Портал для радиолюбителей, меломанов, аудиофилов и сочувствующих последним.

Схемы усилителей, регуляторов громкости и тембра, DAC, блоков питания и стабилизаторов и т.п.

Современный гибридный усилитель

Гибрид усилительКачество ламповых усилителей в очень большой степени определяется качеством выходного трансформатора (конечно, если сама схема и другие компоненты на должном высоком уровне). И если для относительно маломощных усилителей (примерно до 10 Вт) размеры и стоимость выходного трансформатора ещё укладываются в разумные пределы, то для мощных конструкций это становится реальной проблемой.

Из-за нелинейного намагничивания железа и возможного насыщения выходной трансформатор имеет высокие нелинейные искажения, а также весьма неважные частотные и фазовые характеристики. Это всё, конечно, можно исправить путём введения отрицательной обратной связи, но, как известно, она улучшает параметры, но портит звук.

В последнее время у радиолюбителей большую популярность приобрели гибридные конструкции, где  выходной трансформаторный каскад заменяется транзисторным каскадом.  Это позволяет обеспечить согласование выхода усилителя с низкоомной нагрузкой и в тоже время избавляет схему от трансформатора и, как следствие, от искажений, вызванных нелинейностью железа.

Кроме того, такое построение схемы позволяет использовать усилительные приборы с наибольшей эффективностью — как известно, лампы являются высоколинейным усилителем напряжения и отлично подходят для входных каскадов. В тоже время транзисторы гораздо лучше усиливают ток и оптимально подходят для выходных каскадов усилителя. За счёт высоковольтного питания ламповые каскады позволяют получить сигнал большой амплитуды для раскачки выходного каскада, что существенно упрощает предварительную часть усилителя.

Схема гибридного усилителя Герхарда Хааса представлена на рисунке:

Схема гибридного усилителя мощности

Увеличение по клику

Характеристики усилителя:

  • Максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом — 70Вт,
  • Диапазон воспроизводимых частот 20Гц...100 кГц (-0,6 дБ),
  • Входное сопротивление — 47кОм,
  • Чувствительность — 1,5В,
  • Уровень шумов  - 185 мкВ,
  • Уровень гармоник:
выходная мощность 10 вт 50 вт
общий уровень гармоник: 0,53% 1%
2-ой гармоники: 0,37% 0,83%
3-ой гармоники: 0,25% 0,3%
4-ой гармоники: 0,02% 0,03%
5-ой гармоники: 0,09% 0,05%

Лампы и их режимы работы были выбраны так, чтобы обеспечить небольшое усиление с разомкнутой петлёй ООС. Дело в том, что для стереофонического варианта в усилителе без обратной связи довольно сложно обеспечить равенство усиления каналов. Здесь для упрощения этой задачи введена неглубокая отрицательная обратная связь, чтобы она не сказывалась негативно на звучании.

Так как ламповые каскады не очень любят режим «холостого» хода и уж тем более режим короткого замыкания, для безопасной эксплуатации усилителя в схеме предусмотрена защита выходного каскада.

Ламповая и транзисторная части схемы довольно типичны. Так как выходной каскад является относительно низкоомной нагрузкой, то для его согласования со входным дифференциальным каскадом используется мощный пентод, способный обеспечить требуемый выходной ток с минимальными искажениями сигнала.

Для того, чтобы получить от входного каскада максимальное усиление при минимальной нелинейности и высокое подавление синфазных помех, в катодах лампы должен стоять линейный резистор бесконечного сопротивления. Обычно, это решается применением источника стабильного тока. Но, чтобы сильно не усложнять схему, для питания катодных цепей первой лампы автор использовал дополнительный источник питания с напряжением -68В. Полученное при этом значение номинала резистора R3 вполне достаточно для достижения высоких параметров входного дифференциального каскада. Компенсировать различие в параметрах триодов лампы Ro1 можно с помощью триммера P1.

Выходной каскад усилителя построен по симметричной двухтактной схеме на транзисторах Дарлингтона. Ток покоя (65мА) можно контролировать по падению напряжения на резисторах R34,R35, которое при указанных на схеме номиналах должно составлять 22мВ. Транзистор Т1 является стабилизатором тока покоя и должен быть закреплен на радиатор вместе с выходными транзисторами.

Так как выходные транзисторы имеют очень большой коэффициент усиления по току, то специальных мер для балансировки каскада не предусмотрено. За время эксплуатации усилителя выходное напряжение в режиме покоя не превышало 100мВ, что, как считает автор, абсолютно не критично для низкоомной нагрузки.

Из-за значительного различия напряжений питания ламповой и транзисторной частей усилителя  реализовать общую отрицательную обратную связь по переменному и постоянному токам не представляется возможным. Как уже отмечалось ранее, в схеме присутствует лишь неглубокая ООС по переменному току для выравнивания коэффициента усиления каналов, которая не сказывается на звучании усилителя.

Для максимального разделения каналов желательно использовать моноблочную конструкцию для каждого канала. Источники питания, описанные ниже, позволяют это легко реализовать.

Схемы высоковольтного стабилизатора для питания ламп и стабилизатора цепей накала (для снижения уровня фона питающей сети) показаны на рисунке:

Стабилизатор накала ламп

Увеличение по клику

Для повышения напряжения на выходе микросхемы 7805 до необходимого уровня используется «подпорка» из светодиода. Эта схема хорошо зарекомендовала себя за долгие годы эксплуатации.

