Блок питания и внутренняя схема STK4050.

Усилитель построен на транзисторах серии ThermalTrak от известного производителя On Semiconductor. Эти транзисторы представляют собой новую версию топовых моделей MJL3281A и MJL1302A и имеют встроенные диоды для организации термокомпенсированных цепей смещения выходного каскада.

В результате этого исключается регулировка тока покоя выходного каскада и отпадает необходимость в классическом умножителе напряжения для термостабилизации тока покоя выходного каскада и решается ряд конструктивных вопросов по снижению термического сопротивления радиатор-транзистор.

Усилитель выполнен на двухсторонней печатной плате, хотя для такой относительно простой конструкции это казалось бы необязательно. Однако, двухсторонняя разводка проводников позволяет оптимизировать их расположение, с целью минимизации взаимных наводок и компенсации магнитных полей, создаваемых асимметричными токами выходного двухтактного каскада класса B (об этом мы писали в цикле статей « »).

Особенности и характеристики

Для начала небольшое замечание: авторы в описании своего усилителя часто упоминают то режим «АВ», то режим «В». На самом деле усилитель относится к классу «АВ», то есть на малых уровнях сигнала он работает в классе «А», а на высоких мощностях переходит в класс «В».

Если в первом случае (для малых сигналов, класс «А») борьба с магнитными полями и пульсациями в цепях питания не представляет больших трудностей из-за малых значений и симметричности токов, то при переходе усилителя в класс «В» токи становятся несимметричными и напряженность магнитных полей будет значительной. Эксплуатировать усилитель с максимальной мощностью 200 Вт на уровнях 3-5 Вт как-то нецелесообразно. Поэтому авторы уделили особое внимание получению максимальных характеристик (и соответственно устранению или компенсации всех негативных факторов) на мощностях близких к пиковой, то есть в режиме «В».

Схемотехнические и конструктивные решения, применённые в конструкции, позволили получить:

• Очень низкие искажения
• Отсутствие регулировки тока покоя
• Двухстороннюю печатную плату с простой топологией проводников
• Компенсацию наводок магнитных полей при работе в классе «В»

Основные технические характеристики усилителя:

• Выходная мощность: 200 Вт при нагрузке 4 Ом; 135 Вт при нагрузке 8 Ом,
• Частотная характеристика (при мощности 1 Вт): 4 Гц по уровню –3 dB, 50 кГц по уровню –1 dB
• Входное напряжение: 1.26 В при выходной мощности 135 Вт и нагрузке 8 Ом
• Входное сопротивление: ~12 кОм
• Гармонические искажения: < 0.008% в полосе 20 Гц-20 кГц (нагрузка 8 Ом); типовое значение < 0.001%
• Отношение сигнал/шум: менее 122 dB при мощности 135 Вт и нагрузке 8 Ом.
• Коэффициент демпфирования: <170 при нагрузке 8 Ом на частоте 100 Гц; <50 на частоте 10 кГц

Описание схемы

На рисунке представлена принципиальная схема усилителя мощности:

Принципиальная схема усилителя (увеличение по клику)

Входной сигнал через конденсатор ёмкостью 47 мкФ и резистор сопротивлением 100 Ом поступает на базу транзистора Q1, дифференциального каскада, собранного на транзисторах Q1 и Q2. Здесь используются малошумящие транзисторы фирмы Toshiba 2SA970, так именно этот каскад вносит самый большой вклад в итоговый уровень шума всего усилителя.

Усилитель охвачен петлёй общей отрицательной обратной связи, номиналы элементов которой определяют коэффициент усиления. При указанных на схеме номиналах он составляет 24,5 раз.

Конденсатор в цепи отрицательной обратной связи обеспечивает 100% связь по постоянному току для поддержания нулевого потенциала на выходе усилителя без применения дополнительных интеграторов и т.п. При ёмкости в 220 мкФ он обеспечивает нижнюю граничную частоту 1,4 Гц по уровню -3 дБ.

Конденсаторы обратной связи

Ёмкости конденсаторов на входе и в цепи отрицательной обратной связи несколько больше, чем обычно устанавливают в этих цепях. Такие величины выбраны, чтобы минимизировать возможные искажения в полосе звуковых частот.

Для примера, выходное сопротивление CD-проигрывателя обычно составляет несколько сотен Ом. Если на входе установить конденсатор ёмкостью 2,2 мкФ (типовое значение для входных цепей), то на частоте 50 Гц входной каскад будет «видеть» сопротивление источника сигнала порядка полутора килоом. Конденсатор ёмкостью 47 мкФ на той же частоте будет иметь импеданс всего 67 Ом. (Напомним, что источник сигнала, по сути, является генератором напряжения, поэтому должен иметь низкое выходное сопротивление)

Здесь также не используются (обычно рекомендуемые) неполярные конденсаторы. Они имеют размеры в несколько раз больше, чем простые электролитические конденсаторы, из-за чего склонны больше ловить шумы и наводки. Так как поставлена цель сделать усилитель с минимальным уровнем шумов и искажений, то для этого приняты все меры: схемотехнические решения, выбор элементной базы, конструктивные решения.

