Гибридный усилитель святая простота 2. Гибридный усилитель для наушников KREIMER

Помимо ограничения сверху полосы усиливаемых частот, это приводит и к возрастанию нелинейных искажений. От негативного эффекта Миллера свободен каскад с общим сто­ком — истоковый повторитель (рис.2), но он не обладает усилением по напряжению и, кроме того, для однополярного питания с заземленным минусом требу­ет использования полевого транзистора с Р-каналом, аудиофильская номенкла­тура которых несравнимо уже, чем N-канальных.

Оригинальное схемное ре­шение, предложенное Стивеном (рис.3), позволяет обойти упомянутые недостатки. По сути схема рис.3 отли­чается от рис. 1 тем, что входное напря­жение InputSignal прикладывается не между затвором и истоком, а между затвором и стоком мощного N-каналь-ного полевика. Очевидно, что на рис.3 транзистор оказывается включенным по схеме истокового повторителя и работа­ет в режиме класса А. Правда, источник питающего напряжения PSU в таком схемном решении оказывается «плава­ющим», т.е. для стереоварианта придет­ся делать два независимых блока пита­ния, но это не критично для любителей High-End. Под знаком генератора тока Current_Source в рис. 1-рис.3 подразумевается заимствованный у Нельсона Пэс-са и запатентованный последним усо­вершенствованный активный генератор тока, известный как Pass Aleph (патент США #5,710,522). Полная схема каска­да показана на рис.4.

Здесь собствен­но усилительный транзистор Q1 соответ­ствует схеме рис.3, дополненной эле­ментами R2-R4C2 и триммером Bourns, задающими начальное смещение Q1, а также антивозбудным R1, включенным последовательно с затвором. На мощ­ном полевом Q2 и биполярном Q3 сфор­мирован активный генератор тока l=U63Q3/R3=2 А. Резистор R10 форми­рует напряжение, пропорциональное выходному току каскада, которое через цепочку C5R11 поступает в базу Q3 и таким образом слегка изменяет ток ге­нератора тока в такт со звуковым сигна­лом, улучшая линейность и повышая мак­симальную выходную мощность (это соб­ственно и есть принцип Pass Aleph). Входной усилитель напряжения выпол­нен на двойных триодах по схеме Джо­на Бруски Айкидо (рис.5).

Первый кас­кад — усилитель напряжения на лампе Via с общим катодом, нагруженный на актив­ную нагрузку на аналогичной лампе V1b. В связи с равенством режимов V1 а и V1 как по току, так и по напряжению, они взаимно компенсируют нелинейность друг друга. Коэффициент усиления по напряжению этого каскада при исполь­зовании двойного триода 6CG7 (отеч. аналог 6Н8С) равен примерно 10. Вто­рой каскад схемы Айкидо представляет собой катодный повторитель V2a, нагру­женный на симметричный генератор тока V2b. «Изюминкой» является подача на сетку V2b вполне определенной (R15=R16(u.-2)/(u+2), где и — коэффици­ент усиления лампы) части пульсаций напряжения питания, что позволяет прак­тически полностью компенсировать про­никание пульсаций на выход Gain Stage Output (без этой компенсации пульсации на выходе равны половине пульсаций питающего анодного напряжения). Пол­ная схема гибридного усилителя Сти­вена Мура, названного им ZenKido (со­кращенное составное от ZenAmp + Aikido), приведена на рис.6. Анодное питание 300 В формируется двухполупе-риодным кенотронным выпрямителем на лампах EZ81 (аналог 6Ц4П), сетевой трансформатор Hammond 270 АХ имеет вторичную обмотку 50 мА 480 В с отво­дом посередине. Накалы половинок ламп V1 и V2 соединены последователь­но и питаются постоянным напряжением с 12-вольтового интегрального стабилизатора LM317. Накальный сетевой транс­форматор Hammond 161G28 имеет вто­ричную обмотку на 14 В, 1 А. Мощный выходной каскад питается от отдельно­го выпрямителя 47 В, 2 А с П-образным сглаживающим фильтром на индуктивно­сти L1, обрамленной с обеих сторон кон­денсаторами по 50000 мкФ х 63 В. На полевом транзисторе Q4 выполнен ак­тивный сглаживающий фильтр (умножи­тель емкости) и стабилизатор напряже­ния, обеспечивающие плавное (постоян­ная времени R13C7) нарастание питаю­щего напряжения при включении и ис­ключающие заметные на слух «щелчки». Автор не удержался от соблазна «засу­нуть» цепочку Pass Aleph (R15C8) и в блок питания, чем добился повышения максимальной выходной мощности на пиках сигнала без увеличения рассеива­емой в состоянии покоя. Транзисторы Q1 и Q2 рассеивают по 50 Вт, Q4 -14 Вт, а интегральный стабилизатор LM317 — 3,5 Вт, поэтому их необходимо снабдить со­ответствующими радиаторами: Q1 и Q2 автор установил на литые ребристые Aavid 65535 с тепловым сопротивлени­ем 0,18 °С/Вт. На нагрузке 8 Ом усилитель развивает максимальную мощность 27 Вт.

В журнале «Радиохобби» была опубликована статья с описанием гибридного усилителя Владимира Креймера. Основная идея: найти достойную альтернативную замену выходному трансформатору в ламповом усилителе. Часто именно этот моточный узел сводит «на нет» все усилия радиолюбителя.

