Всё об усилителе JLH. Часть III — второе пришествие.

Хотелось подобрать миниатюру к статье в тему, но чтобы не оскорбить ненароком религиозных чувств верующих… пусть будут мимишные котятки. Они нравятся всем!

Ниже представлен перевод статьи Джона Линсли Худа, которую он опубликовал в 1996 году, с вариантами доработок и улучшений своего легендарного усилителя. В среде радиолюбителей как-то само собой прижилось название для этой модификации — «Усилитель JLH v.1996»

Прошло не много ни мало, а целых два с половиной десятилетия после первой публикации схемы усилителя мощности класса «А» Джона Линсли Худа. Но до сих пор он поражает своим качеством звучания и остаётся вполне конкурентноспособным в ряду современных и даже очень дорогих усилителей мощности.

Сегодня мы предлагаем вашему вниманию доработки и улучшения этой ставшей поистине легендарной конструкции, которые разработал сам автор на основе собственного опыта эксплуатации своего усилителя, а также, по отзывам многочисленной армии поклонников, повторивших эту конструкцию.

Большая часть статьи Джона посвящена предыстории появления этого усилителя, описанию особенностей и недостатков ламповых схем и их сравнению с транзисторами. К рассматриваемой схеме это прямого отношения не имеет, поэтому мы позволим себе эту часть пропустить.

Принципиальная схема.

Вы не поверите, но оригинальная схема, которая была опубликована в далёком 1969 году, до сих пор остаётся актуальной:

Разве что, выходные транзисторы типа MJ480 / 481 морально устарели и их стало сложно найти. Они без проблем могут быть заменены на более современные и надёжные 2N3055.

Как отмечалось ранее, для минимизации искажений усилителя коэффициент передачи тока база транзистора TR1 должен быть равен или выше, чем у транзистора TR2. Очень хорошим решением оказалось использование в выходном каскаде составных транзисторов Дарлингтона типа  MJ3001 в качестве Tr1. На частоте 1 кГц, это снижает уровень искажений на мощности близкой к ограничению с 0,1% до 0,01%. При этом, как и прежде, в спектре доминирует вторая гармоника. При снижении выходной мощности уровень искажений падает. Собственные искажения и шумы измерительного оборудования не позволили точно измерить их уровень.

Хотя красивые цифры — это хорошо, тем не менее, я провел тестовые прослушивания этих вариантов и лампового усилителя Williamson. Справедливости ради я вынужден рекомендовать к использованию всё же транзисторы типа 2N3055  в качестве TR1 и TR2.

Кстати, во многих Интернет-магазинах и аукционах сейчас предлагают готовые конструкции и наборы для сборки именно классической версии усилителя JLH.

Возможные улучшения.

Если рассматривать оригинальную схему, то улучшить можно и нужно следующее:

• ввести более удобную регулировку тока покоя выходных транзисторов путём включения в базовую цепь  TR2 подстроечного резистора.
• перевести схему на двухполярное питание, чтобы исключить выходной разделительный конденсатор.
• увеличить выходную мощность до 15Вт на канал.
• блок питания тоже следует построить на современной элементной базе.

В моём дополнении к статье годом позже первой публикации я предложил альтернативные типы транзисторов выходного каскада, а также улучшенный способ регулировки тока покоя:

Хотя, в теории, эта схема должна была улучшить характеристики усилителя, измерения показались лишь небольшое изменение коэффициента гармоник, а разницу в звучании я выявит не смог.

Перевод усилителя на двухполярное питание не должен кардинальным образом сказать на его характеристиках, тем не менее, это позволяет избавиться от разделительного выходного конденсатора на пути сигнала. Не у всех радиолюбителей есть возможность поставить сюда качественный и, как правило, дорогой электролитический конденсатор относительно большой ёмкости.

Самый простой и очевидный способ такой модификации — это сделать входной каскад двухтактным. Однако это изменит и коэффициент усиления, и фазовые сдвиги усилителя, что потребует применения цепей ВЧ-коррекции. Таких изменений мне не хотелось. Тем более что для сведения к нулю постоянного напряжения на выходе усилителя достаточно обеспечить необходимый базовый ток транзистора TR4.

Выходная мощность.

Для повышения выходной мощности усилителя, казалось бы, достаточно повысить напряжение питания и ток покоя выходного каскада. Но нужно учесть, чтобы и трансформатор, и выпрямитель, а также стабилизатор в случае его использования справились с возросшей на них нагрузкой. Кроме того, радиаторы должны обеспечить эффективное охлаждение транзисторов при работе с повышенной мощностью.

При выходной мощности 15Вт на нагрузке 8 Ом потребуется амплитуда сигнала в 11В и ток покоя 2А. На рисунке представлена принципиальная схема новой версии усилителя со всеми доработками и двухполярным питанием:

При такой организации на каждом выходном транзисторе выделяется мощность 44 Вт. Для их охлаждения следует использовать радиаторы соответствующего размера или принудительное охлаждение.

Транзисторы 2N3055 имеют предельное напряжение коллектор-эмиттер 60В, а максимальный ток коллектора составляет 15А, что позволяет им рассеивать максимальную мощность 115Вт при соответствующем радиаторе. При выбранных режимах транзисторы работают в безопасной области и каких-либо дополнительных защитных мер не требуется. Тем не менее, включение предохранителя на 3А в выходную цепь усилителя может быть вполне разумно.

В схему также добавлен стабилизатор на напряжение 15В в шину положительного питания, чтобы предотвратить проникновение фона в эмиттерную цепь транзистора TR4. При такой организации смещения входного каскада постоянное напряжение на выходе усилителя легко устанавливается в пределах ±50мВ. Для минимизации его дрейфа транзистор TR5 следует разместить как можно дальше от радиаторов выходных транзисторов для исключения взаимного нагрева, а также снабдить его индивидуальным небольшим радиатором.

Полоса пропускания усилителя.

Полоса пропускания усилителя в оригинальной версии была 10Гц-250кГц по уровню -3дБ. В новой версии я добавил на входе цепь R3C2, которая ограничивает полосу пропускания на ВЧ до 50кГц, для защиты усилителя от радиопомех. Выходное сопротивление источника сигнала должно быть 10кОм и ниже.

Для расширения полосы пропускания в НЧ-области до 7Гц можно увеличить ёмкость разделительного конденсатора С1 до 1мкФ.

Результаты.

Я всё же предпочитаю принимать во внимание результаты измерений (особенно спектров), нежели полагаться на субъективные особенности слухового восприятия экспертов, участвующих в тестах и прослушивании усилителя.

Проведенные измерения показали искажения усилителя менее 0,1% на границе клиппирования. При уменьшении выходной мощности искажения уменьшались вплоть до полного маскирования шумами измерительной аппаратуры. В спектре искажений доминирует вторая гармоника. Подобные результаты служат для меня более чем убедительными доказательствами высокого качества усилителя, лучше мнения самого «ушастого» эксперта.

А если учесть высокую стабильность схемы при испытании меандром, отсутствие переходных процессов и выбросов на прямоугольных импульсах при любой реактивной нагрузке без цепей высокочастотной коррекции, то «слуховые тесты» кажутся абсолютно лишними.

Последним доводом «за» повторение этой конструкции должен послужить для вас тот факт, что при практически идентичном звучании с высококачественными и дорогими ламповыми усилителями данный усилитель отличается простотой, доступностью и низкой стоимостью используемой элементной базы. Затраты на его сборку составляют лишь десятую часть от стоимости элементов для хорошего лампового усилителя.

В своих статьях Джон Линсли Худ постоянно сравнивает свой транзисторный усилитель класса «А» с ламповым усилителем Williamson. Для него он является эталоном звучания и эталоном в ламповой схемотехнике. Чтобы было понятно, о чём идёт речь: это ламповый двухтактный усилитель, охваченный цепью общей отрицательной обратной связи, с кенотронным блоком питания. Выходные лампы KT-66 по конструкции и характеристикам были относительно революционны для своего времени. На рисунке представлена принципиальная схема усилителя:

Продолжение следует…