Усилитель обладает широкой полосой пропускания, что тоже накладывает свои требования и ограничения на выбор элементов, к монтажу и т.д. с целью минимизации улавливаемых шумов и помех.

Диоды D1 и D2 защищают относительно низковольтный электролитический конденсатор в цепи отрицательной обратной связи в случае выхода усилителя из строя. Кстати, настоятельно рекомендуется снабдить усилитель какой-нибудь системой защиты акустических систем. У авторов она перекочевала из предыдущей конструкции, поэтому здесь её описание не приводится.

Использование двух диодов вместо одного гарантирует отсутствие нелинейных искажений из-за ограничения пиков сигнала в цепи обратной связи (около 1 В, а два диода дадут ограничение на уровне порядка 1,4 В).

Драйверный каскад

Основное усиление напряжения дает каскад на транзисторе Q9. Для уменьшения нелинейных искажений входной каскад развязан от драйверного через эмиттерный повторитель на транзисторе Q8.

Для получения максимальной линейности и максимального усиления драйверный каскад нагружен на активный источник тока (выполнен на транзисторе Q7). Базовое смещение и для него, и для источника тока входного каскада (Q5) создает транзистор Q6. Несколько сложные цепи смещения транзисторов Q5, Q6, Q7 обеспечивают максимальное подавления шумов и пульсаций по цепям питания, что важно для усилителя класса «В», где по шинам питания гуляют большие (до 9 А!) и, самое главное, несимметричные импульсные токи.

Если пульсации цепей питания попадут во входной каскад, то будут усилены всеми каскадами и попадут в нагрузку — акустическую систему. То, что мы услышим в результате, скорее всего, нам не понравится. Поэтому в усилителе приняты все меры для предотвращения проникновения шумов и пульсаций из цепей питания в усилительный тракт.

На осциллограмме в центре показан сигнал генератора частотой 1 кГц. Верхний (красный) график — модуляция пульсаций положительной шины источника питания входным сигналом, нижний график — модуляция отрицательной шины питания:

Конденсатор 100 пФ между коллектором Q9 и базой Q8 ограничивает полосу пропускания усилителя. Поскольку к нему прикладывается полная амплитуда выходного сигнала каскада, он должен быть рассчитан на напряжение 100 В или более.

Выходной каскад

Выходной сигнал драйверного каскада на транзисторе Q9 подаётся на транзисторы выходного каскада через резисторы номиналом 100Ом, которые защищают транзисторы Q7 и Q9 от короткого замыкания на выходе усилителя, хотя, конечно, первыми должны перегореть предохранители. Кроме того, эти резисторы предотвращают возможное возбуждение выходного каскада.

Выходной каскад построен на составных комплементарных транзисторах Дарлингтона. Во-первых, это дало возможность использовать высоколинейные транзисторы фирмы ThermalTrak со встроенными диодами, во-вторых, получить максимально полную мощность на нагрузке 4 Ома (минимизировать падение напряжения на выходном каскаде).

Термокомпесация смещения

При использовании четырёх транзисторов фирмы Thermaltrak в выходном каскаде мы имеем четыре встроенных диода для организации термокомпенсированной цепи смещения.

Как показано на схеме, четыре диода включены последовательно между коллекторами транзисторов Q7 и Q9. Такой метод организации смещения выходного каскада был широко распространён в 60-70-х годах. Позднее его сменил, ставший классическим решением, умножитель напряжения на транзисторе.

Обычно ток покоя выходного каскада задает каскад на транзисторе, который крепится на один радиатор с выходными транзисторами, тем самым обеспечивается термическая связь. Такой способ имеет недостатки: во-первых транзистор цепи смещения приходится подбирать, для обеспечения оптимальной термокомпенсации, во-вторых в любом случае присутствует тепловая инерция: выходной транзистор должен нагреть радиатор, радиатор нагреет транзистор цепи смещения и только тогда произойдёт термокомпенсация тока выходного каскада.

Размещение диодов для термостабиилизации в одном корпусе с транзистором решает эти проблемы: диоды имеют характеристики максимально согласованные с транзисторами, поэтому термостабилизация происходит максимально точно, во вторых они расположены на одной подложке с кристаллами транзистора, что делает их нагревание максимально быстрым, исключается посредник-радиатор.

С транзисторами Thermaltrak, благодаря встроенным диодам, ток покоя усилителя быстро стабилизируется после включения и поддерживается очень точно, не зависимо от изменения напряжения питания или уровня выходного сигнала. Фирма производитель также утверждает, что линейность каскада с таким смещением выше, чем при использовании обычного транзисторного умножителя.

