Студийный усилитель ЗЧ класса ЭА.

Автор: Рязанцев В. А., mc_rrr@mail.ru
Опубликовано 20.08.2013
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2013!"

Студийный усилитель ЗЧ класса ЭА.

Представляю схему студийного аудио-усилителя. Усилитель при своей относительной простоте отличается высокими показателями. Усилитель работает в классе ЭА (Super A), и обеспечивает до 100Вт выходной мощности в базовом исполнении.

Представлена финальная версия схемы и печатной платы. До нее конечно были несколько недель плясок с бубном и много запоротых шаблонов и печатных плат. Финальная версия была собрана 4 раза, во всех 4 случаях усилитель запускался сразу и без проблем. Схемотехника данного усилителя имеет много положительных моментов- стойкость от КЗ на выходе(транзисторы перегорают только от перегрева), а при выходе из строя выходных транзисторов, они не тянут за собой ни одного элемента.

В данной статье постараюсь более полно изложить принцип действия каждой цепочки, не ограничиваясь фразой “стандартное решение”, чтобы человек не связанный со звукотехникой смог понять, как это работает.

Характеристики:

• Класс усилителя: Super A (ЭА)
• Постоянная выходная мощность: 100Вт
• Пиковая выходная мощность: 150Вт
• Диапазон воспроизводимых частот: 20-25000Гц
• Гармонические искажения на номинальной мощности: не более 0.01%
• Разброс АЧХ в звуковом диапазоне: не более 3дБ.
• Отношение сигнал/шум: >90дБ
• Сопротивление нагрузки: 4-16 Ом
• Питание: +-40В

Динамичный ток покоя, заданный токовой ООС обеспечивает работу усилителя в классе ЭА, и обеспечивает работу транзисторов в наиболее линейном участке их графика. Так-же использование специализированных выходных транзисторов придает этому усилителю особое звучание- глубокие, но четкие низы, детальное воспроизведение СЧ и ВЧ.

Схема:

Назначение элементов.

C1 выполняет роль входного конденсатора. Он необходим для отсеивания постоянного напряжения, и напряжения инфранизкой частоты, которые могут попасть на выход источника при неисправности, а так-же при случайном замыкании входного штекера на что-либо. R1 и R2 составляют делитель на 2, необходимый для снижения чувствительности, а так-же увеличивает устойчивость к самовозбуждению. Т.к. входное сопротивление ОУ велико, и им можно пренебречь, входное сопротивление усилителя задается этими резисторами, и составляет 44кОм, не отступая от стандарта аудиотехники 40-50кОм. С2 отсеивает высокочастотные помехи, так-же и С3, но в более низком диапазоне, одновременно уменьшая вероятность самовозбуждения.С2 разряжается на землю цепочкой R1-R2, а С3 резистором R2. На ОР1 собран буферный каскад с КУ равным 1. На ОР2 собран дифференциальный усилитель, не инвертирующий вход которого подключен к выходу OP1, а инвертирующий образует общую обратную отрицательную связь (ООС). ООС заводится с выхода через R16, параллельно котором подключен конденсатор C10 для повышения ООС на высоких частотах, выходящих за звуковой диапазон. Цепочка R3 и С7 образует с R16 делитель по переменному току. Выход ОР2 подключен к VT2, включенном по схеме с общим эмиттером. Коллекторной нагрузкой является переход база-эмиттер транзистора VT4, включенный последовательно с токоограничительным резистором R10. Через R4 поступает ток покоя на базу VT2. На эмиттер VT2, подключенный к общему через резистор R8 поступает напряжение с коллектора VT4 через резистор R11, что образует токовую обратную связь, и задает класс усилителя. Второе плече(VT3 и VT5) работает аналогично первому, но с другой полярностью. На VT1 собран каскад, выполняющий сразу 2 функции. Первая- регулировка тока покоя путем изменения проводимости транзистора подключенным к базе делителем R5-R6. Вторая- создание разности поступающего сигнала на базах VT2 и VT3, для предотвращения искажения "ступенька". На выходе усилителя стоит стандартная цепочка Цобеля на R17 и С11.Питание ОУ осуществляется при помощи линейных стабилизаторов DA1 и DA2, обеспечивая двухполярное напряжение.R18 и R19 обеспечивают ограничение входящего на стабилизаторы тока. С4(С6) обеспечивает шунтировку питания во избежание просадок, С5(С8) обеспечивает шунтирование по ВЧ. С12 и С13 обеспечивают общее шунтирование по НЧ, С14 и С15 по ВЧ.

Описание работы.

Сигнал поступает на входной делитель, где избавляется от ВЧ наводок. Далее через буферный каскад и ОР2 поступает на VT2, который управляет выходным транзистором положительного плеча. На отрицательное плече сигнал поступает через переход коллектор-эмиттер VT1, падающее на нем напряжение предотвращает "ступеньку".

Напряжение образующееся на резисторе R14(R15), выступающего токовым шунтом, относительно общего провода поступает на эмиттер VT2(VT3), и обеспечивает обратную связь по току. Эта цепочка и задает усилителю класс ЭА, устанавливая динамичные токи покоя. Теоритически можно убрать резисторы R11 и R12, в результате чего усилитель перейдет в класс АБ.

Общая ООС охватывает все от ОР2 до выхода. C7,R3 и R16 образуют делитель по переменному току, при том что постоянный ток под делитель не попадает, в результате чего ООС по постоянному току выше, чем по переменному, и компенсирует возможные отклонения от нуля, напряжения покоя.

Питание ОУ идет через стабилизаторы, можно конечно применить и стабилитроны, но это отразится на надежности.

Используемые элементы.

В качестве ОР1 и ОР2 используется сдвоенная ОУ MC4558. Ее можно заменить любой другой сдвоенной ОУ, кроме тех, что имеют полевой вход. Например при попытке поставить TL072 начались проблемы с самовозбуждением и током покоя, в то время как LM358 работала отлично.

VT1 применяется типа BD139, его можно заменить на отечественный КТ815. VT2 и VT3- 2SC4793 и 2SA1837, их можно заменить на MJE15032 и MJE15033. VT4 и VT5 используются 2SA1943 и 2SC5200.

Конденсаторы С1, С9, С11, С14 и С15 пленочные. С7 электролитический неполярный. С4, С6, С12 и С13- электролитические. Все остальные- керамика.

Резисторы R8, R9, R11, R12 и R17 мощностью 2Вт, R14 и R15 мощностью 5Вт, R18 и R19 мощностью 1Вт. Все остальные мощностью 0,25Вт.

Питание усилителя +-40В.

Печатная плата.

Печатная плата имеет размеры 5х10см. Плата двусторонняя, с плотным монтажом. Имеется 4 отверстия для крепления. Все соединения производятся при помощи клемников. Среди особенностей следует отметить- Посадочные места для резисторов задающих ток покоя и коэффициент первой ООС организованы универсальными. Можно установить как постоянные, так и подстроенные резисторы. На плате имеются отверстия для опциональной установки на заднюю сторону фильтрующих конденсаторов на 10 000uF.

Печатная плата для прототипа была изготовлена при помощи плотерного шаблона. Но все-же настоятельно рекомендую использовать заводские печатные платы с маской и метализацией.

Настройка:

Настройка почти стандартная для аудио-усилителей. Первым делом после сборки необходимо установить ток покоя. Вот только у нас он динамичный, и это будет чуть сложнее. Необходимо разогреть усилитель, и только потом измерять ток. Измеряется он при помощи милливольтметра, подключенного между точками A и B. По закону Ома высчитываем ток. Например если напряжение составляет 100мВ, то ток составит I= 0.1 мВ/0.44 Ома= 0.225A. Ток необходимо выставить около 100мА, что соответсвует напряжению примерно 50мВ. При увеличении тока покоя, усилитель будет более приблежатся к классу А, и соответсвенно грется и уменьшатся КПД.

Напряжения в точках C и D должны соответсвовать +-15В. Их необходимо замерить, чтобы удостоверися в стабильном питании ОУ.

 Фото:

Платы до травления:

Усилители в сборе. Версия со стабилитронами питания ОУ:

Финальная версия:

 А так-же вариант распаралеливания выходных транзисторов для получения большей мощности:

Автор: Рязанцев В.А.

Файлы:
Архив RAR

Все вопросы в Форум.