Блок питания транзисторной части усилителя:

Блок питания гибридного усилителя

Увеличение по клику

Все блоки усилителя (кроме блока питания транзисторной части) монтируются на печатных платах. «Общие» выводы источников питания должны быть соединены  вместе. На плате усилителя под резисторами R14-R16 для лучшего их охлаждения предусмотрены отверстия. Выходные транзисторы и транзистор стабилизации тока покоя (Т1) крепятся на радиатор через изолирующие прокладки.

Гибридный усилитель мощности

Увеличение по клику

Настройка усилителя достаточно проста. После подачи напряжения накала и прогрева ламп можно подключать высокое напряжение. При этом конденсаторы С8 и С11 должны быть отключены!!! На вход усилителя подают сигнал с генератора и, повышая его амплитуду, добиваются ограничения сигнала (в районе 50В) на выходе ламповой части. Триммером Р1 регулируют симметрию ограничения, так как триоды в одном баллоне никогда не бывают идентичны на 100%. При наличии анализатора спектра регулировку ламповой части можно осуществить с его помощью, добиваясь триммером Р1 минимальных гармонических искажений.

Следующим шагом является проверка транзисторной части.  Для этого отключаем питание ламповых каскадов, подаём низковольтное питание и замеряем напряжение на резисторах R34,R35. Оно должно составлять около 22 мВ, что соответствует току покоя в 65мА.

Если всё прошло успешно, восстанавливаем соединение ламповой и транзисторной частей усилителя — запаиваем С8 и С11 на свои места. Подключаем на выход в качестве нагрузки резистор номиналом 4 Ома  и включаем усилитель. Подаём на вход сигнал от генератора и проверяем, что на выходе при амплитуде сигнала в 16 В нет видимых искажений. Это соответствует выходной мощности в 60 Вт. Как видно из приведенных данных, в спектре сигнала доминирует вторая гармоника, а сам спектр является быстроспадающим, что говорит о ламповом звучании схемы и доминировании триодов.

Транзисторные схемы малочувствительны к сопротивлению нагрузки, поэтому к выходу усилителя можно подключать нагрузку от 4 до 16 Ом. Правда, при нагрузке в 16 Ом выходная мощность составит немного больше 16 Вт, так как просадка напряжения питания транзисторной части из-за уменьшения токовой нагрузки также уменьшится. Это недостаток транзисторных схем по сравнению с ламповыми, где за счёт выходного трансформатора (с отводами вторичной обмотки) обеспечивается равная выходная мощность для нагрузок  в 4, 8 и 16 Ом.

Так как транзисторные усилители не переносят короткого замыкания в нагрузке или длительные токовые перегрузки, в усилителе предусмотрена система защиты. За основу взята схема, разработанная компанией Siemens ещё в 1970 году.

Принцип работы системы защиты от короткого замыкания поясняет рисунок:

Защита от короткого замыкания

При указанных на схеме номиналах ток короткого замыкания ограничивается на уровне 8,8А.

Принцип работы схемы защиты от пиковых токов показан на рисунке:

Защита от больших токов

Конденсатор С14 обеспечивает временную задержку срабатывания защиты, чтобы исключить ложные срабатывания на пиках музыкального сигнала и ограничивать только долговременные превышения. Диод D10 (D9) для снижения потерь должен быть диодом-Шоттки.

Применение такой системы защиты резко повышает надёжность усилителя.

Рисунки печатных плат и схемы расположения элементов забираем здесь (rar-архив, 485 кбайт).

Статья подготовлена по материалам журнала «Электор» (Германия)

Удачного творчества!

Главный редактор «РадиоГазеты»

Понравилась статья? Расскажи друзьям:

0

Похожие статьи:


Следите за новостями портала:


Новое в "РадиоГазете"

Добавить комментарий

Спамеры, не тратьте своё время - все комментарии модерируются!!!
All comments are moderated!


Поиск по сайту:

Рубрики:

Самое читаемое:

Последние комментарии:

Юрий
к посту: Вариации на тему усилителя Моргана Джонса
"А С3 разве не на пути сигнала??.."

Mars_Atlant
к посту: Прецизионный усилитель для наушников
"Доброй ночи. Неужели его кто-то собрал,.."

geomineral.ru
к посту: Прецизионный усилитель для наушников
""Звук льётся,а не извлекается". Усилител.."

Александр
к посту: Простой генератор
"Очень хороший вариант генератора и пробн.."

Александр
к посту: Прецизионный усилитель для наушников
"Всё красиво! Платки вообще аккуратненько.."

Александр
к посту: Усилитель мощности Ultra-LD 200W (Часть II)
"уня СОБРАН НА ДИФФ КАСКАДЕ НА PNP транзи.."

Vitaly
к посту: Всё о регуляторе громкости А.Никитина (часть 6) — говорят, что царь ненастоящий...
"Схема Гисбертса была опубликована не в н.."

Вход:

Подписаться на новые выпуски РадиоГазеты:


Новое в "РадиоГазете"
Подписаться письмом


Контакты:

Если Вы хотите:
  1. Предложить свои материалы для публикации,
  2. Сообщить о неработающей ссылке,
  3. Поделиться своими впечатлениями или замечаниями по сайту,
пожалуйста, воспользуйтесь для этого
формой для контактов
.

Тираж: