи надійність та ККД інвертора.

Технічні характеристики ДБЖ

Вихідна потужність, Вт, не більше......360
Вихідна напруга......2x40
ККД, %, не менше......95
Частота перетворення, кГц......25

На вході мережевого випрямляча встановлений помеходавний фільтр L1C1C2. Резистор R1 обмежує кидок струму заряджання конденсатора C3. Послідовно з резистором на платі передбачена перемичка Х1, замість якої можна включити дросель для поліпшення фільтрації та збільшення жорсткості вихідної навантажувальної характеристики.

Інвертор має два контури позитивної ОС: перший - по напрузі (за допомогою обмоток II у трансформаторі Т1 та III - у Т2); другий - по струму (з трансформатором струму: виток 2-3 та обмотки 1-2, 4-5 трансформатора Т2).

Пристрій запуску виконано на транзисторі VT3. Після запуску перетворювача воно відключається завдяки наявності діода VD15, оскільки постійна часу ланцюга R6C8 значно більша за період перетворення.

Особливість інвертора в тому, що при роботі низьковольтних випрямлячів на великі ємності фільтра він потребує плавного запуску. Плавному запуску блоку сприяють дроселі L2 і L3 і певною мірою резистор R1.

Блок живлення виконаний на друкованій платі із однобічно фольгованого склотекстоліту товщиною 2 мм. Креслення плати показано на рис. 6.

(натисніть для збільшення)

Намотувальні дані трансформаторів та відомості про магнітопроводи наведені в табл. 2. Усі обмотки виконані дротом ПЕВ-2.

Перед намотуванням трансформаторів гострі кромки кілець необхідно притупити наждачним папером або бруском і обмотати лакотанням (для Т1 - складені разом кільця трьома шарами). Якщо цієї попередньої обробки не зробити, то не виключено продавлювання лакоткані та замикання витків дроту на магнітопровід. В результаті різко зросте струм холостого ходу та розігріється трансформатор. Між обмотками 1-2, 5-6-7 і 8-9-10 намотують проводом ПЕВ-2 0,31 в один шар виток до витка обмотки, що екранують, один кінець яких (Е1, Е2) з'єднують із загальним проводом УМЗЧ.

Обмотка 2-3 трансформатора Т2 є витоком з проводу діаметром 1 мм поверх обмотки 6-7, впаяний кінцями в друковану плату.

Дроселі L2 та L3 виконані на броньових магнітопроводах БЗО з фериту 2000НМ. Обмотки дроселів намотані у два дроти до заповнення каркаса дротом ПЕВ-2 0,8. Враховуючи, що дроселі працюють із підмагнічуванням постійним струмом, між чашками необхідно вставити прокладки з немагнітного матеріалу завтовшки 0,3 мм.

Дросель L1 - типу Д13-20, його можна виконати також на броньовому магнітопроводі Б30 аналогічно дроселям L2, L3, але без прокладки, намотавши обмотки в два дроти МГТФ-0,14 до заповнення каркаса.

Транзистори VT1 та VT2 закріплені на тепловідведеннях з ребристого алюмінієвого профілю з розмірами 55x50x15 мм через ізолюючі прокладки. Замість зазначених на схемі можна використовувати транзистори КТ8126А Мінського ПЗ "Інтеграл", а також MJE13007. Між виходами БП +40, -40 В і "своєю" середньою точкою (СТ1 і СТ2) підключені додаткові оксидні конденсатори К50-6 (на схемі не показані) ємністю по 2000 мкФ на 50 В. Ці чотири конденсатори встановлені на текстолітовій пластині розмірами 140x100 мм, закріпленої гвинтами на тепловідведення потужних транзисторів.

Конденсатори С1, С2 – К73-17 на напругу 630 В, C3 – оксидний К50-35Б на 350 В, С4, С7 – К73-17 на 250 В, С5, С6 – К73-17 на 400 В, С8 – К10-17 .

Імпульсний БП підключають до плати РОЗУМ у безпосередній близькості до висновків конденсаторів С6-С11. В цьому випадку діодний міст VD5-VD8 на платі РОЗУМ не монтують.

Для затримки підключення акустичних систем до УМЗЧ на час загасання перехідних процесів, що виникають під час включення живлення, та відключення АС при появі на виході підсилювача постійної напруги будь-якої полярності можна використовувати найпростіший або складніший захисний пристрій.

Література

Хлупнов А. Аматорські підсилювачі низької частоти. -М: Енергія, 1976, с. 22.
Акулінічів І. Підсилювач НЧ із синфазним стабілізатором режиму. - Радіо, 1980 № З.с.47.
Гаревських І. Широкосмуговий підсилювач потужності. – Радіо, 1979, № 6. с. 43.
Колосов В. Сучасний аматорський магнітофон. - М: Енергія, 1974.
Борисов З. МДП-транзистори в підсилювачах НЧ. - Радіо. 1983 № 11, с. 36-39.
Дорофєєв М. Режим У підсилювачах потужності ЗЧ. – Радіо, 1991, № 3, с. 53.
Сиріцо А. Потужний підсилювач НЧ. – Радіо, 1978. № 8, с. 45-47.
Сириц А. Підсилювач потужності на інтегральних ОУ. – Радіо, 1984, № 8, с. 35-37.
Якименко М. Польові транзистори у мостовому УМЗЧ. - Радіо. 1986 № 9, с. 38, 39.
Виноградов В. Пристрій захисту АС. – Радіо, 1987, № 8. с. 30.

