Адекватный усилитель начального уровня

[Ремирович]

Каким должен быть первый усилитель, который бы хотелось собрать самому? Понятно, что как можно лучше, и как можно проще и доступнее. В пору господства ламповой техники и начала эры транзисторных приёмников на германиевых транзисторах, мой первый усилитель был собран по схеме, которая приводится ниже.

Самым главным достоинством этого усилителя было то, что он работал. Измерение привычных сегодня параметров было затруднено, в виду отсутствия, у обычного радиолюбителя, нужных приборов. Даже в справочнике, откуда взята эта схема, параметры усилителя отсутствуют. Тестер, а позднее и осциллограф, вот и всё чем приходилось обходиться. Как я сейчас понимаю, мощность у него была не более 6 Вт, но тогда это было много, и он работал громче большинства ламповых радиол и телевизоров, а главное звучал лучше, что и сыграло главную роль в моём дальнейшем творчестве.

 Если взять за основу приведённую схему, и попробовать её сделать на существующих сейчас транзисторах, добавив к ней имеющийся опыт разработок усилителей, то может быть удастся получить что-нибудь адекватное сегодняшним требованиям?

Сегодня не обязательно собирать схему в реальности, её можно проверить на компьютерной модели с помощью соответствующей программы, например Multisim. Это значительно облегчает задачу и позволяет без дополнительных материальных затрат ответить на поставленный вопрос.

 Не знаю, насколько близко удастся приблизиться к параметрам в реальных конструкциях, но на модели они получились вполне адекватными сегодняшним требованиям, как я понимаю. Например, такой параметр, как нелинейные искажения, усилитель «высокой линейности», обсуждавшийся на форуме, в Multisim показывал значение 0,01%, а у модели они достигали значения 0,001%. Но важно было иметь адекватными не только нелинейные искажения, но и остальные параметры. Например, приличную мощность на уровне 100 Вт, хороший КПД, про который редко кто вспоминает, и стабилизацию тока покоя, о которой, похоже, вообще никто не вспоминает.  Привожу получившуюся схему усилителя, чтобы можно было более подробно рассмотреть, каким образом это достигается.

Выходной каскад состоит из двух составных транзисторов, типа КТ925, КТ927. Понятно, что в модели использовались их аналоги. Включены они не эмиттерными повторителями, как чаще всего можно увидеть в приводимых схемах на форуме, а коллекторами к нагрузке. Такое включение обеспечивает наиболее полное использование транзисторов по мощности, а значит и высокий КПД. Принято считать, и не без основания, что такое включение транзисторов приводит к росту нелинейных искажений. Поэтому, для уменьшения усиления каскада, используются местная обратная связь, за счёт резисторов R17, R18.  Вместе с транзисторами VT3, VT4 получается выходной каскад, обеспечивающий усиление по мощности. Транзистор VT1 обеспечивает усиление по напряжению и является элементом общей отрицательной обратной связи. При входном пиковом напряжении 3,7 Вольт, усилитель имеет максимальную выходную мощность, то есть он рассчитан на выходной сигнал звуковой карты.

Резистор R11 обеспечивает выравнивание плеч выходного каскада по усилению, и первоначально устанавливается в среднее положение. В процессе настройки он устанавливается в положение, обеспечивающее минимальные нелинейные искажения.

Основной регулировкой усилителя является установка тока покоя, обеспечивающего желаемый уровень нелинейных искажений. Ток покоя задаётся транзистором VT2, диодами VD1, VD2 и резисторами R6, R8, R9. Причём диоды являются датчиками температуры, и вместе с выходными транзисторами располагаются не на печатной плате, а на радиаторе охлаждения как можно плотнее к выходным транзисторам с использованием теплопроводящей пасты и элементов крепления, обеспечивающих надёжный тепловой контакт.

К сожалению промоделировать изменение тока покоя при нагреве выходных транзисторов не получается и поэтому проверить как он меняется можно будет на реальном макете, который появится в случае хоть какого-нибудь интереса к данной теме.

Изначально резистор R6 предназначался для снижения чувствительности усилителя на транзисторе VT2. Так как вполне реальна ситуация, когда из-за высокой чувствительности схемы термокомпенсации, при нагревании выходных транзисторов, ток покоя будет уменьшаться, хотя обычно он растёт. Но в дальнейшем оказалось, что он играет более значимую роль в схеме и его необходимо выбирать по другим критериям.

