УМЗЧ без общей отрицательной обратной связи класса High-End (часть 2)

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: УМЗЧ на транзисторах

Опубликовано: 19.03.2017 17:30

Просмотров: 2901

Константин Царев, г. Киев
(Окончание. Начало см. в РА 5/2011)
В печатной плате имеются четыре отверстия 4,2 мм напротив винтов крепления выходных транзисторов (рис.2), с помощью которых можно разбирать УМЗЧ, предварительно отвинтив винты крепления.

ВНИМАНИЕ: на радиаторы выходных транзисторов устанавливается уже предварительно настроенная плата усилителя, поэтому начинают с настройки усилителя напряжения.
Настройка УМЗЧ
Настройку необходимо начинать без выходных транзисторов и с отключенным от входа и выхода УМЗЧ интегратором. Если есть возможность, то желательно запитать усилитель от отдельного стабилизированного источника питания с защитой по току.
Собранный без ошибок усилитель начинает работать сразу. При необходимости следует подстроить симметрию ограничения выходного напряжения резисторами R4, R9. В моем усилителе в обоих каналах потребовалось включить резистор номиналом 1,5 кОм параллельно R4. При этом контролировалась амплитуда неискаженного сигнала и КНИ спек-троанализатором. Спектры выходного сигнала при подаче синусоидального сигнала частотой 1 кГц от генератора ГЗ-118 показаны на рис.6 и рис.7.
На рис.6 показан спектр выходного сигнала усилителя напряжения при выходной амплитуде сигнала 10В. Как видим, спектр сигнала ниспадающий, содержит гармоники со второй по пятую, КНИ меньше 0,1%.
 
На рис.7 показан спектр выходного сигнала усилителя напряжения при выходной амплитуде сигнала 15 В. В этом случае спектр мало меняется от амплитуды сигнала, и такой его характер сохраняется до напряжения 33 В. При этом только слегка возрастает КНИ. Ограничение напряжения начинается примерно с 32 В. Уровень шумов составляет примерно -95 дБ.
 
Настройку УМЗЧ продолжают, подключив интегратор и смонтировав плату, как указано выше, на радиаторы выходных транзисторов. К выходу усилителя подключают резистор сопротивлением 8 Ом мощностью 50... 100 Вт, который является эквивалентом нагрузки.
Перед первым включением усилителя от собственного источника питания следует первичную обмотку трансформатора включить через лампу накаливания 220 В / 40...60 Вт. При наличии ошибки в монтаже эта мера поможет избежать выхода из строя выходных транзисторов от теплового пробоя или КЗ.
Если эта лампа накаливания вначале загорелась и затем погасла (или горит вполнакала), то усилитель, скорее всего, исправен и лампу можно отключать. Если лампа горит ярко, то это указывает или на то, что есть ошибка в монтаже, или на то, что выставлен слишком большой ток покоя выходных транзисторов. Минимальное сопротивление резистора RF1 соответствует минимальному току покоя выходного каскада. При повторении авторской конструкции перед подключением к плате выходных транзисторов УМЗЧ из любопытства был собран макет выходного каскада, подано смещение на
затворы выходных транзисторов аналогично тому, как это сделано в усилителе, и измерен КНИ.
Сигнал подан с низкоомного выхода генератора ГЗ-118 амплитудой 4 В. Частота 1 кГц. Нагрузка 4 Ом, ток покоя 100 мА. Спектр выходного сигнала показан на рис.8.
 
