Простой однотактный усилитель Зена на полевых транзисторах
Нельсон Пасс – классический вариант однотактника, работающего в режиме А, от идеолога технологии Zen
«Хотя при выборе компонентов аудиосистемы технические характеристики принимаются во внимание, ухо всегда будет главным арбитром
качества звука, а обо всех нюансах музыкального звучания, о предпочтительном или нежелательном характере звуковоспроизведения
можно судить только субъективно.
Результаты типовых аудиоизмерений никогда не имели ничего общего с музыкальной реальностью, а были лишь грубым ориентиром
при разработке аппаратуры.
Пример однотактного лампового усилителя иллюстрирует ограниченность измерений в описании музыкальности аудиокомпонентов. Все подобные
усилители обладают до смешного плохими техническими параметрами: у них большие нелинейные искажения, абсурдно низкая выходная мощность
(чаще всего, менее 10 Вт на канал), не с любой акустической системой они способны нормально работать. И тем не менее, однотактный
усилитель обладает такой непосредственностью в общении с музыкой, в которую можно поверить, только услышав».
(Роберт Харли, Энциклопедия High-End Audio, 2000).
Итак, стартуем. Тема сегодняшней передовицы – транзисторные однотактные усилители, естественным образом,
работающие в режиме чистого класса А.
И начнём мы знакомство с такими транзисторными однотактниками с конструкции Нельсона Пасса (Nelson Pass) – главного
идеолога УМЗЧ по технолошии Zen (далее усилители Зена) и руководителя лаборатории "Pass Labs".
Во всей линейке транзисторных усилителей Нельсона Пасса данная реализация является одной из самых первых и, по мнению многих любителей
однотактного лампового звука – наиболее приближённо повторяет звучание вакуумных одноклассников.
«Наша цель – не ракетостроение; наша цель сделать аппаратуру для прослушивания музыки. Если мы применим такой подход, называя его
искусством, а не наукой – то это будет прекрасно.
Насколько простую схему мы можем сделать, чтобы она хорошо работала? Очевидно, усилитель с одной ступенью усиления будет самым простым.
А как мы сможем получить качественный звук от однокаскадного усилителя? Есть единственное простейшее решение: однотактный усилитель,
работающий в классе А» – написал в преамбуле своей статьи уважаемый идеолог усилителей Зена.
Приведём схему со страницы сайта автора
www.passdiy.com и
многочисленное количество раз перерисованную на полях интернета.
Рис.1
Важно!!! Уважаемый автор, а вместе с ним и многочисленные "копировальщики" забыли указать на схеме жизненно
необходимую деталюшку – антипаразитный резистор в цепи затвора R11.
Данный резистор следует подпаивать непосредственно к выводу транзистора (либо на расстоянии от затвора, не превышающем 5мм).
В противном случае при значительном токе покоя полевика, необходимом для его работы в режиме А, практически со 100% вероятностью
к полезному выходному сигналу приклеится паразитный, с частотой 15...18 МГц, который низкочастотным осциллографом ещё и хрен зафиксируешь.
Результат – повышенные динамические и интермодуляционные искажения и комментарии на форумах типа: "А я спаял усилитель, а звучание
чего-то не впечатлило".
А теперь описание от автора.
На Рис.1 показана полная схема усилителя.
На VT3 собран каскад усиления, на транзисторе VT2 – источник тока. Узел на транзисторе VT1 служит для регулировки режима транзистора VT2,
а цепь R2R3С1 – для фильтрации пульсаций питания.
Ток, проходящий через VT2, вызывает падение напряжения на R2, и когда оно достигнет 0,66 В, транзистор VT1 начнёт открываться,
что ограничит напряжение затвор-исток VT2 примерно на уровне 4 Вольт. Равновесие наступит при постоянном токе через VT2 около 2А.
Антипаразитные резисторы R4 и R5 улучшают стабильность петли регулировки и предотвращают паразитные колебания тока через транзистор VT2.