На цей час розроблено багато варіантів УМЗЧ з вихідними каскадами на польових транзисторах. Привабливість цих транзисторів як потужні підсилювальні прилади неодноразово відзначалася різними авторами. На звукових частотах польові транзистори (ПТ) працюють як підсилювачі струму, тому навантаження на попередні каскади незначне і вихідний каскад на ПТ із ізольованим затвором можна безпосередньо підключати до попереднього каскаду посилення, що працює в лінійному режимі класу А.
При використанні потужних ПТ змінюється характер нелінійних спотворень (менше вищих гармонік, ніж при використанні біполярних транзисторів), знижуються динамічні спотворення, суттєво нижчий за рівень інтермодуляційних спотворень. Однак внаслідок меншої, ніж у біполярних транзисторів, крутизни нелінійні спотворення витокового повторювача виявляються більшими, оскільки крутість залежить від рівня вхідного сигналу.
Вихідний каскад на потужних ПТ, де вони витримують коротке замикання в ланцюзі навантаження, має властивість термостабілізації. Деякий недолік такого каскаду - менший коефіцієнт використання напруги живлення, і тому необхідно застосовувати ефективніший тепловідвід.
До головних переваг потужних ПТ можна віднести невисокий порядок нелінійності їх прохідної характеристики, що зближує особливості звучання у підсилювачів на ПТ і лампових, а також високий коефіцієнт посилення по потужності для сигналів звукового діапазону частот.
З останніх публікацій у журналі про УМЗЧ із потужними ПТ можна відзначити статті. Безперечною перевагою підсилювача є низький рівень спотворень, а недоліком - мала потужність (15 Вт). Підсилювач має більшу потужність, достатню для житлових приміщень, і прийнятний рівень спотворень, але видається відносно складним у виготовленні та налаштуванні. Тут і далі йдеться про УМЗЧ, призначені для використання з побутовими АС потужністю до 100 Вт.
Параметри УМЗЧ, орієнтовані на відповідність міжнародним рекомендаціям IEC (МЕК), визначають мінімальні вимоги до апаратури категорії hi-fi. Вони цілком обгрунтовані як із психофізіологічного боку сприйняття спотворень людиною, і реально досяжними спотвореннями аудіосигналів в акустичних системах (АС), куди власне і працює УМЗЧ.
Відповідно до вимог IEC 581-7 для АС категорії hi-fi повний коефіцієнт гармонічних спотворень не повинен перевищувати 2 % у діапазоні частот 250… 1000 Гц та 1 % у діапазоні понад 2 кГц при рівні звукового тиску 90 дБ на відстані 1 м. характеристичної чутливості побутових АС, що дорівнює 86 дБ/Вт/м, це відповідає вихідний потужності УМЗЧ лише 2,5 Вт. З урахуванням пікфактора музичних програм, що приймається рівним трьом (як гаусового шуму), вихідна потужність УМЗЧ повинна становити близько 20 Вт. У стереофонічної системі звуковий тиск на НЧ приблизно подвоюється, що дозволяє відсунути слухача від АС вже на 2 м. При видаленні на 3 м цілком достатня потужність стереопідсилювача 2×45 Вт.
Неодноразово наголошувалося, що спотворення в УМЗЧ на польових транзисторах зумовлені, в основному, другою та третьою гармоніками (як і у справних АС). Якщо вважати незалежними причини виникнення нелінійних спотворень в АС та УМЗЧ, то результуючий коефіцієнт гармонік за звуковим тиском визначається як корінь квадратний із суми квадратів коефіцієнтів гармонік УМЗЧ та АС. І тут, якщо повний коефіцієнт гармонічних спотворень в УМЗЧ втричі нижче, ніж спотворення в АС (тобто. не перевищує значення 0,3 %), їм можна знехтувати.
Діапазон ефективно відтворюваних частот УМЗЧ повинен бути не чутним людиною - 20 ... 20 000 Гц. Що стосується швидкості наростання вихідної напруги УМЗЧ, то відповідно до результатів, отриманих у роботі автора, достатня швидкість 7 В/мкс для потужності 50 Вт при роботі на навантаження 4 Ом і 10 В/мкс - при роботі на навантаження 8 Ом.
За основу пропонованого УМЗЧ було взято підсилювач, в якому для «розгойдування» вихідного каскаду у вигляді складових повторювачів на біполярних транзисторах використовувався швидкодіючий ОУ зі стеженням харчування. Слідче харчування використовувалося також ланцюга усунення вихідного каскаду.

До підсилювача внесено такі зміни: вихідний каскад на комплементарних парах біполярних транзисторів замінений каскадом з квазікомплементарною структурою на недорогих ПТ із ізольованим затвором IRFZ44 та обмежена глибина загальної СОС до 18 дБ. Принципова схема підсилювача показано на рис. 1.

Як попередній підсилювач використаний ОУ КР544УД2А з високим вхідним опором та підвищеною швидкодією. Він містить вхідний диференціальний каскад на ПТ з р-n переходом та вихідний двотактний повторювач напруги. Внутрішні елементи частотної корекції забезпечують стабільність у різних режимах зворотного зв'язку, у тому числі у повторювачі напруги.
Вхідний сигнал надходить через ФНЧ RnC 1 з частотою зрізу близько 70 кГц (тут внутрішній опір джерела сигналу = 22 кОм). який використовується для обмеження спектра сигналу, що надходить на вхід підсилювача потужності. Ланцюг R1C1 забезпечує стійкість УМЗЧ при зміні величини RM від нуля до нескінченності. На неинвертирующий вхід ОУ DA1 сигнал проходить через ФВЧ, побудований на елементах С2, R2 з частотою зрізу 0,7 Гц, що служить відділення сигналу від постійної складової. Місцева ООС для операційного підсилювача виконана на елементах R5, R3, СЗ забезпечує коефіцієнт посилення, рівний 43 дБ.
Стабілізатор напруги двополярного живлення ОУ DA1 виконаний на елементах R4, С4, VDI та R6, Сб. VD2 відповідно. Напруга стабілізації вибрано рівним 16 В. Резистор R8 спільно з резисторами R4, R6 утворюють дільник вихідної напруги УМЗЧ для подачі "стежить" харчування на ОУ, розмах якого не повинен перевищувати граничних значень синфазної вхідної напруги ОУ, тобто +/-Ю В .«Наступне» харчування дозволяє істотно збільшити розмах вихідного сигналу ОУ.
Як відомо, для роботи польового транзистора з ізольованим затвором, на відміну біполярного, потрібно зміщення близько 4 В. Для цього в схемі, наведеній на рис. 1, для транзистора VT3 застосована схема зсуву рівня сигналу на елементах R10, R11 иУОЗ.У04на 4,5 В. Сигнал з виходу ОУ через ланцюг VD3VD4C8 і резистор R15 надходить на затвор транзистора VT3, постійна напруга на якому відносно загального дроту + 5 Ст.
Електронний аналог стабілітрона на елементах VT1, VD5, VD6, Rl2o6ecne4H-ває зсув напруги на -1,5 В щодо виходу ОУ для забезпечення необхідного режиму роботи транзистора VT2. Сигнал із виходу ОУ через ланцюг VT1C9 також надходить на базу включеного за схемою із загальним емітером транзистора VT2, який інвертує сигнал.
На елементах R17. VD7, С12, R18 зібрана ланцюг регульованого зсуву рівня, що дозволяє задати необхідне зсув транзистора VT4 і тим самим встановити струм спокою кінцевого каскаду. Конденсатор СЮ забезпечує "стежить живлення" ланцюга зсуву рівня шляхом подачі вихідної напруги УМЗЧ в точку з'єднання резисторів R10, R11 для стабілізації струму цього ланцюга. З'єднання транзисторів VT2 та VT4 формує віртуальний польовий транзистор з каналом р-типу. т. е. утворюється квазікомплементарна пара з вихідним транзистором VT3 (з каналом п-типу).
Ланцюг С11R16 збільшує стійкість підсилювача в ультразвуковому діапазоні частот. Керамічні конденсатори С13. С14. встановлені у безпосередній близькості від вихідних транзисторів, служать тій самій меті. Захист УМЗЧ від перевантажень при коротких замиканнях у навантаженні забезпечується плавкими запобіжниками FU1-FU3. оскільки польові транзистори IRFZ44 мають максимальний струм стоку 42 А і витримують навантаження до згоряння запобіжників.
Для зменшення постійної напруги на виході УМЗЧ, а також зниження нелінійних спотворень запроваджено загальну ООС на елементах R7, С7. R3, ПЗ. Глибина ООС змінного струму обмежена значенням 18.8 дБ, що стабілізує коефіцієнт гармонік в звуковому діапазоні частот. По постійному струму ОУ спільно з вихідними транзисторами працюєте в режимі повторювача напруги, забезпечуючи постійну складову вихідної напруги УМЗЧ не більше кількох мілівольт.

- Сусід запарив по батареї стукати. Зробив музику голосніше, щоби його не чути.
(З фольклору аудіофілів).

Епіграф іронічний, але аудіофіл зовсім не обов'язково "хворий на всю голову" з фізіономією Джоша Ернеста на брифінгу з питань відносин з РФ, якого "пре" тому, що сусіди "щасливі". Хтось хоче слухати серйозну музику вдома, як у залі. Якість апаратури для цього потрібна така, яка у любителів децибел гучності як таких просто не міститься там, де у розсудливих людей розум, але в останніх він за розум заходить від цін на відповідні підсилювачі (УМЗЧ, підсилювач потужності звукової частоти). А в когось попутно виникає бажання долучитися до корисних та захоплюючих сфер діяльності – техніки відтворення звуку та взагалі електроніки. Які у вік цифрових технологій нерозривно пов'язані і можуть стати високоприбутковою та престижною професією. Оптимальний у всіх відносинах перший крок у цій справі – зробити підсилювач своїми руками: саме УМЗЧ дозволяє з початковою підготовкою на базі шкільної фізики на тому самому столі пройти шлях від найпростіших конструкцій на піввечора (які, проте, непогано «співають») до найскладніших агрегатів, через які із задоволенням зіграє і хороша рок-група.Мета цієї публікації – висвітлити перші етапи цього шляху для початківців і, можливо, повідомити щось нове досвідченим.

Найпростіші

Отже, спочатку спробуємо зробити підсилювач звуку, який просто працює. Щоб грунтовно вникнути в звукотехніку, доведеться поступово освоїти досить теоретичного матеріалу і не забувати в міру просування збагачувати багаж знань. Але будь-яка розумність засвоюється легше, коли бачиш і мацаєш, як вона працює в залозі. У цій статті далі теж без теорії не обійдеться - в тому, що потрібно знати спочатку і що можна пояснити без формул і графіків. А поки що достатньо буде вміння і користуватися мультитестером.

Примітка:якщо ви досі не паяли електроніку, врахуйте її компоненти не можна перегрівати! Паяльник – до 40 Вт (краще 25 Вт), максимально допустимий час паяння без перерви – 10 с. Паяний висновок для тепловідведення утримується в 0,5-3 см від місця паяння з боку корпусу приладу медичним пінцетом. Кислотні та ін. Активні флюси застосовувати не можна! Припій - ПОС-61.

Зліва на рис.- Найпростіший УМЗЧ, «який просто працює». Його можна зібрати як на германієвих, так і кремнієвих транзисторах.

На цій крихті зручно освоювати ази налагодження УМЗЧ з безпосередніми зв'язками між каскадами, що дають найчистіший звук.

Перед першим увімкненням живлення навантаження (динамік) відключаємо;
Замість R1 впаюємо ланцюжок із постійного резистора на 33 ком і змінного (потенціометра) на 270 ком, тобто. перший прим. вчетверо меншого, а другий прим. удвічі більшого номіналу проти вихідного за схемою;
Подаємо живлення і, обертаючи двигун потенціометра, у точці, позначеній хрестиком, виставляємо вказаний струм колектора VT1;
Знімаємо харчування, випоюємо тимчасові резистори і вимірюємо їх загальний опір;
Як R1 ставимо резистор номіналу зі стандартного ряду, найближчого до виміряного;
Замінюємо R3 на ланцюжок постійний 470 Ом + потенціометр 3,3 кОм;
Так само, як за пп. 3-5, в т. а виставляємо напругу, що дорівнює половині напруги живлення.

Точка а, звідки знімається сигнал навантаження це т. зв. середня точка підсилювача. У УМЗЧ з однополярним харчуванням у ній виставляють половину його значення, а УМЗЧ у двополярним харчуванням – нуль щодо загального проводу. Це називається регулюванням балансу підсилювача. У однополярних УМЗЧ з ємнісною розв'язкою навантаження відключати її на час налагодження не обов'язково, але краще звикати робити це рефлекторно: розбалансований 2-полярний підсилювач із підключеним навантаженням здатний спалити свої ж потужні та дорогі вихідні транзистори, а то й «новий, хороший» і дуже дорогий потужний динамік.

Примітка:компоненти, що вимагають підбору при налагодженні пристрою в макеті, на схемах позначаються або зірочкою (*), або штрих-апостроф (').

У центрі тому ж рис.- Простий УМЗЧ на транзисторах, що розвиває вже потужність до 4-6 Вт на навантаженні 4 Ом. Хоч і працює він, як і попередній, у т. зв. класі AB1, не призначеному для Hi-Fi озвучування, але якщо замінити парою таких підсилювач класу D (див. далі) у дешевих китайських комп'ютерних колонках, їх звучання помітно покращується. Тут дізнаємося про ще одну хитрість: потужні вихідні транзистори потрібно ставити на радіатори. Компоненти, що потребують додаткового охолодження, на схемах обводять пунктиром; правда, далеко не завжди; іноді – із зазначенням необхідної площі, що розсіює тепловідведення. Налагодження цього УМЗЧ – балансування за допомогою R2.

Праворуч на рис.- Ще не монстр на 350 Вт (як був показаний на початку статті), але вже цілком солідний звірюга: простий підсилювач на транзисторах потужністю 100 Вт. Музику через нього можна слухати, але не Hi-Fi, клас роботи – AB2. Однак для озвучування майданчика для пікніка або зборів на відкритому повітрі, шкільного актового чи невеликого торгового залу він цілком придатний. Аматорський рок-гурт, маючи за таким УМЗЧ на інструмент, може успішно виступати.

У цьому УМЗЧ виявляються ще дві хитрощі: по-перше, в дуже потужних підсилювачах каскад розгойдування потужного виходу теж потрібно охолоджувати, тому VT3 ставлять на радіатор від 100 кв. див. Для вихідних VT4 та VT5 потрібні радіатори від 400 кв. див. По-друге, УМЗЧ із двополярним харчуванням зовсім без навантаження не балансуються. То один, то інший вихідний транзистор йде у відсічення, а пов'язаний у насичення. Потім на повній напрузі живлення стрибки струму при балансуванні здатні вивести з ладу вихідні транзистори. Тому для балансування (R6, чи здогадалися?) підсилювач запитують від +/–24 В, а замість навантаження включають дротяний резистор 100…200 Ом. До речі, закорючки у деяких резисторах на схемі – римські цифри, що позначають їхню необхідну потужність розсіювання тепла.

Примітка:джерело живлення для цього УМЗЧ потрібне потужністю від 600 Вт. Конденсатори фільтра, що згладжує – від 6800 мкФ на 160 В. Паралельно електролітичним конденсаторам ІП включаються керамічні по 0,01 мкФ для запобігання самозбудження на ультразвукових частотах, здатного миттєво спалити вихідні транзистори.

На польовиках

На слід. Мал. – ще один варіант досить потужного УМЗЧ (30 Вт, а при напрузі живлення 35 В – 60 Вт) на потужних польових транзисторах:

Звук від нього вже тягне на вимоги до Hi-Fi початкового рівня (якщо, зрозуміло, УМЗЧ працює на соотв. Акустичні системи, АС). Потужні польовики не вимагають великої потужності для розгойдування, тому і передпотужного каскаду немає. Ще потужні польові транзистори за жодних несправностей не спалюють динаміки – самі швидше згоряють. Теж неприємно, але все-таки дешевше, ніж міняти дорогу басову голівку гучномовця (РР). Балансування і взагалі налагодження цього УМЗЧ не потрібні. Недолік у нього, як у конструкції для початківців, всього один: потужні польові транзистори набагато дорожчі за біполярні для підсилювача з такими ж параметрами. Вимоги до ІП - аналогічні перед. випадку, але потужність його потрібна від 450 Вт. Радіатори – від 200 кв. див.

Примітка:не треба будувати потужні УМЗЧ на польових транзисторах імпульсних джерел живлення, напр. комп'ютерні. При спробах "загнати" їх в активний режим, необхідний для УМЗЧ, вони або просто згоряють, або звук дають слабкий, а за якістю "ніякий". Те саме стосується потужних високовольтних біполярних транзисторів, напр. з малої розгортки старих телевізорів.

Відразу нагору

Якщо ви вже зробили перші кроки, то цілком природним буде бажання збудувати УМЗЧ класу Hi-Fi, не вдаючись надто глибоко в теоретичні нетрі.Для цього доведеться розширити парк приладів - потрібен осцилограф, генератор звукових частот (ГЗЧ) і мілівольтметр змінного струму з можливістю вимірювання постійної складової. Прототипом для повторення краще взяти УМЗЧ Е. Гумелі, докладно описаний у «Радіо» №1 за 1989 р. Для його будівництва знадобиться трохи недорогих доступних компонентів, але якість задовольняє дуже високим вимогам: потужність до 60 Вт, смуга 20-20 000 Гц, нерівномірність АЧХ 2 дБ, коефіцієнт нелінійних спотворень (КНІ) 0,01%, рівень власних шумів -86 дБ. Однак налагодити підсилювач Гумелі досить складно; якщо ви з ним упораєтесь, можете братися за будь-який інший. Втім, деякі з відомих нині обставин набагато спрощують налагодження цього УМЗЧ, див. нижче. Маючи на увазі це і те, що до архівів «Радіо» пробратися не всім вдається, доречно буде повторити основні моменти.

Схеми простого високоякісного УМЗЛ

Схеми УМЗЧ Гумелі та специфікація до них дано на ілюстрації. Радіатори вихідних транзисторів – від 250 кв. див. для УМЗЧ за рис. 1 та від 150 кв. див. для варіанта за рис. 3 (нумерація оригінальна). Транзистори передвихідного каскаду (КТ814/КТ815) встановлюються на радіатори зігнуті з алюмінієвих пластин 75х35 мм товщиною 3 мм. Замінювати КТ814/КТ815 на КТ626/КТ961 не варто, звук помітно не покращується, але налагодження серйозно не може.

Цей УМЗЧ дуже критичний до електроживлення, топології монтажу та загальної, тому налагоджувати його потрібно у конструктивно закінченому вигляді та лише зі штатним джерелом живлення. При спробі запитати від стабілізованого ІП вихідні транзистори згоряють одразу. Тож на рис. дано креслення оригінальних друкованих плат та вказівки щодо налагодження. До них можна додати, що, по-перше, якщо при першому включенні помітний «збуд», з ним борються, змінюючи індуктивність L1. По-друге, висновки встановлюваних на плати деталей повинні бути не довшими за 10 мм. По-третє, змінювати топологію монтажу вкрай небажано, але, якщо треба, на боці провідників обов'язково повинен бути рамковий екран (земляна петля, виділена кольором на рис.), а доріжки електроживлення повинні проходити поза нею.

Примітка:розриви в доріжках, до яких підключаються основи потужних транзисторів – технологічні, для налагодження, після чого запаюються краплями припою.

Налагодження цього УМЗЧ багато спрощується, а ризик зіткнутися з «збудком» у процесі користування зводиться до нуля, якщо:

Мінімізувати міжблочний монтаж, помістивши плату на радіаторах потужних транзисторів.
Повністю відмовитися від роз'ємів усередині, виконавши весь монтаж лише паянням. Тоді не потрібні будуть R12, R13 у потужному варіанті або R10 R11 у менш потужному (на схемах вони пунктирні).
Використовувати для внутрішнього монтажу аудіопроводу із безкисневої міді мінімальної довжини.

За виконання цих умов із порушенням проблем немає, а налагодження УМЗЧ зводиться до рутинної процедури, описаної на рис.

Провід для звуку

Аудіопроводу не вигадка. Необхідність їх застосування нині безсумнівна. У міді з домішкою кисню на гранях кристаллітів металу утворюється найтонша плівочка оксиду. Оксиди металів напівпровідники та, якщо струм у дроті слабкий без постійної складової, його форма спотворюється. За ідеєю, спотворення на міріадах кристалітів повинні компенсувати один одного, але трохи (схоже, обумовлена квантовими невизначеностями) залишається. Достатня, щоби бути поміченою вимогливими слухачами на тлі найчистішого звуку сучасних УМЗЧ.

Виробники та торговці без зазріння совісті підсовують замість безкисневої звичайну електротехнічну мідь – відрізнити одну від одної на око неможливо. Однак є сфера застосування, де підробка не проходить однозначно: кабель кручена пара для комп'ютерних мереж. Покласти сітку з довгими сегментами «леварем», вона або зовсім не запуститься, або постійно глючить. Дисперсія імпульсів, чи розумієш.

Автор, коли тільки ще пішли розмови про аудіопроводи, зрозумів, що, в принципі, це не порожня балаканина, тим більше, що безкисневі дроти на той час уже давно використовувалися в техніці спецпризначення, з якою він за діяльністю був добре знайомий. Взяв тоді і замінив штатний шнур своїх навушників ТДС-7 саморобним із «вітухи» з гнучкими багатожильними проводами. Звук, на слух, стабільно покращав для наскрізних аналогових треків, тобто. на шляху від студійного мікрофона до диска, що ніде не піддавалися оцифровці. Особливо яскраво зазвучали записи на вінілі, зроблені за технологією DMM (Direct Meta lMastering, безпосереднє нанесення металу). Після цього міжблочний монтаж всього домашнього аудіо був перероблений на «вітушний». Тоді поліпшення звучання стали відзначати і випадкові люди, до музики байдужі і заздалегідь не повідомлені.

Як зробити міжблочні дроти з кручений пари, див. відео.

Відео: міжблокові дроти з витої пари своїми руками

На жаль, гнучка «вітуха» скоро зникла з продажу – погано трималася в розтисках, що обтискалися. Однак, до відома читачів, тільки з безкисневої міді робиться гнучкий «військовий» провід МГТФ та МГТФЕ (екранований). Підробка неможлива, т.к. на звичайній міді стрічкова фторопластова ізоляція досить швидко розповзається. МГТФ зараз є в широкому продажу і коштує набагато дешевше фірмових, з гарантією, аудіопроводів. Нестача у нього одна: її неможливо виконати розцвіченою, але це можна виправити бирками. Є також і безкисневі обмотувальні дроти, див.

Теоретична інтермедія

Як бачимо, вже спочатку освоєння звукотехніки нам довелося зіткнутися з поняттям Hi-Fi (High Fidelity), висока вірність відтворення звуку. Hi-Fi бувають різних рівнів, які ранжуються слідом. основним параметрам:

Смузі відтворюваних частот.
Динамічному діапазону - відношенню в децибелах (дБ) максимальної (пікової) вихідної потужності до рівня власних шумів.
Рівнем власних шумів у дБ.
Коефіцієнту нелінійних спотворень (КНІ) на номінальній (довготривалій) вихідній потужності. КНД на пікової потужності приймається 1% або 2% залежно від методики вимірювань.
Нерівномірності амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) у смузі відтворюваних частот. Для АС – окремо на низьких (НЧ, 20-300 Гц), середніх (СЧ, 300-5000 Гц) та високих (ВЧ, 5000-20 000 Гц) звукових частот.