Моделирование показывает, что с нагрузкой 8 Ом, увеличение тока покоя до 800 мА, приводит к снижению нелинейных искажений до 0,003% и менее, вплоть до 0,001%, при дальнейшем увеличении тока. Это значение нелинейных искажений фиксировалось при выходной мощности 4 Вт. Такая мощность уже будет обеспечивать вполне приемлемую громкость звучания для небольшого помещения, и взята за точку отсчёта. При меньших значениях выходной мощности, нелинейные искажения снижаются. Для нагрузки 4 Ом, потребуется больший ток покоя, обеспечивающий тот же уровень нелинейных искажений.

Второй точкой отсчёта брался уровень половины выходной мощности, или 0,707 от максимального выходного напряжения. Здесь нелинейные искажения увеличивались до 0,06% на нагрузке 4 Ом, хотя ток покоя увеличивался до 2 Ампер.

Возможно, для любителей А класса, такой ток кажется вполне приемлемым, но для  усилителя начального уровня он всё же будет великоват. Именно поэтому после многочисленных попыток снизить ток покоя, при приемлемых нелинейных искажениях, выяснилось, что схема, задающая ток покоя на транзисторе VT2, вместе с диодами и резисторами смещения, работает как корректор нелинейных искажений. Именно благодаря корректору, при токе покоя в пределах 220…260 мА, усилитель начинает работать с минимальными нелинейными искажениями.

Мне не встречались упоминания о том, что нелинейные искажения можно корректировать, но, возможно, я отстал от жизни и теперь это обыденная реальность. И даже, если на самом деле корректор нелинейных искажений здесь встретился впервые, кого и чем сейчас можно удивить?

В первую очередь самому было интересно понять, как это работает. Теорию так и не придумал. Но на практике, в процессе моделирования, стало понятно, что резистор R6, определяет точность коррекции, и его величина зависит от нагрузки. Поэтому на схеме приведены два значения, в скобках для нагрузки 4 Ом. Так как при изменении величины этого сопротивления ток покоя меняется, то одновременно приходится менять ток покоя с помощью резистора R8. Соответственно на схеме тоже приводятся два значения этого резистора.

При реализации в железе, номиналы резисторов R6 и R8, скорее всего, будут другими. Изменяя их значения, добиваются минимальных нелинейных искажений. Как показало моделирование, на нагрузке 8 Ом, даже при выходном напряжении близком к максимальному значению, нелинейные искажения остаются в пределах 0,002…0,003%.   На нагрузке 4 Ом они возрастают до 0.02%, что, я думаю, допустимо для усилителя начального уровня.

Было также замечено, что схема коррекции работает только при наличии резисторов обратной связи R17, R18, что делает ещё сложнее выработку теории коррекции нелинейных искажений. Но для практической реализации это ничего не меняет, было бы желание попробовать сделать.

На схеме пунктиром обозначен резистор Rш, который, может понадобиться, для снижения чувствительности схемы термокомпенсации, ведь резистор R6 теперь играет другую важную роль, и его менять нельзя.  Трудно сказать понадобится ли он вообще, но если и понадобится, то, ориентировочно, будет в пределах 2…10 кОм.

Конденсаторы С1 и С2, ограничивают диапазон входного сигнала снизу и сверху, обеспечивая нужную полосу рабочих частот. Конденсатор С3 обеспечивает частотную коррекцию усиления, и делает работу усилителя более устойчивой. На модели усилитель показывал равномерное усиление вплоть до 1 мГц, естественно без конденсаторов С2 и С3, что вряд ли будет получаться в реальности. Очень хорошо устойчивость усилителя на модели проверяется при подаче на вход сигнала с частотой 100кГц, с уровнем, обеспечивающим ограничение выходного сигнала по напряжению.

 В таком режиме хорошо видно как влияет конденсатор С3 при подключении. Теоретически, включение этого конденсатора должно приводить к увеличению нелинейных искажений на частоте 10 кГц и выше.

 Так и происходит, при ёмкости 20 пФ и более, а при 10 пФ искажения наоборот снижаются, поэтому эта величина обозначена на схеме. Хватит ли этой величины в реальности, покажет реализация в железе.

 Устойчивость усилителя в первую очередь определяется глубиной общей отрицательной обратной связи. В данном случае задаётся величиной резистора R3. Этот же резистор одновременно регулирует уровень выходного напряжения при отсутствии сигнала, он должен быть равен половине напряжения питания. Именно по этому критерию он и выбирается.

В итоге глубина отрицательной обратной связи зависит от величины усиления транзисторов предварительного и выходного каскада, которая определяется типом используемых транзисторов. На это необходимо обращать внимание при выборе замены приведённых на схеме элементов.

 Все значения величины нелинейных искажений приводились ранее для частоты 1 кГц. На 10 кГц эти значения не меняются, а вот на 100 Гц они увеличиваются до 0,005%. Для снижения этого значения придётся увеличивать номиналы ёмкостей С6, С7, именно они определяют рост нелинейных искажений на нижних частотах, и при значениях 4700 мкФ искажения снижаются до 0,003%. Поэтому номиналы ёмкостей С6 и С7 выбираются исходя из необходимости получения минимальных искажений на низких частотах. Кроме того, эти конденсаторы обеспечивают защиту нагрузки от постоянного напряжения, в случае неисправности выходного каскада усилителя.

При таком количестве элементов схемы, даже печатная плата может не понадобится, можно обойтись макетной платой. А когда-то я обходился и без макетной и без печатной платы, устанавливая элементы на обычном гетинаксе без фольги, обеспечивая крепление элементов за счёт отверстий в плате. Монтаж получался как на печатной плате, а вместо фольги использовались либо выводы элементов, либо монтажный провод. Сейчас это будет делать гораздо проще, с использованием компьютера и принтера можно выполнить компоновку на бумаге, и по прорисовке сделать сверление отверстий, и никаких мучений по переводу рисунка проводников на фольгу, травлению платы, не говоря уже о металлизации переходных отверстий.

 Так что, если хоть кому-то захотелось собрать в железе данную схему, делитесь впечатлениями, продолжайте тему. Я основную работу сделал и вполне возможно участвовать в теме буду изредка, так как всё железо и серьёзные приборы остались по месту прежней работы, а тратить “огромную” пенсию на удовлетворение любопытства не хочется.

 Конечно, хотелось бы, что бы данный материал хоть кому-нибудь пригодился, но для нас уже стало привычным, что за нас всё делают китайцы. Что-же, пожуём-увидим.

И в заключении стоит отметить, что заявленные 100 Вт выходной мощности, усилитель обеспечивает на нагрузке 4 Ом, с нелинейными искажениями менее 1%. При этом КПД его составлял более 70%, что совсем неплохо для усилителя начального уровня, вернее модели усилителя. Интересно, до реализации дойдёт дело, или это очередной “глас вопиющего в пустыне”?   

[Adver]

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН (Экспресс изготовление за 24 часа!)

Сборка высококачественных печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотрщик Gerber-файлов от PCBWay!

Новые услуги: 3D-печать и обработка с ЧПУ

Студенческое спонсорство

[tilarids]

44 minutes ago, Ремирович said:

или это очередной “глас вопиющего в пустыне”?   

Очередная попытка слушать цифры (нули) в КНИ. Об этом давно была статья "Феномен транзисторного звучания". В 80-Х годах японские фирмы довели количество нулей в КНИ своих усилителей до рекордных значений в 0, 0001 %.  И всё равно ЭТО звучало плохо.

Edited July 19, 2019 by tilarids

[Adver]

$0 за 1-4 слойные печатные платы, полный цикл сборки печатных плат под ключ

Бесплатное ПО для анализа печатных плат NextDFM. Незаменимый помощник для разработчиков PCB!

[Falconist]

Лучше почитайте-ка, что умные люди пишут: http://cxem.net/sound/amps/amp239.php

И что в значительном большинстве случаев вполне достаточно вот такой схемы: http://sound.whsites.net/project27.htm

 

[Adver]

LIR-20 – модуль резервирования питания от MORNSUN
Компания MORNSUN расширила линейку продукции, монтируемой на DIN-рейку, выпустив модуль резервирования питания LIR-20 с максимальным током до 20 А на канал. Модуль можно использовать на шинах с напряжением 24 или 48 В (полный диапазон напряжения 22…60 В). Данный модуль применяется в системах, где даже выход из строя источника питания (ИП) не должен привести к потере напряжения. К модулю резервирования подключаются два источника питания, причем один из них может быть бесперебойным (ИБП; UPS), и нагрузка.

Читать подробнее >>

[mihelson]

Как вариант. Комплектуха доступна, защита от КЗ присутствует, схема простая. http://cxem.net/sound/amps/amp206.php

[Adver]

LED-драйверы MEAN WELL – выбор больше, стоимость ниже

Компэл расширил и существенно пополнил склад LED-драйверами компании MEAN WELL, одновременно снизив цену на них. В настоящий момент на складе представлена широкая линейка продукции для наружного (семейства HLG, ELG, XLG, LPC, LPV), и для внутреннего (APC, LCM, SLD, APV) освещения.

Имеется большой выбор моделей с различными режимами стабилизации выходных параметров. Кроме того, есть в наличии и линейка DC/DC-драйверов, как понижающих (семейство LDD), так и повышающих (семейство LDH).

Подробнее>>

[Ulis]

58 minutes ago, tilarids said:

 В 80-Х годах японские фирмы довели количество нулей в КНИ своих усилителей до рекордных значений в 0, 0001 %.  И всё равно ЭТО звучало плохо.

У японцев были и великолепно звучащие усилители в конце 70-ых, начале-середине 80-ых

[Adver]

Популярные модели литиевых батареек FANSO EVE Energy готовы к отправке
На складе КОМПЭЛ уже готовы к поставке одни из самых востребованных литиевых батареек типов ER и CR производства FANSO EVE Energy – одного из мировых лидеров на рынке первичных литиевых элементов питания.
Данные источники тока получили широкое применение в различных областях, будь то системы безопасности, приборы учета или мелкая бытовая техника. 

Подробнее о применениях>>
 

[miroslav_mm]

"Нули ничто, спектр всё"!!! Короткий, спадающий, копать нужно в этом направлении, Чивер сделал первые шаги в нужном направлении.
Но в сети много убежденных сектантов, которые рассказывают последние 20 лет что главное в УСе это глубина ОС, и вообще у меня сложилось впечатление, что усилители свои они делают сугубо для симуляторов, и там же меряются письками, ой сори, своими виртуальными достижениями. )))

[Adver]

Источники питания MEAN WELL для медицинских устройств на складе Компэл

Компэл расширяет складскую программу по специальным ИП для применения в медицинских приборах и устройствах. Представлены ИП в диапазоне мощности от 5 до 500 Вт, по медицинскому стандарту EN60601-1 с двумя мерами защиты пациента (2хMOPP; тип BF) для устройств, контактирующих с пациентом.  Все эти надежные источники питания могут применяться не только в медицинских устройствах.

Подробнее>>

[BAFI]

пока ухами)) не услышишь не поймешь скоко там нулей ептить) вот хвалят 7296 - как по мне лажа - слушал - дорофеева хвалят - собрал - все равно не оНо) - тут еще много зависит от источника и АС так что бессмысленно считать нули ,имхо.

[Alex_63]

Неадекватный "Адекватный усилитель начального уровня".

Смотрим схематехнику Усилителя Бриг-001-стерео версии 1.

Выкинули дифкаскад, каскод в УН,  генератор тока в УН  и на этом потеряли усиление усилителя с разомкнутой ООС.

Может не стоит "кастрировать"  Бриг  ?

[Владислав2]

11 hours ago, mihelson said:

Как вариант. Комплектуха доступна, защита от КЗ присутствует, схема простая.

Вот здесь действительно из самых доступных сделано. Собирал, только схему под однополярное 30V  (+) и (-) делал. Добавлял делитель из 2 R по 100к и R1 к нему подключил, на выход конденсатор 4700мк 63V. Пришлось маленько подбирать режим. Хорошо звучит. Делал не себе, человек доволен.

Из стареньких вот этот собирал:

Только С27 - 0,1мкф и первый C на входе заменил на 1мкф неполярный и R44 12к. Звучит приятно. Первый транзистор МП38. После R39 нужно добавить электролитический C 220мкф 63V. А С20 не ставил, так ООС у Т5 добавилась. Мне надо было высокое входное R усилителя, поэтому каскад на Т5 нужен.

Edited July 20, 2019 by Владислав2

[ZLOdeyB@sil@]

On 19.07.2019 at 19:33, Ремирович said:

Каким должен быть первый усилитель, который бы хотелось собрать самому?

КМК 7294 или 3886, не устроит - можно чего нибудь поприличнее пробовать.

On 19.07.2019 at 22:33, miroslav_mm said:

Но в сети много убежденных сектантов, которые рассказывают последние 20 лет что главное в УСе это глубина ОС, и вообще у меня сложилось впечатление, что усилители свои они делают сугубо для симуляторов, и там же меряются письками, ой сори, своими виртуальными достижениями. )))

та и других сектантов достаточно, есть те кто вполне реальными лампами, кондесаторами и др,  германиевыми ОУ и проводами, и их доступностью меряются. Снобизм и пафос также дстачно распрастраненные явления.

Edited July 20, 2019 by ZLOdeyB@sil@

[RRR20]

Вот адекватный аппарат для начинающих (и не только), который и собирать приятно и слушать:

А если двойку заменить на тройку и защиту добавить, то не только начинающим он будет интересен, не смотря на простоту.

[Pont 007]

Так уж сложилось, что для всех начинающих лучший этот усилитель.

Банально из-того что там расписаны все действия, и что куда подключать, и как собирать и как настраивать, да ответов там на все вопрос полно.

