Бюджетные усилители «Super - А» класса с выходным каскадом на биполярных транзисторах –часть 3

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: УМЗЧ на транзисторах

Опубликовано: 08.09.2018 18:28

Просмотров: 9312

Алексей Ковальский, г. Киев (Окончание. Начало см. в часть 1-2)
Испытания усилителя Брагина: Двухканальный экземпляр этого УМЗЧ был полностью собран с использованием комплектующих производства СССР, за исключением конденсаторов фильтра питания большой емкости и ОУ. К видимым недостаткам можно отнести относительно высокие требования к подбору активных компонент УМЗЧ. Стандартного подбора транзисторов в пары недостаточно, следует их подбирать еще и по падению напряжения на открытом базовом переходе. Бездумная замена типов транзисторов также не приветствуется.
В усилителе не предусмотрена оперативная регулировка даже ТП. Единственный подстроечный резистор служит исключительно для компенсации разброса номиналов резисторов, определяющих коэффициент усиления плеч транзисторной части усилителя. Его эффективность в самом лучшем случае составит менее 10%.

После замены штатного ОУ на распространенный, и главное проверенный, ОРА134, схема подверглась еще и незначительным изменениям:
Во-первых, были сняты все цепи коррекции УМЗЧ, предусмотренные автором. При правильном конструктивном исполнении, для обеспечения устойчивой работы усилителя достаточно емкости в 2,2 пФ, подключенной между выходом ОУ и его инверсным входом. Это, естественно, ее минимальное значение. Оптимальное значение этой емкости подбирается в процессе испытаний УМЗЧ сигналом прямоугольной формы и находится в пределах 4,7... 10 пФ.
Во-вторых, в целях улучшения звучания и повышения надежности были изменены номиналы отдельных резисторов.
В-третьих, вместо диодов КД105, провоцировавших самовозбуждение усилителя при больших амплитудах выходного сигнала, были использованы базовые переходы транзисторов малой мощности, закрепленных непосредственно на радиаторах выходных транзисторов (рис.7).

В идеале должны получиться токовые зеркала, но в самом простейшем случае их можно подключить даже параллельно диодам. Эта мера заодно позволяет жестко стабилизировать ТП усилителя.
В данном случае ТП при холодном старте составляет 165 мА, а в диапазоне рабочих температур УМЗЧ, будет стабильно держаться на уровне 170 мА.
Доработанная схема усилителя показана на рис.8.

Типичная форма коллекторного тока одного из плеч усилителя показана на рис.9.

Усилитель, при напряжении источника питания равному ±25 В, обеспечивает выходную мощность 26 Вт на нагрузке 8 Ом.
Звучание данного экземпляра усилителя превосходит звучание этого же УМЗЧ в стандартном исполнении и, как ни странно, даже слегка превосходит «эталонное звучание», демонстрируемое JVC A-X50 (и это при использовании транзисторов производства СССР), что хорошо заметно благодаря очень четкой прорисовке пространственной локализации кажущихся источников звука (так называемой, сцене) и детальности. Примечательно, что все преимущества данного усилителя можно легко «устранить» всего лишь неправильным подбором межблочных соединительных кабелей. Т.е. можно найти такой «межблочник», при использовании которого звучание этого УМЗЧ будет абсолютно неотличимо от эталона. Естественно, надо использовать самый лучший из имеющихся в распоряжении кабель.
Настройку УМЗЧ удобнее производить следующим образом. В самом начале не устанавливаются цепи, формирующие режим «Super - А». Далее подбором резисторов R8 и R7 устанавливается ТП в диапазоне 10...30 мА. После подключения цепей формирования режима «Super - А», ТП должен вырасти до 170 мА. Конечное его значение корректируется подбором резисторов R20 и R21, причем сильно изменять их номинал не следует (допустимо не более 30% в сторону уменьшения). В случае недостаточного диапазона регулировки следует заменить соответствующие активные элементы, задействованные в цепях формирования режима (в первую очередь элементы источников опорного напряжения) и производить подбор номинала этих резисторов заново. Этими же резисторами производится окончательное выравнивание ТП обоих плеч усилителя. Подробнее с процессом настройки и нюансами работы этого усилителя можно ознакомиться в [1].
Попытки измерить КНИ усилителя доступными средствами (программы типа RMAA, SpectraLab и упоминаемый ранее аудиоинтерфейс) с треском провалились. Т.е. шумовая полка при подключении усилителя исправно подскакивала, а амплитуды и спектр гармоник УМЗЧ ничем не отличались от демонстрируемых самим аудиоинтерфейсом. В то же время замеры КНИ УМЗЧ Лайкова производились легко и непринужденно (рис.10).

