Усилитель мощности Ultra-LD 200W (Часть II)

В первой части этого цикла статей мы представили принципиальную схему усилителя мощности Ultra-LD 200W. Подробно были рассмотрены схемотехнические и конструкторские приёмы, направленные на достижение, можно сказать, экстремально низких значений шума и искажений. Следует отметить, что усилитель выполнен по архитектуре Лина, но каждый узел в нём тщательно проработан и оптимизирован известным австралийским инженером Дугласом Селфом.

В этой части мы рассмотрим вопросы сборки усилителя. Хотя конструкция усилителя относительно простая, для получения заявленных параметров следует уделить особое внимание некоторым аспектам, на которых мы и остановимся подробно.

Для начала напомним принципиальную схему усилителя мощности Ultra-LD 200W:

 

Качество транзисторов

Чтобы получить от усилителя заявленные высокие параметры, в первую очередь необходимо использовать качественные комплектующие. Выходные транзисторы NJL3281D и NJL1302D должны иметь маркировку On Semiconductor, а малошумящие транзисторы 2SA970 — маркировку Toshiba. Остерегайтесь подделок!

Остальные транзисторы, используемые в усилителе, настоятельно рекомендуется применить от известных производителей, таких как Philips (NXP Semiconductors), On Semiconductor и ST Microelectronics. В крайнем случае постарайтесь найти качественные транзисторы хотя бы для драйверного каскада MJE15030 и MJE15031.

Печатная плата

Двухсторонняя печатная плата имеет размеры 135 × 115мм. Скачать чертёж в формате pdf. Расположение элементов показано на рисунке:

Оранжевым цветом показаны проводники с одной стороны платы, серым — проводники с нижней стороны платы.

Заметим, что рисунки и фото немного отличаются от чертежей печатных плат в архиве, так как усилитель подвергся нескольким модификациям. Было увеличено количество переходов между слоями платы, так как пиковые токи могут быть довольно высокими.

Кроме того, это снижает вероятность выгорания переходных отверстий на плате в случае выхода из строя элементов выходного каскада. В этом случае ремонт платы будет очень затруднителен.

Также были добавлены переходные отверстия для малосигнальных цепей, которые могут показаться избыточными, но служат для выравнивания потенциалов.

Наконец, на плате был добавлен резистор 1Вт мощностью 390Ом, обеспечивающий выход на наушники. Из-за чего 2-х контактный разъём CON3 был заменён на 3-х контактный клеммный блок.

Также было сделано несколько небольших изменений, чтобы улучшить расположение компонентов.

Сборка

Все свободные отверстия платы должны быть предварительно пропаяны, для обеспечения надёжного контакта проводников с нижней и верхней стороны печатной платы. Для этого можно использовать обрезки выводов радиоэлементов или заранее приготовленную облуженную проволоку. Некоторые элементы усилителя требуют пайки с двух сторон платы.

Сборку следует начать с установки указанных выше перемычек между слоями платы. Не забудьте про контактную площадку под пятиваттными резисторами в верхнем левом углу платы.

После это установите два диода 1N4148 (D1 и D2), затем резисторы (кроме мощных пятиваттных) и конденсаторы. Настоятельно рекомендуем вам  проверять сопротивление каждого резистора с помощью цифрового мультиметра перед его установкой.

Убедитесь, что диоды и электролитические конденсаторы установлены с правильной полярностью. 

Пока лучше не устанавливать два электролитических конденсатора по 1000мкФ, чтобы облегчить монтаж транзисторов Q10 и Q11.

Напомним, что конденсатор емкостью 100пФ в цепи коллектора транзистора Q9 должен быть рассчитан на напряжение 100В.  Как вариант, можно использовать довольно распространённые высоковольтные конденсаторы на 3кВ.

После этого можно установить мощные резисторы. Их выводы следует согнуть под углом 90°  на расстоянии примерно 5мм от корпуса. Для обеспечения эффективного охлаждения не нужно их прижимать плотно к печатной плате. Следует обеспечить зазор не менее 1,5мм (при пайке подложите под них спичку). Смонтируйте резисторы так, чтобы надписи на них были на верхней стороне и сориентированы в одну сторону (как показано на фото). Это существенно облегчит проверку и ремонт усилителя.

Установите держатели для предохранителей. Следите, чтобы их ограничители были направлены в нужную сторону.

Малосигнальные транзисторы

Теперь можно установить на плату транзисторы в корпусах TO-92 —  2SA970s, BC546s, BC556s и BC639. Они обычно имеют прямые выводы, поэтому предварительно их надо сформировать. Как это сделать, показано на фото:



Если всё сделано правильно, между корпусами транзисторов и печатной платой должно быть 4мм. Транзисторы Q1 и Q2, Q3 и Q4, и Q5 и Q6 должны быть установлены плоской стороной корпуса друг к другу.

Транзисторы в корпусах TO-126 Q7 и Q9, предварительно крепятся на U-образные небольшие радиаторы TO-220, прежде чем они будут запаяны в печатную плату.

Важно центрировать эти радиаторы так, чтобы их рёбра не касались соседних элементов, а также соблюдать осторожность при настройке и проверке усилителя, чтобы случайно их не замкнуть щупами измерительного прибора.

Дроссель выходного фильтра

Дроссель выходного фильтра изготавливается из эмалированного медного провода диаметром 1мм и длиной 1,5м. Провод следует намотать на каркас с внутренним диаметром 10мм с диаметром «щёчек» 20мм. При равномерной намотке виток к витку у вас должно получиться 25 с половиной витков.  Сверху зафиксировать намотку можно с помощью изоленты или термоусадочной трубки. Будьте осторожны при усадке термоизоляции, так как высокие температуры могут повредить или деформировать каркас катушки.

Готовая катушка должна быть плотно установлена на печатную плату без зазоров. Перед этим необходимо зачистить от лака концы медной проволоки.

Подсказка: в качестве каркаса для катушки удобно использовать шпульки для швейных машин, которые легко найти в соответствующих магазинах.

Радиатор

Как показано на фотографиях, транзисторы драйверного и выходного каскадов смонтированы на большом ребристом радиаторе размерами: 200 × 75 × 48мм (L × H × D).

Для такого радиатора авторы дают два варианта крепления транзисторов.

В первом случае отверстия диаметром 3мм сверлятся насквозь и попадают между рёбрами радиатора. Транзисторы в этом случае крепятся с помощью винтов и гаек. Но! В этом случае нарушается эстетика конструкции — плату придётся сместить на 1 см в сторону и она будет расположена несимметрично относительно радиатора.

Во втором случае плата будет расположена симметрично, но отверстия попадают на ребра и просверлить их насквозь будет проблематично, да и внешний вид радиатора пострадает. Это особенно недопустимо, если радиаторы будут использоваться как боковые стенки усилителя. В этом случае придётся просверлить глухие отверстия диаметром 2,5мм и нарезать в них резьбу М3. Гайки в таком случае не потребуются.

На чертеже даны размеры для обоих вариантов. Выбор за вами.

После подготовки отверстий начните монтаж с установки транзисторов Q10 и Q11. Не забудьте, что они должны быть изолированы от радиатора — потребуются изоляционные прокладки и втулки (и то, и другое можно добыть из неисправных компьютерных блоков питания). Заверните крепящие транзисторы винты, но не затягивайте до конца. Вставьте выводы транзисторов в отверстия печатной платы, отрегулируйте их положение.

Монтаж транзисторов выходного каскада

Теперь можно установить четыре выходных транзистора (Q12 — Q15). Почему у них больше трёх выводов, читайте в первой части статьи. Эти транзисторы также должны быть изолированы от радиатора с помощью силиконовых изоляционных прокладок.

Начните с установки Q12. Вставьте выводы транзистора в отверстия печатной платы, отогните на себя, вставьте крепежные винт, оденьте на него силиконовую прокладку. Теперь можно заворачивать винт в радиатор. Аналогично крепятся остальные транзисторы.

Слегка прихватите припоем крайние выводы транзисторов Q12 и Q15. Отрегулируйте плату так, чтобы она плотно прижималась к радиатору, расстояние от платы до нижней грани радиаторы было 10мм, а от краёв платы до краёв радиатора по 32,5мм. Также проверьте, что плата расположена под углом 90° к радиатору и не провисает под собственным весом.

Если всё нормально, можно пропаять выводы транзисторов и только после этого затянуть винты, крепящие транзисторы. Если отверстия вашей платы не металлизированные, то выводы транзисторов придётся пропаять с двух сторон.

Обязательно проверьте мультиметром отсутствие короткого замыкания между коллекторами транзисторов и радиатором. При обнаружении замыкания проверьте и, при необходимости, замените изоляционную прокладку. Так как выходные транзисторы включены параллельно, для локализации места замыкания придётся откручивать от радиатора все по очереди.

Установите два электролитических конденсатора емкостью 1000мкФ 63 В и винтовые клеммы CON1 — CON3.

На этом сборка усилителя закончена.

Продолжение следует…

Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»

Авторы: Лео Симпсон и Джон Кларк

Вольный перевод: Главный редактор «РадиоГазеты»