Этот же постоянный ток 2 А будет протекать и через транзистор VT3. Резистор R8 и потенциометр R9 создают цепь обратной связи по
постоянному току, которая управляет затвором VT3, поддерживая напряжение на нём около 4 В и позволяя установить напряжение на
стоке VT2 равным половине напряжения питания (около 17 В).
Входной сигнал через R7 и С2 поступает на затвор VT3, а выходной проходит через С3 на громкоговоритель.
Резисторы R1 и R10 служат для разрядки конденсаторов С2 и С3. Стабилитрон VD1 защищает затвор VT3 от вероятных высоковольтных помех,
возникающих в моменты переходных процессов.
Рис.2
На Рис.2 показан рисунок печатной платы двух каналов усилителя. Фольга со стороны монтажа деталей не удалена и используется в качестве
экрана.
Основным требованием, предъявляемым к МОП-транзисторам, является способность надёжно непрерывно рассеивать 30 Вт. Это означает, что
паспортная мощность транзисторов должна быть не менее 125 Ватт. Транзисторы должны быть рассчитаны на напряжение не менее 50 В,
и я полагаю, что их максимальный постоянный ток должен быть 10 А или более. Я выбрал транзисторы фирмы International Rectifier.
Крайне важным элементом является радиатор. Для каждого канала он должен обеспечить непрерывный отвод 70 Вт тепла при температуре
окружающей среды 25 градусов по Цельсию. Менее эффективный теплоотвод сократит срок службы МОП-транзисторов.
Если в процессе работы усилителя вы обнаружите, что не можете коснуться радиатора, я рекомендую использовать вентилятор.
Силовой трансформатор должен обеспечить переменное напряжение около 25 В при токе 6 А для каждого канала. Ёмкость электролитического
конденсатора, следующего после диодного моста – 22000 МкФ.
Хотя фактическое потребление постоянного тока составляет ровно 2 А на канал, фактор мощности, создаваемый зарядкой конденсаторов
блока питания, приводит к большему рассеянию мощности трансформатора, чем предполагалось, исходя из 2 ампер. В моей реализации силовой
трансформатор имеет 2 отдельные вторичные обмотки для каждого канала, однако приемлемо запитывать оба канала от одной – общей.
Настройка усилителя Pass ZEN
После того, как вы закончили сборку усилителя, подключите его через предохранитель к источнику питания. Если предохранитель питания
не сгорит, вы должны будете установить напряжение около 0,66 В на резисторе R6, а постоянное напряжение на стоке VT3 – около 17 В.
Подключив эквивалент нагрузки 8 Ом и подав на вход сигнал, с помощью потенциометра R9 добейтесь симметричного ограничения
выходного сигнала. Проведите повторную регулировку после того, как усилитель полностью прогрелся.
Выходной импеданс усилителя составляет приблизительно 1 Ом с коэффициентом демпфирования около 8.
Не все громкоговорители подходят для однотактных устройств, потому что им нужен: либо более высокий коэффициент демпфирования,
либо их импеданс ниже 8 Ом, либо для их нормальной работы требуется больше 10-ти ватт.
Однако существует довольно много динамиков с импедансом 8-16 Ом и чувствительностью в диапазоне 90-100 дБ, которые вполне подходят для
данного усилителя.
Входной импеданс составляет 4,75 кОм, а усиление – около 8,5 дБ. Это означает, что усилитель должен работать от активного источника,
способного выдавать на выходе 3,5 вольт и иметь выходное сопротивление – не более 470 Ом.
Так как это звучит? С правильным динамиком – просто замечательно!
Нельсон Пасс, 1994.
Впоследствии описанный выше усилитель Зена был доработан автором – цепи ООС по постоянному и переменному току были разделены, что позволило
несколько снизить коэффициент гармоник при максимальной мощности. Схема доработанного усилителя приведена на Рис.3.
Рис.3
На этом всё! А на следующих страницах будем знакомиться с другими реализациями однотактных усилителей на полевых транзисторах.
|