Испытания усилителя Митрофанова
Полностью выполнен на деталях производства СССР. Год изготовления приблизительно 1987. В корпус оформлен не был (рис.11), так как в свое время был забракован как недостаточно стабильный.

В усилителе применен низкоскоростной ОУ 544УД1 (скорость нарастания выходного напряжения 5 В/мкс). По этой причине КНИ великоват и достигает 0,012% на частоте 20 кГц, правда, при выходной мощности, близкой к своему максимальному значению 30 Вт, на нагрузке 8 Ом.
Звучание этого УМЗЧ равноценно звучанию, демонстрируемому экземпляром усилителя Лайкова, описанному выше, что даже с учетом указанных ранее недостатков самого УМЗЧ Митрофанова демонстрирует практически полную бессмысленность перехода на свеже разработанные «хваленные конструкции» типа Лайков v.6. Гораздо целесообразнее было бы заниматься доводкой этого УМЗЧ, а не изготовлением и последующей доводкой усилителя Лайкова. Но интерес к последнему все-таки поборол и УМЗЧ Лайкова был собран и настроен. Тут можно и нужно отметить еще одну особенность усилителя Лайкова. Сам автор неоднократно упоминает о явлении, так называемых, «жареных переходов» (перегретых) выходных транзисторов УМЗЧ, сильно «ухудшающих звук». Ссылается он при этом на впервые им отмеченный и услышанный такой эффект при работе с усилителем Брагина. Справедливости ради надо сказать, что в правильно спроектированном и построенном усилителе такое явление в принципе не должно присутствовать. Автором этих строк при работе с усилителем Брагина, да и с другими усилителями, такого эффекта замечено не было, но зато он в полной мере характерен именно для усилителя разработки Лайкова. Обнаружить его легко при следующих условиях: когда транзистор узла термостабилизации УМЗЧ находится на грани открытия (штатный режим работы УМЗЧ, при ТП=180 мА), звук нормален. При сильном открытии указанного транзистора, вызванного значительным нагревом радиатора (или даже при холодном радиаторе, достаточно принудительно увеличить протекающий через транзистор ток в два-три раза), наблюдается весь букет описываемых А. Лайковым явлений деградации звука. Трудно сразу сказать, что происходит в данном случае на самом деле, но вывод однозначен - виноват именно узел термокомпенсации. Возможно, заодно с ним виноват еще и примененный автором способ регулирования, одновременно с ТП меняющий режим работы всех усилительных каскадов транзисторной части УМЗЧ.
Некоторые уточнения
Может возникнуть вопрос, почему у всех собранных автором статьи УМЗЧ напряжение питания составляет ±25 В, а выходная мощность ограничена 30 Вт?
Во-первых, представленные усилители способны отдавать в нагрузку сопротивлением 4 Ом мощность 50...60 Вт. Значение 30 Вт указано исключительно потому, что при сравнительных испытаниях использовались АС с полным характеристическим сопротивлением 8 Ом, обычно эксплуатируемые совместно с усилителем JVC и фактически только к нему и привязанные.
Во-вторых, выходные транзисторы представленных УМЗЧ выполнены в корпусах ТО220, а для данного вида конструктивного исполнения отдаваемая в нагрузку усилителем мощность 60 Вт является предельной.
В-третьих, данные усилители планируется использовать в процессе прослушивания музыки, конечной целью которого является получение некоего эстетического удовлетворения, а отнюдь не достижение состояния полной потери слуха.
Выводы
1. УМЗЧ Митрофанова собирать не стоит, и автор статьи его не рекомендует.
2. УМЗЧ Брагина собирать можно. Но необходимо помнить, что хоть он сравнительно прост и звучит однозначно лучше всех рассмотренных, но требует кропотливой настройки. Точно настроить его, даже с учетом предварительного подбора комплектующих, весьма сложно. Плохо же отлаженный усилитель в процессе эксплуатации может оказаться недостаточно надежным. В перспективе присутствует мысль о дальнейшей его модернизации, целью которой будет являться снижение влияния на параметры УМЗЧ технологического разброса применяемых элементов и, возможно, также дополнительное снижение КНИ.
3. УМЗЧ Лайкова, при условии устранения грубых ошибок в авторской схеме и серии других просчетов, был бы очень интересным с точки зрения критерия «цена - качество - трудоемкость изготов- ления». Весь бюджет проекта «получения весьма достойного звука» составит всего 40-50 USD, если в качестве конструктива усилителя использовать готовый, взятый от морально устаревшего аппарата. К примеру, если в качестве донора использовать усилитель «Radiotehnika - 101» (рис.12), цена которого на сегодняшний день составляет около 20 USD, то за эту цену получаем коробку, шасси, на котором присутствуют ручки, ножки, люминесцентный индикатор, радиатор достаточной площади, и уже установлены разъемы.

