Усилитель мощность — УМЗЧ Шторм 900W

Усилитель мощность-01

Высококачественный усилитель мощность Шторм 900W

Начало: окончание следует в конце страницы

Усилитель мощность, высокое качество и надежность. Схемотехника транзисторных усилителей мощности по сути своей разжеванная уже давно и полностью, поскольку транзистору как таковому не один десяток лет. Тем не менее появление более качественной комплектации не дает покоя схемотехникам и разработчикам — как поведет себя давно известный усилитель на новой элементной базе, что можно еще сделать, чтобы старые схемотехнические решения запели по новому.

Вот и мы поддались соблазну взяв что то, всем до боли известное, что то уже разжеванное, попробовать вдохнуть вторую жизнь. Хотелось попробовать на чем то действительно стоящем, хорошем и первой задачей было — не испортить то, что уже есть.

Долго наблюдая за развитием тем профессиональных высококачественных усилителей мощности на «Немного звуко-технике» и «Паяльнике» мы свой выбор остановили на усилителе В.Перепелкина (WP) — симметричная схемотехника, наличие защиты от перегрузки, хороший, приятный звук, приличная выходная мощность.

Усилитель мощность-1
Рисунок 1 Усилитель напряжения одного из высококачественных усилителей мощности В.Перепелкина

Усилитель мощность-2
Рисунок 2 Принципиальная схема усилителя построенного на базе усилителя напряжения В.Перепелкина.
ВЕРСИЯ 1 (V1)

Изучив досконально один из вариантов усилителя, предлагаемого В.Перепелкиным было решено за костяк схемы взять именно этот усилитель напряжения (рисунок 1), а вот силовую часть решили оставить традиционной.

Почему? Об этом несколько позже…

В результате получился довольно не плохой усилитель мощности, способный в классе АВ развить на нагрузке 4 Ома до 900 Вт и при этом сохранить свое превосходное звучание. Чертеж принципиальной схемы показан на рисунке 2 (для нагрузки 4 Ома необходимо использовать 4 пары оконечных транзисторов).

Однако тут же и выявилось слабое место усилителя — приходится подбирать некоторые резисторы, чтобы выставить на выходе усилителя максимально близкое к нулю значение постоянного напряжения. Для решения этой проблемы в усилитель был введен интегратор напряжения, который довольно надежно следит на «нулем» не выходе усилителя.

Вторым, не очень приятным моментом оказался тот факт, что при использовании большого диапазона питающих напряжений (минимальная мощность 300 Вт, максимальная — 900 Вт) ток покоя последнего каскада усилителя напряжения меняется в двольно широких пределах, а от этой величины довольно сильно зависит уровень THD всего усилителя.

Было принято решение ввести дополнительную регулировку, позволяющую, в зависимости от величины напряжения питания, устанавливать ток покоя последнего каскада усилителя напряжения в пределах 15…20 мА, что является оптимальным для большинства используемых в звуко-технике транзисторов.

Как известно, уровень THD усилителя мощности так же зависит от способности отдавать мгновенные управляющие токи в последние силовые каскады. Поэтому было решено резисторы в эмиттерах последнего каскада усилителя напряжения шунтировать конденсаторами большой емкости. Это не нарушит режимов работы транзисторов по постоянному току, но увеличит динамические возможности по переменному.

Кроме этого дополнительное повышение уровня THD вызывает тот факт, что управляя предпоследним каскадом (VT13, VT14) ток протекающий через транзисторы усилителя напряжения (VT9, VT10) меняется довольно в широких пределах.

Уменьшить изменение тока можно воспользовавшись плавающим питанием самого усилителя напряжения, которое будет меняться в зависимости от уровня выходного сигнала.

В результате всех этих модернизаций была получена схема усилителя, который лишен некоторых недостатков усилителя-оригинала (рисунок 3).

Усилитель мощность-3
Рисунок 3 Принципиальная схема усилителя мощности после всех внесенных изменений.
ВЕРСИЯ 2 (V2)

Однако остался еще один способ несколько уменьшить уровень THD — уменьшить нагрузку на сам усилитель напряжения. Для этого достаточно заменить транзисторы предпоследнего каскада на полевики, для управления которыми большие токи не нужны. Так появилась еще одна версия усилителя, приведенная на рисунке 4.

Усилитель мощность-4
Рисунок 4 Принципиальная схема модернизированного усилителя мощности с использованием полевиков в предпоследнем каскаде.
ВЕРСИЯ 3 (V3)

Что же собственно получилось по характеристикам после всех этих стараний?

Результаты сведены в таблицу 1.

ТАБЛИЦА 1
ПАРАМЕТР
МОДИФИКАЦИЯ УСИЛИТЕЛЯ
V1
V2
V3
Напряжение питания
±75В
±75В
±75В
Сопротивление нагрузки
4 Ома
4 Ома
4 Ома
Собственный коф усиления
36 дБ
36 дБ
36 дБ
Не равномерность АЧХ в диапазоне 20…20000
Гц
0,6 дБ
0,5 дБ
0,5 дБ
Амплитудное значение выходного напряжения
в состоянии киплинга (мощность при 1% THD)
65В (528Вт)
67,5В (570Вт)
67,5В (570Вт)
THD при выходной мощности равной 90% от
максимальной
0,1 %
0,0014 %
0,0006 %
THD при выходной мощности равной 50% от
максимальной
0,05 %
0,00065 %
0,0005 %

Тут следует сразу оговориться — уровень THD, приведенный в таблице расчитан при помощи симулятора, поскольку имеющийся у нас в наличии измеритель искажений не позволяет производить замеры с параметрами менее 0,01%. Тем не менее выводы можно делать — V1 был проверен в реале и уровень THD при мощности 90 % от максимальной составил 0,24%, а при 50% мощности — 0,11%.

Что собственно и следовало ожидать — использование реальных компонентов + монтаж не могли не внести изменения в данные параметры. Как видно из результатов замеров уровень THD увеличился примерно 2,2 раза от расчетных. Если увеличение даже СИЛЬНО округлить в плюсовую сторону до 4-х раз, то примерный уровень THD для V2 будет равен 0,005% при 90% мощности и 0,0026% при 50%. Для версии V3 рассчитаем по тем же формулам и получим 0,0024% при 90% мощности и 0,002% при 50%.

Финальная версия

Параметры получившегося усилителя позволяют смело отнести его к действительно высококачественным, даже используя комплектацию средней ценовой категории. При использовании компонентов элит класса эта схемотехника позволяет получить реально усилитель НАЙ-ЭНД класса, но это уже на Ваше усмотрение. Мы же предлагаем на продажу Hi-Fi с теми элементами, которые указаны на принципиальной схеме усилителя — TL071, в качестве операционных усилителей, пленочные конденсаторы типа К73-17 и электролиты JAMICON.

Читайте также:  Усилитель для колонок

При разработке печатной платы было приложено не мало усилий для того, чтобы плата получилась такой же универсальной как и сам усилитель, т.е. плату можно без кардинальных изменений сделать и на одну пару оконечных транзисторов для получения 150 Вт на нагрузке 4 Ома и на 6 пар для получения 900 Вт на нагрузке 4 Ома.

Таким образом и была получена печатная плата, приведенная на рисунке 5 (ЧЕРТЕЖ ПЛАТЫ В ФОРМАТЕ LAY), на рисунке 6 — расположение деталей (на плате так же приведены возможные замены элементов). Однако на плате оставалось свободное место, которое решили заполнить индикатором срабатывания защиты от перегрузки и ввести индикатор выходной мощности (5 уровней логарифмической шкалы). Таким образом финальная схема усилителя приобрела вид, приведенный на рисунке 7.

Усилитель мощность-5
Рисунок 5 Чертеж печатной платы финальной версии высококачественного усилителя мощности

При открытии рисунка и сохранении у себя на компьютере рисунок получается в масштабе 1:1 и его достаточно просто распечатать, поскольку чертеж приведен со стороны деталей — зеркалить для лазерного утюга не нужно

Усилитель мощность-6
Рисунок 6 Расположение деталей на печатной плате усилителя мощности

Для распечатки лучше взять архив с двумя чертежами, которые после распечатки необходимо склеить: Скачать stom

Усилитель мощность-7
Рисунок 7 Чертеж принципиальной схемы финальной версии высококачественного усилителя мощности

Необходимо сказать несколько слов и о защите от перегрузки. Защита выполнена на аналоге тиристора. Другими словами при выходе из штатного режима сработки сигнал на выходе усилителя не будет ограничиваться плавно по амплитуде сохраняя допустимый ток через оконечные транзисторы, а будет ограничиваться ступенчато до величины не позволяющей сильно нагреваться оконечным транзисторам (рисунок 8), что приводит к заметным на слух искажениям (это заставит обратить внимание) и полностью разгружает оконечный каскад.

Усилитель мощность-8
Рисунок 8 Форма выходного сигнала усилителя в нормальном режиме и в режиме перегрузки (параллельно акустике подключено активное сопротивление 15 Ом)

Теперь собственно пара слов о названии… ШТОРМ… Название не случайно — эта схемотехника после некоторой доработки позволяет получить усилители мощности с незначительным ухудшением параметров, мощности на нагрузке 4 Ома вплоть до 2 кВт, причем базовая печатная плата остается без изменений, — к ней подключается дополнительный модуль, позволяющий работать данному усилителю в режиме G или H с двухуровневым питанием. Правда кое какие номиналы надо будет изменить.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНО И РЕГУЛИРОВКА ПРИОБРЕТЕННОГО
ПРИ ПОКУПКЕ ЧИТАТЬ ОБЯЗАТЕЛЬНО!

Усилитель сам по себе довольно сложный, поэтому вопросов по нему будет достаточно много, если уж по Ланзару на Паяльнике уже ОГРОМНАЯ ветка образовалась. Поэтому перед тем как мчаться в магазин за покупкой не дешевых деталюшек следует подумать — а хватит ли ума запустить этот усилитель. Про кое какие «грабли» будет рассказано ниже, но учесть все просто не возможно.

Перед первым включением необходимо установить подстроечные резисторы в следующие положения: R2 — максимальное, R9 — минимальное, R31 — максимальное, R65 — минимальное (рисунок 7). Вход усилителя необходимо закоротить на общий. Монтаж транзисторов VT9-VT14 производится с стороны дорожек таким образом, чтобы выводы имели максимальную длину. После монтажа транзисторов в плату к их корпусам приклеивается двухсторонний скотч, к транзисторам в корпусе ТО-220 сложенный в четверо, а к транзисторам в корпусе ТО-126 — сложенный в 8 раз (рисунок 9).

Усилитель мощность-9
Рисунок 9 Способ монтажа некоторых транзисторов усилителя мощности.

Первое включение необходимо производить с модернизированным источником питания, т.е. перед диодным мостом необходимо установить токо-ограничивающие двух ватные резисторы (рисунок 10) и сопротивлением 330…360 Ом, которые могли бы шунтироваться двух-контактным переключателем или тумблером.

При первом включении контакты тумблера должны быть разомкнуты. При указанных положениях подстроечныых резисторов ток покоя усилителя напряжения и оконечных каскадов минимально возможный, поэтому усилитель потребляет минимальный ток и падение на токо-ограничивающих резисторах блока питания минимально.

Усилитель мощность-10
Рисунок 10 Необходимые изменения источника питания перед первым включением усилителя.

Если же в монтаже имеются какие либо ошибки или же попались не оригинальные детали с «неправильными» параметрами основной «токовый» удар придется именно на резисторы блока питания и выхода из строя оконечных транзисторов не произойдет. Однако стоит заметить, что в случае полного открытия обоих плеч оконечников или наличия «сопли» в монтаже приведет к быстрому и сильному нагреванию токоограничивающих резисторов.

Таким образом диагностику напряжений после включения следует производить максимально быстро, т.е. сразу после включения следует проверить наличие и величину напряжений положительного и отрицательного плеч, а затем проверить уровень постоянного напряжения на выходе самого усилителя. Напряжение питания должно быть несколько меньше напряжения холостого хода, т.е. без нагрузки, а на выходе усилителя должен быть НОЛЬ относительно ОБЩЕГО провода.

Не стоит забывать, что при проверке напряжения холостого хода источника питания емкости фильтров питания будут заряжены до номинального значения и даже после выключения трансформатора конденсаторы могут сохранять полученный потенциал в течении нескольких суток. Подключение усилителя с заряженными конденсаторами может вывести его из строя. Поэтому перед подключением усилителя следует разрядить эти конденсаторы резистором мощностью не менее 2-х Вт и сопротивлением не менее 47 Ом.

Если после включения напряжении питания усилителя соответствует примерному напряжению источника питания на холостом ходу, а на ножках питания операционных усилителей напряжение равно плюс 15 и минус 15 вольт, то можно приступить к первичной регулировке.

Читайте также:  Усилитель мощность - УМЗЧ Шторм 900W

Вращая движок резистора R9 добиваются напряжения на резисторе R32 (R33) величины 0,2…0,3 В. Как только это сделано на вход усилителя можно подать напряжение от источника звукового сигнала, а на выход усилителя можно подключить нагрузку, состоящую из последовательно соединенных проволочного резистора сопротивлением не менее 10 Ом и акустической системы.

При увеличении входного сигнала должен появиться звук, правда с искажениями. Если же ток покоя последнего каскада усилителя напряжения (транзисторы VT9, VT10) минимален, то звука как такового не будет.

По мере увеличения тока покой последнего каскада усилителя напряжения напряжение питания начнет «просаживаться», за счет падения напряжения на токоограничивающих резисторах.

Далее вращая движок резистора R9 необходимо добиться напряжения на резисторе R32 (R33) величины 0,4…0,5 В, но не более 0,63 В. Во время регулировки возможно появления в акустической системе некоторых призвуков — пока усилитель не войдет в рабочие режимы он может возбуждаться.

После установки тока покоя последнего каскада усилителя напряжения необходимо тумблером зашунтировать токоограничивающие резисторы блока питания и еще разу убедиться, что величина на резисторах R32 (R33) не превышает 0,6 В.

Далее необходимо отрегулировать ток покоя оконечных транзисторов вращая движок подстроечного резистора R31. Вращать движок следует до установки на любом из резисторов эмиттеров оконечных транзисторов напряжения величины равной 0,015…0,022 В, при использовании этих резисторов величиной в 0,33 Ома, что будет соответствовать току покоя 44…66 мА, что вполне достаточно для входа оконечных транзисторов в линейный режим и отсутствия искажений типа «ступенька».

Разумеется, что регулировку тока покоя последнего каскада усилителя напряжения и оконечных транзисторов необходимо производить при отсутствии входного сигнала.

Пожалуй следует сказать несколько слов об этих самых эмиттерных резисторах оконечного каскада данного усилителя и усилителей вообще. Для начала предлагается таблица, по которой можно определить какой ток протекает через эмиттерные резисторы исходя из показаний милливольтметра, он и будет соответствовать току покоя оконечного каскада.