Edited July 21, 2019 by Pont 007

[Ремирович]

Всем, кто отметился в теме, спасибо. Да, только после того, как схема будет реализована в железе. можно будет хоть что-то сказать по делу, а так получаются одни умозаключения. Надеюсь кто-нибудь решится это сделать. Вопрос качества звучания, настолько "мутная" тема, что даже затрагивать её не хочется. Но проверить насколько хорошо работает усилитель, думаю можно на реальном, музыкальном сигнале. Только оценивать должен не человек, от субъективного мнения которого избавится не удастся, а что-то типа корелляционной функции. Как следует из приведённых замечаний, ни спектральный анализ, ни анализ нелинейных искажений не дают реальной оценки качества усилителя, значит остаётся надеяться только на свой вкус, пока не пришли к единому мнению, а "на вкус и цвет товарищей нет".

[тимвал]

 

19.07.2019 в 18:33, Ремирович сказал:

Каким должен быть первый усилитель, который бы хотелось собрать самому? Понятно, что как можно лучше, и как можно проще и доступнее.

Мне хочется спробовать вот такой: 

Сто ватт при 0.0084% КНИ.    А уж прост как лисапед. 

[Alex_63]

Посмотрел

Ток покоя драйверов   80мА   ( 1837/4793)  зависит от R1=R2=470 Ом.

Ток покоя ВК                 400мА   (1943/5200).

КНИ    0.057% / 1КГц 100Вт

Edited July 24, 2019 by Alex_63

[тимвал]

Прибавляй R1,R2  убавляй ток покоя. В модели ток покоя ВК 50...60ма. Модель показана не из каких то конкретный транзисторов, а из  "усреднённых".  Под конкретные нужны будут и номиналы другие...

[Vadim 161]

21 hours ago, тимвал said:

Сто ватт при 0.0084% КНИ.

Вообще-то в культурном обществе принято смотреть КНИ на частоте 20кГц, а не 1, как у вас на картинке.

[тимвал]

А чем потом будете измерять реальный усилитель? Или в "культурном обществе"  джентльменам верят на слово? 

[blak566]

В симуляторе можно создать аналог реального дина?

Ёмкость индуктивность то понятно,а имею ввиду инерциальную массу подвижной системы, ведь дин это генератор энергии при переходных процессах

Интерестно было бы посмотреть на меанд с нагрузкой в виде нч дина у разных усилков (частоту не обязательно 1Ггц ,  200гц -1Кгц вполне хватит)

[Ulis]

 

31 minutes ago, blak566 said:

В симуляторе можно создать аналог реального дина?

Эквивалент - запросто

[blak566]

Just now, Ulis said:

 

Эквивалент 

Даже можно ввести массу подвижной системы?

Ёмкость индуктивность нечестный эквивалент дина,как например и двигателя с маховиком,чтоб перебороть инерцию ток может пойти больше чем позволяет активное сопротивление

Наверно потому и борятся народные маркетологи за цифры в симуляторах и нагрузке в виде резистора,потому что на нагрузке которая является генератором  тока картинка может оказаться некрасивой

Кроме меандра есть ведь всем известный способ проверки на реальной музыке и АС, записать звук с выхода усилка при работе на АС ,а потом сделать в проге вычитание

[Ulis]

Люди не глупее нас с вами придумали эквивалент. Нам пофиг на подвижку, как и усилителю. Важны критические реактивности, которые он виlит на своем выходе и его реакция на них.
Остальное для теоретиков.

Edited July 26, 2019 by Ulis

[тимвал]

7 hours ago, blak566 said:

Ёмкость индуктивность то понятно,а имею ввиду инерциальную массу подвижной системы, ведь дин это генератор энергии при переходных процессах

И велика ли эта энергия?  Для интереса подвигал диффузор на 10ГДШ-36.  Максимум 0.3 в. и 30 ма.  на тестере. (Входное сопротивление тестера 10 МОм.)  Думаете это как то повлияет на выход 20-ти ваттного усилителя? 

А вот ёмкость и индуктивность влияют довольно заметно. Особенно если усилитель с глубокой ОООС и проблемами устойчивости.

[Vslz]

Ну так, не двигать надо, а дергать порезче. Чем выше скорость катухи, тем выше ЭДС. Помнится, давным давно, 75ГДН... на переходных процессах заставил испустить дух усилителя на мосте TDA2005 - пробило ВК. Динамик жив. Запомнил .

[тимвал]

75ГДН под рукой нет. Да и не уверен я что дело в ЭДС динамика. TDA2005 и так дохли на ура от любого чиха.