Усилитель мощность — УМЗЧ Шторм 900W

Усилитель мощность-01

Высококачественный усилитель мощность Шторм 900W

Окончание:

Площадь радиатора для данного усилителя зависит от выходной мощности, какая именно мы, к сожалению сказать не можем — мы пользуемся принудительными система охлаждения с регулируемой производительностью вентиляторов.

Все чаще и чаще приходят письма с вопросом «Какой усилитель лучше: Шторм или ВП?» Откровенно говоря лоб в лоб до сих пор их не сравнивали — не было в том необходимости, поскольку появление Шторма было вызвано желанием выставить на продажу универсального высококачественного модуля усилителя мощности ЗЧ, имеющего возможность без серьезных схемотехнических изменений большой диапазон выходных мощностей — от 100 до 2000 Вт.

Кроме этого на форумах началось обсуждение данного девайса и мнения разделились. Кто то обвиняет в клонировании, кто то утверждает, что это вообще шушара…

Откровенно говоря мы довольны тем, что данный усилитель вызвал споры, однако иногда они переходят в оскорбления, поэтому оставить данный факт без внимания было бы не справедливо.

Итак, начнем по порядку.

Первый раз это мелькнуло в сентябре 2006 года на Вегалабе. Схему выложил один из ее авторов и чтобы не вызвать гром и молнии в свой адрес преподнес ее как чужую.

Усилитель мощность-13

Первым ЭТО оценил сам автор усилителя WP, т.е. В.Перепелкин:

 

Не прошли мои лекции даром. Уже начали на основе моих
рекомендаций новые схемки рисовать.Есть только две проблемы — насыщение выходных транзисторов
и отсутствие защиты. В усилителях такой мощности не
прощается.

Конечно же это было существенное замечание,
следующее замечание тоже навело на размышления:

+ ток покоя УН нетермостабилен + конденсаторы в 1 uF
для по питанию основного полумоста мне не нравятся.
А отсутствие защиты — это, конечно, весело в усилах
такой мощности.

Хорошо… Далее было несколько вариантов
защиты, но везде выявлялись недостатки. Прошу обратить внимание
— недостатки ПО ЗАЩИТЕ и ни слова по схемотехнике усилителя
— ни плавающее питание УНа, ни что то другое нареканий не
вызвало.
Далее тема на ВегеЛабе заглохла, но работы по доведению защиты продолжались
и в итоге был установлен транзисторный аналог тиристора в оба
плеча. Так же были введены цепочки термостабилизации тока
покоя УНа и после нескольких экспериментов появился регулятор
этого самого тока.
Далее уже практически чистовик снова был
оценен WP, но уже на форуме Паяльника и появился следующий
комент:

Можно сказать не только про передер, но и про некоторые
грубые ошибки проектирования, которые приведут к крайне
низкой надежности при попытке приспособить данное творение
в качестве концертного усилителя. Я конечно не возражаю
что вы внесли некоторые свои решения, но суть состоит
в том что общая концепция данной схемы полностью заимствована
у меня. Поэтому не забывайте указывать первоисточник.

Разумеется, что подобное высказывание
навело на размышление и дабы не блукать в потемках был задан
вопрос и был получен ответ:

Главная проблема в защите. Очень мал ток срабатывания
при переходе через ноль. Защита будет хлопать и подрабатывать.
Ток срабатывания при переходе через ноль долже быть
равен половине амплитудного для минимального Rн. В данном
случае это не выполняется и при заявленной мощности
просто невыполнимо. Транзисторы далеко за ОБР. Конечно
у транзисторов есть технологический запас, но это чистое
хулиганство. Для любительского усилителя чтобы на кухне
слушать конечно допустимо, но для концертного это п…..ц
на первом же мероприятии. За такое разработчику нужно
бейцы обрывать

Опять не нравится защита, но она работает.
конечно же свертяжелые дифузоры на усилителе непроверялись
— ну нету, однако на всем, что было срабатывает все довольно
устойчиво, без вылетов оконечников. Далее по теме идет ОЧЕНЬ
хорошее объяснение по выходным мощностям:

Немного разъяснений от чего зависит выходная мощность,
или как взглянув на схему определить чего можно ожидать
— в смысле мощности.
Выходная мощность зависит от выходного напряжения и
сопротивления нагрузки. P=U*U/R U в вольтах R в омах.
Выходное напряжение максимальное неискаженное синусоидальное.Максимальное неискаженное синусоидальное напряжение
зависит от напряжения питания. В идеальном случае когда
остаточное напряжение на выходных транзисторах равно
нулю и отсутвует просадка выходного напряжения источника
питания U вых =0,707*U рит. U пит — для одного плеча
двухполярного источника или половина однополярного.
Это мы получили амлитудное выходное напряжение.
В реальности остаточное напряжение на выходных транзисторах
не равно нулю и обычно составляет 2 — 8 В. Зависит от
конкретной схемотехники и выходной мощности. Для грубой
оценки можно брать примерно 4 В. Т.е. Амплитуда неискаженного
выходного напряжения получается меньше напряжения питания
на величину остаточного напряжения. В реальности также
не бывает источников питания без просадки выходного
напряжения. Просадка может достигать 25% при максимальном
токе потребления.
В общем чтобы оценить потенциальную выходную мощность
любого усилителя нужно взять его напряжение питания,
уменьшить его на 25%, отнять 4 В, получившееся значение
умножить на 0,707, возвести в квадрат и поделить на
сопротивление нагрузки.

Единственно, что не понравилось, так
это провалы по питанию в 25% и
это преподносится как НОРМА. Впрочем
— на вкус и цвет…
Ну далее на Паяльнике появилась своя ветка
по этому усилителю и вот тут уже пошли улыбочные картинки.
Первая весьма приятная:

На левом канале «САКЕВИЧ», на правом «ШТОРМ».
У сакевича включено повышенное выходное сопротивление,
(за эту функцию меня и сподвигло в то время собирать
«сакевича»).
Может на видео «сакевич» и звучит живее, но
у шторма детализация на порядок выше. «Сакевичт»
звучит скомкано, как-будто звук с напрягом выходит из
динамоков. От «шторма» впечатление такое,
что звук расходитса по всему помещению.

Далее комент из категории «из бани
в прорубь»:

в схеме постом выше есть грубый косяк по режимам используемых
компонентов, пару 2SA1837\2SC4793 применять при питании
третьего этажа в +\-165В нельзя, т.к. их Uкэ — до 230В.
А здесь получится 2*165В. Нужно что-то более высоковольтное.
Притом, для транзисторов с параметрами не хуже, чем
у 2SA1837\2SC4793, я даже не помню пару, способную работать
при таком напряжении
Читайте также:  Усилитель мощности STABO

 

Похоже, что авторы на даташиты не смотрят, когда расчитывают
усилители… За такое использование транзисторов — морду
бьют, а в профессиональных усилителях — есть шанс купить
новые АС за счёт сборщика усилителя, помимо его разбитой
физиономии.

 

Ну чтож… Посмотрим что есть на самом деле. Для чистоты эксперимента возмем Шторм с двухуровневым питанием ±70 В и ±140В и посмотрим за что морду бить то собрались.

усилитель мощность-14

Включаем расчет по постояннму напряжению и видим следующую картину:

усилитель мощность-15

Питание УНа ±140В, но после резисторов R37, R46 уже +110, а после R38, R47 — -110В. Возможно, что ни где не упоминалось, что данные резисторы следует изменять при изменении напряжения питания, однако данная схема не для новичков и конечно же хорошо, что написавший приведенное выше сообщение заметил это, но вот схемотехнику он так и не довел до своего понимания. Отсюда и довольно высокомерные заявления. Для окончательной постановки точки с вопросом питания УНа посмотрим что происходит при подаче звукового сигнала:

усилитель мощность-16

Как видно из диаграмм напряжений напряжение
между эмиттерами транзисторов выходного каскада УНа сохраняется,
следовательно выхода за пределы рабочего напряжения для пары
2SA1837-2SC4793 не происходит.
Видимо усилитель явно не нравится и появляется
следующее сообщение:

Всё бы хорошо, но это питание «плавает» не
совсем синхронно с выходным сигналом, из-за наличия
конденсаторов. Я согласен с тем, что их влияние чувствуется
только на ВЧ, где особой мощности как бы и не требуется,
но вносимый ими фазовый сдвиг может только навредить
делу. Уж лучше бы смирились с потерей пары вольт выходного
напряжения, но не пришлось бы принимать мер по антинасыщению
ВК, которого им не удалось избежать. Потенциал баз драйверов
может стать выше потенциала коллекторов, как раз из-за
плавающего питания. Далее — выходной ток УНа не ограничен,
при срабатывании токовой защиты есть риск пожечь усилитель.
Попробуйте нагрузить усилитель в симуляторе на 2 Ома
и посмотреть, какое напряжение будет на нагрузке при
срабатывании защиты, остаточный ток ВК. Что-то меня
терзают смутные сомнения….

Ну а зачем мирится с потерей пары вольт,
если плавающее питание кроме увеличения КПД ведет к уменьшению
изменения протекающего через последний каскад тока при подаче
звукового сигнала, и как следствие — к весьма ощутимому снижению
уровня THD, к тому самому эффекту, за которым гоняются поклоники
класса А — ток в последнем каскаде УНа меняется незначительно
во всем диапазоне выходных мощностей. Ладно, проверим ограничение
выходного тока УНа, для начала приведем еще пару коментов:

Всё равно ощущение, что где-то тут хорошая ловушка.
А ток УНа при этом не смотрели? или, например, падение
на R38, R39? Он же ничем не ограничен здесь, мне пришлось
принимать меры по его лимитированию, чтобы добиться
несгораемости «Натали».

Но у Натали питание УНа не плавающее и вот
там как раз необходимо лимитирование. Очевидно, что товарищ
до конца так и не уловил суть дела. Затем комент от человека
собравшего Шторм самостоятельно:

Ток УНа посмотрел: при «сработке защиты»
падение на R38/39 УМЕНЬШАЕТСЯ. По амперметру изначально
ток 54 мА, под защитой 42 мА (44 на минусе).

Однако диалог продолжается:

Что-то не то. Не может быть, чтобы УН с ОЭ не начинал
бы увеличивать свой выходной ток до теоретически бесконечности
при срабатывании защиты и разрыве петли ООС. Не верю!

Ну это уже не серьезно — ВЕРЮ — НЕ ВЕРЮ…
Ладно, проверяем сами.
Для начала добьемся перегрузки и посмотрим
что на выходе усилителя мощности:

усилитель мощность-17

Первую полу-волну усилитель «пропускает», но тут надо давать поправку на то, что отсчет идет с момента подачи питания, т.е. сказываются переходные процессы в усилителе. Последующие полу-волны синусоиды «обрываются», как только достигается порог срабатывания и выходной сигнал резко уменьшает свою амплитуду.

Смотрим что происходит в последнем каскаде усилителя напряжения, котрому пророчат смерть от сверхтоков. Для этого увеличиваем время расчетов в 10 раз и измеряем падение напряжение на эмиттерном резисторе последнего каскада УНа:

усилитель мощность-18

На резисторе 33 Ома падает 2,25 В. Согласно закону Ома мы получаем ток всего 68,2 мА, что однозначно укладывается в ОБР транзистора 2SA1837. Для очистки совести смотрим, что происходит с током через оконечные транзисторы:

усилитель мощность-19

На резистора 0,22 Ома падает 1,6 В, т.е. протекает ток в 7,3 А, так что криминала тоже не наблюдается. Однако с аналогом тиристора решили не заморачиваться и «слизали» защиту с Линкса. Хоть и говорят, что это защита для бытовых усилителей, тем не менее она надежна, устойчива и наглядная.

Ну а теперь рассмотрим более подробно схемотехнику оригинала — усилителя мощности WP и Шторма.

Как базовые принципиальные схемы были взяты две схемотехники — усилители мощности В. Перепелкина, известного в интернете под ником WP и схемотехника усилителей серии RMX. Усилители RMX конечно же имеют более простую схемотехнику, но получить необходимую универсальность не удалось — схемотехника не позволяет разработать универсальную печатную плату.

А вот с усилителем WP дело обстояло намного проще — отдельный узел усилителя напряжения и отдельный узел усилителя тока был вполне многообещающим, тем болле, что усилитель тока не требовал установки на нем конденсаторов фильтров питания, в отличии от RMX.

Принципиальная схема усилителя мощности WP приведена на рисунке 1 (последняя модификация известная под именем WP-2006).

усилитель мощность-20
Рисунок 1 Принципиальная схема усилителя мощности WP-2006

В качестве конкурента на рисунке 2 приведен усилитель мощности ШТРОМ-300 — его последняя модификация с измененной защитой от перегрузки, используемой в усилителях LYNX.

усилитель мощность-21
Рисунок 2 Принципиальная схема усилителя мощности ШТОРМ 300

На первый взгляд схемотехника довольно сильно похожа, но при более подробном рассмотрении становится ясно, что это только на первый взгляд. Нет, кардинальных изменений не произошло — все тот же дифкаскад на входе, за ним каскад с общей базой, эмиттерный повторитель и каскад с общим эмиттером. Но…

Изначально подобная схемотехника обеспечивает ОЧЕНЬ низкие искажения и даже повторив схему ВП 2006 в металле объективно мы не сможем судить об уровне искажений, поскольку имеющийся в наличии измеритель искажений имеет нижний предел 0,01 %.

Читайте также:  Усилитель для колонок

Покупать более точный прибор нет необходимости — все что меньше этого значения на слух из нас никто не отличает, аудиофилов настоящих тоже найти не удалось, да и для тестирования необходимо специальное помещение и совсем не дешевые акустические системы. Именно поэтому мы не стали сильно заморачиваться и в качестве элементной базы используются компоненты средней ценовой категории, а на усилитель повесили ярлык HI-FI.

Если же у кого есть желание довести его до уровня HI-AND мы возражать не будем — топология печатной платы выполнена по все законам этого жанра. Ну а для того, чтобы хоть как то сравнить эти усилители мы предлагаем вашему вниманию результаты моделирования обоих усилителей с МИКРОКАП. В результате получились две схемы:

— на рисунке 3 — принципиальная схема усилителя мощности ВП-2006
— на рисунке 4 — принципиальная схема усилителя мощности Шторм

усилитель мощность-22
Рисунок 3 Принципиальная схема смодулированного усилителя мощности ВП 2006

усилитель мощность-23
Рисунок 4 Принципиальная схема смодулированного усилителя мощности

Следует оговориться, что модели были созданы с использованием четрых пар оконечного каскада для дальнейших экспериментов. Следует обратить внимание на то, что в обоих схемах использовалась одна элементная база, так сказать для чистоты эксперимента в обоих схемах установлен буферный усилитель на ОУ с одинаковым коф усиления, а так же одинаковой схемой включения.. Далее выставляем токи покоя и сравнимаем получившиеся постоянные напряжения на выходе усилителей — рисунок 5.

усилитель мощность-24
Рисунок 5 Постоянное напряжение на выходе усилителей мощности.

Разумеется, что величина на выходе усилителя мощности в 0,08 В приемлема, однако используемый в Шторме интегратор эту величину свел до уровня 0,007 В, что практически в 11 раз меньше.Дальше сравним их по термостабильности, а именно на транзисторах усилителя напряжения температуру зафиксируем на уровне 30°С, кроме последнего каскада УНа, который сам по себе греется — ему поставим температуру в 50°С и произведем расчет тока покоя при температуре оконечного каскада для в 30°С. Получается почти похожими параметры, а именно показанные на рисунке 6.

усилитель мощность-25
Рисунок 6 Ток покоя при температуре транзисторов 30°С.

Однако при работе радиаторы усилителя мощности однозначно греются и достижение температуры транзисторов 60°С вплоне реально. Проверим как измениться ток покоя оконечного каскада усилителей при температуре 60°С — рисунок 7.

усилитель мощность-26
Рисунок 7 Ток покоя при температуре транзисторов 60°С.

У Шторма ток покоя увеличился практически в 2 раза — не очень хорошо, но вполне приемлемо — обычно все гораздо хуже. У ВП 2006 ток покоя с прогревом повысился 4,7 раза.

Далее следует проверить на КПД, т.е. на сколько близко может быть максимальное выходное напряжение к напряжению питания. Для этого увеличим входное напряжение до 1,5 В и посмотрим при скольких вольтах выходного напряжение наступает ограничение амплитуды — рисунок 8.

усилитель мощность-27
Рисунок 8 Ограничение выходного напряжения напряжением питания, синяя линия — WP-2006, красная — Шторм.

Как видно из рисунка за счет реализации вольтодобавки в усилителе тока у усилителя ВП максимальная амплитуда выходного сигнала больше, но всего на 0,5…0,6 В. Ну и наконец параметры на которые обращает внимание большинство — искажения. Для начала «обмеряем» усилитель ВП-2006:

усилитель мощность-28
Рисунок 9 Искажения усилителя мощности ВП-2006

Данные графики были получены при входном напряжении 1 В и температуре оконечников 25 °С. Как видно усилитель обеспечивает вполне достойные искажения и уверенно может занять место в разряде HI-FI. При тех же условиях был «обмерян» усилитель Шторм, результаты замеров представлены на рисунке 10:

усилитель мощность-29
Рисунок 10 Искажения усилителя мощности Шторм

Для тех кто не работал с МИКРОКАП — значение 1,500 m означает, что это милли-проценты, т.е. это 0,0015%. По сути у усилителя Шторм искажения в 3 раза меньше чем у усилителя ВП-2006, но и это не предел, поскольку в усилителе используется классическая схема усилителя тока, то каскадом после усилителя напряжения можно использовать полевики, например IRF640-IRF9640.

Правда при их использовании появляются некоторые «грабли» — выставить ток покоя надо изначально несколько больший чем необходимо и сделать это надо подстроечным резистором меньшего номинала, поскольку в данном случае у усилителя получается отрицательная термостабильность — при установке транзисторов предпоследнего и последнего каскадов на один радиатор с прогревом ток покоя уменьшается до нуля.

Поэтому предпоследний каскад лучше поставить на отдельные радиаторы и регулировку тока покоя производить на «прогретом» усилителе. Ну а стоит ли эта модификация таких сложностей уже решать персонально — на рисунке 11 «замеры» усилителя мощности ШТОРМ — М с использованием полевых транзисторов в предпоследнем каскаде:

усилитель мощность-30
Рисунок 11 Искажения усилителя мощности Шторм — М с полевыми транзисторами в предпоследнем каскаде.

Для тех кто не работал с МИКРОКАП — значение 300,00 u означает, что это микро-проценты, т.е. это 0,0003 %. Другими словами это в 20 (!) раз меньше чем у усилителя ВП-2006.

Если же говорить откровенно, то схемотехника усилителей такова, что напрямую зависит от качества используемой комплектации и на базе любого из этих усилителей можно получить высококачественный усилитель мощности для дома, поскольку использование в быту усилителей выше 200 Вт на канал довольно проблематично. снижение выходной мощности позволяет снизить снизить собственный коф усиления усилителя тем самым еще уменьшив искажения.

На базе этих усилителей так же можно построить ОЧЕНЬ приличный усилитель мощности для эстрады, поскольку схемотехника усилителей такова, что позволяет использовать их и при высоком напряжении питания, причем организация блоков управления двухуровневым питанием не представляет проблем — они прекрасно адаптируются для «пристежки» блоков хоть для получения G класса, хоть для получения H класса, а это уже мощности свыше 1500 Вт.

Ну вот собственно и все, что можно сказать об этих усилителях, ну а какой именно собирать уже зависит от вас…

Определение мощности трансформатора для усилителя

Окончание:Часть 1

Источник: soundbarrel.ru