Быстродействующий силитель мощности

[Карабас]

Разработан новый транзисторный усилитель мощности. В данный момент существуют два макета, отличающиеся конструкцией корпуса и печатных плат. При разработке УМ ставилась задача получения достаточно мощного аппарата со звуковым трактом минимально возможной длины. У усилителя нет прототипов. Отдаленным прототипом является мой усилитель класса А мощностью 25 Вт. https://disk.yandex.ru/d/3cAjRaKcrkwYaw. Его схема приведена в начале ветки https://www.hiend-audio.ru/showthread.php?t=1185. Усилитель получил самые восторженные отзывы слушателей, которые, собственно, и вдохновили меня на разработку новой схемы. Дополнительным соображением при разработке новой топологии усилителя были некоторые недостатки, которые есть у схемы Лина, по которой строится большинство современных усилителей мощности. Те или иные варианты этой схемы содержат выход на двух-трех каскадах комплементарных эмиттерных повторителей (иногда с полевиками). Такое включение транзисторов с корректором Хауксворта или без него подразумевает их ограниченную управляемость при запирании.
Целью разработки было получение более мощного и экономичного по сравнению с классом А усилителя при возможном сохранении достоинств предыдущей разработки. Для увеличения мощности усилителя было решено перейти к режиму класса АВ в выходном каскаде. На разработку приемлемой схемы ушло примерно два года. Разные варианты анализировались в Micro-Cap-е. Итоговый вариант схемы получился довольно простым и, можно сказать, красивым. Усилитель имеет всего два каскада и совершенно новую конфигурацию. Одной из особенностей УМ является схемотехника выходного каскада. Он выполнен на полевых транзисторах с каналом n-типа. Транзисторы с каналом p-типа не применялись по принципиальным соображениям, поскольку они обладают сравнительно худшими параметрами. Применение полевых транзисторов на выходе позволило поучить мягкий режим переключения верхнего и нижнего транзисторов усилителя, что положительным образом отразилось на спектре искажений.
Усилитель имеет два канала. Каждый питается от отдельных стабилизаторов ±30 В. Может отдавать в нагрузку 8 Ом неискаженный сигнал с амплитудой близкой к напряжению питания на частотах до 200 кГц. Основными задачами разработки были получение высокого быстродействия усилителя и минимальной длины петли ОС. Попутно решалась задача уменьшения т.н. инерционных искажений во входном каскаде. Задача получения минимальных значений КНИ была на втором плане.
Глубина ОС усилителя 36 дБ. Низкочастотный полюс находится на частоте 36 кГц. Благодаря высокому быстродействию усилитель без труда воспроизводит музыкальные сигналы любой сложности. Прослушивание тестовых фонограмм показало высокую достоверность передачи звучания различных музыкальных инструментов и вокала.
Усилитель содержит:
- схему дежурного питания;
- тороидальный трансформатор 200 Вт;
- стабилизаторы питающего напряжения, обеспечивающие минимальный уровень фона;
- схему защиты от щелчков и постоянного напряжения на выходе;
- схему стабилизации тока покоя выходных каскадов;
- резистор ALPS в регуляторе громкости;
- коммутатор на 4 входа на реле с посеребренными контактами.

Технические характеристики усилителя:
Количество каналов – 2
Количество входов – 4
Релейный коммутатор входов
Выходная мощность - 50 Вт на канал (8 Ом); 80 Вт на канал (4 Ом).
Коэффициент усиления по напряжению – 26 дБ
Ток покоя 0,2 А
Частотный диапазон 5 Гц – 1,2 МГц (-3 дБ);
Сдвиг фазы выходного сигнала на частоте 20 кГц – 1,6 град.
Выходное сопротивление – 0,05 Ом
Скорость нарастания выходного напряжения более 100 в/мксек
КНИ (THD) при выходной мощности 25 Вт:
1 кгц – 0,02%,
20 кгц – 0,05%,
50 кГц – 0,2%.
Вес усилителя – 9 кг
Размеры 430 мм ; 300 мм; 100 мм.
Вложение 7478Вложение 7479Вложение 7477

Некоторое представление о возможностях усилителя могут дать осциллограммы:
Синусоида 200 кГц, размах 50 В от пика до пика:



Меандр 50 кгц, размах 25 В от пика до пика:



Вопросы по теме "Быстродействующий УМ" можно задать мне по почте alz 57@yandex.ru

[Мусатов Константин]

Поздравляю с достижением результата. Делаете только для себя или планируете на РХЭ выйти?

[Карабас]

Делаете только для себя или планируете на РХЭ выйти?

Извините за невежество. Что значит РХЭ? Пока у меня два макета. Завтра один макет отправляю в Рязань. Один слушаю сам. Есть еще желающие. Буду заказывать печатные платы и корпуса. Интересно было бы узнать мнение авторитетных экспертов, может быть с кем-то скооперироваться.

[Мусатов Константин]

РХЭ - выставка Российский HiEnd, проводимая ежегодно в МТУСИ

[Карабас]

Конечно, я хорошо знаю про эту выставку. Видимо, с этой аббревиатурой давно не встречался. Участвовать в выставке - большая ответственность. Нужно представить достойный во всех отношениях аппарат. Кроме того, я плохо представляю организационную часть этого форума. Чтобы участвовать в выставке мне нужно с кем-то скооперироваться. Один я не смогу. Можете ли Вы мне что-то посоветовать в этом плане?

[Мусатов Константин]

Наверно вам ещё год понадобится чтобы довести усилитель до идеала, включая дизайн. А тут может и на ближайшей выставке найдете с кем кооперироваться

[Карабас]

Наверно вам ещё год понадобится чтобы довести усилитель до идеала, включая дизайн

Да придется постараться. А кому сейчас легко!

[Карабас]

Получил отзыв о качестве моего усилителя от нового владельца Сергея из Рязани. Была договоренность, что решение о покупке он примет после прослушивания и консультаций с друзьями. После прослушивания сомнений у Сергея не осталось. Однако он все-таки захотел улучшить аппарат. Друзья посоветовали ему заменить сетевой предохранитель на "фирменный" из особо чистых металлов ценой всего лишь 2000 руб. Это один из самых дешевых правильных предохранителей. По его словам после замены предохранителя середина вроде бы стала прозрачнее, вокал более выразительный. Но в его голосе чувствовалась неуверенность. Кто-нибудь может высказать свое мнение по поводу улучшения звука с помощью специальных предохранителей?

[Карабас]

Выше я затронул тему влияния сетевых предохранителей на качество звучания аудиосистем. На мой взгляд качество сетевого! предохранителя не должно оказать заметного влияния на звук. Я допускаю, что в отдельных случая могут повлиять, например, сетевые фильтры. У кого есть информация об этом?

[Мусатов Константин]

По мне, предохранители должны минимально влиять на качество звучания. Факты говорят, что много в каких усилителях, Они влияют заметно. Думаю, это показатель недоработанности схемотехники

[Карабас]

Факты говорят, что много в каких усилителях, Они влияют заметно.

Аудиофилы рассуждают так, что предохранитель - это "слабое место". Через него в усилитель поступает вся энергия. Один знакомый утверждает, что он удалил предохранитель, запаял перемычку и усилитель стал работать заметно лучше. И все-таки мне непонятна физика процесса. Константин, может быть вы можете что-то пояснить? Какие искажения могут вность предохранители?

[Мусатов Константин]

Предохранитель - это малоомный нелинейный резистор. Если падение напряжения на нем изменяет работу усилителя, пусть совсем чуток, то и получаем результат

[Карабас]

Видимо это влияние невозможно объяснить только на основе теории электрических цепей.

[Владимир R-V-A]

Видимо это влияние невозможно объяснить только на основе теории электрических цепей.

Почему же невозможно объяснить? Моё объяснение - неправильно разработан БП усилителя. Скорей всего в выпрямителе БП емкости недостаточного номинала. Хороший БП питания должен обеспечивать стабильную работу УНЧ при значительных перепадах напряжения в сети и при любой штатной нагрузке. А в идеале, УНЧ должен продолжать работу даже при выключении напряжения в сети. Он должен работать от бесперебойного питания с теми же параметрами и характеристиками как и при питании от сети. И с любыми типами предохранителей.
Но я могу и ошибаться. Вдруг в теории цепей уже изобрети что-то новое.

[Карабас]

Поясняю свою мысль. Есть предохранитель на 5 А. При токе через него равном 3 А падение напряжения составляет примерно 20 мВ. В силу инерционности нити на частоте 50 Гц сопротивление предохранителя не меняется в течение периода. Заряд емкостей БП идет импульсами на вершинах синусоиды. Форма напряжения в сети такова. что эти вершины уже имеют то или иное искажение формы. Добавление сопротивления предохранителя в несколько десятков мОм к активному сопротивлению обмоток и индуктивным сопротивлениям рассеяния никакого влияния на заряд емкостей оказать, видимо, не может. Кроме того есть еще и стабилизаторы напряжения. Причина эффекта в чем-то другом.

[Владимир R-V-A]

Поясняю свою мысль. Есть предохранитель на 5 А. При токе через него равном 3 А падение напряжения составляет примерно 20 мВ. В силу инерционности нити на частоте 50 Гц сопротивление предохранителя не меняется в течение периода. Заряд емкостей БП идет импульсами на вершинах синусоиды. Форма напряжения в сети такова. что эти вершины уже имеют то или иное искажение формы. Добавление сопротивления предохранителя в несколько десятков мОм к активному сопротивлению обмоток и индуктивным сопротивлениям рассеяния никакого влияния на заряд емкостей оказать, видимо, не может. Кроме того есть еще и стабилизаторы напряжения. Причина эффекта в чем-то другом.