Таблица

НАПРЯЖЕНИЕ НА ВЫВОДАХ РЕЗИСТОРА, В
СЛИШКОМ МАЛЕНЬКИЙ ТОК ПОКОЯ, ВОЗМОЖНЫ ИСКАЖЕНИЯ «СТУПЕНЬКА»,
НОРМАЛЬНЫЙ ТОК ПОКОЯ, ВЕЛИКОВАТ
ТОК ПОКОЯ — ЛИШНИЙ НАГРЕВ,
ЕСЛИ
ЭТО НЕ ПОПЫТКА СОЗДАТЬ КЛАСС «А», ТО ЭТО АВАРИЙНЫЙ
ТОК
.
ТОК ПОКОЯ ОДНОЙ ПАРЫ ОКОНЕЧНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ,
мА
0,22 Ома
0,33 Ома
0,47 Ом
0,001
5
3
2
0,0025
11
8
5
0,005
23
15
10
0,01
45
30
21
0,015
68
45
32
0,02
91
60
43
0,025
114
75
53
0,03
136
91
64
0,035
159
106
74
0,04
182
121
85
0,045
205
136
95
0,05
227
152
106
0,1
0,45 А
0,3 А
0,2 А
0,2
0,91 А
0,6 А
0,4 А

Эти резисторы предназначены для компенсации разброса параметров транзисторов, поскольку транзисторы включены параллельно, то и параметры транзисторов должны быть максимально приближенными. Однако подбирать транзисторы по коф усиления занятие ОЧЕНЬ не благодарное, тем более завод-изготовитель гарантирует разброс параметров между транзисторами одной партии не боле 2%, что вполне достаточно, поскольку остальное сделают эти самые «компенсационные» резисторы».

Номинала этих резисторов обычно располагают в диапазоне 0,2…0,5 Ома. Чем больше номинал — тем лучше они выполняют роль компенсаторов, однако за счет падения напряжения на этих резисторах уменьшается финальный КПД усилителя как такового. С другой стороны протекающий через эти резисторы ток создает падение напряжения на них и исходя из величины этого напряжения можно судить о нагружености транзисторов, следовательно и организовать защиту от перегрузки.

При большом количестве оконечных транзисторов напряжение на этих резисторах суммируется и становиться достаточным для устойчивой работы защиты от перегрузки. При построении усилителя с одной парой оконечных транзисторов тут уже лучше пожертвовать КПЛ и использовать резисторы на 0,47 Ом, поскольку на более малых номиналах остающегося на резисторах напряжения может быть недостаточно для устойчивой работы защиты.

После всех регулировок к выходу усилителя можно подключать нагрузку и проверить как он звучит во всем диапазоне мощностей и произвести регулировку порога срабатывания защиты от перегрузки. Для этого на уже закрепленный на теплоотвод усилитель подают входное напряжение с уровнем обеспечивающим максимальное не искаженное выходное напряжение с подключенной акустической системой.

Затем параллельно акустической системе подключают активное сопротивление 6-8 Ом (изготовить такое лучше из нихромовой спирали для бытовых электрических печек мощность 2 кВт) и вращая движок R65 добиваются загорания светодиода VD19. Если активное сопротивление убирать, то VD19 не должен даже подмаргивать.

Номиналы резисторов R66 и R67 могут меняться в зависимости от требуемой выходной мощности и используемых в эмиттерах оконечных транзисторов резисторов (0,22…0,47 Ом), поэтому на поставляемых нами платах запаяны пины от цанговых разъемов для микросхем (рисунок 11).

Ну и наконец последняя регулировка — регулировка индикатора уровня. Для его регулировки необходимо получить на выходе усилителя максимального не искаженного сигнала (на слух искажения при максимальных уровнях становятся заметны лишь при величине более 5%).

При этой величине выходного сигнала вращением движка резистора R81 добиваются устойчивого «моргания» VD24, что и будет соответствовать максимальному выходному сигналу. При эксплуатации уровень мощности не следует устанавливать выше редкого подмигивания VD24 — громче уже не будет, а не заметные на слух искажения лишь будут утомлять слушателей.

На этом регулировку можно считать законченной.

Усилитель мощность-12
Внешний вид усилителя
ПродолжениеЧасть 2

Источник: soundbarrel.ru