По сути всем известный эмиттерный повторитель тоже является трансформатором сопротивления. Им автор и попытался заменить моточное изделие.

Исходный вариант схемы представлен на рисунке:

Это усилитель класса «А» с выходной мощностью порядка 8Вт. Для оптимального согласования величина эмиттерного резистора (R3) должна быть равна сопротивлению нагрузки.

В статье указывалось, что данная схема может быть неплохой основой усилителя для наушников. А почему бы не попробовать?

Получилась следующая схема:

Увеличение по клику

Здесь биполярный транзистор заменён на полевой. Ток покоя составляет 100 мА, задается резистором R4. Внимание: значение этого сопротивления сильно зависит от экземпляра лампы! При отладке схемы в одном канале получилось 10 кОм, в другом 6,8 кОм. Так что для каждой половинки лампы резистор надо подбирать отдельно.

Значение резистора R6 должно быть равно сопротивлению наушников. Так как схема проверялась с наушниками Sennhaiser, у которых сопротивление 64 Ом, то и на схеме указан соответствующий номинал.

Небольшую обратную связь на резисторе R5 по переменному току можно убрать, зашунтировав его конденсатором:

Увеличение по клику

Кстати, звучание в таком варианте мне больше понравилось.

Резистор R7 служит для заряда конденсатора С2, что устраняет неприятные щелчки при подключении наушников ко включенному усилителю.

Предложенная схема однотактная, что, соответственно, накладывает на источник питания дополнительные требования в плане подавления пульсаций и фона сети. Уделите ему особое внимание при повторении.

Как любое устройство на электронных лампах усилитель требует предварительного прогрева. Но звучание его того стоит. Усилитель уверенно вытеснил со стойки все ранее использовавшиеся усилители для наушников.

В плане улучшений: заменить лампу на низковольтную 6Н27П (труднодоставаемая), зашунтировать конденсаторы С2 и С3 пленочными, небольшой ёмкости.

Очень часто при просмотре фильмов и прослушивании музыки на кухне громкости ноутбука не хватает, и в связи с этим появилась необходимость собрать простой УНЧ небольшой мощности. Ранее наткнулся на схему гибридного УНЧ Владислава Креймера "Экстремально простой гибридный УНЧ", и выбор пал на нее.

Характеристики усилителя:
Диапазон воспроизводимых частот: 20-20000 Гц
Выходная мощность: ~ 0.7 Вт на канал
Чувствительность: 600 мВ.
​ Коэффициент нелинейных искажений не более: 1%.

Вот, собственно, схема одного канала.

Схема проста, как дважды два, и собрать усилитель по ней не представляет никакого труда.

Усилитель собирался полностью по приведенной схеме, за исключением лампы, я использовал 6Н28Б-В (она более низковольтная, на аноде 50 Вольт). Транзисторы использовал с индексом "Г"

Резисторы мощностью не менее 2 Ватт. Питание от импульсного блока питания 12 В, 1.5 А.

Усилитель собран на куске текстолита из радиолы "Ригонда", в качестве радиаторов для транзисторов был использован корпус.

На сборку ушло около часа, при правильной сборке усилитель начинает работать сразу и в наладке не нуждается.

Лампа вошла в режим примерно после 40 минут работы на 3/4 громкости. На прогрев лампы после включения уходит порядка 15-20 секунд, после чего УНЧ полностью готов к работе. Фона в колонках не слышно даже на полной громкости. После нескольких часов корпус (он же радиатор) становится горячим, но рука выдерживает температуру спокойно.

Усилитель звучит хорошо как при прослушивании классической музыки, джаза и рок-н-ролла, так и при прослушивании электронной, насыщенной басами музыки. В общем, то, как звучит усилитель, меня полностью устраивает, след от медвежьей лапы на ухе не позволяет мне описать звук, как обычно его описывают (теплый звук, кристально чистая середина, верха без песочка, хлесткий и динамичный бас и т.д.). При ежедневном использовании по три-четыре часа на протяжении 3-ех недель проблем никаких не возникало, исправно работает и радует слух.

И, в завершение, несколько фото.

Вид спереди

Вид сверху

На фото видно мастерское крепление корпуса к дну пластырем

Монтаж, вид снизу

Монтаж сверху

Разводка сигнальных цепей и цепей питания

Общий вид разобранного усилителя

Видео работы УНЧ:

Список радиоэлементов

Бестрансформаторный, однотактный лампово-транзисторный усилитель мощности является дальнейшим развитием принципов и подходов, описанных в первой статье, 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 бесфильтровыми ЦАПами (в моем музыкальном сэтапе он дает превосходный результат в паре с самодельным бесфильтровым non-oversampling ЦАПом, собранным на легендарной микросхеме TDA1541 А).

Описание

В этой схеме (рис. 1), в отличии от конструкции, описанной в , 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 ). 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 наряжение 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 проти-вофазе 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 добавихшихся 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 малоточных 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

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 кострук-циях 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 ).

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, намотаных 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 бесфильтровый 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, намотаных на небольшом фер-ритовом кольце, проницаемостью 1000HM или больше.

Монтаж

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 разьемы, 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 обьеденить 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 разьемы 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! ©

Успехов и отличного звука!

Литература

Владислав Креймер, г. Донецк

Журнал "Радиолюбитель" 2008, № 8