Усилитель DEATH OF ZEN — А-класс от Р. Эллиотта

25 лет тому назад Род Эллиотт авторитетно заявил, что разработал схему усилителя класса А лучше чем дорогущий ZEN Нельсона Пасса. Только вот усилители PASS продаются за огромные деньги, а Р.Эллиотт по сей день торгует печатными платами. Может во всем опять виноват маркетинг? Тогда он его так и назвал «смерть дзену» — проверим на практике, так ли это. Обязательно сначала читаем статью автора, иначе будет как всегда — «ничегонепонятно».

После «беглого» прочтения оригинала статьи на английском языке понимаем, что ничего в этом не понимаем, но нам точно нужна вот эта схема:

Пробуем ее в симуляторе — работает. Попутно вникаем в схемотехнику.

Пробуем схему в разных режимах и с разными номиналами — все идеально:

Портируем проект в DipTrace. Нумерацию компонентов (для начала) сохраняем как в оригинале, попутно наносим на схему комментарии из оригинальной статьи. Стараемся максимально сохранить «оригинальность» оригинальной схемы.

Подстроечный резистор VR2 устанавливает ток покоя усилителя. Перед первым включением выкручиваем его на максимальное сопротивление. Важно, что-бы этот подстроечник был многооборотным, иначе трудно поймать нужный ток покоя. Регулировать ток покоя можно сразу после включения усилителя, но важно постоянно следить за ним во время прогрева радиатора потому, что он будет постепенно увеличиваться и нужно его постоянно убавлять. Вообще, усилитель очень долго выходит на рабочий режим: в зависимости от размера радиатора время прогрева может доходить до 30мин. Только после полного прогрева радиатора усилитель успокоится и можно будет окончательно выставить ток покоя.

Подстроечный резистор VR1 регулирует постоянку на выходе усилителя. Настраивается постепенно, вместе с током покоя и окончательно проверяется после полного прогрева усилителя. Необходимо выставить на выходе усилителя напряжение равное половине напряжения питания. Чем точнее — тем лучше. Напряжение на выходе усилителя измеряется на положительном выводе конденсатора С3. Для точной и наглядной регулировки удобно использовать осциллограф.

Стабилитроны D1 и D2 можно подобрать на другое питающее напряжение или заменить одним. Важно только учесть необходимое для работы стабилитронов падение напряжения на резисторе R11.

Трассируем схему в печатную плату с учетом размеров имеющихся компонентов. Обязательно учитываем правила разводки трасс — земля в одну точку, силовая земля отдельно от сигнальной, питание как можно короче, не допускаем параллели сигнальных трасс и питания и т.п.:

Транзисторы Q2 и Q4 на плате повернуты так, что устанавливаются «лицом» к радиатору — им похуй, а плату так развести оказалось проще.

Для усилителя я использовал радиатор с площадью охлаждаемой поверхности примерно 2000см₂ — греется очень сильно, мне кажется нужно использовать радиатор больше либо использовать активное охлаждение. Причем радиатор греется независимо от громкости усилителя — класс А все-таки.

Где-то на этом этапе, приходит принятие того, что для качественного звука нужен качественный источник питания. Делаем вид, что что внимательно «перечитываем» оригинальную статью и понимаем, что вариант «для лохов» не наш вариант — мы же «хайенд» проектируем. Поэтому, нам подходит только такая схема:

Тут стоит уточнить один важный момент: это схема электронного дросселя (умножитель емкости) — это не стабилизированный блок питания для усилителя. Это имитация того, если-бы фильтрующие питание электролиты были-бы емкостью до нескольких десятков тысяч микрофарад.

На схеме появился потенциометр VR1 — таким образом теперь можно немного подстроить необходимое выходное напряжение.

Стоить отметить, что мощный транзистор Q2 греется довольно слабо и большой радиатор для него не требуется. Транзистор Q1 вообще практически комнатной температуры, ему достаточно символической пластинки из листового алюминия.

Такая плата получилась в «реальной» жизни:

Короче, вот такую кучу радиодеталей я убил (впаял), что-бы услышать тот самый «аудиофильский» звук:

Контрольное прослушивание:

По результатам «контрольного» прослушивания приходим к след. выводам:

Нужен стабилизированный блок питания. Напряжение сети постоянно меняется в пределах ±10В из-за чего постоянно «плавает» выходное напряжение умножителя емкости. Потребляемый усилителем ток, постоянно растет пока полностью не прогреются радиаторы. Потом ток немного «успокаивается», но, все равно, немного «плавает». Из-за всего этого постоянно смещается половина питания — приходится периодически подстраивать.
Активное охлаждение. Усилитель очень долго выходит на рабочий режим, нереально долго. Потребляемый ток успокаивается только после полного прогрева радиатора охлаждения. А учитывая, что (при крайне низком КПД) радиатор для скромного 10Вт-ного усилителя должен быть размером с кирпич, прогревается он оооочень долго. Все это время потребляемый ток растет и «плавает». Малогабаритный радиатор с вентилятором позволит усилителю быстро выйти на рабочий режим, а микроконтроллер с цифровым датчиком позволит максимально точно поддерживать заданную температуру.
Каждый канал усилителя на отдельном радиаторе. Потому, что так практичнее — радиаторы размещаются по внешним сторонам корпуса и «работают» независимо друг от друга. Вероятно, имеет смысл, объединить радиатор одного канала усилителя с радиатором соответствующего блока питания. Я так сделал для ускорения прогрева радиатора до «рабочей» температуры.
Отдельный блок питания для каждого канала. Вообще не обсуждается — иначе аудиофилы тебя слюнями закидают. Они прям слышат «ухами», как сигнал из одного канала проникает в другой, через трансформатор питания. Бред? Да ладно — есть еще такие, которые применяют отдельный силовой трансформатор для каждого канала и при этом все равно слышат взаимопроникновение каналов через сеть! А на самом деле — когда начнете самостоятельно разводить «земли» и входные цепи — поймете о чем я. Проблема в «общей земле» по постоянке.

Не исключаю факт того, что я где-то мог накосячить и все описанные проблемы только из-за этого. А может я просто придираюсь и это норма? Так и должно быть? Сейчас почему-то не принято подробно описывать свои изобретения, методику проверки и наладки. Все приходится самим додумывать, доделывать, ошибаться и еще несколько раз переделывать.

Стабилизированный блок питания я спроектировал на мощном стабилизаторе LT1083. Зачем изобретать велосипед на россыпи транзисторов, пытаться все это наладить, спалить кучу денег на радиодетали и переделки, если есть отличное готовое решение.

Новый блок питания я пока делать не стал (проект временно забросил), поэтому пока только 3D:

Так-же были разработаны платы усилителя для левого и правого каналов — зеркально относительно подключения питания и входных цепей (так, что-бы питание к обоим платам подходило с одной стороны, а входные цепи с другой):