Карабас, а давайте без поиска черной кошки на мусорной свалке мировых теорий или догадок человечества. Все уже давно изобрели до нас. Вот мой вариант фильтра после выпрямителя с достаточно большими емкостями в выпрямителе (грубо говоря 1000 мкФ на каждые 10 Вт потребляемой мощности).

Еще ни один не доказал убедительно, и на графиках не показал, что после установки таких фильтров у него предохранители (или еще что-то даже там - по схеме Худа) не те... не так работает, или фона очень много...

[Мусатов Константин]

Я часто встречаю предохранители на платах уже после конденаторов фидьтра питания. Не скажу что это хорошо, но факт

[Владимир R-V-A]

Я часто встречаю предохранители на платах уже после конденаторов фидьтра питания. Не скажу что это хорошо, но факт

Правильно - сэкономили на пусковом токе заряда без схемы мягого включения - применили из экономии малые емкости, или поставили предохранитель, по существу в цепи нагрузки УНЧ и вуаля - получайте полное говно. Кстати, мой вариант стабилизатора - фильтра еще работает и как схема мягкого запуска и конденсаторов, если они есть после фильтра - в цепях питания УНЧ - не будет хлопков в АС и не нужны будут дорогие реле. Сюда же можно подтянуть (через развязывающие диоды и резисторы на базу составного транзистора) и схему защиты, если появится высокое, постоянное напряжение на выходе УНЧ - чтобы АС не сгорели в случае аварии и стабилизатор - фильтр закрылся наглухо, а не рассеивал на себе рассчетную мощность (в десятки или даже сотни Ватт) по всему размаху напряжения питания при токе защиты, как это обычно делается в БП.

[Карабас]

Правильно - сэкономили на пусковом токе заряда без схемы мягкого включения - применили из экономии малые емкости, или поставили предохранитель, по существу в цепи нагрузки УНЧ и вуаля - получайте полное говно.

Да, часто из экономии схему питания сильно упрощают. Но и ваш фильтр-стабилизатор не шедевр схемотехники. Подобная схема давно известна. Я в своем усилителе применял двуполярный стабилизатор напряжения с внутренней защитой по току. При перегрузке он просто выключался без всяких реле.

[Карабас]

Посмотрите этот ролик: https://dzen.ru/video/watch/6675351560306c0876193aa5
Какое ваше мнение об аппарате этих ребят?

[Владимир R-V-A]

Посмотрите этот ролик: https://dzen.ru/video/watch/6675351560306c0876193aa5
Какое ваше мнение об аппарате этих ребят?

Очень затянутый ролик - почти 2 часа пустой болтовни. Что собственно нового и инновационного они придумали мне непонятного из этого ролика. Композитные усилители уже известны лет 20, если не тридцать и сколько они получили нелинейных искажений я так и не уловил. Типа меньше, чем заявленные в даташите в LM 3886 - 0,01%. Для получения искажений меньше этого уровня вообще нет необходимости делать композитный усилитель. Любые современные микросхемы 7293(4), 3886, 1875 и даже 2030 при их включение с более глубокой ООС и при правильной частотной коррекции могут дать искажения примерно до 0,0015 - 0,003%. Вопрос, на какой нагрузке и на какой мощности указаны искажения?
Откровения по поводу важности БП с малыми пульсациями и помехами тоже не наполнены конкретным содержанием - ролик без конкретных схемотехнических решений. Что они придумали нового не понятно.
Что касается дизайна - дело вкуса. Корпус сделан, вроде, качественно. Тут претензий нет - "пришито намертво". Мощность в 55 Вт, в принципе, достаточна для обычного домашнего прослушивания на среднестатистических мощностях от 0,1 до 5 Вт. Но, для меня меня High-End, это мощность не менее 100-150 Вт, чтобы даже при средней мощности в 5-10 Вт пики сигнала качественной записи не искажались. Среднюю мощность от 0,1 дол 5 Вт вполне могут обеспечить и микросхемы 7294 3886 и даже 2030 в режиме их ультралинейной работы. При цене этих микросхем примерно 30-100 руб. за шт. Так, что по звуку их нельзя будет отличить от этого усилителя.
Общеё впечатление - затянутый, пустой по содержанию ролик. Полностью досмотреть невозможно. С пятой минуты начинаешь просто листать и смотреть выборочно все ту же пустую говорильню о том, как труден был их путь к успеху.
Про цветомузыку - удачный юмор в эпоху, когда у каждого есть цветной телек.