Выходные транзисторы прекрасно работают уже при токе покоя 100 мА на пару, по словам И. Виноградского, увеличение тока свыше 200 мА мало влияет на окончательный результат (звучание). Следует упомянуть, что данные транзисторы не требуют принятия специальных мер по стабилизации тока покоя выходного каскада и его рабочая точка мало меняется от температуры и стабильна в широком диапазоне токов. Температурный дрейф входного каскада хорошо компенсируется интегратором. Повышенный уровень гармоник определяется низкоомным выходом генератора, где уровень гармоник выше, но выходное напряжение достаточное для раскачки транзисторов выходного каскада.
Для справки, уровень гармоник генератора (второй и третьей) находится на уровне -72 и -75 дБ. Таким образом, реальный уровень второй и третьей гармоник выходного каскада находится примерно на уровне -70 дБ.
Дальнейшая регулировка усилителя заключается в установке тока покоя резистором RF1, замеряя при этом падение напряжения на резисторе R25. Ток можно устанавливать в широких пределах, контролируя результат по звучанию, в моем варианте он был 250 мА, в авторском -200 мА.
При желании данный усилитель можно перевести в класс А, снизив напряжение питания выходного каскада до ±20...25 В и установив ток покоя 1...1,5 А, при этом усилитель будет работать в классе А, отдавая в нагрузку ток до достижения величины удвоенного тока покоя. Требования к источнику питания и радиаторам выходных транзисторов соответствующие.
Может потребоваться разрешение Энергонадзора для эксплуатации столь энергоемкого устройства (шутка).
Спектры выходного сигнала на нагрузке 8 Ом показаны на рис.9-рис.11.
На рис.9 выходная мощность составляет 2 Вт. Усилитель работает еще в классе А, поэтому есть только вторая и третья гармоники. КНИ = 0,24%.
 
На рис.10 выходная мощность равна 4,5 Вт. Усилитель уже в классе АВ, спектр содержит 2, 3, 4 и 5-ю гармоники.
КНИ 0,3%.
 
На рис.11 выходная мощность равна 12 Вт.
КНИ = 0,26 %. Спектр ниспадающий, содержит все гармоники до 10-й.
 
Измерения показали слабую зависимость КНИ от частоты сигнала и при росте амплитуды до 15 В наблюдается даже небольшое падение КНИ при увеличении числа гармоник. Для «без-ОООсного» усилителя так и должно быть, ведь нет обратной связи, компенсирующей рост гармоник при работе в классе АВ. Низкие искажения -- результат грамотного проектирования изначально линейных каскадов и влияние местных ООС.
Реакция усилителя на прямоугольный сигнал 1 кГц показана на фото 3, полученном с экрана осциллографа типа С1 -83.
 
Прослушивание УМЗЧ
Получив столь ободряющие результаты измерений, можно переходить к самому главному - прослушиванию усилителя.
УМЗЧ получился на редкость музыкальным, «всеядным» по жанрам музыки и не утомляющим по звучанию. Результат превзошел все мои ожидания при бюджете проекта, едва ли достигшем 150 USD. Очень требователен УМЗЧ к качеству источника сигнала и АС. Для примера могу сказать, что если подать сигнал
от обычной звуковой карты и подключить на выход АС типа S-90, то будет невозможно оценить потенциал усилителя. Более того, даже такая неплохая звуковая карта, как Аudigy, звучит существенно хуже профессиональной карты Е-Ми1616.
Немаловажную роль играет согласование АС и УМЗЧ. При прослушивании УМЗЧ через АС от ламповой радиолы «Симфония» (6ГД2,4ГД7,1ГДЗ) для согласования пришлось последовательно с АС включить резистор номиналом 2 Ом / 5 Вт. Иначе чрезмерное демпфирование НЧ головки резко снижало уровень баса. То же может происходить с однополосными АС на широкополосных динамических головках. Особенность звучания УМЗЧ - это прекрасно проработанная сцена и глубина, на хороших записях можно ощущать размер помещения, в котором записывалась композиция. Детальность звукового образа завораживает. И рок, и классика, и джаз звучат одинаково естественно и чисто. До сборки усилителя мне нравилось звучание ламповых УМЗЧ, теперь я поклонник «Ноосферы»!
Конструкция и монтаж
Из усилителя «Одиссей» были удалены все блоки, входные и выходные разъемы, заменены питающие провода по цепям ±55 В на провода с сечением 1,5 мм2. Выходные клеммы необходимо заменить новыми винтовыми. Для их монтажа следует расширить пазы в корпусе усилителя до 10 мм и установить новые клеммы на изолирующие прокладки из стеклотекстолита. К качеству клемм следует подойти особенно тщательно, они не должны содержать железных деталей, что легко проверяется магнитом. На рынке предлагают входные разъемы золотистого цвета, выдаваемые недобросовестными продавцами за латунные. На самом деле это алюминиевый сплав с покрытием. Поэтому лучше всего взять клеммы известного производителя.
Входные RCA клеммы установлены на алюминиевую панель через изолирующие прокладки.
Между выходными клеммами УМЗЧ не должно быть металлических деталей задней стенки УМЗЧ.
Источник питания
Источник питания усилителя оставлен без изменений за исключением сетевой цепи. В цепь первичной обмотки трансформатора питания после предохранителя включена фильтрующая емкость 1 мкФ х 600 В, далее помехоподавляющий дроссель и варистор.
Регулятор громкости
Автором рекомендуется в качестве предпочтительного регулятора громкости ALPS Blue Velvet RK27 10...50 кОм.
Он предназначен для цифровых стереосистем, где предъявляются высокие требования по разбалансу каналов и взаимному проникновению сигнала из канала в канал. Это сдвоенные резисторы, изготовленные на основе высококачественных углеродных резистивных элементов со специальными функциональными зависимостями для аудиоприменений.
При повторении УМЗЧ так как заказанный ALPS RK18 50 кОм чрезвычайно долго доставлялся продавцом.
Регулятор регулировки громкости должен быть перенесен к входным разъемам для уменьшения наводок. Для этого придется изготовить удлинитель из части старого потенциометра двух втулок и удлинительной тяги. Конструкция удлинителя показана на фото 4.
 
Плата защиты АС
Между блоками усилителя расположена плата защиты АС от постоянного напряжения. Я пробовал ее отключать - разницы в звучании нет, поскольку качественные контакты реле на 30 А успешно справляются со своей задачей. Монтаж провода от выхода усилителя до платы защиты и далее до выходных клемм сделан медным акустическим кабелем сечением 2,5 мм2.
Внимание! Часто в продаже можно найти алюминиевые акустические провода с медным покрытием, они для качественных систем непригодны! Такие провода хорошо определяются по весу.
Дальнейшая доработка УМЗЧ
Можно сделать еще много мелких улучшений для повышения качества звучания, например: заменить диоды КД213 диодами Шотки в ИП, электролиты - рекомендуемыми И. Виноградским и др. Вообще, для тороидальных трансформаторов рекомендуется половинки вторичныхобмоток включать через отдельные мостики и затем объединять плюсовые и минусовые шины фильтрующих конденсаторов в общую «землю» усилителя. Может, так и сделаю со временем. Мой вариант разводки печатной платы не идеален. Для дальнейшего совершенства простор очень широкий.
Компоновка УМЗЧ примерно соответствует рекомендациям автора. С авторским вариантом «Ноосферы» можно ознакомиться на сайте форума http://www.vegalab.ru/forum/showthread.php/38000. Там же много советов по компоновке усилителя из готовых блоков.
Основные отличия авторского варианта от моего - это заводское изготовление печатных плат,
применение более качественных конденсаторов фильтра питания, выверенная разводка печатной платы. Используются другие транзисторы в УН типов 2SA1358-2SC3421. Применены диоды Шотки в ИП. Гарантированное качество сборки и настройки. Наконец авторский опыт!
В заключение хотелось бы отметить, что к повторению данной конструкции следует приступать, имея багаж знаний в области усилительных устройств, навыки в проведении измерений, а также элементарный набор измерительных приборов: осциллограф, вольтметр постоянного и переменного тока, мультиметр, генератор синусоидального сигнала, компьютер и программу спектрального анализа.
РА 6'2011