Пролог. История появления этого усилителя не совсем типичная для меня, так как обычно я разрабатываю схему, затариваюсь под нее необходимыми радиоэлементами, а уже потом под все это развожу печатную плату. Но в этом раз получилось иначе. Идея создать данный усилитель появилась когда в закромах был обнаружен отличный, мощный тороидальный трансформатор, идеально подходящий для создания усилителя с раздельным питанием. Заодно хотелось разгрузить свой «складик» радиоэлементов пустив их в дело. Поэтому этот усилитель на 95% сделан из того что уже было под рукой, специально покупать почти ничего не пришлось. Не смотря на то, что усилитель делался «из того что было», хотелось сделать не «абы что», а очень качественное устройство. В итоге цель была достигнута, получилось даже лучше чем я сам ожидал.
Концепция. Как уже писал выше: хотелось сделать максимально качественно, без лишних усложнений и из того что есть под рукой. Кроме того, учитывая наличии хорошего, почти аудиофильского трансформатора, было решено сделать ставку на чистоту питания усилителя, поэтому вопросу качества питания было уделено очень большое внимание, если даже не ключевое.
Схема. Решил не менять традиций и очередной усилитель строить по топологии Лина. Не смотря на это, усилитель получился достаточно необычным благодаря некоторым «фишкам» применяемым мною в усилителе впервые. Впервые я использовал раздельное питание усилителя напряжения (УНа) и выходного каскада (ВК), «электронный дроссель» для цепи питания УНа, транзистор Дарлингтона в УНе чтобы убить двух зайцев одним выстрелом, параллельное включение транзисторов УНа, развязку питания ВК диодом Шоттки, резисторы SMD формата 2512 в эмитерах выходных транзисторов. Все эти нововведения хорошо показали себя в работе и в дальнейшем я буду пользоваться этими фишками и в других своих схемах.
Технически характеристики усилителя BlackBen
Изначально не хотел приводить вообще никаких технических характеристик, так как все характеристики являются более чем достаточными для любого слушателя. А сам факт того, что эта схема увидела свет, свидетельствует о том, что полученный результат меня полностью удовлетворил и схема того достойна. Достойна вашего внимания. Но на всякий случай, чтобы избежать лишних вопросов, приведу некоторых технические характеристики:
- Чувствительность (1кГц, 4/8Ом, 50/25Вт) = 444 мВ
- Выходная мощность (1кГц, 4Ом, КНИ не выше 0,05%) = 50 Вт
- Выходная мощность (1кГц, 8Ом, КНИ не выше 0,05%) = 25 Вт
- Коэф. нелинейных искажений (1кГц, 4/8Ом, 45/22Вт) = не более 0,001 %
- Коэф. нелинейных искажений (20кГц, 4/8Ом, 45/22Вт) = не более 0,015 %
- Диапазон воспроизводимых частот (-1дБ относительно 1кГц) = 20 — 140 000 Гц
- Диапазон воспроизводимых частот (-3дБ относительно 1кГц) = 10 — 260 000 Гц
- Коэф. подавления нестабильности напряжения питания (по шинам +/-25В, в диапазоне 20 — 20 000Гц) = не хуже -90дБ
- Коэф. подавления нестабильности напряжения питания (по шинам +/-37В, в диапазоне 20 — 100 Гц) = не хуже -90дБ
- Коэф. подавления нестабильности напряжения питания (по шинам +/-37В, в диапазоне 100 — 20 000 Гц) = не хуже -130дБ
Осциллограммы работы усилителя на прямоугольном сигнале с частотами 1, 10 и 20кГц, а также работа усилителя до ограничения (клиппинга) и в ограничении (клиппинге). Как видно, усилитель идеально точно воспроизводит форму прямоугольника на частоте 1кГц и достаточно точно на частотах 10-20кГц, при этом переходная характеристика имеет гладкую форму, какие-либо выбросы на переходной характеристике — отсутствуют. Работа усилителя в клиппинге уверенная, вход и выход из ограничения не сопровождается выбросами или искажением формы сигнала, что так же свидетельствует о высокой устойчивости схемы.
