Мне кажется, что на сегодняшний день, этот усилитель известен не столько легендарным звучанием, сколько своей капризностью и непредсказуемостью. Абсолютно на всех форумах, местные «авторитеты» заняты обсиранием этого усилителя. При этом, все признают его качество и простоту схемотехники. А усилитель действительно хорош! При простейшей схемотехнике, относительно несложной настройке и хорошем ИП можно «выжать» реальных 100Вт на 4Ом.
Примерно в 2006-м году, на одном из форумов, некий Lincor (Лишманов Н.) выложил архив с красочным описанием сего «чуда». Расписал все настолько красиво, что все разом кинулись повторять его схему. Однако, вместо чудесного звучания усилителя, все в основном получали недешевую кучу сгоревших радиодеталей. Причем, у кого-то он продержался всего час, а у кого-то и пару дней, но результат всегда был один. Тут-то у мнящих себя «гуру» усилителестроения и подорвало пердаки. С одной стороны, Лишманов Н. активно терся в их кругах и был всем хорошо знаком, поэтому не верить ему никто не решался. С другой стороны, усилитель, в точности как «обрисовал» Николай, никто повторить не смог. И тут началось — бесконечные доработки схемы, разные версии плат, придирки к качеству радиодеталей. А самую главную мелочь, никто и не приметил.
Повторив схему Lincor-а «как есть» и учтя все его рекомендации, я, естественно, тоже столкнулся подобной проблемой — недешевые транзисторы испускали дух один за другим без предупреждения. Нашел живую ветку по этому усилителю на форуме Cxem.net и посмел написать тамошним гуру усилителестроения. Ох, сколько говна я наслушался про себя лично и про этот усилитель. Однако, вопреки всем злопыхателям мне удалось постичь истину и усилитель все таки получился.
Особенности усилителя:
- + Относительно высокая выходная мощность при простой схемотехнике.
- + Усилитель совершенно не требователен к типам и номиналам применяемых радиодеталей — главное настройка.
- + Не требуется подбор транзисторов «в пары».
- − Низкая себестоимость «качественного» звучания достигается только при условии правильного подхода к настройке — иначе, этот усилитель вас разорит.
- − Необходимость настройки — тупо собрать по схеме, для качественного звучания, не проканает.
Схема одного канала моего варианта усилителя:
Конструкция усилителя и применяемые детали:
- Нумерация компонентов, указанных в статье, соответствует схеме левого канала усилителя. Схема правого канала идентична левому и настраивается точно так-же.
- Напряжения на выводах и номиналы компонентов в схеме, указаны при напряжении питания ±40В. При другом напряжении питания номиналы некоторых элементов и их параметры могут отличаться.
- Все транзисторы, используемые в усилителе, не нужно подбирать в пары — потом все настроим.
- Транзисторы ПВК 2SA1930/2SC5171 (Q3, Q4) применены потому, что они мощнее популярных 2SA1837/2SC4793, а значит надежнее. Учитывая, что до 30% громкости играют в основном они, считаю это важным улучшением. Заменять их на TIP31/32 считаю не целесообразным — последние в два раза слабее, менее надежны, а главное — не изолированы от коллектора.
- Транзисторы ПВК сильно греются и рекомендованного Lincor-ом радиатора площадью 30см² для каждого транзистора маловато. Я увеличил площадь радиатора в два раза. Учитывая, что у меня два тр-ра закреплены на одном радиаторе — радиатор я подобрал на 100см².
- Транзисторы ВК Q5, Q6 должны быть именно 2SA1943/2SC5200. Ненавистная Олдскулами «сладкая парочка». Именно такие транзисторы способны выдержать мощность 100Вт, а не TIP142/147. Тем более вся моя модернизация и настройка схемы заточена под эти тр-ры.
- Транзисторы ВК примерно до 30% громкости совершенно не греются, поэтому, если усилитель не планируется или нет возможности использовать на «фсюмочь», огромный радиатор им не нужен. Для оценки звучания подойдет небольшая алюминиевая пластина. А вот если блок питания позволяет разогнать усилитель на полную мощность, то нужен радиатор не менее 300см² на один канал.
- Транзисторы стабилизаторов питания ОУ Q1, Q2 могут быть совершенно любые, маломощные. Главное, что-бы подходили по напряжению.
- Диоды D3, D4 (шунтирующие Э-К переход выходных тр-ров 2SA1943/2SC5200) обычные выпрямительные. Не надо ничего мудрить — такие работают отлично. Если выходные тр-ры TIP142/147, то эти диоды не нужны совсем — они уже есть внутри этих тр-ров.
- Диоды DS1, DS2 обязательно Шоттки. Если выходная пара TIP142/147, то эти диоды обязательно меняем на обычные (например 1N4148)
- Сопротивление резистора R3 в нижнем плече делителя цепи ОС можно увеличить для увеличения чувствительности усилителя или уменьшить для снижения чувствительности. Но, тогда настройку усилителя придется выполнять заново. Сопротивление резистора R4 в верхнем плече делителя менять не рекомендуется.
- Резисторы R5, R6 (параметрического стабилизатора напряжения) я увеличил до 3.6кОм — с предложенными Lincor-ом 2.0кОм при напряжении питания ±40В сильно грелись стабилитроны.
- Резисторы R12, R13 были добавлены в схему последовательно диодам DS1, DS2 для упрощения подгонки напряжения отсечки тр-ров ВК. Можно, конечно, заморочиться и подобрать диоды с нужным падением напряжения, но учитывая целевое направление данного усилителя — это бесполезная трата времени.
- Стабилитроны DZ1, DZ2 можно брать любой марки и модели, главное на 12В. Подбирать в пары их не обязательно.
- Операционный усилитель DA1 я пробовал только TL071. Как поведут себя другие ОУ в данной схеме не знаю.
- Подстроечный резистор RV1 был добавлен в схему для балансировки ОУ. Это резистор с «микроподстройкой» типа 3296. Рекомендую не жопиться и все-таки впаять его в плату — это сильно упростит процесс наладки усилителя.
- Конденсатор C4 (соединяющий среднюю точку диодов DS1, DS2 и выход ОУ DA1) должен присутствовать с схеме обязательно. Без него схема очень нестабильна и склонна к саморазрушению.
- Выходной дроссель L1 я мотал строго соответствуя рекомендациям в статье Lincor-а — пустотелая катушка в два слоя на оправке ∅7мм, 7+9 витков. Потом, в процессе доведения усилителя до ума, я эту катушку неоднократно помял, погнул, растянул и… ничего не изменилось. Можно считать, что параметры этого дросселя не принципиальны.
Сборка усилителя:
- Впаиваем в плату абсолютно все детали в строгом соответствии с схемой за исключением условий оговоренных в след. пунктах. Обращаем внимание на мощность и типы радиодеталей. Впаиваем даже выходные транзисторы — если плата разведена в соответствии с схемой в этой статье, ничего им не будет.
- Транзисторы ПВК и ВК прикручиваем к радиаторам. Транзисторы ВК изолируем от радиатора слюдой, толщиной 0.05мм.
- Номиналы «регулировочных» компонентов на схеме указаны такие, которые получились у меня после настройки усилителя. Можно все оставить как есть, тогда, возможно, вам повезет и не придется ничего настраивать. Но лучше всего последовать рекомендациям ниже.
- Конденсатор C4 впаиваем в плату емкостью, для начала, 470пФ. Не надо сразу впаивать большую емкость — можете нажить себе лишние искажения, не видимые на синусоиде осциллографа.
- Конденсатор C5 — начните с 22пФ. Обычная керамика, не надо выебываться.
- Резисторы R7, R8 — по 100Ом. Не надо ставить по 180 или даже 300Ом — это может сильно увеличить ток ПВК.
- Резисторы R10, R11 обязательно 15Ом — так удобнее считать ток покоя ПВК.
- Резисторы R12, R13 пока заменяем перемычками — подберем их номинал в процессе настройки.
- Подстроечный резистор RV1 перед пайкой выкручиваем в «среднее» положение (что-бы сопротивление его половинок было примерно одинаковым).
- Охуительно и тщательно отмываем плату от флюса!
Первое включение:
- Замыкаем вход усилителя на общий проводник. Выход пока можно никуда не подключать, пусть «висит в воздухе».
- Подаем питание на усилитель через лампочки 24В/21Вт (автомобильные, от поворотников). Поверьте, на этапе налаживания и тестового прослушивания усилителя, эти лампочки спасут вас неоднократно. Первое включение должно быть кратковременное — лампочки должны мигнуть и сразу погаснуть. Это зарядились электролиты фильтра питания. Так должно быть при каждом включении усилителя. Если лампочки не погасли или светятся вполнакала — усилитель собран неправильно. Проверяем радиодетали и прозваниваем печатную плату.
- Проверяем напряжение питания усилителя на «силовых» конденсаторах фильтра питания. Напряжение должно быть одинаковое в обоих плечах. В моем случае это ±40В.
- Проверяем напряжение питания ОУ DA1. На базах транзисторов Q1, Q2 должно быть ±12В, а на эмиттерах примерно ±11.4В соответственно. Нет никакой необходимости подбирать стабилитроны в пары — ± сотые доли вольта не оказывают никакого влияния.
Настройка мультиметром:
- Проверяем ток покоя транзисторов ПВК. Для этого и измеряем падение напряжения на резисторах R10, R11 (15Ом) в цепях эмиттеров транзисторов ПВК. Должно быть примерно 300мВ, что (согласно закону Ома) соответствует току 20мА. Не стоит пытаться выровнять ток в положительном и отрицательном плече питания — на данном этапе, ток ПВК вообще не имеет особого значения, важно что-бы он был близок к 20мА, а не к 10 или 30. Если ток ПВК не соответствует указанному, необходимо увеличить или уменьшить сопротивление резисторов R7, R8 (100Ом) в цепях коллекторов транзисторов Q1, Q2, соответственно. Сопротивления этих резисторов могут быть любыми, даже 0Ом.
- Проверяем напряжение на стабилитронах DZ1, DZ2, должно быть ±12В. Если больше или меньше — подбираем сопротивление резисторов R5, R6 соответственно.
- Прогреваем усилитель. Все измерения и регулировки проводятся на прогретом усилителе. Это нужно принять за правило. Например, ток покоя транзисторов ПВК постоянно меняется в зависимости от температуры. Поэтому, нужно дождаться пока эти транзисторы наберут свою рабочую температуру. Если на этом этапе транзисторы перегреваются больше положенного — нужно перепроверить ток покоя или увеличить площадь радиаторов.
- Пальцометром проверяем температуру стабилитронов DZ1, DZ2. Если сильно греются — увеличиваем сопротивление R5, R6. Если, после этого стали сильно греться резисторы — увеличиваем их мощность.
- Устанавливаем постоянное напряжение на выходе усилителя. Нужно стремиться к тому, что-бы относительно общего провода питания уменьшить «постоянку» максимально близко к 0мВ. Не «до 30мВ», как писал Lincor, а именно максимально близко к нулю. Кстати, «постоянка» на выходе может быть как положительная, так и отрицательная. Чем меньше постоянное напряжение на выходе усилителя, тем «одинаковее» ток транзисторов ПВК в разных плечах питания. Поэтому и не стоило задрачивать себя по этому поводу в предыдущем пункте. С одной микросхемой мне повезло — на выходе левого канала получалось +1.2мВ, а вот с другой нет — на выходе правого канала было -78мВ. При этом ток покоя транзисторов ПВК правого канала получался 27 и 19мА соответственно. Для того, что-бы уменьшить «постоянку» на выходе усилителя, нужно максимально точно отбалансировать ОУ. Для этого (очень медленно) вращаем порстр. резистор RV1 и добиваемся абсолютного ноля на выходе усилителя (именно на выходе усилителя, а не операционника).
- Проверяем ток покоя транзисторов ПВК. Теперь он должен стать почти одинаковым в каждом плече питания усилителя. Его значение по прежнему оставляем примерно 20мА.
- Не отключая лампочки из цепей питания подключаем источник сигнала и «поддаем газу» до тех пор, пока лампочки не начнут ярко светиться. Если ничего не рвануло, на этом этапе предварительную настройку можно считать оконченной.
Теперь усилитель пригоден для использования в НЧ канале, например для сабвуфера. Ну, или для озвучивания спортзала или павильона торгового центра. Сейчас у него примерно 10% искажений. Сабвуферу, качкам в спортзале или посетителям ТЦ на искажения похуй, а вот если усилитель планировался для дома, то переходим к след. этапу.
Настройка осциллографом:
- Запитываем усилитель через наши спасительные лампочки.
- На вход усилителя подключаем выход генератора. На выход — нагрузку, эквивалентную АС с которой планируется использовать усилитель.
- Для начала подаем на вход усилителя синусоиду с небольшой амплитудой и частотой 1кГц и убеждаемся, что синусоида на входе и на выходе усилителя неискаженная. Если настройка мультиметром выполнена правильно, то так и должно получиться. На выходе амплитуда синусоиды должна быть заметно больше — усилитель же делаем. Синусоида на выходе усилителя не должна быть смещена относительно нуля, искажена или клиппирована, должна иметь одинаковый размах «в плечах».
- Увеличиваем частоту генератора до 20кГц. Видим, что синусоида перестала быть похожа на синусоиду. Пробуем увеличить или уменьшить емкость конденсатора C4 (1200пФ). В моем случае, уменьшение емкости не дало никакого эффекта, а вот увеличение наоборот — все только портило. Сл-но, делаем вывод, что емкость этого конденсатора у нас подобрана оптимально. Но проверить это все равно нужно — в других условиях может потребоваться коррекция емкости этого конденсатора.
- Пробуем увеличить/уменьшить емкость конденсатора ОС (C5). В моем случае, уменьшение емкости не имело смысла потому, что я изначально впаял в схему конденсатор минимальной емкости (22пФ). А вот постепенное увеличение его емкости путем припаивания параллельно ему дополнительных конденсаторов дало положительный эффект — примерно при 100пФ пила на горбе синусоиды распрямилась и сгладилась. Больше увеличивать емкость этого конденсатора нет необходимости.
- Оставшуюся ступеньку на синусоиде «распрямляем» одним из двух способов: подбором тока покоя транзисторов ПВК или напряжения смещения тр-ров ВК. Для начала, увеличиваем ток покоя транзисторов ПВК и наблюдаем за ступенькой на синусоиде. Если повезет, синусоида начнет разглаживаться и ступенька исчезнет. Мне, как обычно, не повезло: при токе 21мА ступенька выровнялась и стала заметно меньше. Но при увеличении тока покоя выше 21мА ступенька не менялась совершенно никак. Дальнейшее повышение тока покоя тр-ров ПВК не имеет смысла. В таком случае, возвращаем ток покоя ПВК на прежние 21мА.
- Подбираем напряжение смещения тр-ров ВК. Для этого последовательно диодам DS1, DS2 в схему добавлены низкоомные резисторы. Сейчас вместо них должны быть впаяны перемычки. Вместо одной перемычки впаиваем «микроподстроечный» резистор сопротивлением 100Ом. Важно: выкрутить его в положение минимального сопротивления. Медленно вращая движок подстроечного резистора добиваемся выравнивания синусоиды.
Обратите внимание: если продолжить увеличивать сопротивление подстроечника, то почти сразу, после того как синусоида приняла «правильный» вид, засветятся лампы в цепях питания усилителя. Это означает, что транзисторы ВК открылись и через них течет сквозной ток. Нужно поймать момент, когда синусоида уже «правильная», а транзисторы ВК еще не вошли в режим насыщения. После этого, отпаиваем «микроподстроечник» и измеряем его сопротивление (у меня получилось примерно 25Ом), делим измеренное сопротивление пополам и подбираем ближайшее меньшее значение. У меня получилось два резистора по 12Ом, но лучше взять «с запасом поменьше» — у транзисторов ВК при сильном нагреве уменьшается напряжение отсечки.
На этом настройку усилителя можно считать оконченной. На данном этапе мы получили все, на что способен данный усилитель. Дальнейшие изыскания на эту тему считаю бессмысленными потому, что иначе усилитель превращается в совершенно другую схему. Вот например finn32 на Cxem.net неслабо заморочился, не поняв самого главного:
На этапе настройки усилителя столкнулся с одной важной проблемой — качество операционного усилителя TL071. Кратко: из, примерно, 40 купленных ОУ только 3шт. согласились работать в данной схеме. Два из них были куплены в ЧиД, остальные насобирал в местных магазах, в интернет-магазинах, и конечно-же на АлиЭкспресс. Примечательно то, что на ЧиД-овских микросхемах, маркировка какая-то стремная, смещена на бок, половина стерлась, на одной микросхеме вообще половина маркировки не попала на корпус. Но они работают отлично. Зато внешний вид Китайских микросхем просто безупречен: маркировка выгравирована лазером идеально ровно, корпус совершенно идеален, грани и углы ровные и строго параллельные. Но, это не TL071, а какая-то более дешевая перемаркированная микросхема. Проверить это просто: нужно измерить сопротивление между выводами 1 и 5, а так-же между ними относительно минуса питания. Согласно букварю, между выводами 1 и 5 оригинальной TL071 должно быть сопротивление примерно 2кОм, а относительно минуса питания каждый из этих выводов должен иметь сопротивление примерно 1кОм. И еще, обратите внимание на точку, указывающую «перед» микросхемы.
Вопреки обещаниям Lincor-а (0.006% при 60Вт) и самопохвалам некоторых участников форума на Cxem.net (0.002% «по минимуму») я не смог достичь такого результата на практике. У моей ЗК собственные искажения 0.001%, а это просто USB-ЦАП с буферами. Причем модель 2022г/в и далеко не низшей ценовой категории. А для того, что-бы измерить такой уровень искажений нужна ЗК с искажениями на порядок меньше. Мне кажется, что все эти невероятные цифры взяты из какого-то симулятора типа Multisim или MicroCap. Отсюда становится понятно, почему этот усилитель ни у кого не заработал в реальной жизни. Товарищ Lincor вообще сквозанул с этой темы, когда я ему написал и попросил прислать файлы на которых он умудрился различить звуки капель дождя — типа файлы большие, интернет «слабый» и т.п.
У меня в симуляторе тоже все идеально работает, а в реальности я намерял минимум 0.1% при 0.5В на выходе:
Максимальные искажения 1.3% при 4В на выходе:
А вот с увеличением громкости, искажения уменьшаются до 0.5% при 20В на выходе (12.5Вт на 4Ом):
Можно, конечно, еще заморочиться с подбором компонентов и исследованием изменений комплексом Шмелева. Тем самым понизить искажения до второго порядка, но… эту будет уже совсем другая история. Это заметно усложнит наладку усилителя, тем самым нивелировав его главное достоинство — простоту.
Измерение мощности усилителя я проводил след. образом:
- Подключил нагрузку из проволочных резисторов общим сопротивлением 4Ом.
- На вход усилителя подавал синусоиду 1кГц увеличивая ее размах до наступления ограничения на выходе.
- В данном усилителе (у меня) ограничение синусоиды на выходе началось при уменьшении напряжения питания до 30В.
- Полученное значение размаха «ограниченной» синусоиды вводим в формулу для расчета выходной мощности.
- Отсюда следует, что максимальная выходная мощность усилителя на нагрузку 4Ом при питании ±30В = 78Вт.
- Для «любимых» всеми выходных транзисторов TIP142/147 это предельная мощность которую они в реальной жизни могут долговременно выдержать. А вот для пары 2SA1943/2SC5200 это далеко не предел. Такие тр-ры гарантированно вывезут более 100Вт одной парой, при условии соответствующего блока питания.
Вывод:
- Не смотря на довольно большое (по современным меркам) количество искажений, в реальности усилитель отлично звучит. Подойдет для мощной Блютуз-колонки или для автомобильного усилителя.
- Данный усилитель отлично подходит для сабвуфера. В таком случае, его настройка с помощью осциллографа не имеет необходимости — достаточно выставить ток покоя и «в путь».
- Схемотехника усилителя далека до совершенства и имеет много вопросов и противоречий. Однако, я сумел заставить его работать не меняя его принцип. Так, что можно смело повторять схему из этой статьи.
Термины и сокращения применяемые в статье:
- ИП — источник питания
- ПВК — предвыходной каскад
- ВК — выходной каскад
- ОУ — операционный усилитель
- АС — акустическая система
- ОС — обратная связь
- НЧ — низкая частота
- ЗК — звуковая карта
- ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь
- ТЦ — торговый центр
Список используемой литературы:
- Скан статьи Г. Шмидта (той самой, про которую первым написал Е. Гумеля в ж.Радио)
- Статья Лишманова Н. Lincor (та самая, с которой начался проект Stonecold)
- Статья Гумеля Е. Радио 09.1985 (бред Е.Гумеля ради платных символов в ж.Радио)
- Статья Гумеля Е. Радио 05.1986 (эту статью стоит прочитать)
- Статья на сайте Soundbarrel.ru (одна из сотен перепечаток Lincora, есть мнение, что это первоисточник)
- Ветка форума Cxem.net (если хотите быть униженными и обосранными — вам сюда)
- Ветка форума Vegalab.ru (сюда лучше приходить с готовыми решениями, здесь не помогают)
03.10.2024 * Важное дополнение по поводу замера искажений Комплексом Шмелева. Кто внимательно прочитал, тот наверное удивился такому большому значению искажений. Дело оказалось в косячной АЦП Focusrite — бедняга не вынесла издевательств и молча вышла из чата никому не сказав. На момент замера искажений она оказалась неисправной, о чем я догадался только сейчас. Поэтому и получились такие высокие значения, хотя по осциллографу все идеально. Пока оставлю здесь это предупреждение. Когда полечу АЦП и сделаю новые замеры — исправлю статью. Сейчас, я пока просто не знаю какие цифры туда вписать. В остальном все просто супер — усилитель каждый день валит на всю мощь уже более полугода.