Можно использовать даже штатный трансформатор источника питания и устройство защиты АС. Дополнительно приобретается только батарея конденсаторов (суммарная емкость составляет 20000 мкФ на плечо) и взамен штатного УМЗЧ монтируется плата с УМЗЧ Лайкова. В этом бюджете, правда, не рассмотрена стоимость замены предварительного усилителя «Radiotehnika», эксплуатировать который совместно с УМЗЧ Лайкова крайне нежелательно. Дело втом, что УМЗЧ, начиная с некоего уровня, уже демонстрируемого УМЗЧ Лайкова, весьма требовательны к качеству источника сигнала. Усилитель Лайкова достаточно хорошо воспроизводит все огрехи как воспроизводимых им фонограмм, так и источника сигнала, с которым он эксплуатируется.
Именно благодаря этому УМЗЧ многие люди впервые начинают замечать дефекты фонограмм, получают возможность сравнивать качество записи компакт-дисков и т.д.
Вот что говорят об этом УМЗЧ участники его обсуждения [13]: «...сравнительные проверки мы с друзьями проводили для (распространенных самодельных УМЗЧ) Холтона, Ланзара, Оплеухи, LM3886 и Стоуна. Стоун после 2 мин сошёл с дистанции (причём я его «вылизывал»: форму сигнала и т.д.) у Оплеухи проблемы с ограничением полуволн, звук неплохой, но чего-то вроде не хватает. Холтон звучит масштабно - он для дискотек, Лан-зар (особенно с предварительным усилителем в А классе (нашёл где-то) звучит лучше всех, кроме ЛАЙКОВА. Лайков (РЕСПЕКТ автору) звучит пока лучше всех, слушали на разных композициях».
Уточним:
• УМЗЧ Холтона - это относительно простой мощный УМЗЧ (300-400 Вт) зарубежной разработки. Есть два варианта его исполнения: с выходным каскадом на полевых, и на биполярных транзисторах.
• УМЗЧ Ланзара - это полностью симметричный УМЗЧ, который напоминает известный УМЗЧ разработки Бать-Середа (см. «Радио» №6 1972 г. С.52), или скорее несколько упрощенный УМЗЧ Маршалла Лича (оригинал был в журнале «Аудио» за 1976 год).
• УМЗЧ Оплеухи-это полностью транзисторный УМЗЧ (без ИМС) который задумывался как альтернатива УМЗЧ выполненным на монолитных ИМС.
• УМЗЧ LM3886 - это одна из лучших ИМС монолитного УМЗЧ.
• УМЗЧ Стоуна - это УМЗЧ Стоункольд, являющийся прототипом для УМЗЧ разработки Гумели (см. «Радио» №9 1985 г.).
Хороших результатов можно достичь, используя обычный стационарный проигрыватель компакт-дисков, но для успешного раскрытия потенциала УМЗЧ Лайкова, необходим источник сигналов с качеством заметно более высоким, чем сам усилитель. Грубо говоря, КНИ источника сигналов должен быть хотя бы в 2 раза ниже искажений УМЗЧ, и в данном случае его значение составит величину порядка 0,001%.
В качестве источника сигнала удобно использовать компьютер, помня о том, что предъявляемым к источнику сигнала требованиям, абсолютно не соответствуют всевозможные встраиваемые в материнские платы звуковые карты, типичный КНИ которых составляет 0,0035% и более (до 0,012% на 1 кГц). Допустимой по параметрам звуковой картой можно с натяжкой считать Audigi SE, эксплуатируемой в наиболее благоприятном для нее режиме [15]. КНИ звуковой карты при этом составит 0,0012%. Это, скажем так, минимальный требуемый уровень.
От редакции. Складывается впечатление, что за последние 30 лет разработка транзисторных УМЗЧ с выходным каскадом на биполярных транзисторах шла как бы по кругу. Их разработчики боролись с какими-то им неизвестными искажениями. На самом деле они упускали из виду то, что надо бороться с уже известными искажениями в двухтактном выходном каскаде. При этом часть УМЗЧ их разработчики называют относящимися к классу «Super - А» совершенно не заслужено, за исключением УМЗЧ Брагина. В тоже время достаточно несложный УМЗЧ JVC A-X 50 демонстрирует качество звучания, превосходящие практически все популярные разработки любительских УМЗЧ.
В статье изложена личная точка зрения автора. Свои пожелания и отзывы направляйте на Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..
Литература и полезные ссылки:
15. Организация качественного вывода звука на компьютере http://audiophilesoft.ru/publ/my/ hq_pc_sound/11-1-0-24
РА 3 '201 6
Бюджетный стереоусилитель из модулей старых телевизоров
УМЗЧ на TDA7250 мощностью 100 Вт
Усилители мощности на полевых транзисторах
Простой ламповый стереоусилитель