На рисунке объясняется способ задания смещения выходного каскада:

Четыре интегрированных диода компенсируют четыре перехода база-эмиттер и определяют ток выходного каскада. С учётом того, что выходные транзисторы включены параллельно и в эмиттерных цепях установлены резисторы по 0,1 Ом, четыре последовательно включённых диода обеспечивают ток покоя выходного каскада на уровне 70-100 мА, что несколько выше, чем обычно задаётся транзисторным узлом смещения.

Выходной фильтр

Выходной фильтр представляет собой RLC-цепь, состоящую из индуктивности (без сердечника) 6,8 мГн, резистора сопротивлением 6,8 Ом и конденсатора ёмкостью 150 нФ. Этот фильтр использовался авторами во многих конструкциях усилителей и показал свою высокую эффективность в плане изоляции выходного каскада от любых обратных токов, вызванных реактивной нагрузкой, тем самым обеспечивая высокую стабильность усилителя. Фильтр также эффективно подавляет радиочастотные сигналы, улавливаемые длинными проводами от акустических систем, что предотвращает их проникновение во входные цепи усилителя.

Предохранители

Выходной каскад питается через предохранители на 5 А от шин ± 55 В. Они обеспечивают единственную защиту усилителя от коротких замыканий на выходе или других неисправностей, которые в результате приводят к повышенному потребляемому току.

Двусторонняя печатная плата

Для упрощения и оптимизации разводки цепей питания печатная плата усилителя выполнена двухсторонней. Во-первых, это позволило организовать разводку общего провода в виде «звезды», когда все проводники с нулевым потенциалом сходятся в одну точку, что исключает образование «земляных» петель и проникновение выходного сигнала во входные цепи. Об этом мы писали в цикле статей « »

Во-вторых, и что ещё более важно, разводка проводников и расположение деталей на плате выполнены так, чтобы компенсировать магнитные поля, создаваемые большими импульсными токами. Об этом мы также писали в цикле статей « », где предлагалось свивать бифилярно проводники с большими и противофазными токами. На печатной плате проводники так не совьёшь, но компенсировать поля, тем не менее, возможно.

Для примера, предохранитель положительной шины питания расположен рядом и параллельно с эмиттерными резисторами выходного каскада Q12 и Q13. Элементы соединены так, что ток через них течёт в разных направлениях, за счёт чего происходит взаимная компенсация магнитных полей. Аналогично детали размещены по минусовой шине.

Дорожки питания от разъёма CON2 до предохранителей идут рядом параллельно друг другу, а в середине платы расходятся в разные стороны. Под расходящимися проводниками расположены дорожки эмиттерных цепей выходного каскада, а под параллельными дорожками расположены земляная шина. За счёт такой разводки печатной платы магнитные поля, создаваемые этими дорожками, взаимно компенсируются.

Применённые методы подавления магнитных полей позволили существенно снизить искажения усилителя.

Результаты измерений параметров усилителя:

АЧХ усилителя при выходной мощности 1 Вт на нагрузке 8 ОМ

Гармонические искажения усилителя на частоте 1 кГц при нагрузке 8 Ом. Видно, что клиппирование происходит на мощности 135 Вт.

Гармонические искажения усилителя на частоте 1 кГц при нагрузке 4 Ом. Видно, что клиппирование происходит на мощности 200 Вт.

Искажения усилителя при нагрузке 8 Ом (резистивная нагрузка)

Искажения усилителя при выходной мощности 100 Вт на резистивной нагрузке 4 Ом.

Продолжение следует...

Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»

Вольный перевод: Главный редактор « »

Можно собрать усилитель на транзисторах, но намного проще и быстрее построить усилитель на базе гибридной интегральной схемы серии STK40xx производства Sanyo. Усилитель получается с высоким качеством звука и с низким уровнем шума.

Максимальная выходная мощность усилителя, например на STK4050 — 200 Вт!

Звук имеет хорошее качество. Усилитель можно использовать в домашних кинотеатрах, в компьютерах и т.п. также можно использовать в качестве усилителя сабвуфера. Для стерео варианта нужно собрать два таких усилителя. Сопротивление нагрузки 8 Ом. Микросхема должна быть установлена на хороший радиатор через теплопроводящую пасту. Дорожки питания и выхода печатной платы должны иметь максимальную ширину.

Основные технические характеристики STK4050:

• Предельно допустимое напряжение питания +/- 95 В
• Номинальное напряжение питания +/- 65 В
• Номинальная выходная мощность 200Вт
• Рассеиваемая мощность (Р вых. = 200 Вт.) 130 Вт
• Коэффициент гармоник (Р вих. = 200 Вт.) 0,3%
• Номинальное сопротивление нагрузки 8 Ом
• Входное сопротивление 55 кОм (Р вых. = 1 Вт., F = 1 кГц)
• Частотный диапазон (+0, -3 дБ) 20 Гц — 50 кГц
• Коэффициент усиления по напряжению 40 дБ
• Чувствительность 350 мВ

Принципиальная схема усилителя на STK4050

Особенности STK4050:

• Компактная и тонкий корпус
• Серия STK имеет 18 контактов максимальную мощность на канал от 120 до 200 Вт
• Простая конструкция теплоотвода
• Текущий применение зеркальной схеме уменьшает искажения до 0,08%
• Выключение нагрузки по тепловой защите и от короткого замыкания, а также подавления шума, при включение / выключении питания

Блок питания и внутренняя схема STK4050

Печатная плата усилителя

Доработка схемы на STK4050

Таблица характеристик ГИС STK40XX

П О П У Л Я Р Н О Е:

Как обеспечить громкоговорящей связью, скажем, два пункта, удален­ных друг от друга на значительное расстояние? Подобная задача возникает в школе, пионерском лагере, в небольшом поселке или далеко удаленных комнатах дома. И во всех подобных случаях приходит на помощь переговорное устройство.

Светово́й меч (англ. Lightsaber) - это фантастическое оружие многим известно по фантастической саге «Звёздные войны». Его можно встретить в научно-фантастических фильмах и рассказах.

Предлагаемая схема предназначена для «умощнения» интегральных усилителей мощности на микросхемах TDA7293 и TDA7294 с помощью нескольких внешних компонентов. Отличительная особенность предлагаемой схемы – простота и отсутствие наладки.

Многие из собиравших усилители на микросхемах TDA7293 и TDA7294 столкнулись с тем, что реальная микросхема не держит заявленную в Datasheet мощность. Одна из возможных причин – некачественные китайские микросхемы. Впрочем – на высокоомную нагрузку они обычно работают неплохо, из чего можно сделать вывод, что кристалл под нагрузкой просто перегревается, а хваленая тепловая защита (как и защита от короткого замыкания) работает тоже «по-китайски»: не защищает ни от чего. Внимательное изучение микросхемы приводит к тем же выводам – вызывает большое сомнение способность этого корпуса отвести от кристалла более 40-50w. Ну разве что охлаждать его жидким азотом...

Защита от КЗ там тоже специфична – при работе на комплексную нагрузку (реальный сабовый динамик) пиковые токи даже при половинной мощности превышают порог срабатывания защиты, что вызывает противный треск в звуке… При этом (печальный опыт, увы) – спустя пару минут микросхема все равно превращается в облако дыма, не смотря на все усилия внутренней схемы защиты…

А сама идея TDA7293 и TDA7294 весьма привлекательна – малогабаритный модуль мощностью 100-130 Вт с весьма приличным звуком (не хай-энд, но вполне хай-фай…). Это и усилитель для домашнего сабвуфера, и усилитель гибридного гитарного аппарата, да и для озвучивания небольших помещений достаточно 2-3 таких модуля с соответствующими колонками… Жаль только, что оно не работает, как обещает документация производителя…

Мысль использовать TDA7293 в качестве предварительного усилителя с внешним выходным каскадом была совершенно банальна и очевидна, и даже отражена в документации на микросхему. Предлагаемое производителем решение назвать простым можно с некоторой натяжкой, а главное – оно только понижает рассеиваемую микросхемой мощность, но не увеличивает отдаваемый в нагрузку ток…

Потому – было решено сделать «умощнение» по-другому, и, естественно, как можно проще. Отмечу сразу - это решение не в аудиофильском стиле «только лампы и обязательно в классе "А"»… Специально измерение искажений не проводились, но видимых на экране и явно слышимых невооруженным ухом искажений схема не имеет, тем более что изначально схема предназначалось для работы с сабвуфером.

