Усовершенствованный бестрансформаторный лампово-транзисторный усилитель мощности
 

автор:         Владислав Креймер, г. Донецк
источник:   Журнал "Радиолюбитель" 2008, № 8
 

Описываемый в статье бестрансформаторный, однотактный лампово-транзисторный усилитель мощности является дальнейшим развитием принципов и подходов, описанных в первой статье "бестрансформаторный лампово-транзисторный усилитель мощности", и при должном исполнении вы получите полноценную Hi-End конструкцию, стоящую по музыкальности, качеству и красоте звучания в одном ряду с лучшими образцами классических лампово-трансформаторных усилителей мощности.

Звучание этого усилителя отличается масштабной панорамой, глубокой и четко прорисованной сценой и исключительной прозрачностью. Благодаря отсутствию обратных связей и высокой линейности этот усилитель может успешно работать совместно с без фильтровыми ЦАПами (в моем музыкальном сэтапе он дает превосходный результат в паре с самодельным без фильтровым non-oversampling ЦАПом, собранным на легендарной микросхеме TDA1541 А).

Описание
В этой схеме (рис. 1), в отличии от конструкции, описанной в [1], в качестве усилителя напряжения применен классический SRPP с полноценным анодным напряжением, а так же заменен на источник тока мощный 8-ми омный резистор, стоявший в цепи эмиттера выходного транзистора. В итоге мы получаем лучшую динамическую характеристику, большую линейность и выходную мощность около 20 Вт на канал (в зависимости от характера музыкального произведения), для озвучивания квартиры мощности этого усилителя оказывается более чем достаточно даже для любителей громкого прослушивания.

Рис.1. Принципиальная схема усилителя

Благодаря высокой линейности удалось отказаться от обратных связей, получив характерное ламповое динамичное и детальное звучание.

Во входном SRPP каскаде используется одна из самых музыкальных отечественных ламп 6Н23П (в верхнем плече левого и правого каналов половинки одного триода и в нижнем - половинки другого соответственно).

Емкость, шунтирующая катодный резистор лампы V2, выбрана значительно большего номинала, чем обычно рекомендуется, не случайно. Как показывает практика, увеличение этой емкости до нескольких тысяч микрофарад дает значительно лучшую передачу нижних частот. Вы можете убедиться в этом сами, заменив С3 и С3' на стандартные 100...470 мФ и сравнив звучание.

Однотактный усилитель тока (конвертор сопротивлений) собран на составном транзисторе (VT1, VT3) по схеме эмиттерного повторителя (принцип и философия работы этого узла подробно описан в [1]). Напряжение смещения устанавливается подстроечным резистором R7, общим для обоих каналов. В качестве эмиттерной нагрузки используется источник тока или "токовое зеркало" на составном транзисторе (VT2, VT4). Принцип работы этого узла следующий: на базу VT2 подается фиксированное напряжение 3,3 В, благодаря высокому коэффициенту усиления, напряжение на R10, R11 поддерживается равным 1,9 В с высокой степенью точности.

Таким образом, ток (1,11 А), протекающий через транзистор VT4, оказывается фиксированным, а сам VT4 - работающим в противофазе с VT3, открываясь при падении напряжения на эмиттере транзистора VT3 и закрываясь при возрастании. В итоге мы получаем лучший КПД, полное использование напряжения питания, высокую выходную мощность и хорошую динамическую характеристику. При этом сохраняется концепция одно-тактного выходного каскада, где усиление положительной и отрицательной полуволн происходит на одних элементах, с присущей ему высокой линейностью, отсутствию переходных искажений и характерной детальностью и мягкостью звучания.

Значительное усложнение схемы, по сравнению с исходным вариантом, на самом деле кажущееся. И действительно, из добавившихся элементов большинство отвечает за установку режимов выходного каскада, реально же на пути звука дополнительно появились только R2 и С2. При использовании качественных деталей их негативное влияние на звучание усилителя будет минимальным.

Для лучшего разделения каналов в блоке питания выходных каскадов применены раздельные цепи фильтрации для левого и правого каналов (L1, С8 и L1', С8').

Входной каскад питается от общего фильтра, так как, на мой взгляд, в мало-точных цепях раздельное питание не дает существенных результатов. Тем не менее, вы можете применить раздельную фильтрацию, добавив С1', R4' и увеличив номинал R4, R4' до 2,6 кОм. Особо рьяные эстеты могут заменить R4 дросселем, а вместо VD3 поставить кенотрон.

Детали и конструкция
Основные рекомендации по подбору элементов и сборке подробно описаны в [1] и совпадают с обычными правилами для Hi-End аппаратов.

Лампы VL1 и VL2 лучше поискать 60-70 годов выпуска, лампы тех лет звучат лучше. Есть смысл послушать как обычный вариант 6Н23П, так и ЕВ, они звучат по разному и не всегда ЕВ в конкретных конструкциях звучит лучше. Можете попробовать ЕСС88  (Е88СС), они более прозрачные с большим количеством "верха", но менее "теплые".

Транзисторы VT1, VT2, VT3, VT4 лучше отобрать с максимальным коэффициентом передачи, близким для одноименных транзисторов левого и правого каналов. Постарайтесь достать VT1, VT2 в металлическом корпусе.

Резисторы R2, R3, R4, R8, R9, R10, R11 - 2-х ваттные, все (кроме R2) - МЛТ. R2 - углеродистые УЛИ или ВС. Ставить БЛП не советую, при всей красоте параметров звучат они хуже, чем даже обычные ВС (по крайней мере в этой конструкции).

Остальные резисторы МЛТ 0,5 Вт.

R1 должен быть максимально качественным, это важный узел! Можно применить ступенчатый регулятор (об этом подробно в [1]).

Серьезно отнеситесь к подбору С2, от него в значительной степени зависит звук усилителя! Из отечественных советую попробовать МБМ, МБГЧ, МБГП, КБГ.

Конденсатор С3, а также С8 и С9 имеет смысл зашунтировать качественными неполярными конденсаторами вышеперечисленных марок. Применяя разные типы конденсаторов, вы можете придавать звучанию усилителя тот или иной оттенок, добиваясь максимально приятного для вас звука.

Дросселя L1 и L1' содержат по 300 витков провода ПЭЛ сечением 1 мм, намотанных на любом подходящем сетевом железе с окном 2...4 см2. Для этих целей подойдут вышедшие из строя сетевые трансформаторы габаритной мощностью 15...25 Вт.

VD2 на ток 15...20 А, в металлическом корпусе, так как он будет значительно нагреваться. VD3 на обратное напряжение не менее 250 В.

Если в качестве источника сигнала используется без фильтровый ЦАП или иной источник с повышенным уровнем ВЧ помех (например, компьютер), в цепь базы VT1 следует включить фильтр-пробку - 15-30 витков монтажного или ПЭЛ провода, намотанных на небольшом ферритовом кольце, проницаемостью 1000HM или больше.

Монтаж
При монтаже и сборке усилителя рекомендую придерживаться общеизвестных правил монтажа подобных конструкций. Монтаж объемно-навесной, максимально используются выводы самих деталей, соединения минимальной длины с минимальной запутанностью.

Располагать детали лучше всего по ходу схемы и звука.

Транзисторы VT3, VT4 необходимо установить на радиаторы, площадью не менее 1000 см2.

Элементы VT1, VT2, а также R8, R9 лучше монтировать прямо на VT3, VT4. VD2 так же необходимо установить на радиатор - это может быть один из радиаторов выходных транзисторов, так же можно использовать металлический корпус или шасси усилителя (если таковые имеются).

Вся земля сходится в одной точке, расположенной рядом со входными гнездами, входные\выходные разъемы, а так же "минусы" С1, С8, С8' соединены максимально коротким проводом, диаметром не менее 1,5 ммг (можно использовать медную шину)

Эти детали разумно расположить поближе друг к другу. Учтите, что от грамотности развода земли и силовых цепей зависит уровень фона усилителя и склонность к самовозбуждению'

Провода накала следует скрутить вместе.

Ламповую часть я выполнил в виде отдельного блока с отдельным БП для того, чтобы иметь возможность свободно экспериментировать с различными усилителями напряжения, а также использовать данный входной каскад в качестве предварительного усилителя для других конструкций

Вы, естественно, можете все объеденить в одном корпусе

При проектировании дизайна обеспечьте свободную циркуляцию воздуха около нагревающихся элементов (VT1, VT2, VT3, VT4, R10, R11, VD2, сетевой трансформатор) и достаточную экранировку входных цепей

Настройка
Лучше всего собрать сначала усилитель в макете и подобрать все компоненты (в том числе разъемы и, если есть желание, провода и припой), добившись наиболее приятного для вас звучания Если источник звука цифровой, попробуйте исключить из схемы R9 -этот резистор делает работу пары VT3, VT4 более линеиной, его исключение внесет в звук очень мягкие и совсем небольшие искажения, что в случае с компакт-диском или компьютером может дать благотворный результат. Суть в том, что 16 бит, 44 кГц - это на самом деле весьма урезанный формат передачи звуковых данных Наглядно убедиться в этом можно, сгенерировав на компьютере в любом звуковом редакторе синусоиду на достаточно высокой частоте, например 7 кГц, и рассмотрев получившуюся в итоге форму волны: чтобы узнать в ней синусоиду, приходится подключать воображение. А на частоте 20 кГц для визуального опознания синусоиды ваше воображение должно быть откровенно творческим и не заурядным ©. Так вот, умышленно внося красивые небольшие искажения в звуковой тракт, мы маскируем урезанность и убогость исходящих с CD звуковых данных, позволяя главному процессору по воссозданию звуковой картины - нашему мозгу, домыслить, и тем самым восстановить недостающие фрагменты звука. В итоге мы получаем более глубокую, детальную и естественную картину. Немного в другом виде этот, вроде бы парадоксальный прием, широко используется в профессиональной звуковой обработке и известен как дизеринг - добавление в цифровой сигнал специального шума очень низкого уровня. В итоге звук становиться мягче, прозрачней и естественней. На моем опыте полностью прозрачный аналоговый тракт с цифровым источником звучит плоско, неприятно и не интересно, так что в итоге из моей финальной конструкции R9 исключен.

После финальной сборки необходимо лишь подстроечным резистором R7 выставить на эмитере VT3 напряжение, равное половине напряжения, поступающего на коллектор VT3, и проконтролировать остальные напряжения в схеме.

Убедитесь, что ваш усилитель не фонит и не возбуждается на ВЧ, и наладку усилителя можно считать завершенной.

Заключение
В заключение скажу, что сторонники полевых транзисторов при должных инженерных познаниях смогут с легкостью переделать на них выходной каскад и источник тока.

Можете поэкспериментировать с разными схемами лампового усилителя напряжения.

При использовании современных профессиональных компьютерных звуковых карт, имеющих в режиме +4 дБ выходное напряжение 6 В, ламповый усилитель напряжения можно вообще исключить, подавая входной сигнал прямо на С2, и не без оснований гордясь тем, что ваш усилитель является самым простым усилителем в мире! 

На форуме есть тема по конструкции и дизайну ламповых УЗЧ