Примітка:відношення абсолютних рівнів будь-яких величин I (дБ) визначається як P(дБ) = 20lg(I1/I2). Якщо I1

Всі тонкощі та нюанси Hi-Fi потрібно знати, займаючись проектуванням та будівництвом АС, а що стосується саморобного Hi-Fi УМЗЧ для дому, то, перш ніж переходити до таких, потрібно чітко усвідомити вимоги до їх потужності, необхідної для озвучування даного приміщення, динамічного діапазону (динаміки), рівня власних шумів та КНІ. Домогтися від УМЗЧ смуги частот 20-20 000 Гц із завалом на краях по 3 дБ та нерівномірністю АЧХ на СЧ у 2 дБ на сучасній елементній базі не становить великих складнощів.

Гучність

Потужність УМЗЧ не самоціль, вона повинна забезпечувати оптимальну гучність відтворення звуку у приміщенні. Визначити її можна за кривими рівної гучності, див. Природних шумів у житлових приміщеннях тихіше 20 дБ немає; 20 дБ це лісова глуш у повний штиль. Рівень гучності в 20 дБ щодо порога чутності – це поріг виразності – шепіт розібрати ще можна, але музика сприймається лише як факт її наявності. Досвідчений музикант може визначити, який інструмент грає, але що саме – ні.

40 дБ - нормальний шум добре ізольованої міської квартири в тихому районі або заміського будинку - є поріг розбірливості. Музику від порога виразності до порога розбірливості можна слухати за наявності глибокої корекції АЧХ, насамперед, по басах. Для цього в сучасні УМЗЧ вводять функцію MUTE (приглушка, мутація, не мутація!), Що включає соотв. коригувальні ланцюги в УМЗЛ.

90 дБ – рівень гучності симфонічного оркестру у дуже гарному концертному залі. 110 дБ може видати оркестр розширеного складу в залі з унікальною акустикою, яких у світі не більше 10, це поріг сприйняття: звуки голосніше сприймаються ще як помітний за змістом зусиллям волі, але дратівливий шум. Зона гучності в житлових приміщеннях 20-110 дБ становить зону повної чутності, а 40-90 дБ – зону найкращої чутності, в якій непідготовлені та недосвідчені слухачі цілком сприймають сенс звуку. Якщо, звісно, він у ньому є.

Потужність

Розрахунок потужності апаратури за заданою гучністю в зоні прослуховування чи не основне і найважче завдання електроакустики. Для себе в умовах краще йти від акустичних систем (АС): розрахувати їх потужність за спрощеною методикою, та прийняти номінальну (довготривалу) потужність УМЗЧ рівної пікової (музичної) АС. У разі УМЗЧ не додасть помітно своїх спотворень до таких АС, вони й так основне джерело нелінійності в звуковому тракті. Але й робити УМЗЧ занадто потужним годі було: у разі рівень його власних шумів може бути вище порога чутності, т.к. вважається він від рівня напруги вихідного сигналу максимальної потужності. Якщо вважати вже зовсім просто, то для кімнати звичайної квартири або будинку і АС з нормальною чутливістю (звуковою віддачею) можна прийняти слід. значення оптимальної потужності УМЗЧ:

До 8 кв. м – 15-20 Вт.
8-12 кв. м – 20-30 Вт.
12-26 кв. м - 30-50 Вт.
26-50 кв. м – 50-60 Вт.
50-70 кв. м – 60-100 Вт.
70-100 кв. м - 100-150 Вт.
100–120 кв. м - 150-200 Вт.
Понад 120 кв. м – визначається розрахунком за даними акустичних вимірів дома.

Динаміка

Динамічний діапазон УМЗЧ визначається за кривими рівної гучності та пороговими значеннями для різних ступенів сприйняття:

Симфонічна музика та джаз із симфонічним супроводом – 90 дБ (110 дБ – 20 дБ) ідеал, 70 дБ (90 дБ – 20 дБ) прийнятно. Звук з динамікою 80-85 дБ у міській квартирі не відрізнить від ідеального жодний експерт.
Інші серйозні музичні жанри - 75 дБ відмінно, 80 дБ "вище даху".
Попса будь-якого роду та саундтреки до фільмів – 66 дБ за очі вистачить, т.к. Дані опуси вже при записі стискаються за рівнями до 66 дБ і навіть до 40 дБ, щоб можна було слухати на чому завгодно.

Динамічний діапазон УМЗЧ, правильно обраного для даного приміщення, вважають рівним його рівню власних шумів, взятому зі знаком + це т. зв. відношення сигнал/шум.

КНІ

Нелінійні спотворення (НІ) УМЗЧ - це складові спектру вихідного сигналу, яких не було у вхідному. Теоретично НІ найкраще «заштовхати» під рівень власних шумів, але технічно це важко реалізовано. Насправді беруть до уваги т. зв. ефект маскування: на рівнях гучності нижче прим. 30 дБ діапазон сприйманих людським вухом частот звужується, як і здатність розрізняти звуки частотою. Музиканти чують ноти, але оцінити тембр звуку не можуть. Люди без музичного слуху ефект маскування спостерігається вже на 45-40 дБ гучності. Тому УМЗЧ з КНД 0,1% (-60 дБ від рівня гучності в 110 дБ) оцінить як Hi-Fi рядовий слухач, а з КНД 0,01% (-80 дБ) можна вважати звуком, що не спотворює.

Лампи

Останнє твердження, можливо, викличе неприйняття, аж до запеклого, у адептів лампової схемотехніки: мовляв, справжній звук дають тільки лампи, причому не просто якісь, а окремі типи октальних. Заспокойтеся, панове – особливий ламповий звук не фікція. Причина – принципово різні діапазони спотворень у електричних ламп і транзисторів. Які, своєю чергою, обумовлені тим, що у лампі потік електронів рухається у вакуумі і квантові ефекти у ній виявляються. Транзистор прилад квантовий, там неосновні носії заряду (електрони і дірки) рухаються в кристалі, що без квантових ефектів взагалі неможливо. Тому спектр лампових спотворень короткий і чистий: у ньому чітко простежуються лише гармоніки до 3-ї – 4-ї, а комбінаційних складових (сум та різниць частот вхідного сигналу та їх гармонік) дуже мало. Тому за часів вакуумної схемотехніки КНД називали коефіцієнтом гармонік (КГ). У транзисторів спектр спотворень (якщо вони виміряні, обмовка випадкова, див. нижче) простежується аж до 15-ї і більш високих компонент, і комбінаційних частот в ньому хоч відбавляй.

Спочатку твердотільної електроніки конструктори транзисторних УМЗЧ брали для них звичний «ламповий» КНІ в 1-2%; звук із ламповим спектром спотворень такої величини рядовими слухачами сприймається як чистий. Між іншим, і самого поняття Hi-Fi тоді ще не було. Виявилося – звучать тьмяно та глухо. У процесі розвитку транзисторної техніки виробилося розуміння, що таке Hi-Fi і що для нього потрібно.