Входная часть - практически типовое включение TDA7293. Слегка изменена схема формирования управляющих напряжений на 9/10 выводах микросхемы для простоты. Обращу внимание на раздельные «земли» входных цепей и электролитов питания и нагрузки! Если усилитель у вас одноканальный с отдельным питанием и сигнал подается прямо на вход TDA7293, тогда земли можно не разделять (как это и сделано на большинстве печатных плат, предлагаемых в комплекте с TDA7293). А вот если от одного источника питается несколько каналов, да еще сигнал поступает от какого-нибудь кроссовера, «земля» питания которого тоже прицеплена к «земле» усилителя мощности, вот тогда и возникают вопросы типа: «Чего ж оно фонит? Я же все заэкранировал!» Дорожку на печатке нужно разрезать, и прямо на разрез можно припаять SMD резистор ом на 100. Этого можно и не делать, но тогда есть шанс забыть при отладке подать «землю сигнальную» и все спалить. Землю сигнальную нужно протянуть отдельным проводом (можно использовать экран экранированного провода) от источника сигнала. Поскольку внешний выходной каскад работает в классе B, для устранения «ступеньки» в выходном сигнале резистор R8 выбран относительно низкоомным (0,75 Ом), и в диапазоне выходного тока до 1 A преимущественно работает высоколинейная TDA7293. Когда выходной ток усилителя увеличивается примерно до 1 A, плавно открывается выходной транзистор и выходной ток TDA7293 ограничивается суммой тока базы выходного транзистора и 1 A через R8. Уменьшать значение R8 далее не следует - линейность это заметно не повысит, а мощность, рассеиваемая TDA7293, возрастет. Конденсатор С9 устраняет ВЧ возбуждение и дополнительно уменьшает переключательные искажения выходного каскада (точнее – он позволяет ВЧ составляющим с выхода TDA7293 поступать непосредственно в нагрузку, что довольно эффективно компенсирует «ступеньку» выходной пары внешних транзисторов). В первом варианте была использована одна пара выходных транзисторов, при этом мощность на резистивном эквиваленте нагрузки 4 ома получилась 200 w синуса при питании +/-55 v на холостом ходу. Под нагрузкой питание садилось примерно до 48 v (питание осуществлялось трансформатором ТС-360 с перемотанной вторичной обмоткой, емкости фильтра – по 15000 мкФ). Поскольку реальная нагрузка носит комплексный характер, для повышения надежности была добавлена вторая пара транзисторов и резисторы R9 и R10 для выравнивания токов между парами (если необходима мощность менее 200 Вт, вполне можно ограничиться одной парой выходных транзисторов. В таком случае резисторы R9 и R10 можно исключить). Цепь обратной связи подключена к эмиттерам VT1,VT2. Это увеличивает выходное сопротивление усилителя на 0,08 ома и, на мой взгляд, дефектом не является. Если же обратную связь подключить к нагрузке, выходной ток TDA7293 не будет ограничиваться на уровне 1 А, а будет продолжать расти, хотя и медленно.

Рекомендую акустику подключать через реле со схемой задержки подключения и защиты от постоянного напряжения на выходе - выходной каскад защиты от КЗ не имеет и в случае любых катаклизмов есть приличный шанс повредить акустику. Кроме того, у меня на свободной контактной группе этого же реле собран ограничитель тока силового трансформатора при включении (в цепь питания трансформатора 220В включен проволочный резистор на 100 Ом мощностью 10 Вт, замыкаемый свободными контактами реле) - крайне полезная штука при мощностях более 100 w. Полезность такого решения – в плавном нарастании напряжения питания усилителя при включении, а главное – в ограничении тока от сети в момент включения. Дальнейшее повышение мощности вполне возможно: допустимое питание для TDA7293 составляет +/-60 v, количество выходных транзисторов может быть, соответственно, увеличено.

Все, что говорилось о TDA7293, в полной мере относится и к TDA7294 – с учетом более низкого предельного напряжения питания и иной схемы подключения конденсатора вольтодобавки. Мой опыт показывает несколько большую надежность TDA7294, но возможно это следствие распространившихся в последнее время низкокачественных TDA7293 китайского производства… Еще одно отличие TDA7294 от TDA7293 состоит в том, что у TDA7294 не работает внутренняя схема детектора перегрузки, а у TDA7293 она вполне работоспособна и позволяет индицировать как перегрузку по току, так и клиппинг по напряжению – достаточно прицепить к 5 выводу микросхемы светодиод с токоограничивающим резистором, что довольно удобно.

Предложенное решение – внешний выходной каскад – не требует настройки, если собрано из исправных компонентов, ибо ток покоя у выходных транзисторов равен 0. Серьезным недостатком предложенной схемы является отсутствие защиты от короткого замыкания в нагрузке – при подключенном внешнем выходном каскаде встроенная схема не работает (справедливости ради следует отметить, что и встроенная схема в рекомендованном включении у меня ни разу не спасла микросхему от выгорания…). Впрочем, если предложенный усилитель встраивается, например, в сабвуфер, ввиду отсутствия внешних соединений с акустикой вероятность короткого замыкания ничтожно мала, и на этот недостаток можно закрыть глаза…

Существует возможность еще уменьшить рассеиваемую TDA7293 мощность – увеличить R8, но при этом неизбежно увеличатся и искажения, вносимые выходным каскадом (полагаю, для использования с сабвуфером – это вполне допустимо, тем более, что на низких частотах ООС микросхемы довольно эффективно их компенсирует).

Конструктивно удобно выполнять монтаж всего узла прямо на радиаторе – микросхема с платой крепится в непосредственной близости от пары выходных транзисторов (через слюдяные прокладки и с помощью теплопроводной пасты, естественно), все элементы, кроме R8 и С9 находятся на плате микросхемы, а
R8 и С9 удобно припаять непосредственно к выводам транзисторов.

Вот так выглядел макет варианта с одной выходной парой транзисторов:

Возможно – подобное решение уже предлагалось ранее – «патентный» поиск я не проводил...

Список радиоэлементов

​Основные преимущества:

1. Потрясающее, собранное и детальное звучание
2. Проникновенный вокал, создающий впечатление общения с исполнителем
3. Высочайшая термостабильность даже при работе на полную мощность. Выходные транзисторы работают в классе В, поэтому не подвержены саморазогреву.
4. Мощность до 200 Вт при простотой и ОЧЕНЬ дешевой реализации.

Начало этой истории положило прочтение публикации и ее обсуждение на протяжении более года на форумах Vlab и Ussr Hi-Fi. С тех пор стало очевидно, что без оригинала статьи, с которого и была скомпилирована, дальнейшее усовершенствование усилителя Гумеля превратится в вытаскивание гланд через … ну вы меня поняли. Статью эту удалось найти. Ниже приведен скан оригинала и сделанный мною перевод.

Базовый принцип усилителя с токовым управлением был впервые описан в «Электоре» (см. Электор №8 и 21). Если кратко подытожить, его схема использует эффект четырех пассивных компонентов (моста) R2, R3, L и C, показанных на рис.1, благодаря которому нелинейная характеристика выходного каскада становится не важна. Таким образом, стало возможным использование выходного каскада класса В (т.е. смещение на базах выходных транзисторов ниже потенциала отсечки, поэтому их ток покоя равен нулю) со всеми его преимуществами и без присущих ему недостатков (переходные искажения) в данной конструкции.

Схема, показанная на рис.2 функционально реализует принцип токового управления, описанный выше. Если верить автору, данный УМЗЧ позволяет получить 100 Вт при работе на 4 Ом нагрузку, при этом Кг на частоте 1кГц заявлен 0,006% при мощности 60 Вт. Если имеется оборудование, позволяющее произвести точные измерения Кг, C3 может быть заменен на переменный конденсатор емкостью 22 пФ, и последний настроен по минимуму искажений.

Схема также содержит нововведение в виде эквивалентной нагрузки (R9).

Выходной каскад управляется (через транзисторы Т2 и Т5) транзисторами Т1 и Т4, включенными последовательно в положительные и отрицательные плечи питания ОУ соответственно. Это также улучшает скорость нарастания ОУ 741 (имеется в виду LM741 и клоны). Если, однако, применяется более скоростной ОУ (например, LF357), то номиналы R4 и R7 должны быть изменены для обеспечения такого тока покоя ОУ, чтобы выходные транзисторы оставались закрытыми.

Грэм Шмидт (Германия)

Не смотря на то, что сама идея в своем развитии, несомненно, позволяет получить высочайшие параметры при мизерных схемотехнических и денежных затратах, элементарная база, примененная Шмидтом, без сомнения, отстала от дня сегодняшнего. Сегодня стали доступны высокоточные ОУ с впечатляющим быстродействием и скоростью нарастания, мощные малошумящие транзисторы, почти не требующие подбора в пары, высокочастотные диоды с низким порогом открытия и недорогие стабилитроны, точность напряжения которых не хуже долей процента и слабо зависит от температуры. Более того, сейчас эти компоненты сравнительно дешевы и доступны.

На основании этих фактов, непрерывных экспериментов и поисков, смены схем и плат, было получено оптимальное сочетание номиналов и параметров устройства, схема которого приведена ниже:

ОУ. Был выбран распространенный TL071 как музыкальный, скоростной ОУ с малым напряжением смещения, что очень критично в данной схеме, т.к. без C 1 данный УМЗЧ может работать, фактически, как усилитель постоянного тока, поскольку не содержит емкости в цепи ООС. Лучшим TL071, из побывавших в моих руках, был ОУ производства Texas Instruments ® . Смещение на выходе без калибровки составляло не более 3 мВ. Для нормальной работы УМЗЧ необходимо, чтобы смещение на выходе не превышало 30 мВ. Но, поскольку достать ОУ элитных фирм, таких как TI (Texas Instruments ®), NS (National Semiconductors ®) и AD (Analogue Devices ®), с малым напряжением смещения не всегда удается, на плате предусмотрено место для установки подстроечного резистора (номинал берется из даташита) формата CA-6V или аналогичного.

Возможные замены (от наиболее предпочтительных к наименее):

Элитные ОУ Burr-Brown и т.п., TL071 производства “низких” брэндов типа ST, КР544УД2А, КР544УД1А, КР140УД608, КР574 и т.п.

Замена ОУ повлечет за собой и изменение параметров ОООС и местных ООС. Емкость C 2 установлена для того, чтобы компенсировать падение усиления с увеличением частоты для ОУ 741. Для TL071 эта неравномерность проявляется далеко за пределами звукового диапазона, а поэтому не требует коррекции. Одним из форумчан Vlab этот конденсатор был вообще исключен. Я же предлагаю установку емкости порядка 500 – 1000 пФ для стабильности схемы и джампер JP 1 , который позволяет отключить эту коррекцию.

Стабилитроны были установлены в делители баз транзисторов Эмиттерного Повторителя (ЭП), образованного VT1 и VT2. Вместе с резисторами R5 и R6 мощностью 0,5 Вт стабилитроны образуют параметрические стабилизаторы, позволяющие менять питание УМЗЧ в широких пределах, не пересчитывая резистивных делителей. Для наилучшего результата стабилитроны желательно подобрать парами по напряжению стабилизации в пределах 12 – 13 В, но обязательно одинаковые. Напряжение 15 В недопустимо , т.к. тогда ОУ в данной схеме может выйти из строя или уйти в крайне нелинейный режим.

В моей конструкции использованы 1N4742A, как вариант BZX55C12 или отечественные, но они требуют подбора, т.к. разброс у них больше.

Диоды также отвечают современным тенденциям. Вместе с резисторами R 15 и R 16 диоды D 1 и D 2 выполняют функции термостабилизации предвыходного (VT 3 , VT 4 ) каскада, а также предотвращают протекание тока покоя через транзисторы выходного (VT 5 , VT 6 ) каскада даже при значительном прогреве устройства.

Защитные диоды D 3 и D 4 предусмотрены 1N4007, однако устанавливаются они только в случае, если в выходных супер-бэтта транзисторах отсутствуют встроенные. В моем случае, в TIP142/147 эти диоды есть. При установке транзисторов типа 2SC5200,2SA1943 диоды D 1 , D 2 должны быть германиевые импульсные типа Д311 или маломощные диоды Шотки, важно, чтобы падение напряжения на прямом переходе диода было 0,25 – 0,3 В.

Диоды D 6 и D 7 , включенные в прямом смещении, в комбинации с конденсаторами С4..С7 препятствуют проникновению наводок в каскад питания ОУ, возникающих в связи с большим потреблением выходного каскада на высокой мощности.

Транзисторы . Выходной каскад был оставлен без изменений, его характеристика не имеет значения. В ЭП были установлены популярные высокочастотные транзисторы BC546/556. В эмиттерные цепи предвыходного каскада были включены ограничивающие резисторы R 15 , R 16 , помогающие стабилизировать ток покоя. Кроме того, по напряжению на этих резисторах удобно измерять ток покоя. Его величина – 20 мА . Т.о. напряжение на резисторах должно быть 15 * 0,02 = 0,3 В.

Транзисторы предвыходного каскада подбирались по звучанию. Все рассмотренные варианты звучали по СЧ и ВЧ примерно одинаково, однако TIP31C/32C производства Fairchild Semiconductors ® (Опасайтесь подделок!!!) дали не только отличную вокальную картину и детальность, но и наиболее собранный и плотный бас. С целью термостабильности, кроме вышеописанных мер, VT 3 и VT 4 разнесены на разные концы платы и установлены каждый на отдельный небольшой пластинчатый теплоотвод с площадью поверхности около 30 см 2 .

Резисторы C1-4 (углеродистые) или МЛТ (металлопленочные). Все, кроме указанных отдельно, на 0,125 – 0,25 Вт.

Конденсаторы С12 , С3 – К10-17б; С1 , С4 , С6 , С8 , С10 – К73-17; С2 – К73-9 .

Остальные – электролиты, лучше известных японских фирм – Rubycon, Mitsumi, Matsushita (Panasonic), Samsung, Sanyo, Jamicon.

Настройка

Настройка выполняется с отключенными транзисторами выходного каскада. VT 5 и VT 6 впаиваются в последнюю очередь.

Катушка выполнена на оправке d=7 мм в два слоя и содержит 9+7 витков медного провода диаметром 0,8 мм в лаковой или эпоксидной изоляции. Пропитана клеем “Момент” или парафином для жесткости. От точности и качества катушки во многом зависит конечный результат.

Балансировка. Для проверки сначала установите R 7 и R 8 по 180 Ом. Подключите питание усилителя через мощные проволочные резисторы (не менее 5 Вт) сопротивлением примерно по 50 – 100 Ом каждый. Это позволит избежать возможных пробоев, перегрева, перегрузки БП и прочих проблем. На предвыходные транзисторы устанавливаются пластинчатые теплоотводы. Вход накоротко замыкаем на землю.

Теперь подаем питание усилителя и измеряем постоянное напряжение на его выходе. Если оно меньше 30 мВ , то вам повезло и ОУ калибровать не надо. В противном случае в плату устанавливается подстроечный резистор и с его помощью на выходе устанавливается нулевое напряжение. Номинал и схема включения подстроечного резистора выбираются исходя из технической документации на микросхему.

Ток покоя предвыходного каскада 20 мА. Устанавливается подбором резисторов R7, R8 до получения на резисторах R15, R16 напряжения 300 мВ. Все эти резисторы должны быть подобраны в пары с максимально возможной точностью. Начните с сопротивления 180 Ом. Для разных ОУ и транзисторов номиналы могут меняться от 180 до 330 Ом. Чем больше сопротивление резисторов R7, R8, тем выше ток покоя предвыходного каскада.

Теперь установите выходные транзисторы. Они крепятся на теплоотвод площадью около 300 см 2 через слюду с термопастой на винтах с изолирующими втулками. Еще раз проверьте ток покоя.

Баланс моста. Этот пункт выполняется только при наличии осциллографа и генератора (можно с компьютера). Необходимо подать на вход 15-20 кГц синусоиду. Сначала выставить небольшой уровень и посмотреть на участок вблизи оси. Если на нем заметны “прогибы” синусоиды, то настройка нужна. Для этого вместо С3 устанавливается подстроечный конденсатор примерно на 30 пФ. Его изменением добиваются исчезновения участка “недокомпенсации”.

Еще раз проверьте ноль на выходе. Настройка завершена!

Печатная плата выполнена из одностороннего фольгированного текстолита толщиной 1,5 мм. Размер платы 90х60 мм . Ниже даны раскладка элементов и рисунок печатной платы для лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). C 5 и C 7 устанавливаются под платой со стороны фольги. D 6 и D 7 – вертикально.

Ток покоя усилителя I xx: 20 – 30 мА

Ток покоя выходного каскада: 0 мА

Полоса воспроизводимых частот по уровню –3 дБ: 5 – 100000 Гц

Звучание на данный момент превосходит все слышанное мною. А именно: Quad 405 (Hungary), SAR Whisper, TDA7294 доводка схемы, TDA2050, TDA2050 ИТУН, LM1875, LM1875 ИТУН, LM3886, LM3886 доводка схемы, LM3886 Инвертирующее включение, RRR У-7101 Hi-Fi тюнинг, Кумир 35У-102С тюнинг.

Более того, по мнению многих, слышавших Stonecold, его звучание уверенно опережает все промышленные импортные аппараты до $800 и многие после. Отличительные особенности – очень развернутая, проникновенная подача вокального материала, однако без навязчивости и “визга”, характерного для многих усилителей (впечатление, будто исполнитель поет именно для Вас, а не в пространство). Детальная проработка быстрых групповых пассажей, собранный, упругий бас. Не слишком глубокий, но более точный, чем у многих. Если Вы любите бас, накатывающий волнами, мощный и обволакивающий, но менее динамичный – поставьте на выход усилителя комплиментарную пару 2SA1943/2SC5200. Высокие частоты – серебристые, без свиста и срывов. Детальные, благодаря достаточно малому уровню интермодуляций. Например, в композиции “Away from Me” Evanescence звук капель дождя, ударяющихся о металл, легко отличим от тех, что падают на землю. В абсолютном большинстве вышеуказанных усилителей, звук дождя просто сливается в общую кашу.

И еще, его просто приятно слушать часами, он не утомляет. Он просто дарит вам музыку.… До встречи, в новом сознании.

​Литература:

1. Гумеля Е. Качество и схемотехника УМЗЧ – Радио №9 1985г.
2. Schmidt G. Current Dumping Amplifier

Благодарю всех, кто принимал участие в судьбе проекта. Отдельное спасибо Шабалину Леониду , поддержавшему меня и внесшему свой вклад в создание данного материала.

2005

Lincor _ nobox @ inbox . ru

Основа усилителя микросхема К140УД708, предварительный каскад построен на отечественных транзисторах серии КТ814/КТ815, желательно с буквой Г, транзисторы можно заменить на другие комплементарные пары, которые по своим параметрам схожи с указанными. Эта схема относится к классу достаточно дорогих усилителей, стереофонические варианты подобных усилителей стоят от 200$, но собрать обойдется в десятки раз дешевле, следовательно - если руки растут из правильного места, то можно и собрать своими руками! Принципиальная схема и печатная плата усилителя мощности звука на 200 ватт на рисунках ниже:

Резисторы:

R1 R11 =1к
R2 = 36k
R3 = 240 от
R4 R5 = 330 от
R6 R7 = 20к
R8R9 = 3.3k0.5w
R10 = 27om2w
R12 R13 R14 R15 = 0.22от 5w
R16 = 10k

Конденсаторы:

С1 = О.ЗЗтк
С2=180р
СЗ С4= 10mk25v
С5 С6 = 0.1 тк
С7 = 0.1тк
С8 = 0.22тк
С9-С10 = 56р

Стабилитроны:

VD1 VD2 = KC515A

Транзисторы:

VT1 = КТ815Г
VT2 = КТ814Г
VT3VT5 = 2SA1943
VT4 VT6 =2SA1943

Транзисторы выходного каскада можно заменить на отечественные КТ8101А и КТ8102А, можно увеличить их количество с целями увеличения выходной мощности усилителя, но не забывайте увеличить напряжения питания. Важно чтобы транзисторы были идентичны по характеристикам и разных структур.

Выходные транзисторы устанавливают на теплоотвод, его желательно подобрать побольше, и обязательно не забываем про изолирующие прокладки транзисторов. При указанном напряжении питания, наш усилитель способен отдавать в нагрузку до 200 ватт чистой мощности, при добавлении еще двух пар выходных транзисторов можно повысить мощность до 450 ватт, но тогда напряжение питания усилителя тоже нужно повысить до +/-70 вольт.