В последнее время всё большую популярность приобретают старые и хорошо забытые схемы аудио усилителей. Многие считают, что именно они обладают по-настоящему хорошим и чистым звучанием. Конечно, это относится не ко всем подряд «старым» схемам. Однако некоторые из них сделаны настолько просто и надёжно, что до сих пор популярны среди радиолюбителей. Некоторые из этих схем, по мнению меломанов, и звучат по-особенному красиво. В полной мере это относится и к усилителю HITACHI выпуска 1970-х годов с выходным каскадом на полевых транзисторах, работающем в классе АВ с немного увеличенным током покоя. Особо отмечают хорошие мягкие низкие частоты данного УНЧ. Звучание – это, конечно, сугубо субъективная «субстанция», но уже то, что данная схема постоянно совершенствуется, переделывается и используется радиолюбителями уже около 50 лет, говорит о многом.
 |
|
| Рисунок 1. | Принципиальная схема УНЧ. |
Сама по себе эта схема японских разработчиков проста, надёжна и стабильна, но в настоящее время при попытке её повторения появляются некоторые сложности. Это связано с тем, что в оригинале используются специфические детали, которые сейчас либо не выпускаются, либо купить их довольно трудно, дорого, и есть очень большой риск приобрести подделку, которая если и будет работать, то всё равно ни о каком качестве не будет и речи. (Имеются в виду выходная пара японских «латералов» 2SK134/2SJ49, а также хорошо подобранные высоковольтные дифференциальные сборки с высоким коэффициентом усиления на основе транзисторов 2SA872/2SD756). К сожалению, простая замена этих деталей на более-менее подходящие современные аналоги ухудшает качество усилителя. Поэтому в предлагаемой на Рисунке 1 схеме УНЧ была произведена не простая замена на аналоги, а некоторая доработка, позволяющая этим «аналогам» обеспечить характеристики не хуже оригинала. В целом же параметры получившегося УНЧ (представленные в Таблице 1) стали даже несколько лучше, чем у оригинала, сохранив при этом хорошее звучание. Правда, ценой этого стало небольшое усложнение оригинальной схемы, хотя собственно звуковой тракт увеличился лишь на один транзистор, включённый по схеме с общей базой.
| Таблица 1. | Параметры УНЧ, основанного на схемотехнике HITACHI | |||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
Спектральный анализ показывает примерно одинаковый уровень второй и третьей гармоники в спектре усилителя. Уровень последующих гармоник заметно ниже. Ток покоя выходных транзисторов можно увеличить в 1.5 раза. При этом параметры УНЧ немного улучшатся, правда и греться он будет сильнее. (Обратите внимание, некоторые симуляторы некорректно оценивают уровень постоянного напряжения на выходе. На самом деле оно держится на уровне ±3…5 мВ).
Данная схема многократно макетировалась и показала хорошую повторяемость. Её данные в полосе до 20 кГц получены при измерениях макета под нагрузкой с помощью звуковой карты и измерительной программы RMAA6.4.5, а данные в полосе выше 20 кГц – это только данные симулятора. (Использовался симулятор Multisim14.01. Его данные вполне сопоставимы с изменениями в «железе»).
Усилитель обладает хорошей линейностью (практически полностью линейный до 50 кГц) и хорошим быстродействием.
Конструкция и детали.
В качестве входной части я использовал дифференциальный каскад (VT2, VT3) на транзисторах BC556C с высоким коэффициентом усиления, но невысоким допустимым напряжением. Для выхода на нужный режим и снижения искажений, вносимых дифференциальным каскадом, пришлось запитать его малошумящим источником стабильного тока 2 мА на высоковольтном транзисторе (VT1) со своим источником опорного напряжения на красном светодиоде HL1, а также ввести в схему резисторы R7 и R8, которые выравнивают характеристики транзисторов и ещё снижают искажения. Для выравнивания токов плеч дифференциального каскада (и дополнительного снижения искажений) он был нагружен (тоже в отличие от оригинала) на токовое зеркало (VT4, VT5), выполненное тоже на высоковольтных транзисторах. В качестве усилителя напряжения используется дифференциальный каскад с двойным каскодом (VT7, VT8 и VT6,VT9), также нагруженный на симметричное (в отличие от оригинала) токовое зеркало (VT10, VT11). Причину введения в схему токового зеркала я уже описал, а каскод введён по двум причинам: повышение «высоковольтности» и значительное увеличение быстродействия. В таком виде усилитель обеспечивает параметры даже немного лучше оригинала (хороший звук и 0.006…0.007% искажений на 20 кГц против 0.04…0.05% у оригинала).
Схема сохраняет работоспособность при снижении питания до ±25 В, естественно, с соответствующей потерей мощности. При повышении питания повышается и выходная мощность. При этом, чтобы не перегрузить выходные транзисторы при работе на нагрузку 4 Ом по максимально допустимой мощности для этого типа приборов, можно дублировать выходной каскад. Добавляются только полевые транзисторы со своими резисторами в затворах и истоках. Подключаются параллельно существующим. Больше никаких изменений делать не надо. (При этом надо подобрать вновь введённый и существующий транзисторы по одинаковому напряжению отсечки и увеличить номиналы резисторов R23 и R24 до 0.2…0.33 Ом ). Однако следует отметить, что увеличение номиналов этих резисторов может привести к небольшому росту искажений.
Для «нейтрализации» небольшой индуктивной составляющей выходного сопротивления УНЧ на выходе установлена катушка L1. Она наматывается прямо на резисторе R26 одножильным лакированным медным проводом диаметром 0.8 мм в один слой и содержит 13 витков. Её концы припаиваются к выводам резистора. Можно разместить её на плате, но лучше припаять прямо к выходному разъёму.
Резисторы R23, R24 – мощностью по 5 Вт, R25 и R26 – 2 Вт, а остальные – по 0.25 Вт. Конденсаторы C1, C2, C5 – на 25 В, остальные – на напряжение не менее питающего. Светодиоды – красные АЛ307Б.
Для питания усилителя подойдёт трансформатор со средней точкой во вторичной обмотке и обычный выпрямитель, рассчитанные на соответствующую мощность с небольшим запасом. Конденсаторы фильтра должны быть не менее 12,000…15,000 мкФ в каждом плече на каждый канал. Параллельно электролитическим конденсаторам надо установить плёночные или керамические конденсаторы по 100…150 нФ (по одному в каждом плече). Каждый канал должен иметь свой предохранитель.
Регулятор громкости R27 может быть номиналом 22…51 кОм. Потенциометры R10 и R18 желательно выбрать многооборотные хорошего качества.
Все транзисторы BC, применённые в схеме, должны быть именно с литерой «C» в конце, так как только они имеют высокий коэффициент усиления по току.
УНЧ будет хорошо работать и без подбора деталей, но для достижения лучших результатов необходимо попарно подобрать транзисторы по коэффициенту усиления: VT2 и VT3, VT7 и VT8, VT9 и VT6. Остальные можно и не подбирать, но если есть возможность, то можно подобрать VT4 и VT5, VT10 и VT11. При наличии простого тестера со слотом для проверки транзисторов эта процедура занимает несколько минут, но дает ощутимые результаты.
Резисторы в цепях затвора полевых транзисторов (R19, R20) надо установить в непосредственной близости к соответствующим выводам транзисторов или припаять прямо к ним.
Выходные транзисторы 2SK1058/2SJ162 можно заменить на 2SK1057 (1056)/ 2SJ161 (160), соответственно, или использовать другие «латералы». При их отсутствии можно использовать вертикальные MOSFET IRFP140/ IRFP9140 без каких-либо изменений схемы. При использовании последних выходная мощность УНЧ возрастёт до 120 Вт, но и искажения на 20 кГц вырастут до 0.009…0.01%, причём в основном за счёт третьей гармоники.
Обратите внимание, вместо «латералов» часто попадаются перемаркированные подделки с неправильным расположением выводов.
Термостабилизация и настройка
Выходные транзисторы устанавливаются на радиатор площадью 1600…2000 см2 через слюдяные изоляторы, смазанные термопастой с обеих сторон. Транзистор VT10 также смазывается термопастой и плотно вставляется в радиатор в предварительно просверленное отверстие соответствующего диаметра в непосредственной близости от выходных транзисторов.
Цепочка Цобеля R25, C15 предотвращает возможное самовозбуждение УНЧ. При необходимости можно вдвое уменьшить сопротивление резистора и вдвое увеличить ёмкость конденсатора.
Усилитель к самовозбуждению не склонен, но многое, как известно, зависит от монтажа. Например, известны случаи, когда в самовозбуждении «виноваты» проволочные истоковые резисторы со спиральной намоткой. В этом случае их просто надо заменить на другие, например, угольные МЛТ, соединив несколько штук соответствующего номинала и мощности.
Ёмкость C4 устраняет незначительный выброс не нижней «полке» меандра. При возникновении самовозбуждения её номинал можно немного увеличить, а если генерации нет – уменьшить или вообще исключить. Отключение C4 расширит полосу пропускания.
Ёмкость C11 устраняет незначительный выброс на верхней «полке» синусоиды в режиме жёсткого ограничения на ВЧ. При необходимости её номинал можно увеличить вплоть до 10 раз. Всё зависит от типа применяемых полевых транзисторов. Иногда лучший эффект даёт соединение верхнего вывода ёмкости C11 с коллектором VT9, а не VT6.
Ёмкости C3 и C10 подавляют НЧ фон. При необходимости их можно увеличить в 5…10 раз.
Перед первым включением надо установить потенциометр R10 в среднее положение, а R18 – в положение минимального сопротивления. Затем без подключения нагрузки и с установленным в «0» регулятором громкости R27 подаётся питание. Резистором R10 устанавливается «ноль» на выходе усилителя, затем резистором R18 устанавливается ток покоя около 100…150 мА.
Измерять ток покоя удобно по падению напряжения на соответствующем пятиваттном резисторе. Например, если на резисторе R23 (0.1 Ом) падает 10 мВ (0.010 В), значит, ток покоя составляет 100 мА (0.1 А).
После прогрева радиаторов усилителя надо ещё раз повторить настройку. Первую подачу питания на УНЧ во избежание порчи деталей при каких-либо ошибках советую делать через лампу накаливания, как это описано в [1]. И рекомендовал бы дополнить УНЧ устройством защиты акустики [2].
Ссылки
- Игорь Кацай. Универсальный параллельный УНЧ с коррекцией искажений
- Игорь Кацай. Универсальный блок защиты акустических систем
Купить 2SJ162 на РадиоЛоцман.Цены