В даний час хвороби зростання транзисторної техніки успішно подолані і побічні частоти на виході хорошого УМЗЧ важко уловлюються спеціальними методами вимірювань. А лампову схемотехніку можна вважати, що перейшла в розряд мистецтва. Його основа може бути будь-якою, чому ж електроніці туди не можна? Тут доречною буде аналогія з фотографією. Ніхто не зможе заперечувати, що сучасна цифрозеркалка дає картинку незмірно більш чітку, докладну, глибоку за діапазоном яскравостей та кольору, ніж фанерна скринька з гармошкою. Але хтось крутим Никоном «клацає фотки» типу «це мій жирний кішок нажрався як гад і спалахне розкинувши лапи», а хтось Сміною-8М на свемовську ч/б плівку робить знімок, перед яким на престижній виставці товпиться народ.

Примітка:і ще раз заспокойтесь – не все так погано. На сьогодні у лампових УМЗЧ малої потужності залишилося принаймні одне застосування і не останньої важливості, для якого вони технічно необхідні.

Досвідчений стенд

Багато любителів аудіо, щойно навчившись паяти, тут же «йдуть у лампи». Це в жодному разі не заслуговує на осуд, навпаки. Інтерес до витоків завжди виправданий і корисний, а електроніка стала на лампах. Перші ЕОМ були ламповими, і бортова електронна апаратура перших космічних апаратів була також ламповою: транзистори тоді вже були, але не витримували позаземної радіації. Між іншим, тоді під найсуворішим секретом створювалися і лампові мікросхеми! На мікролампах із холодним катодом. Єдина відома згадка про них у відкритих джерелах є в рідкісній книзі Митрофанова та Пікерсгіля «Сучасні приймально-підсилювальні лампи».

Але вистачить лірики, до діла. Для любителів повозитися з лампами на рис. - Схема стендового лампового УМЗЧ, призначеного саме для експериментів: SA1 перемикається режим роботи вихідної лампи, а SA2 - напруга живлення. Схема добре відома в РФ, невелика доопрацювання торкнулася лише вихідного трансформатора: тепер можна не лише «ганяти» в різних режимах рідну 6П7С, а й підбирати для інших ламп коефіцієнт включення екранної сітки в ульралінійному режимі; для переважної більшості вихідних пентодів та променевих тетродів він або 0,22-0,25, або 0,42-0,45. Про виготовлення вихідного трансформатора див.

Гітаристам та рокерам

Це той випадок, коли без ламп не обійтися. Як відомо, електрогітара стала повноцінним солюючим інструментом після того, як попередньо посилений сигнал зі звукознімача стали пропускати через спеціальну приставку - фьюзер - навмисне спотворює його спектр. Без цього звук струни був дуже різким і коротким, т.к. електромагнітний звукознімач реагує лише на моди її механічних коливань у площині деки інструменту.

Незабаром виявилася неприємна обставина: звучання електрогітари з ф'юзером набуває повної сили і яскравості тільки на великих гучностях. Особливо це проявляється для гітар зі звукознімачом типу хамбакер, що дає "злий" звук. А як бути початківцю, вимушеному репетирувати вдома? Не йти ж до зали виступати, не знаючи точно, як там зазвучить інструмент. І просто любителям року хочеться слухати улюблені речі в повному соку, а рокери народ загалом пристойний і неконфліктний. Принаймні ті, кого цікавить саме рок-музика, а не антураж із епатажем.

Так ось, виявилося, що фатальний звук з'являється на рівнях гучності, прийнятних для житлових приміщень, якщо ламповий УМЗЧ. Причина – специфічна взаємодія спектра сигналу з фьюзера з чистим та коротким спектром лампових гармонік. Тут знову доречна аналогія: ч/б фото може бути набагато виразніше за кольоровий, т.к. залишає для перегляду лише контур та світло.

Тим, кому ламповий підсилювач потрібен не для експериментів, а через технічну необхідність, довго освоювати тонкощі лампової електроніки дозвілля, вони іншим захоплені. УМЗЧ у такому разі краще робити безтрансформаторний. Точніше – з однотактним узгоджуючим вихідним трансформатором, який працює без постійного підмагнічування. Такий підхід набагато спрощує та прискорює виготовлення найскладнішого та найвідповідальнішого вузла лампового УМЗЧ.

"Безтрансформаторний" ламповий вихідний каскад УМЗЧ та попередні підсилювачі до нього

Праворуч на рис. дана схема безтрансформаторного вихідного каскаду лампового УМЗЧ, а зліва - варіанти попереднього підсилювача для нього. Вгорі - з регулятором тембру за класичною схемою Баксандала, що забезпечує досить глибоке регулювання, але вносить невеликі фазові спотворення сигнал, що може бути істотно при роботі УМЗЧ на 2-смугову АС. Внизу – підсилювач з регулюванням тембру простіше, що не спотворює сигнал.

Але повернемося до «оконечника». У ряді зарубіжних джерел дана схема вважається одкровенням, однак ідентична їй, за винятком ємності електролітичних конденсаторів, виявляється в радянському «Довіднику радіоаматора» 1966 р. Товстезна книжка на 1060 сторінок. Не було тоді інтернету та баз даних на дисках.

Там же, праворуч на рис., Коротко, але ясно описані недоліки цієї схеми. Удосконалена з того ж джерела дана на слід. Мал. праворуч. У ній екранна сітка Л2 запитана від середньої точки анодного випрямляча (анодна обмотка силового трансформатора симетрична), а екранна сітка Л1 через навантаження. Якщо замість високоомних динаміків включити узгоджувальний трансформатор із звичайним динаміком, як у перед. схемою, вихідна потужність скласти бл. 12 Вт, т.к. активний опір первинної обмотки трансформатора набагато менше 800 Ом. КНИ цього кінцевого каскаду з трансформаторним виходом – прим. 0,5%

Як зробити трансформатор?

Головні вороги якості потужного сигнального НЧ (звукового) трансформатора - магнітне поле розсіювання, силові лінії якого замикаються, обминаючи магнітопровід (сердечник), вихрові струми в магнітопровід (струми Фуко) і, меншою мірою - магнітострикція в сердечнику. Через це явище недбало зібраний трансформатор «співає», гуде чи пищить. Зі струмами Фуко борються, зменшуючи товщину пластин магнітопроводу і додатково ізолюючи їх лаком при складанні. Для вихідних трансформаторів оптимальна товщина пластин – 0,15 мм, максимально допустима – 0,25 мм. Брати для вихідного трансформатора пластини тонше не слід: коефіцієнт заповнення керна (центрального стрижня магнітопроводу) сталлю впаде, перетин магнітопроводу для отримання заданої потужності доведеться збільшити, через що спотворення і втрати в ньому тільки зростуть.

У сердечнику звукового трансформатора, що працює з постійним підмагнічуванням (напр., анодним струмом однотактного вихідного каскаду), повинен бути невеликий (визначається розрахунком) немагнітний зазор. Наявність немагнітного зазору, з одного боку, зменшує спотворення сигналу постійного підмагнічування; з іншого - в магнітопроводі звичайного типу збільшує поле розсіювання і вимагає осердя більшого перерізу. Тому немагнітний зазор потрібно розраховувати на оптимум і виконувати якнайточніше.