Элементная база
Большинство радиодеталей использованных мною были взяты из моего «складика» и скорее всего большинство из них найдутся и в ваших запасах. Именно с расчетом на то, чтобы по максимуму использовать популярные, имеющиеся у меня и у большинства детали и затачивалась эта схема. Она неприхотлива к элементной базе и допускает многочисленные замены без ущерба качеству. Некоторые возможные замены приведены в списке радиоэлементов под этой статьей, дублировать изложенную там информацию я не буду. Главное чтобы все используемые элементы были проверенны перед пайкой, были полностью исправными и оригинальными. Резисторы лучше использовать металлопленочные, так как они имеют меньший собственный шум чем углеродистые. Не запрещается использовать металлопленочные резисторы типа МЛТ производства СССР. Если под рукой не окажется резистора какого-либо номинала, можно заменить его последовательным или параллельным соединением нескольких резисторов. Каждый резистор, перед тем как впаивать в плату, необходимо проверять на соответствие его маркировки фактическому сопротивлению. Впаивать резисторы ориентируясь исключительно по нанесенной на них маркировке — нельзя. Не стоит стремиться к применению высокоточных резисторов с низким допуском, однако некоторые резисторы и транзисторы желательно подобрать — об этом далее. Допускается в качестве резистора R19 использовать резистор с рассеиваемой мощностью 0,25Вт. Крайне желательно, чтобы резистор отвечающий за регулировку тока покоя выходного каскада (R17), был многооборотным, например типа 3296W. Только применение многооборотного резистора позволит плавно, точно и безопасно выставить требуемую величину тока покоя. Использование некачественного подстроечного резистора может привести к резкому и неконтролируемому росту току покоя с последующим выходом из строя транзисторов выходного каскада. Все номиналы, типы и минимальное допустимое напряжение конденсаторов, применяемых в схеме, указаны в списке радиоэлементов. Каждый конденсатор должен быть проверен на соответствие его маркировки фактической емкости, а также проверен на отсутствие повышенной утечки. Недопустимо применять электролитические конденсаторы производства СССР, а также конденсаторы с подтеками, вздутыми корпусами и другими видимыми дефектами. Все модели диодов, стабилитронов и транзисторов, примененных мной, а также некоторые допустимые варианты их замены указаны в списке радиоэлементов. Все транзисторы с открытыми фланцами устанавливаемые на радиатор, должны быть от него надежно изолированы с помощью специальных теплопроводящих подложек. Транзисторы в изолированных корпусах дополнительно изолировать не нужно. Транзистор VT18 устанавливается к радиатору лицом (не фланцем!), крепежный винт должен быть изолирован от фланца с помощью пластиковой втулки.
Подбор элементов. Для минимальной величины постоянного напряжения на выходе усилителя необходимо подобрать в пары некоторые элементы. А именно: транзисторы VT3 и VT4, транзисторы VT1 и VT5 (по hFe), резисторы R6 и R8, резисторы R7 и R9 (по сопротивлению). Точность подбора должна быть максимально возможной ваших условиях. Отличным результатом можно считать результат, при котором на выходе усилителя постоянное напряжения не превышает 10мВ, а удовлетворительным когда на выходе усилителя постоянное напряжение находится в диапазоне 10-30мВ. Подбор осуществлять не обязательно, при этом ничего критического в плане работоспособности усилителя не случится.
Катушка на выходе усилителя. Точность изготовления большой роли не играет. Удобнее всего наматывать катушку используя в качестве каркаса сверло диаметром 7-8мм. Диаметр провода: 0,95 — 1,2мм2. Количество витков: 10 — 12.
Радиатор. Наверно многие глядя на фото усилителя в сборе, могут подумать что площадь радиатора недостаточна для эффективного охлаждения усилителя, но на самом деле это не так. Благодаря использованию раздельного питания и низкому напряжению питания выходного каскада, температура радиатора даже на синусоидальном сигнале, при максимальной выходной мощности на нагрузку 4Ом, не превышает 50 градусов. То есть, без особого дискомфорта можно сколько угодно долго удерживать руку на радиаторе.
Первое включение. Порадовало. Обе собранных мною платы запустились и были готовы исправно трудиться сразу после первого включения. Осталось только выставить ток покоя. Мною был выставлен ток покоя равный 40мА (что соответствует падению напряжения 18мВ между эмитерами выходных транзисторов) и именно такое значение тока покоя я рекомендую устанавливать и вам. Ток покоя регулируется плавно и точно удерживается на выставленном значении. Постоянное напряжения на выходе обоих каналов усилителей точно удерживается на одном значении, в мое случае значения постоянного напряжения на выходе получились — 8 и 9 мВ.
Блок питания усилителя. Классический. Двухполярный. Заточен на раздельное питания. Блок питания имеет на своем выходе две пары шин питания: +/- 37В — высоковольтная, слаботочная, для питания усилителей напряжения, +/- 25В — низковольтная, сильноточная, для питания выходных каскадов. Переменное напряжение для высоковольтной и низковольтной шин питания выпрямляется с помощью мостовых выпрямителей. Диодный мост высоковольтной шины собран из быстрых диодов HER207 (2А, 700В), а диодный мост низковольтной шины из быстрых диодов FR607 (6А, 700В). Каждый диод низковольтной шины зашунтирован пленочным конденсатором. Фильтрация напряжения питания по низковольтным шинам осуществляется простейшими C — фильтрами, в качестве которых используется по три параллельно включенных конденсатора в каждом из плечей: два электролитических по 4700мкФ х 35в и одного пленочного 1мкФ х 63в типа CL-21. Для фильтрации питания по высоковольтным шинам используются П — образные CRC фильтры. Поскольку потребление тока по высоковольтным шинам небольшое (не более 50мА для каждого плеча), а также благодаря наличию «электронных дросселей» в высоковольтных шинах питания усилителя, для эффективной фильтрации нет необходимости использовать электролитические конденсаторы с высокой собственной емкостью.
Софт-старт
Для данного усилителя был изготовлено новое устройства ограничения пускового тока (софт-старт). Была использована старая и проверенная схема софт-старта , но с небольшими изменениями и конечно же была разведена новая печатная плата. В качестве резисторов ограничивающих пусковой ток (R5-R7), мной были применены довольно редкие высокоточные советские резисторы C5-5-10Вт 200 Ом +/- 0.5%. Эти резисторы у меня были и достались мне бесплатно, поэтому именно их я и применил. Вы можете применить любые другие резисторы с рассеиваемой мощностью 5-10Вт. Резисторы R1-R4 устанавливаются на плату со стороны дорожек. Они выполняют роль дополнительного предохранителя на случай пробой конденсатора С1. Конденсатор С2 должен быть помехоподавляющим типа Х2. Варистор RV1 защищает усилитель от высоковольтных импульсных помех и от превышения напряжения в питающей сети выше 275В.
Защита акустики
В этом качестве я использовал модифицированную защиту DEF 2017. Модификация заключается в добавлении на плату диодного моста, а также замене простого однотранзисторного стабилизатора напряжения на стабилизатор напряжения на основе линейного регулятора LM7812. Защита отключает акустику от выхода усилителя в случае если на его выходе постоянное напряжение превысит +/- 4В. Время отключения зависит от величины постоянного напряжения на выходе усилителя: при напряжении +/- 5В на выходе усилителя, время отключения составляет 0,2 сек, при напряжении+/- 25В — 0,04 сек.
Корпус
Стальной, изготовлен на заказ по моим чертежам. Выполнен из стали толщиной 1,5мм. Окрашен порошковой краской в заводских условиях. Корпус — это почти единственная часть усилителя, на которую пришлось потратить деньги, все остальное, за редким исключением, выло взято из старых запасов.
На этом все! Спасибо за внимание!
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
Усилитель мощности BlackBenR30, R35
Резистор1 Ом2
0.25Вт R3, R4, R21, R24, R25, R26, R27, R28
Резистор22 Ом8
0.25Вт R7, R9, R14
Резистор39 Ом3
0.25Вт R13
Резистор62 Ом1
0.25Вт R8, R18, R20
Резистор100 Ом3
0.25Вт R5
