Автор проекта и статьи | Алексей Рослик (Alex Ground)

Принципиальная схема

Входной каскад представляет собой дифференциальный каскад со слежением, выполненный на транзисторах VT4,VT8 и нагруженный на каскод на VT3,VT7, который в свою очередь нагруженный на токовое зеркало выполненное на транзисторах VT2,VT6. На транзисторе VT5 реализован источник тока в "хвосте" диф.каскада, а на транзисторе VT1 реализовано слежение. Такая структура диф.каскада дала возможность получить максимальную широкополосность и высокое усиление разомкнутого усилителя.

Каскад усиления напряжения имеет перед собой повторитель реализованный на транзисторе VT9, что позволяет добиться более полного использования преимуществ полученных в диф.каскаде, а именно бОльшего усиления разомкнутой системы, и усилитель напряжения по схеме с ОЭ на транзисторе VT11, нагруженный на источник тока выполненный на транзисторе VT13. На светодиоде отмеченному на схеме как HL1 выполнен сброс усиления при заходе усилителя в клип, таким образом смягчается вход и выход из ограничения.

Коррекция усилителя выполнена на элементах С9, С11, C12, R14, L1.  

На транзисторе VT12 и резисторах R18-R20 выполнена схема смещения выходного каскада.

Выходной каскад представляет собой классическую тройку эмиттерных повторителей. Применение тройки, а не классической двойки, позволило значительно снизить нагрузку на каскад усиления напряжения и как следствие снизить влияние нагрузки на характеристики УМЗЧ. 

Технические характеристики

За неимением качественного измерительного оборудования, некоторые характеристики будут указаны на основании компьютерного моделирования схемы, они будут отмечены звёздочкой *.

Напряжение питания: +-20В...30В;

Полоса пропускания -3db: 1.5Гц - 300кГц*;

Выходная мощность: 30(80)Вт (При напряжении питания +-20 и +-30В соответственно, на 4Ом);

Максимальная скорость нарастания выходного сигнала: 60В/мкС*;

Глубина обратной связи: 120дБ/1кГц, 84дБ/20кГц*;

Диапазон допустимой нагрузки усилителя: 4 Ом...16 Ом (2 ом при питании не более +-25В);

Допустима работа в мостовом включении при нагрузке не менее 4 Ом и питании не более +-25в*.

Коэффициент нелинейных искажений (10 Вт 4 Ом):

На частоте 1кГц: 0.000015%*;

На частоте 20кГц: 0.0003%*.

Коэффициент нелинейных искажений (80 Вт 4 Ом):

На частоте 1кГц: 0.00006%*;

На частоте 20кГц: 0.0012%*.

Коэффициент интермодуляционных искажений (19+20кГц):

10 Вт 4 Ом: 0.0001%*;

100 Вт 4 Ом: 0.001%*.

Частотные характеристики

ЛАЧХ и ЛФЧХ в петле обратной связи: 

На данном графике можно увидеть частоту единичного усиления, запас устойчивости по фазе и глубину ООС в звуковом диапазоне.

ЛАЧХ и ЛФЧХ замкнутого усилителя:

На данном графике можно увидеть ровную ЛАЧХ и ЛФЧХ на всем звуковом диапазоне, а так же отсутствие каких либо выбросов или всплесков.

Осциллограммы

Была снята реакция на меандр 20кГц, синусоида на номинальной мощности и ограничение синусоиды в клипе.

Меандр, частота 20кГц:

Синусоида, номинальная мощность, частота 1кГц:

Синусоида, ограничение, частота 1кГц:

Печатная плата

Плата усилителя выполнена односторонней, для удобства домашнего изготовления, но содержит 2 перемычки. В гербере они выполнены на верхнем слое меди, потому при изготовлении платы на заводе перемычки впаивать не нужно. В архиве содержится готовый гербер, который можно без каких-либо изменений отправлять на завод для изготовления печатной платы. Для скачивания так же доступна версия платы под выходные транзисторы КТ818/819(Г), так как они отличаются расположением выводов. 

Габариты платы составили 70мм*78мм. Все провода подключаются с помощью клемм, для питания и подключения АС использованы ножевые клеммы 6,3мм, для подключения источника сигнала использована винтовая двухполюсная клемма с шагом 5мм.

Рекомендации по сборке

В этом разделе статьи хочется дать общие рекомендации по сборке УМЗЧ, при выполнении которых усилитель запускается и работает сразу.

Используйте только проверенные радиокомпоненты, каждую деталь перед пайкой в плату следует проверить на работоспособность и соответствие номиналу, в независимости от того применяются новые детали или б/у. Отдельное внимание хочется обратить на конденсаторы коррекции, так как на своем корпусе они не имеют маркировки;

Устанавливайте компоненты номиналом согласно схемы, самопроизвольная замена номиналов элементов недопустима;

Не рекомендуется применять проволочные резисторы;

Рабочие напряжения конденсаторов могут быть выше указанных на схеме;

Допускается применение только тех типов транзисторов, что указаны на схеме или возможные замены указанные в перечне элементов;

Перед установкой транзисторов необходимо убедиться в их работоспособности и соответствии их параметров документации;

Транзисторы VT12, VT16 - VT21 должны быть установлены на один теплоотвод через теплопроводящие изоляторы, после закрепления их на радиатор следует убедиться в отсутствии контакта между радиатором и коллектором каждого из этих транзисторов;

Рекомендуемая площадь радиатора для выходных транзисторов не менее 1500см^2 при пассивном охлаждении;

Желателен подбор транзисторов VT4 c VT8 и VT2 c VT6 по параметру h21э;

В качестве подстроечного резистора R19 необходимо использовать многооборотный резистор типа 3296W, при установке его в плату, его сопротивление должно быть максимально.

Схема подключения

Стандартная схема подключения:

Фото собранного устройства

Первый запуск и настройка усилителя

После запайки всех компонентов на печатную плату необходимо смыть остатки флюса и внимательно осмотреть печатную плату проверив отсутствие замыкания случайно оставшейся каплей припоя. Проверить все ли компоненты установлены верно( направления диодов, полярность конденсаторов, тип транзисторов (пнп/нпн)) и их ориентация в пространстве. 

Если все в порядке, можно подключать блок питания, первый запуск следует проводить включив лампу накаливания последовательно первичной обмотке трансформатора. При включении лампа должна кратковременно загореться и потухнуть.

Далее следует замерить постоянное напряжение на выходе усилителя, оно должно быть не более +-30мВ. В собранном мной усилителе постоянная составляющая на выходе составила 20мВ. 

Если все в порядке можно приступить к настройке тока покоя. Замкнув вход усилителя необходимо подстроечным резистором R19 добиться падения напряжения между эмиттерами VT18, VT19 в диапазоне от 10мВ, до 20мВ, что будет соответствовать суммарному току покоя от 50мА до 100мА, дальнейшее повышение тока покоя не имеет смысла.

Далее можно подключить АС и подать сигнал на вход усилителя, если все предыдущие пункты не вызвали проблем усилитель будет работать, теперь можно убрать лампу из первичной обмотки трансформатора и наслаждаться прослушиванием. Усилитель настоятельно рекомендую использовать совместно с релейной защитой АС.