Для трансформаторів, що працюють з підмагнічуванням, оптимальний тип сердечника – із пластин Шп (просічених), поз. 1 на рис. Вони немагнітний зазор утворюється при просічці керна і тому стабільний; його величина вказується у паспорті на пластини або заміряється набором щупів. Поле розсіювання мінімальне, т.к. бічні гілки, через які замикається магнітний потік, цілісні. З пластин Шп часто збирають і осердя трансформаторів без підмагнічування, т.к. пластини Шп роблять із високоякісної трансформаторної сталі. У такому разі сердечник збирають вперекришку (пластини кладуть просіканням то в один, то в інший бік), а його перетин збільшують на 10% проти розрахункового.

Трансформатори без підмагнічування краще мотати на сердечниках УШ (зменшеної висоти із розширеними вікнами), поз. 2. Вони зменшення поля розсіювання досягається з допомогою зменшення довжини магнітного шляху. Оскільки пластини УШ доступніші за Шп, з них часто набирають і сердечники трансформаторів з підмагнічуванням. Тоді збирання сердечника ведуть накрий: збирають пакет із Ш-пластин, кладуть смужку непровідного немагнітного матеріалу товщиною у величину немагнітного зазору, накривають ярмом з пакета перемичок і стягують разом обоймою.

Примітка:"звукові" сигнальні магнітопроводи типу ШЛМ для вихідних трансформаторів високоякісних лампових підсилювачів мало придатні, у них велике поле розсіювання.

На поз. 3 дана схема розмірів осердя для розрахунку трансформатора, на поз. 4 конструкція каркаса обмоток, але в поз. 5 - форма його деталей. Що ж до трансформатора для «безтрансформаторного» вихідного каскаду, його краще робити на ШЛМме вперекришку, т.к. підмагнічування мізерно мало (струм підмагнічування дорівнює струму екранної сітки). Головне завдання тут - зробити обмотки якомога компактніше з метою зменшення поля розсіювання; їхній активний опір все одно вийде набагато менше 800 Ом. Чим більше вільного місця залишиться у вікнах, краще вийшов трансформатор. Тому обмотки мотають виток до витка (якщо немає намотувального верстата, це маєта жахлива) з якомога тоншого дроту, коефіцієнт укладання анодної обмотки для механічного розрахунку трансформатора беруть 0,6. Обмотковий провід - марок ПЕТВ або ПЕММ, у них жила безкиснева. ПЕТВ-2 або ПЕММ-2 брати не треба, у них від подвійного лакування збільшений зовнішній діаметр і поле розсіювання буде більше. Первинну обмотку мотають першою, т.к. саме її поле розсіювання найбільше впливає звук.

Залізо цього трансформатора потрібно шукати з отворами в кутах пластин і стяжними скобами (див. рис. справа), т.к. "для повного щастя" складання магнітопроводу проводиться в слід. порядку (зрозуміло, обмотки з висновками та зовнішньою ізоляцією повинні бути вже на каркасі):

Готують розбавлений вдвічі акриловий лак або, по-старому, шеллак;
Пластини з перемичками швидко покривають лаком з одного боку і якнайшвидше, не придушуючи сильно, вкладають у каркас. Першу пластину кладуть лакованою стороною всередину, наступну - нелакованою стороною до першої лакованої і т.д;
Коли вікно каркаса заповниться, накладають скоби і туго стягують болтами;
Через 1-3 хв, коли видавлювання лаку із зазорів мабуть припиниться, додають пластин знову до заповнення вікна;
Повторюють пп. 2-4, поки вікно не буде туго набите сталлю;
Знову туго стягують сердечник та сушать на батареї тощо. 3-5 діб.

Зібраний за такою технологією сердечник має дуже хорошу ізоляцію пластин та заповнення сталлю. Втрат на магнітострикцію взагалі не виявляється. Але врахуйте - для сердечників їх пермалоя дана методика не застосовна, т.к. від сильних механічних впливів магнітні властивості пермалою незворотно погіршуються!

На мікросхемах

УМЗЧ на інтегральних мікросхемах (ІМС) роблять найчастіше ті, кого влаштовує якість звуку до середнього Hi-Fi, але більш приваблює дешевизна, швидкість, простота складання та повна відсутність будь-яких налагоджувальних процедур, які потребують спеціальних знань. Просто підсилювач на мікросхемах – оптимальний варіант для «чайників». Класика жанру тут - УМЗЧ на ІМС TDA2004, що стоїть на серії, дай бог пам'яті, вже років 20, зліва на рис. Потужність – до 12 Вт на канал, напруга живлення – 3-18 В однополярна. Площа радіатора – від 200 кв. див. для максимальної потужності. Гідність – здатність працювати на дуже низькоомне, до 1,6 Ом, навантаження, що дозволяє знімати повну потужність при живленні від бортової мережі 12 В, а 7-8 Вт – при 6-вольтовому живленні, наприклад, на мотоциклі. Однак вихід TDA2004 у класі В некомплементарний (на транзисторах однакової провідності), тому звучок точно не Hi-Fi: КНІ 1%, динаміка 45 дБ.

Більш сучасна TDA7261 звук дає не краще, але потужніше, до 25 Вт, т.к. верхня межа напруги живлення збільшена до 25 В. Нижня, 4,5 В, все ще дозволяє запитуватись від 6 В бортмережі, тобто. TDA7261 можна запускати практично від усіх бортмереж, крім літакової 27 В. За допомогою навісних компонентів (обв'язування, праворуч на рис.) TDA7261 може працювати в режимі мутування і з функцією St-By (Stand By, чекати), що переводить УМЗЧ в режим мінімального енергоспоживання за відсутності вхідного сигналу протягом певного часу. Зручності коштують грошей, тому для стерео потрібна буде пара TDA7261 із радіаторами від 250 кв. див. для кожної.

Примітка:Якщо вас чимось залучають підсилювачі з функцією St-By, врахуйте – чекати від них динаміки ширші за 66 дБ не варто.

"Надекономічна" по живленню TDA7482, зліва на рис., що працює в т. зв. клас D. Такі УМЗЧ іноді називають цифровими підсилювачами, що неправильно. Для справжньої оцифровки з аналогового сигналу знімають відліки рівня з частотою квантування, не менше ніж удвічі більшою за найвищу з відтворюваних частот, величина кожного відліку записується завадостійким кодом і зберігається для подальшого використання. УМЗЧ класу D – імпульсні. Вони аналог безпосередньо перетворюється на послідовність широтно-модулированных імпульсів (ШИМ) високої частоти, що й подається на динамік через фільтр низьких частот (ФНЧ).

Звук класу D з Hi-Fi не має нічого спільного: КНІ в 2% і динаміка в 55 дБ для УМЗЧ класу D вважаються дуже добрими показниками. І TDA7482 тут, треба сказати, вибір не оптимальний: інші фірми, що спеціалізуються на класі D, випускають ІМС УМЗЧ дешевше і вимагають меншої обв'язки, напр., D-УМЗЧ серії Paxx, праворуч на рис.

З TDAшек слід відзначити 4-канальну TDA7385, див. рис., на якій можна зібрати хороший підсилювач для колонок до середнього Hi-Fi включно, з поділом частот на 2 смуги або для системи з сабвуфером. Розфільтрування НЧ та СЧ-ВЧ у тому й іншому випадку робиться по входу на слабкому сигналі, що спрощує конструкцію фільтрів та дозволяє глибше розділити смуги. А якщо акустика сабвуферна, то 2 канали TDA7385 можна виділити під суб-УНЧ бруківки (див. нижче), а решта 2 задіяти для СЧ-ВЧ.

УМЗЧ для сабвуфера

Сабвуфер, що можна перекласти як «підбасовик» або, дослівно, «підгавкувач» відтворює частоти до 150-200 Гц, у цьому діапазоні людські вуха практично не здатні визначити напрямок джерела звуку. В АС із сабвуфером «підбасовий» динамік ставлять у готельне акустичне оформлення, це і є сабвуфер як такий. Сабвуфер розміщують, в принципі, як зручніше, а стереоефект забезпечується окремими СЧ-ВЧ каналами зі своїми малогабаритними АС, до акустичного оформлення яких особливо серйозних вимог не висувається. Знавці сходяться на тому, що стерео краще все ж таки слухати з повним поділом каналів, але сабвуферні системи істотно економлять кошти або працю на басовий тракт і полегшують розміщення акустики в малогабаритних приміщеннях, чому і користуються популярністю у споживачів зі звичайним слухом і не особливо вимогливих.

«Просочування» СЧ-ВЧ в сабвуфер, а з нього в повітря сильно псує стерео, але, якщо різко «обрубати» підбаси, що, до речі, дуже складно і дорого, то виникне дуже неприємний на слух ефект перескоку звуку. Тому розфільтрування каналів у сабвуферних системах проводиться двічі. На вході електричними фільтрами виділяються СЧ-ВЧ із басовими «хвостиками», які не перевантажують СЧ-ВЧ тракт, але забезпечують плавний перехід на підбас. Баси з СЧ «хвостиками» поєднуються і подаються на окремий УМЗЧ для сабвуфера. Дофільтровуються СЧ, щоб не псувалося стерео, в сабвуфері вже акустично: підбасовий динамік ставлять, напр., в перегородку між резонаторними камерами сабвуфера, що не випускають СЧ назовні, див.

До УМЗЧ для сабвуфера пред'являється низка специфічних вимог, з яких «чайники» головним вважають можливо більшу потужність. Це зовсім неправильно, якщо, скажімо, розрахунок акустики під кімнату дав для однієї колонки пікову потужність W, потужність сабвуфера потрібна 0,8(2W) або 1,6W. Напр. якщо для кімнати підходять АС S-30, то сабвуфер потрібен 1,6х30 = 48 Вт.

Набагато важливіше забезпечити відсутність фазових та перехідних спотворень: підуть вони – перескок звуку обов'язково буде. Що стосується КНД, то він допустимо до 1% Власні спотворення басів такого рівня не чути (див. криві рівної гучності), а «хвости» їх спектру в найкраще чутної СЧ області не виберуться із сабвуфера назовні.

Щоб уникнути фазових і перехідних спотворень, підсилювач для сабвуфера будують за т. зв. бруківці: виходи 2-х ідентичних УМЗЧ включають зустрічно через динамік; сигнали на входи подаються у протифазі. Відсутність фазових та перехідних спотворень у бруківці обумовлена повною електричною симетрією шляхів вихідного сигналу. Ідентичність підсилювачів, що утворюють плечі моста, забезпечується застосуванням спарених УМЗЧ на ІМС, виконаних на одному кристалі; це, мабуть, єдиний випадок, коли підсилювач на мікросхемах кращий за дискретний.

Примітка:потужність мостового УМЗЧ не подвоюється, як вважають деякі, вона визначається напругою живлення.

Приклад схеми мостового УМЗЧ для сабвуфера до 20 кв. м (без вхідних фільтрів) на ІМС TDA2030 дано на рис. зліва. Додаткове відфільтрування СЧ здійснюється ланцюгами R5C3 та R'5C'3. Площа радіатора TDA2030 – від 400 кв. див. У мостових УМЗЧ з відкритим виходом є неприємна особливість: при розбалансі мосту в струмі навантаження з'являється постійна складова, здатна вивести з ладу динамік, а схеми захисту на підбас часто глючать, відключаючи динамік, коли не треба. Тому краще захистити дорогу НЧ головку "дубово", неполярними батареями електролітичних конденсаторів (виділено кольором, а схема однієї батареї дана на врізанні).

Трохи про акустику

Акустичне оформлення сабвуфера – особлива тема, але якщо тут дано креслення, то потрібні й пояснення. Матеріал корпусу – МДФ 24 мм. Труби резонаторів - з досить міцного пластику, що не дзвінить, напр., поліетилену. Внутрішній діаметр труб – 60 мм, виступи всередину 113 мм у великій камері та 61 у малій. Під конкретну головку гучномовця сабвуфер доведеться переналаштувати за найкращим басом і, водночас, за найменшим впливом на стереоефект. Для налаштування труби беруть свідомо більшу довжину і, засуваючи-висуваючи, домагаються необхідного звучання. Виступи труб назовні на звук не впливають, потім їх відрізають. Налаштування труб взаємозалежне, так що повозитися доведеться.

Підсилювач для навушників

Підсилювач для навушників роблять своїми руками найчастіше з 2-х причин. Перша – слухання «на ходу», тобто. поза домом, коли потужності аудіовиходу плеєра або смартфона не вистачає для розгойдування «гудзиків» або «лопухів». Друга – для висококласних домашніх навушників. Hi-Fi УМЗЧ для звичайної житлової кімнати потрібен з динамікою до 70-75 дБ, але динамічний діапазон найкращих сучасних стереонавушників перевищує 100 дБ. Підсилювач з такою динамікою коштує дорожче за деякі автомобілі, а його потужність буде від 200 Вт у каналі, що для звичайної квартири занадто багато: прослуховування на сильно заниженій проти номінальної потужності псує звук, див. вище. Тому має сенс зробити малопотужний, але з гарною динамікою окремий підсилювач саме для навушників: ціни на побутові УМЗЧ із таким доважком завищені явно безглуздо.

Схема найпростішого підсилювача для навушників на транзисторах дана на поз. 1 рис. Звук - хіба що для китайських «ґудзичок», працює в класі B. Економічності теж не відрізняється - 13-мм літієвих батарейок вистачає на 3-4 години при повній гучності. На поз. 2 - TDAшна класика для навушників «на хід». Звук, втім, дає цілком пристойний, до середнього Hi-Fi, дивлячись за параметрами оцифрування треку. Аматорським удосконаленням обв'язки TDA7050 немає числа, але переходу звуку на наступний рівень класності поки не досяг ніхто: сама «мікруха» не дозволяє. TDA7057 (поз. 3) просто функціональніший, можна підключати регулятор гучності на звичайному, не здвоєному потенціометрі.

УМЗЧ для навушників на TDA7350 (поз. 4) розрахований вже на розгойдування хорошої індивідуальної акустики. Саме на цій ІМС зібрані підсилювачі для навушників у більшості побутових УМЗЧ середнього та високого класу. УМЗЧ для навушників на KA2206B (поз. 5) вважається вже професійним: його максимальної потужності в 2,3 Вт вистачає і для розгойдування таких серйозних ізодинамічних «лопухів», як ТДС-7 та ТДС-15.