Резистор200 Ом1
0.25Вт R12
Резистор470 Ом1
0.25Вт R16
Резистор510 Ом1
0.25Вт R2, R31, R34
Резистор1 кОм3
0.25Вт R29, R36
Резистор1.5 кОм2
0.25Вт R15
Резистор2.4 кОм1
0.25Вт R1, R10, R11, R22, R23
Резистор15 кОм5
0.25Вт R19
Резистор15 кОм1
0.5Вт R32, R33, R37, R38
Резистор0.47 Ом4
SMD 2512, 1Вт R39
Резистор10 Ом1
SMD 2512, 1Вт R17
Резистор680 Ом1
Подстроечный типа 3296W C5
Конденсатор47 пФ1
Керамический NPO, 50В C2, C18, C19
Конденсатор470 пФ3
Керамический NPO, 50В C30
Конденсатор47 нФ1
Пленочный типа CL-21, 250В C4, C6, C7, C9, C10, C12, C15, C16, C22, C23, C25, C27, C28, C32, C35, C36
Конденсатор100 нФ16
Пленочный типа CL-21 или CL-11, 63/100В C29, C31
Конденсатор470 нФ2
Пленочный типа CL-21, 63/100В C1, C8
Конденсатор1 мкФ2
Пленочный типа CL-21, 63/100В C11, C13
Конденсатор47 мкФ2
Электролитический, 50В C3
Конденсатор100 мкФ1
Электролитический, неполярный, 16В C14, C17, C20, C21, C24, C26
Конденсатор470 мкФ6
Электролитический, 50В C33, C34
Конденсатор4700 мкФ2
Электролитический, 35В VD1
СтабилитронBZX55-C3V31
3.3В VD2, VD3, VD4, VD5, VD6, VD7
Выпрямительный диод1N41486
КД522 VD8, VD11
Выпрямительный диодSF182
или HER108 VD9, VD10
Диод20452
MBR2045, STPS2045, SB2045 VT1, VT5, VT9, VT11, VT13
Биполярный транзистор2N55515
КТ6117 VT2, VT3, VT4, VT6, VT7, VT10, VT12
Биполярный транзистор2N54017
КТ6116 VT8, VT15
ТранзисторKT815Г2
BD139 VT14
Биполярный транзисторMPSA131
KSP13, BC517 VT16
Транзистор2SC22401
2SC1815, КТ315В VT17
Транзистор2SA9701
2SA1050, КТ361В VT18
ТранзисторKT814Г1
BD140 VT19
Транзистор2SC34211
2SD669, BD139, КТ817Г, КТ815Г VT20
Транзистор2SA13581
2SB649, BD140, КТ816Г, КТ814Г VT21
Транзистор2SC32811
2SC5200, 2SC5359 VT22
Транзистор2SA13021
2SA1943, 2SA1986 Блок Питания для Усилителя BlackBenR1, R2
Резистор2.2 Ом2
2Вт C1, C2, C3, C4
Конденсатор2.2 нФ4
Пленочный типа CL-21, 1000В C5, C8
Конденсатор100 нФ2
Пленочный типа CL-21, 63/100В C6, C7, C17, C18
Конденсатор1 мкФ4
Пленочный типа CL-21, 63/100В C9, C12, C13, C16
Конденсатор470 мкФ4
Электролитический, 50В C10, C11, C14, C15
Конденсатор4700 мкФ4
Электролитический, 35В VD1, VD2, VD3, VD4
Выпрямительный диодHER2074
FR207 VD5, VD6, VD7, VD8
Выпрямительный диодFR6074
10A10, КД213 Софт-старт 2017R1, R2, R3, R4
Резистор4.7 Ом4
0.5Вт R5, R6, R7
Резистор200 Ом3
5 — 10Вт R8, R9, R10
Резистор33 кОм3
0.25Вт RV1
Резистор07K4311
14К431 C1
Конденсатор470 нФ1
Пленочный типа CL-21, 400В C2
Конденсатор470 нФ1
Пленочный типа Х2, ~275В C3, C4
Конденсатор220 мкФ2
Электролитический, 25В VD1, VD2
СтабилитронBZX55-C122
12В VD3
Выпрямительный диод1N40071
FR107 VDS1
ДиодKBP3071
VT1
Биполярный транзисторMPSA131
KSP13, BC517 K1
РелеTianbo HJR-3FF-12VDC1
Контакты 10А, катушка 12В F1
Предохранитель3.15А1
Защита Акустики DEF 2017 MR1, R2
Резистор15 кОм2
0.25Вт R3, R4
Резистор220 кОм2
0.25Вт C1, C5, C6
Конденсатор220 мкФ3
Электролитический, 25В C2
Конденсатор100 нФ1
Керамический X7R, 50В C3, C4
Конденсатор100 мкФ2
Электролитический, 25В VD1, VD2
Выпрямительный диод1N41482
КД522 VDS1
ДиодKBP3071
VT1, VT2, VT3, VT4
Биполярный транзистор2N55514
КТ6117 VT5, VT6
Биполярный транзисторMPSA132
KSP13, BC517 DA1
Линейный регуляторLM78121
КР142ЕН8Б K1, K2
РелеTianbo HJR-3FF-12VDC2
Контакты 10А, катушка 12В Добавить все
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- BP.lay (149 Кб)
- DEF 2017 M.lay (96 Кб)
- SS.lay (77 Кб)
- USRP.lay (374 Кб)
Теги: