Схема 65–ваттного усилителя с меломанским звучанием

Переносим древнюю и радикально простую "германиевую" схемо- технику на современную элементную базу

Как-то, перелистывая книжку В. Т. Полякова "Простые приёмники АМ сигналов", я заприметил схему приёмника, а вернее не самого приёмника, а маломощного и очень экономичного НЧ усилителя мощности, входящего в его состав (Рис.1).

Как было написано в публикации уважаемого автора: подбором типа и числа параллельно включённых диодов VD1, VD2 устанавливается ток покоя около 1 мА при ещё незаметных на экране осциллографа искажениях.

. Рис.1 Экономичный УНЧ для приёмника

Подтверждаю – даже на расхожих кремниевых полупроводниках, данный УНЧ (при токе покоя выходных транзисторов 1 мА и 9 В питания) выдаёт на 1-ваттный динамик довольно приличное звучание, по крайней мере, лучшее, чем усилитель на ИМС LM386 с током потребления в режиме молчания – около 5мА. На первый взгляд может несколько смутить наличие положительной обратной связи, идущей с выхода усилителя через R5 на вход выходного составного повторителя. Однако если зорко присмотреться к схемам JLH Линсли-Худа, либо к разработкам небезызвестного Рода Эллиота, то похожую ПОС там тоже можно увидеть, не в таком явном виде, но тем не менее.

На самом деле, чем больше разных конструкций УМЗЧ мне доводилось послушать, тем сильнее устаканивалась уверенность, что увенчанный лаврами "ламповый" или, к примеру, "германиевый" звук определяется не только техническими особенностями усилительных элементов, но и к тому же (а возможно даже и в большей степени) особенностями схемотехнического построения усилителя. При этом усилитель Худа, построенный на кремнии по старой примитивной схемотехнике, будет звучать так же открыто и музыкально, как удачно спроектированный германиевый, а навороченный сверх меры германиевый – так же сухо, как и многие начинённые глубокими ООС "кремниевые" усилители с якобы "высокой верностью звучания".

Итак, плодотворная дебютная идея определена – создать усилитель мощности, опираясь на старую, добрую и отлично звучащую схемотехнику.
Цель – меломанское качество звучания в совокупности с простотой конструкции.
Ориентир – усилитель JLH, класс А, вариант 69-го, только (в нашем исполнении): работающий не в классе А, а в классе АВ, более мощный и с лучшими техническими характеристиками. Вот что у нас получилось:

Рис.2 Схема простого 65-ваттного усилителя мощности

Двухтактный выходной каскад усилителя построен на составных парах транзисторов (Т4,Т6 и Т5,Т7). Он представляет собой два повторителя напряжения, выполненных по схеме включения Шиклаи.
Хотя составные транзисторы по схеме Шиклаи используются значительно реже, чем Дарлингтоны, они обладают рядом преимуществ, которые мы подробно описали на странице – ссылка на страницу.

Усиление входного сигнала осуществляется двумя каскадами на транзисторах Т1 и Т2, включённых по схеме с общим эмиттером.

Сигнал отрицательной обратной связи поступает через резистор R8 с выхода усилителя на эмиттер транзистора Т1. Для этой цепи усилительный каскад на Т1 является каскадом с общей базой, а глубина ОС и, соответственно, коэффициент усиления УНЧ определяются отношением величин R8 к R5, т. е. в нашем случае Ku = 21.
Транзистор Т3 образует цепь смещения транзисторов выходного каскада. Напряжение смещения, а соответственно, и ток покоя выходных транзисторов регулируются посредством многооборотного подстроечного резистора R7.

Корректирующая ёмкость С3 (номиналом, как правило, около 100пФ), которую часто устанавливают для повышения устойчивости усилителей, как показывает практика – не является оптимальным выбором, т. к. она приводит к существенному росту нелинейности на высоких частотах.
Куда более правильной альтернативой будет являться конденсатор С4, включённый параллельно резистору ООС, и который в большинстве случаев обеспечит необходимую стабильность.
Однако, если в силу тех или иных обстоятельств, усилитель начнёт "подгуживать" на частотах в несколько мегагерц, то включение конденсатора С3 ёмкостью 10...15 пФ легко справится с устранением данного паразитного эффекта без существенного влияния на коэффициент нелинейных искажений усилителя.

Цепочка ПОС (С5, R9, R10), идущая с выхода усилителя, служит не столько для повышения коэффициента усиления УНЧ, сколько выступает в качестве источника вольтодобавки питания предоконечного каскада на транзисторе Т2. Эта цепь как бы увеличивает (посредством выходного сигнала) напряжение питания каскада, что позволяет снять с него амплитуду бОльшую, чем без ПОС. А это в свою очередь позволяет значительно повысить максимальную неискажённую выходную мощность и КПД усилителя.
Итого, что же у нас получилось в сухом остатке?

Основные параметры усилителя:

На самом деле, приведённые выше характеристики не будут стоить и плевка, если спектральный состав гармоник выхода окажется таким же неблагообразным, как у навороченных изделий с длинными и глубокими ООС, диф. каскадами и прочими схемотехническими излишествами, негативно влияющими на звук.
Поэтому без спектрограммы амплитуд гармоник (Рис.3) говорить о качестве звучания какого-либо УМЗЧ не имеет никакого смысла.



Рис.3 Спектр искажений сигнала 65-ваттного УМЗЧ (1 кГц, 10 Вт)

Ну что ж? Довольно красивый график, похожий на быстро спадающую спектрограмму однотактных усилителей.
А для сравнения приведу аналогичный спектр искажений легендарного усилителя JLH Джона Линсли-Худа 1969 г, работающего в экстремальном классе А.



Рис.4 Спектр искажений сигнала усилителя мощности JLH (1 кГц, 2 Вт)

А ведь похоже, не правда ли? Конечно, у Худа и мощность пониже и общих нелинейных искажений побольше, но процентное распределение спектра гармоник практически полностью совпадает с тем, что приведено на Рис.3.
Вот она сила и мощь, пусть и старомодной, но "правильной" схемотехники!

Расхожие и недорогие транзисторы BC546, BD139 и BD140 имеют хорошую репутацию при работе в составе звуковых трактов аппаратуры практически любых классов. При этом их вполне можно заменить на отечественные: КТ3102, КТ814 и КТ815 с допустимыми значениями напряжений – не менее 50 В.
Комплементарные выходные транзисторы MJL21193 и MJL21194 – это специализированные полупроводники, спроектированные для применения в составе звуковой аппаратуры, а потому и не столь дёшевы, как хотелось бы. Однако именно с этими транзисторами удалось добиться столь приличных для такой простой схемы "бумажных" характеристик. Применение BD243/244, КТ818/819, TIP35/TIP36 или других бюджетных комплементарных пар тоже вполне допустимо, однако неизбежно приведёт к некоторому уменьшению максимальной выходной мощности и росту (на 50...100%) величины нелинейных искажений.

Выходной каскад, выполненный по составных парах Шиклаи, имеет довольно высокую температурную стабильность и, как показывает практика, не требует мер по дополнительной термостабилизации. Поэтому на радиатор должны крепиться только транзисторы Т6, Т7, мало того, если туда же посадить любые другие транзисторы, включая Т3, ситуация только ухудшится.

Налаживание усилителя сводится к установке (резистором R7) тока покоя выходных транзисторов и (резистором R3) выходного напряжения, равного половине напряжения питания. Крайне важно: перед первым включением питания, установить регулирующий вывод R7 в нижнее по схеме положение, соответствующее максимальному сопротивлению потенциометра.
Усилитель оказался крайне нечувствительным к режиму работы выходных транзисторов, и уже при токе покоя 20 мА "выходит" на приведённые выше характеристики, причём не изменяет их даже при существенном повышении тока (вплоть до режима А).