Вячеслав Щуцкий, г.Запорожье
В последнее время в специализированных журналах появились публикации о транзисторных выходных однотактных каскадах усиления тока как адекватной замене выходному трансформатору ламповых усилителей [1], [2]. Разрешите внести свой вклад в вопрос решения этой проблемы, ведь самую значительную часть в высокой цене ламповых усилителей занимают выходные лампы и выходные трансформаторы, а выходные трансформаторы, в свою очередь, являются ещё и самым трудоёмким, материалоёмким звеном ламповых усилителей. Вашему вниманию предлагается однотактный усилитель тока на биполярных транзисторах с током покоя выходных транзисторов 2 А (класс «А» оконечной ступени), рассеиваемой мощностью 60 Вт, выходной мощностью 25 Вт на нагрузке 4 Ом. Это функционально законченный узел, являющийся по отношению к переменной составляющей входного сигнала повторителем, т.е. его коэффициент усиления немногим менее единицы. Усилитель предназначен для совместной работы с высококачественным усилителем напряжения, предпочтительно выполненном на ламповой элементной базе (например, по схеме [1]) с нагрузкой на высокочувствительные акустические системы мониторного типа. Усилитель можно использовать и в качестве усилителя для головных телефонов, при этом ток покоя выходных транзисторов следует уменьшить, а сами выходные транзисторы применить более высокочастотные и менее мощные (например, КТ854А).
Данный усилитель наглядно демонстрирует преимущества наметившейся в последнее время тенденции в построении оконечных усилителей, а именно: усилитель сам не имеет обратной связи и при совместной работе с усилителем напряжения (хоть транзисторным, хоть ламповым) не нуждается во введении общей обратной связи.
Рассмотрим схему усилителя. Входное сопротивление усилителя формируется сопротивлением входного каскада и сопротивлением делителя напряжения на подстроечном резисторе R2, который задает на эмиттере VТ4 потенциал половины питания. Входной каскад построен по схеме с общим коллектором (ОК) на транзисторе VT1 с активной нагрузкой в цепи его эмиттера в виде источника стабильного тока (ИСТ) VT2, VТЗ. Транзисторы VТ2, VТЗ установлены на общем теплооотводе с площадью поверхности 30…40 см2. ИСТ построен с использованием известного принципа «PUSH-PULL» (тяни-толкай), т.е. весь ток коллектора VТЗ истекает в базу VТ2. По сравнению со схемой смещения транзистора ИСТ с помощью диодов (или стабилитроном, светодиодом) в цепи его базы, такая схема имеет более высокие параметры, ведь ИСТ смещается по току (задаётся сопротивлением резистора R5), а не по напряжению. В данной оригинальной схеме ИСТ имеется возможность установки обоих транзисторов на общем теплоот-воде (установка диодов на радиатор более проблематична), что обеспечивает более высокую стабильность тока ИСТ и тока выходных транзисторов.
Весь ток коллектора входного транзистора втекает в базу транзистора VТ5, на котором построен ИСТ для выходного усилительного транзистора VТ4 (принцип «PUSH-PULL»). Выходной усилительный транзистор VТ4 включен также по схеме с ОК, а весь усилитель является усилителем типа ОК-ОК. Транзисторы VТ4, VТ5 устанавливаются на общем теплоотводе с площадью порядка 800 см2.
Налаживание усилителя заключается в первоначальной установке R2 в среднее положение; после включения проконтролировать ток покоя на резисторе R6 (датчик тока выходных транзисторов) и потенциал на эмиттерах VТ4 12…15 В (половина U1пит=24…30 В), VТ5 (0,2 В). При недостаточном токе покоя резистор R5 следует уменьшить, после этого возможна дополнительная подстройка потенциала половины питания на эмиттере VТ4, что лучше всего контролировать визуально (на экране осциллографа) по равномерности ограничения синусоиды 315…400 Гц с подключенной нагрузкой.
Усилитель имеет высокую стабильность тока покоя благодаря оригинальной схеме обоих ИСТ и не требует установки на выходных радиаторах датчика тока. Температурная стабильность устройства зависит от следующих факторов: площадь радиаторов выходных транзисторов, температура воздуха в помещении и его вентиляция в месте установки усилителя. Если температура радиаторов превосходит 80 градусов (на радиаторе невозможно удержать ладонь, а лучше температуру измерить прибором МАSТЕСН 890C), то следует применить принудительную вентиляцию радиаторов с помощью вентилятора для компьютера. Принудительное охлаждение может быть включённым в работу постоянно, по схеме автоматического включения или по схеме с автоматической регулировкой скорости вращения вентилятора [4], [5].
При включении усилителя в сеть переходный процесс имеет небольшую продолжительность и сопровождается незначительным смещением диффузора динамика. Если же необходимо выполнить отключение акустической системы (АС) на время переходного процесса, то целесообразно выполнить не отделение АС от выхода усилителя контактной группой реле, а шунтировать АС замкнутой контактной группой на время переходного процесса. В этом случае при работе усилителя звуковой сигнал не проходит через контактную группу реле, т.е. звук лишен продуктов дребезга контактов, а требования к качеству контактов реле снижаются. Если длительность переходного процесса усилителя напряжения больше, чем у оконечного усилителя, то рекомендуется установить дополнительное реле на входе оконечного усилителя, которое должно быть высококачественным с содержанием драгоценных металлов в контактах, однако контакты могут быть слаботочными, а все реле соответственно не слишком дорогим. Установка реле по входу ещё более целесообразна при использовании лампового формирователя напряжения и снятии сигнала с анода лампы. В этом случае при включении обоих устройств в сеть на аноде лампы появится всё напряжение питания (т.к. катод ещё не прогрет), конденсатор С1 пропустит импульс высокого напряжения и выведет из строя VТ1. Избежать этого случая можно также применением кенотронного питания ламповой части схемы, т.к. после включения напряжение на аноде лампы будет нарастать плавно, по мере нагрева накала кенотрона, переходной процесс транзисторной части уже будет закончен, а конденсатор С1 будет заряжаться плавно, а не скачкообразно.
Возможно использование данного усилителя в составе 2-полосного усилителя в качестве СЧ+ВЧ звена, где НЧ звено может быть выполнено по схеме двухтактного усилителя тока, как более мощного и энергосберегающего вида усилителей тока. Рекомендуемая двухтактная схема — параллельный усилитель. Почему? Если внимательно присмотреться к схеме описываемого усилителя, то можно увидеть, что усилитель представляет собой как бы половину параллельного усилителя (VТ1+VТ4). Поэтому наилучшего фазового сложения усилителя НЧ с усилителем СЧ+ВЧ можно достичь в случае, если оба усилителя тока будут выполнены по сходной схемотехнике, т.е. по схеме параллельного усилителя (на тему которого мною разработано несколько модификаций как с применением биполярных транзисторов, так и с использованием транзисторов MOSFЕТ). При этом для данного однотактного усилителя следует применить силовой трансформатор с секционированными обмотками на склеенном магнитопроводе, как обеспечивающий более лёгкое, «воздушное» звучание именно в СЧ + ВЧ диапазоне. Для двухтактного усилителя НЧ более применим тороидальный трансформатор, обеспечивающий получение глубокого, устойчивого баса. Немаловажное значение имеет и тип применяемых диодов в мосте выпрямителя. Рекомендуемый для звена ВЧ-СЧ тип диодов — КД 213, FR 607, КД 202, для звена НЧ — лавинные диоды КД206.
Однополярное питание усилителя выбрано не случайно. Опыт моего конструирования показывает, что усилители с двух-полярным питанием и непосредственным присоединением нагрузки к выходу усилителя страдают (трудноуловимой приборным методом) модуляцией выходного сигнала постоянной составляющей напряжения питания. Вследствие этого бас звучит ненатурально, как бы «по-транзисторному», чрезмерно «остро», или, как выражаются специалисты, «плохо читаются басовые ноты». Скорее всего, это происходит в усилителе напряжения (формирователе сигнала), поэтому усилитель напряжения полезно отделять от усилителя тока по постоянному току (конденсатором, несомненно высокого качества). Об этом эффекте в своей статье говорит г-н Шашурин [3]. Мои исследования показывают, что способ отделения АС от выхода усилителя тока высококачественным электролитическим конденсатором именно при однополярном питании также неплох, не в последнюю очередь, возможно, благодаря поляризации выходного электролита половиной напряжения питания. Такой же способ применён и в однотактном усилителе тока Andrea Ciuffoli [2]. Кстати, если усилитель предполагается использовать в качестве широкополосного, то НЧ АС можно подключать к выходу усилителя через электролитический конденсатор, а звено СЧ-ВЧ подключать непосредственно к эмиттерам выходных транзисторов VТ4-VТ5 через штатные для АС конденсаторы фильтра (кроссовера). В этой схеме включения конденсаторы фильтра будут поляризованы выходным напряжением усилителя, что пойдёт только на пользу звуку, причем настоятельно рекомендую применить фильтр только первого порядка (прекрасно зарекомендовали себя конденсаторы МБГО, МБГЧ, которые необходимо извлечь из стального корпуса и восстановить герметичность путём размещения конденсатора в пластмассовом стакане, залитом компаундом). Также в этом случае подключения АС к усилителю следует исключить возможность ошибочного подключения НЧ динамика к гнёздам подключения динамиков СЧ-ВЧ, т.к. при этом на НЧ динамик поступает половина питания усилителя, а сам усилитель войдет в аварийный режим. Следует исключить и возможность замыкания концов кабелей блока СЧ-ВЧ возле акустической системы, применив для этого «бананы» скрытого типа (приборные). Работа выходного электролита улучшается при параллельном включении нескольких однотипных конденсаторов, это же справедливо для конденсаторов сглаживающего фильтра питания. Однополярное питание усилителя привлекательно еще и благодаря меньшему количеству конденсаторов фильтра питания (в два раза), ведь чем меньше составляющих в тракте, тем проще достигнуть нужного результата.
Если у вас нет высокочувствительных и дорогостоящих динамиков типа «Lowter», то ощутить «вкус однотактного звука» можно с помощью отечественных высокочувствительных динамиков 10ГДШ, 4А32 (с предварительным отбором). Для самых бескомпромиссных аудиофилов могу порекомендовать в качестве высокочувствительного ВЧ+СЧ звена применить последовательно-параллельное соединение четырех динамиков 5ГДШ-4-4 (диаметром 148 мм, применявшихся в отечественных полупроводниковых телевизорах с кинескопом 61ЛК5Ц, 61ЛК4Ц). При этом необходимость дополнительного ВЧ излучателя неактуальна, а дополнительный НЧ излучатель, работающий от отдельного двухтактного усилителя, становится необходим, так как разность в чувствительности этих двух звеньев неизбежно будет слишком большой.
В связи с простотой и небольшим количеством элементов схемы печатная плата усилителя не приводится, т.к. её размеры связаны с типом и размерами применяемых радиаторов (размеры платы будут зависеть от расстояния на радиаторах между посадочными местами под транзисторы).
Рекомендуемые элементы: резисторы типа МЛТ; конденсаторы С1 — 0,47 мкФ (paper in oil), С2 — 2200 мкФ х 35 В Еlnа for аudio, Маrсоn или К50-29В.
Возможно применение транзисторов МОS-FЕТ, предпочтительно VT1 и VТ4, однако это уже совершенно другая схема с другими параметрами и другим качеством звука (не обязательно лучше или хуже), для опытных радиолюбителей это задача несложная.
Желаю приятного прослушивания музыки с помощью данной конструкции!
1. РадиоХобби №5 (17) 2000 г, с.66. И.Бондаренко “Лампо-поле-биполярно-микросхемный УМЗЧ без ООС”.
2. РадиоХобби № 4/2000 г, с. 16. Дайджест зарубежной периодики, Andrea Сiuffоli “30-ваттный УМЗЧ на полевых транзисторах”.
3. Аудиомагазин № 2(31) 2000 г, с.61. “Усилитель мощности “LAMM AUDIO LАВОRАТОRIЕS М1.1”
4. РадиоХобби № 4/2000 г, с.29. Дайджест зарубежной периодики, М.Бег “Термометр-термостат”.
5. РадиоХобби № 4/2000 г, с.29-30 Дайджест зарубежной периодики, И.Холь-Зауэр “Термостат”.
