Ультралинейный усилитель А класса

Усилитель JLH часть 1 – история разработки

Телефоны берет звукоинженер, а не менеджер. Звоните

  1. Технологии
  2. Эксклюзив
  3. Усилитель JLH часть 1 – история разработки

Новое – это хорошо забытое старое

Последние несколько лет наблюдается волна интереса к знаменитому усилителю Джона Линсли Худа (John Linsley-Hood). Повышенный интерес к JLH обусловлен тем, что интернет-магазины и аукционы Hi-End начали предлагать множество вариаций этого усилителя в готовом виде и в виде комплектов для домашней сборки. На многочисленных форумах по электронике и звукотехнике проводятся бурные обсуждения предложенной более 40 лет назад схемы и способов ее улучшения применительно к сегодняшней компонентной базе.

Нередко лейбл «JLH» навешивают на конструкции, ничего общего с легендарным оригинальным усилителем не имеющие. Предлагаю разобраться в достоинствах и недостатках этого усилителя класса А и его поразительно изящной, и простой схемотехнике. Усилитель этого талантливого инженера из Англии, созданный почти 50 лет назад дожил до сегодняшнего дня пережив несколько реинкарнаций, и сегодня, в конце 2016 года он, по-прежнему будоражит воображение настоящих аудиофилов.

Первая публикация схемы появилась в журнале «Wireless World» в 1959 году. Перевод основной идеи схемы John Linsley-Hood:

«В последнее время издания для любителей качественного звучания опубликовали множество схем усилителей на транзисторах, большинство из которых малопригодны для повторения ввиду чрезвычайной сложности для повторения среднестатистическим радиолюбителем. Мощность предлагаемых к повторению транзисторных усилителей как правило многократно завышена, что совершенно не требуется для комфортного прослушивания музыки в обычной комнате. Повышенная мощность тянет за собой необходимость применения дорогостоящих транзисторов и мощных блоков питания. До эры появления транзисторов огромной популярностью пользовались ламповые усилители фирм Mullard, Leak и другие обладающие выходной мощностью до 10-15 Ватт на канал, которой с лихвой хватало для воспроизведения практически любой музыки в условиях реальной жилой комнаты. Уровень громкости с колонками средней чувствительности и такой выходной мощностью усилителя в стерео-режиме получался даже больше необходимого. Инженеру Джону Линсли Худу пришла идея разработать простой для повторения, но максимально качественный усилитель класса А с разумной выходной мощностью и минимально возможными искажениями. Что он блистательно и осуществил»

Один из приверженцев максимально простых и линейных Hi-End усилителей класса «А» и по совместительству владелец фирмы «Pass Aleph» Нельсон Пасс (Nelson Pass) написал в своей статье, что усилитель Д. Ли. Худа даже спустя 40 лет восхищает великолепным качеством звучания при предельно простотой конструкции.

Искажения и выходная мощность

В период 1947-1949 годов патриарх усилителе строения David Theodore Nelson Williamson написал в серии статей, опубликованных в том же журнале «Wireless World», что величина искажений для высококачественного звуковоспроизведения не должна превышать 0,1%. Основные искажения в ламповом усилителе вносит выходной трансформатор, а поскольку транзисторные конструкции могут обойтись без этого нелинейного элемента, то требования к транзисторным схемам можно ужесточить. Можно считать допустимыми не более 0,05% искажений, вносимых транзисторным усилителем при полной выходной мощности в полосе частот от 30 Гц до 20 кГц.

В связи с «гонкой мощностей» когда во главу угла ставились параметры усилителей, а их реальное звучание отодвигалось на второй план, подавляющее число разработок и воплощение их в готовых конструкциях было сосредоточено на усилителях класса «В» или «АВ». Потенциальный клиент читал отзывы об усилителях в аудио прессе и его глаза невольно наталкивались на эту «гонку параметров». На первое место ставились преимущества усилителей с характеристиками, изобилующие многими нулями: 0,01 – 0,001 % искажений, 100 – 200 – 300 Ватт выходной мощности, а не редко и больше. Эти цифры объявлялись «главными достоинствами» усилителей, а их цена напрямую зависела от количества нулей. Потенциальный покупатель усилителя намеренно ставился перед искусственно навязанным выбором, таким же, как в случае с автомобилями и рекламируемыми «преимуществами» с упором на мощность двигателя и максимальную скорость. В отличие от автомобиля, в усилителях выходная мощность и уровень искажений к реальному качеству звучания имеют очень опосредованное отношение. На звук гораздо большее влияние оказывает грамотно выбранная схемотехника, режимы работы каждого каскада и качество деталей.

По простому о классах «А» и «АВ»

Усилители класса А получили малое распространение в первую очередь из-за низкого КПД. При «гонке параметров» когда рынок требует от усилителя получение выходных мощностей 50 – 100 – 200 и более Ватт в канал применять режим класса А крайне невыгодное и неблагодарное мероприятие. Потребляемую мощность с этим режимом нужно смело умножить на три или четыре, и вся эта мощность, в отличие от полезной не идет на динамики, а преобразуется в банальное тепло. Соответственно для усилителя, работающего в классе А требуется блок питания в три – четыре раза мощнее аналогичного, работающего в классе АВ. Плюс, нужны огромные радиаторы, которые должны рассеять излишнее тепло. Себестоимость усилителя довольно сильно зависит от мощности блока питания и размеров радиаторов выходных транзисторов. В итоге усилители класса «А» получаются намного более дорогими и «горячими» в прямом смысле этого слова, по сравнению с аналогичными по мощности усилителями, работающими в классе АВ.

Вот этот маленький КПД усилителей класса А помноженный на «Горячесть» и высокую по сравнению с моделями класса «АВ» стоимость и предопределил малую распространенность этих на самом деле – замечательных конструкций.

Если абстрагироваться от желания получить сто ваттные мощности на выходе и смириться с повышенным тепловыделением, усилители класса А по звучанию уложат «на обе лопатки» абсолютно все другие модели усилителей с их техническими изысками. Как правило усилители класса А намного более просты схемотехнически, чем их собратья, работающие в других режимах. Режим работы А пришел из ламповых схем, которые отличаются от транзисторных намного более «коротким» трактом и малым количеством деталей. Платой за кажущуюся простоту является необходимость тщательного подбора каждого элемента усилителя класса А и высокие требования к качеству комплектующих.

Благодаря простой конструкции и малому количеству каскадов, усилитель класса А поддается точной настройке путем оптимизации работы каждого каскада и наилучшему согласованию каскадов между собой. В Усилителях класса АВ с их десятками и сотнями последовательно включенных звеньев, индивидуальная настройка каждого каскада в принципе невозможна. Для обеспечения приемлемых параметров в них приходится вводить глубокую отрицательную обратную связь, которая позволяя достичь заданных характеристик, при этом начисто «убивает» звук.

Особенности схемотехники JLH

Основная идея John Linsley-Hood, построение максимально простого усилителя, все каскады которого работают в классе А. В классе А транзисторы работают на максимально линейных участках своих характеристик, и имеют практически постоянную, хоть и немного повышенную температуру, при которой их параметры практически не «плывут». В классе А можно достичь очень хорошей симметрии плеч и избавиться от так называемых «коммутационных» искажений, ведь в классе А транзисторы в отличие от класса В и АВ вообще не выключаются.

Каскады класса А в однотактном включении с нагрузкой – резистором самые неэффективные по КПД в сравнении со всеми остальными вариантами включения транзисторов. Зато они самые линейные и самые «музыкальные». Путем замены резистора на дроссель или трансформатор можно повысить КПД и легко согласовать простейший каскад на транзисторе с практически любым следующим каскадом. Но это «палка о двух концах». Применив дроссель или трансформатор, мы получаем максимально качественно «звучащий» каскад, но при этом имеем в конструкции сложное, тяжелое и дорогостоящее моточное изделие.

Для упрощения и удешевления конструкции Джон Линсли Худ применил двухтактный выходной каскад с возбуждением противофазным сигналом, изображенный на Рис.1. Оптимальным решением здесь является применение каскада на транзисторе VT1 обратной проводимости (n-p-n), который для выходных транзисторов является фазоинвертором и управляет обоими плечами (верхним и нижним), собранными на транзисторах VT2 и VT3.

За счёт компенсации взаимной нелинейности характеристик транзисторов, это включение даёт низкие искажения даже без применения отрицательной обратной связи. Как бонус, низкое выходное сопротивление каскада на VT1 хорошо согласуется с довольно высоким входным сопротивлением каскадов на VT2, VT3.

Упрощенная схема усилителя JLH показана на Рис.2

Входной сигнал подается на базу транзистора VT1. С его коллектора инвертированный и усиленный сигнал поступает на базу транзистора VT2. Транзистор VT2 усиливает входной сигнал и формирует противофазные сигналы для выполненного на транзисторах VT3 и VT4 выходного каскада. Нижний выходной транзистор VT3 включен по схеме с общим эмиттером и усиливает как ток, так и напряжение. Верхний выходной транзистор VT4 включен по схеме с общим коллектором и усиливает только ток (это классический эмиттерный повторитель).

Резисторы R4-R5 задают напряжение смещения для транзистора VT1, резистор R3 формирует смещение выходного каскада. Резисторы R1-R2 задают глубину отрицательной обратной связи по току. Транзистор VT2 является сердцем этой схемы и применен здесь для управления выходным каскадом – элегантно и просто.

Нельсон Пасс являясь приверженцем максимально простых схем и коротких трактов, работающих в классе «А» обошёл стороной одну особенность представленной топологии. В своих конструкциях он применяет исключительно полевые транзисторы, которые управляются напряжением на затворе, в отличие от примененных Джоном Ли Худом биполярных транзисторов, управляемых током базы. И если в далеком 1959 году мощных серийных полевых транзисторов попросту не существовало и Джона Ли Худа можно понять, то Нельсона Паса понять сложно, по какой именно причине он не применяет в своих усилителях биполярные транзисторы. Путем обращения к «коллективному» разуму армии любителей, повторивших конструкции как Нельсона Пасса, так и Джона Ли худа было «вычислено», что с полевыми транзисторами гораздо легче работать. Они менее капризны и для достижения искомых параметров не требуют вокруг себя «танцев с бубнами» (многомесячных настроек) как биполярные. Но тот же «коллективный разум» говорит о том, что биполярные транзисторы звучат все-таки лучше полевых… хотя это как раз не факт.

Выходной ток предыдущего каскада усилителя Джона Ли Худа является входным током для последующего. Ток коллектора транзистора VT1 является управляющим для транзистора VT2 и втекает в его базу. В других каскадах все происходит аналогично. Резистор R3 является источником стабильного тока и изменение тока коллектора транзистора VT2 полностью отражается на токе базы транзистора VT4. Такая топология построения «двойки» транзисторов делает условия их взаимного управления идеальными.

Вся идеология построения усилителя Джона Ли Худа подчиняется идее минимализма, в ней нет ничего лишнего…

Дизайн усилителя JLH родился в то время, когда эра усилителей на лампах близилась к своему завершению, транзисторы быстро вытеснили электровакуумные приборы практически из всех областей электроники. Не избежала этой участи и звуковая техника. Инженеры начали проектировать транзисторные усилители с оглядкой в первую очередь на параметры: высокую выходную мощность и предельно низкие искажения. Их разработки в большинстве своем были крайне сложны и отличались от ламповых схем применением многочисленных и глубоких обратных связей. А это, как в последствии выяснилось, качества звуку совсем не добавило.

За прошедшие 47 лет прогресс в электронной промышленности ушел далеко вперед. А вот про технику для воспроизведения звука такого сказать нельзя. За почти сто лет с момента изобретения электронного усилительного прибора – лампы, а за ней транзистора, вдруг выяснилось, что лучшее звучание имеют простые схемотехнические решения, известные уже много лет. И никакими современными технологическими изысками качество звучания почему-то не улучшается.

Ультралинейный усилитель класса А (расширенная версия)

Давно известен способ уменьшения коэффициента гармонических искажений УНЧ до 0,5- 0 , 1 %, заключающийся в то м , что оконечный каскад переводится в режим работы класса А при всех значениях напряжения входного сигнала. Недостатками такого пути создания сверхлинейных усилителей являются низкий коэффициент полезного действия усилителей класса А и высокий уровень мощности, рассеиваемой оконечными транзисторами, особенно при работе на малых сигналах . Но при использовании современных транзисторов большой мощности, снабженных надежными теплоотводами, по крайней мере второй из этих недостатков становится несущественным. Усилители мощности класса А имеют и преимущества перед аналогичными усилителями класса АВ и B, которые заключаются в простоте конструкции, a также в постоянстве среднего значении потребляемого тока, что снижает уровень дополнительных гармонических искажений, обусловленных резкими изменениями потребляемого тока при изменениях уровня усиливаемого сигнала. У стереофо н ических усилителей фирмы «Пайонир » (США) оконечные каскады выполнены по схеме, работающей в режиме класса А и обеспечивающей выходную мощность 160 Вт при коэффициенте гармонических искажений не более 0,01%. На рис. 1 приведена принципиальная схема ультрали н ейного усилителя мощности низкой частоты, собранного на шести кремниевых транзисторах средней и большой мощности высокой частоты, причем четыре транзистора (T1-Т4) используются непосредственно в усили т еле, a два друг и х — в стабилизированном выпрямителе источника питания. Характер н ой особенностью данного усилители является то, что оконечные транзисторы ТЗ и T4 работают в режиме класса А, т.e. при большом начальном токе эмиттеров, составляющем в зависимости от напряжения источника питания и сопротивления н агрузки 1-2 А. Такой режим работы обеспечивает высокую стабиль н ость работы усилителя как при смене транзисторов, так и при изме н ении температуры. Д ругой особенностью усилителя является его способность работать c динамическими головками, имеющими различ н ое сопротивление, от 3 до 16 Ом.

Читайте также:  Усилитель звука для автомагнитолы своими руками – схема, видео

При этом для обеспечения минимальных искажений сигнала требуется лишь изменить напряжение источника питания и емкость конденсаторов С3, С5, С6. Значения параметров указанных элементов и режимов работы выпрямителя приведены в таблицах 1 и 2.

Наладить усилитель несложно. Сначала переменным резистором R10 устанавливается выходное напряжение стабилизированного выпрямителя, равное указанному в таблице 2 значению. Затем переменным резистором R1 добиваются того, чтобы постоянное напряжение на эмиттере транзистора T3 было равно половине напряжении источника питания c погрешностью до ±0,25 B. Далее к входному гнезду Гн1 подключают источник напряжения сигнала (выход согласующего или корректирующего каскада), к выходу усилителя присоединяют динамическую головку соответствующей мощности (не менее 10 Вт) и прослушивают качество звучания.

Как показывает практика повторения данного усилителя в нашей стране и за рубежом, оконечные транзисторы T3 и T4 могут иметь существенный разброс параметров. Так, при произвольном размещении оконечных транзисторов c коэффициентом передачи h21Э от 40 до 140, коэффициент гармонических искажений не превышал 0,4%. Когда разброс параметров транзисторов не превышал 10-20%, коэффициент гармонических искажений был не более 0,05-0,1%.

При изготовлении усилителя могут быть использованы следующие детали и узлы:

  1. транзисторы Т2, ТЗ, Т4, Т6 типа КТ802 или КТ803, КТ805, КТ903 c любыми буквенными индексами;
  2. транзистор T1 может быть германиевым высоковольтным, например, типа МП20 или МП21, МП41А; транзистор T5 типа КТ801 или КТ602А;
  3. электролитические конденсаторы типа К50-6 или К50-3, ЭГЦ;
  4. постоянные резисторы типа МЛТ-0,5 или МЛТ-1;
  5. переменные резисторы R1 и R10 типа СП, СПО или СПЗ-46 группы А;
  6. трансформатор Тр1 должен быть рассчитан на мощность не менее 40 – 50 Вт;
  7. транзисторы T2, Т3, T4 и Т6 должны иметь эффективные теллоотводы, например, пластинчатой формы размерами Зх100х100 мм каждый;
  8. для транзисторов T2 и T5 размеры пластин можно уменьшить до 2х60х60 мм.

Недостатком данного каскада является склонность усилителя к самовозбуждению на высоких частотах (вплоть до нескольких мегагерц). Основная причина самовозбуждения, как показал анализ, заключается в чрезмерно широкой полосе пропускания усилителя, равной 1 МГц. Поэтому из-за паразитных связей между выходом и входом усилителя и возникает самовозбуждение. Для подавления такого самовозбуждения усилителя предлагается подключать параллельно выходу усилителя в непосредственной близости от эмиттера транзистора T3 и коллектора транзистора T4 корректирующую цепочку, состоящую из последовательно соединенных постоянного резистора сопротивлением 8 – 10 Ом на мощность 3 – 5 Вт и керамического конденсатора емкостью 0,01 мкФ.

Для реализации больших возможностей данного ультралинейного усилителя необходимо, чтобы предварительные каскады, предшествующие ему, также имели небольшой коэффициент гармонических искажений — не более 0,03-0,05%.

О качественном звуке своими руками

Блог об опыте самостоятельного конструирования качественных акустических систем и усилителей (в стремлении к звучанию Hi-End уровня за небольшие деньги)

Времякогерентная 2-х полосная АС из дешевки или правильная доработка акустической системы (часть 3)

Давно у меня не было обновлений про доработку 2-х полоски. переключался на другие задачи. В это время акустика пылилась в незавершенном виде и статья подвисла в черновиках. Исправляюсь!

Во второй части статьи я привел результаты моделирования пассивного кроссовера и характеристик АС с учетом замены твитера на более подходящий, для лучшего согласования с мидбасом. Теперь настала очередь практических экспериментов по настройке акустики, подтверждения смоделированных характеристик и финишная доработка АС.

Ультралинейный усилитель А класса (опыт конструирования усилителя JLH 1969)

Обратите внимание, что напряжение и номиналы некоторых деталей зависят от сопротивления АС. В данной схеме конденсатор С2 слишком малой емкости, что ведет к завалу АЧХ на НЧ. Я применил конденсатор емкостью 2.2 мкФ.

В своей реализации использовал импортные транзисторы, основываясь на рекомендациях тех, кто уже экспериментировал с разными вариантами транзисторов (VT1 – BC560CTA, VT2 – 2SC5707, VT3 и VT4 – 2SC5200).

Остальные компоненты взял с учетом нагрузки 8 Ом (в соответствии с таблицей). Резистор R8 лучше сделать подстроечным для более простой настройки тока покоя.

Емкость конденсаторов в выпрямителе составила 32000 мкФ (на канал). Как показала практика этого с лихвой хватает для абсолютного исключения фона в динамиках. Нет смысла делать емкость больше.

Качество изготовления китайского корпуса отменное, придраться не к чему!

Диодный мост, микросхему стабилизатора и выходные транзисторы одного канала разместил на общем радиаторе:

16 вольт (для исключения появления высокого тока покоя при первом включении и пробоя выходных транзисторов в случае ошибок в монтаже).
5. Установить с помощью резистора R2 половину напряжения питания в точке соединения эмиттера и коллектора выходных транзисторов.
Далее итерационно:
6. С помощью подстроечного резистора R8 установить ток 1.2 Ампера.
7. Поднять на пару вольт напряжение питания, при этом ток будет расти. Нужно контролировать по амперметру, чтобы ток не превышал 2 А.
8. Снизить ток с помощью R8 до 1.2 А.
Повторяя пункты 6,7,8, доводим напряжение питания до требуемых 27 Вольт.

Борьба с фоновыми помехами
Некоторые из тех, кто уже повторял конструкцию усилителя, жаловались на фоновые помехи (гудение в колонках на частоте электросети). В моем случае фон также был, причем только в одном канале. Уровень фона был несильным, т.е. слышно с расстояния

0.3 метра от АС. Тем не менее он мне не давал покоя :). Исходя из логики, раз фонит только один канал, значит дело не в плохой работе фильтра/стабилизатора или разводке сигнальных/силовых цепей (все идентично), а в чем-то другом. Пришлось поэкспериментировать и достать бубен. Проблему в итоге я решил так: припаял провод от земляной точки платы “фонящего” канала к металлическому корпусу регулятора громкости. И о чудо! Фон исчез! В колонках абсолютная тишина.

Итоговый вид усилителя

Звучание усилителя оказалось ожидаемо нейтральным. Минимализм схемотехники в лучшую сторону сказывается на качестве звучания усилителя. Звучит он очень натурально и прозрачно на любой громкости в пределах 10 Вт своей мощности. Искажения, как и фон, абсолютно не слышны и не влияют на общее звучание системы. При непосредственном сравнении JLH с усилителем, реализованным на микросхеме, предпочтение однозначно отдаешь JLH. Разница очень заметна на слух и выражается в более чистом и мягком звучании JLH на высоких частотах.
После сборки и прослушивания этого усилителя, абсолютно пропало желание покупать какой-либо другой усилитель, т.к. характеристики и качество звучания JLH приближаются к топовым образцам усилителей, выпускаемых промышленно. Наоборот, есть желание собрать еще один такой же, чтобы реализовать полный биампинг на активном кроссовере.
К сожалению, у меня нет возможности сравнить звучание с ламповым усилителем, но судя по отзывам, JLH звучит сравнимо или даже лучше ламповых. Удивительно, что такая простая схема легко уделывает гораздо более сложные и дорогостоящие конструкции!

PS
Из-за особенности усилителей, работающих в классе А, бОльшая часть мощности расходуется на рассеивание тепла. Усилитель серьезно греется даже при достаточно большой площади радиаторов. В моем случае корпус нагревается до 50-55 градусов.

Простой усилитель класса А.

Данная статья является продолжением работы на тему использования усилителей работающих в А классе для высококачественного звуко-усиления.
Представляю на Ваше рассмотрение, хорошо отработанную схему усилителя на кремниевых транзисторах.
Неоспоримым преимуществом кремния – является способность работать при гораздо более высоких температурах (по сравнению с германием). При хорошем тепловом контакте транзистора с радиатором, можно считать допустимой температуру радиатора 90…95 град.

Понятно, что при столь высокой разнице температур радиатора и окружающей среды, теплообмен происходит очень эффективно.
Поэтому при одинаковых площадях радиаторов выходных транзисторов, на кремнии можно получить примерно в 2 раза больше мощности по сравнению с германием.
Большой ассортимент кремниевых средне и высокочастотных транзисторов большой мощности, позволяет построить высококачественный усилитель А класса при совсем простой схеме.

Данная схема обеспечивает выходную мощность 20 ватт на нагрузке 4 ом. Диапазон рабочих частот усилителя 20…25000 Гц.
В качестве транзистора VT1 здесь можно использовать КТ208Д, КТ209Д, КТ361Г, Е, КТ3107Б, Г, И, К. В качестве транзистора VT2 можно использовать транзисторы КТ815, КТ801, П701, транзистор VT3 КТ814, VT4 – КТ818БМ, ГМ, транзистор VT5 – КТ819БМ, ГМ.
Схема может работать без подбора транзисторов по коэффициенту усиления, однако поскольку она содержит всего 2 каскада усиления, желательно иметь коэффициент усиления транзистора VT1 – не менее 150, транзисторов VT2, VT5 – не менее 50, транзистора VT4 – не менее 80.
Оценить коэффициент усиления транзистора не сложно. Достаточно включить испытуемый транзистор по вот такой схеме (для мощных транзисторов).

Резистор R1 обеспечивает ток в базу примерно 1 ма. Измерительный миллиамперметр измеряет ток коллектора (я использовал стрелочный тестер с пределом измерений 300 ма). Отношение тока коллектора к базовому току – будет коэффициентом усиления транзистора.
Для транзисторов средней мощности, надо уменьшить базовый ток в 10 раз (R1 36k), а для транзистора малой мощности, базовый ток уменьшаем в 100 раз (R1 360k). В качестве источника питания, я использовал 3 щелочные (алкалиновые) батарейки размера АА, которые просто спаял между собой хорошо разогретым паяльником, с использованием не толстого провода (паять надо быстро, чтобы не перегреть батарейку).

При использовании нагрузки 8 ом, напряжение питания нужно увеличить до 39…40 вольт, резистор R10 до 0,25 Ом.
Настройка усилителя сводится к установке половины напряжения питания на коллекторе VT5.
Усилитель потребляет значительную мощность, примерно 100 ватт на каждый канал. Поэтому источник питания должен быть серьезным.
Силовой трансформатор для блока питания, нужно применять мощностью не менее 250 ватт, либо использовать два однотипных трансформатора (на каждый канал) с такой же общей мощностью.
Схема источника питания показана на рисунке ниже.

Вторичная обмотка силового трансформатора должна иметь выходное напряжение ХХ 26 – 27 вольт. Такая схема должна быть на каждый канал усилителя, причем при нагрузке 4 ом, возможно лучше сразу поставить конденсаторы по 22000 мкФ.
Диодный мост с номинальным током не менее 10 А либо 4 диода на 10 А. Большая емкость конденсаторов объясняется значительным током потребления, в том числе и в режиме покоя усилителя, когда пульсации особенно заметны.
Применять электронные фильтры или стабилизаторы я не стал, поскольку они иногда являются причиной самовозбуждения усилителя и источником помех и наводок.

Читайте также:  Усилитель звука для наушников своими руками - схема

Детали для усилителя:
Резисторы могут быть любой мощности не менее 0.125 ватт за исключением R9 5 ватт, R10 2 ватт. Очень важен номинал резистора R10. От этого зависит правильный режим работы усилителя.
Конденсатор С1 лучше поставить пленочный, С4 пленочный или слюдяной.
Выходные транзисторы КТ818, КТ819 обязательно с буквой “М” в конце (в металлическом корпусе), БМ, ГМ. Радиаторы под них я использовал ребристые размером 120*170, толщиной 35 мм. Если радиаторы будут меньше, то необходим принудительный обдув.
На КТ815 небольшой радиатор-пластинка 2-3 кв. см. На П701 радиатор не нужен.
На резисторе R9 рассеивается значительная мощность. При наличии осциллографа и генератора можно попробовать ее уменьшить. Подаем сигнал на вход,на выход подключаем эквивалент нагрузки и осциллограф. Резистором R4 добиваемся симметричного ограничения максимально возможной амплитуды сигнала. Далее увеличивая резистор R9 добиваемся начала ограничения сигнала сверху. Выпаиваем и измеряем номинал. После этого устанавливаем резистор на 25…30% меньше.
При желании поэкспериментировать можно собрать совсем упрощенную схему.

Транзисторы здесь должны иметь больший К ус. Первый не менее 200, второй не менее 100.
Резистор R7 мощностью не менее 50 ватт. При отсутствии такого можно использовать электрический чайник и утюг по 2000 ватт на220в, соединенные параллельно, либо 2 ТЭН на 2000 ватт. – получается сопротивление около 10 ом. Кстати это можно использовать и как эквивалент нагрузки.
Данная схема позволяет получить 4…5 ватт (потреблять будет все равно около 90 ватт.) На коллекторе VT2 нужно выставить 12 вольт.

Ультралинейный усилитель А класса

Модератор форума: Sam
Форум радиолюбителей » СХЕМЫ » УСИЛИТЕЛИ » Ультралинейные УМЗЧ класса А (УНЧ класса А)

Ультралинейные УМЗЧ класса А

Сб, 17.11.2012, 13:45 | Сообщение # 91
Gosha1968
Сб, 17.11.2012, 16:39 | Сообщение # 92
aka
Сб, 17.11.2012, 16:50 | Сообщение # 93
aka

Сб, 17.11.2012, 17:01 | Сообщение # 94
troll
Сб, 17.11.2012, 17:52 | Сообщение # 95
aka

troll, да , схема неплоха, я ее уже разобрал , но завтра соберу на одной плате в стерео варианте , собираюсь еще один канал ультралинейника сделать, хотя копию не удастся , поскольку компонентов больше нет , к стати мой усил для 4-х омной нагрузки, в первом варианте я на 8 делал если не ошибаюсь .

Добавлено (17.11.2012, 17:52)
———————————————
Полностью настроил усилок – потребление 2,5 ампера, транзисторы без теплоотвода работают и не перегреваются , думаю на них на более 70гр.
На счет качества – поле окончательной настройки и тестировки , хотя и очень не хочу этого говорить, но . он качественнее и ланзара и всех других усилков которые собрал, никогда не думал , что сделаю усил, который будет звучать лучше ланзара, на низах, на средних и на вч он лучше по всем параметрам. Пез подачи входа не реально услышать тихий гул в колонке, такое ощущение, что усилитель включается только тогда, когда подают сигнал . Короче смело собирайте на кт803, они лучше , чем 805 звучат, на счет 10 ватт обещанной мощи – конечно там есть эти 10 ватт, я питал от 12 вольт (аккум от юпс) и там в среднем 6-8 ватт)

Сб, 17.11.2012, 18:06 | Сообщение # 96
troll
Сб, 17.11.2012, 18:28 | Сообщение # 97
aka
Сб, 17.11.2012, 18:51 | Сообщение # 98
Сергей-78
Сб, 17.11.2012, 19:18 | Сообщение # 99
aka
Сб, 17.11.2012, 22:24 | Сообщение # 100
Gosha1968

Нифига себе! На каждом должно быть 6х2.5=15ватт. А я уже боялся что 250см (радиатор) на один транзистор мало будет. Да после этого видео, я решил буду делать! Неужели самый качественный звук получается? И подключу его на мои любимые 10гд 36к. Предвкушаю, какой будет звук! Большое спасибо aka, !

Ультралинейный усилитель НЧ класса А

Известен еще один способ снижения коэффициента гармоник усилителя до 0,05—0,1%, заключающийся в том, что оконечный каскад переводится в режим работы класса А при всех значениях входного сигнала.
Известен еще один способ снижения коэффициента гармоник усилителя до 0,05—0,1%, заключающийся в том, что оконечный каскад переводится в режим работы класса А при всех значениях входного сигнала. Недостатками такого пути уменьшения искажений являются очень низкий коэффициент полезного действия усилителя при работе с малой выходной мощностью и повышение мощности, рассеиваемой оконечными транзисторами, но при использовании современных кремниевых транзисторов большой мощности, снабженных эффективными тепло-отводами, эти недостатки несущественны.

Усилители НЧ класса А имеют одно существенное преимущество перед аналогичными усилителями класса АВ или В. Это постоянство среднего значения потребляемого тока, что снижает возможность появления дополнительных гармоник при резких изменениях уровня выходной мощности во время усиления музыкальных программ. На рис. 6 приведена принципиальная схема ультралинейного усилителя НЧ на 10 Вт, работающего в режиме класса А и имеющего коэффициент гармоник 0,1% в полосе частот от 30 Гц до 20 кГц. Усилитель выполнен на четырех транзисторах. Особенность его состоит в том, что весь он охвачен 100%-ной отрицательной обратной связью по постоянному напряжению.

Это позволяет обеспечить высокую стабильность работы усилителя, как при смене транзисторов, так и при изменении температуры. Кроме того, режимы работы всех транзисторов могут быть скорректированы в случае необходимости подбором лишь одного резистора R1.

Другой особенностью усилителя является его способность работать с динамическими головками, имеющими различные сопротивления звуковых катушек. При этом для обеспечения минимальных искажений сигнала требуется лишь подобрать необходимое напряжение питания, потребляемый ток и емкость конденсаторов С1, С2.

Значения указанных параметров для трех сопротивлений нагрузки приведены в табл. 1.

На рис. 7 приведена принципиальная схема стабилизированного выпрямителя, предназначенного для работы совместно с данным усилителем. В табл. 2 указаны данные выпрямителя для различных сопротивлений нагрузки (табл. 1).

Усилитель налаживают, устанавливая путем подбора номинала резистора R1 на общей точке транзисторов Т3 и Т4 напряжение, равное половине напряжения питания (±0,25 В).

Следует указать, что описанный усилитель практически нечувствителен к смене транзисторов оконечного каскада и допускает применение транзисторов без предварительного подбора их по параметрам. Подтверждением этому могут служить данные, приведенные в табл. 3, где приведены результаты измерения коэффициента гармоник усилителя при различных значениях коэффициента Вст транзисторов Т3 и Т4. Как видно из этой таблицы, даже при трехкратном различии Вст (120 и 40) коэффициент гармоник не превышает 0,4%.

При изготовлении усилителя могут быть использованы следующие детали: транзисторы Т3—Т5 типа КТ802 или КТ803, КТ805 с любыми буквенными индексами; Т1 — типа МП41А или МП20, МП21; Т3 — КТ801 или КТ802; Т2— КТ602А или КТ801А; электролитические конденсаторы любого типа, постоянные резисторы МЛТ-0,5 и МЛТ-1, переменный резистор R3 типа СПО или СП. Для выпрямительного моста можно использовать диоды Д242Б—Д242Г.

Трансформатор Тр1 должен быть рассчитан на мощность не менее 40—50 Вт. Транзисторы Т2—Т4 обязательно снабжаются эффективными теплоотводами, например пластинчатыми размерами 100Х Х100 мм.

Описание этого усилителя впервые было опубликовано на страницах одного из английских радиожурналов. Простота и высокие характеристики усилителя привлекли внимание радиолюбителей, и вскоре на страницах того же журнала появились первые отзывы их о работе собранных конструкций. В основном полученные результаты совпадали с данными, приведенными автором конструкции, но при этом была выявлена одна неприятная особенность работы усилителя— его склонность к самовозбуждению на высоких и ультравысоких частотах. Причина этого заключается в том, что с целью расширения полосы усиливаемых частот в оконечном каскаде применены высокочастотные транзисторы. В результате реальная полоса пропускания усилителя достигала 1 МГц.

Основные меры борьбы с самовозбуждением усилителей НЧ на высоких частотах заключаются в укорочении проводников, соединяющих выход усилителя с динамическими головками, а также включение непосредственно на выходе усилителя дополнительного фильтра, гасящего колебания высокой частоты. Такой фильтр состоит из соединенных последовательно постоянного непроволочного резистора сопротивлением 8—10 Ом мощностью 3—5 Вт и керамического конденсатора емкостью 0,01 мкФ. Фильтр в описанном усилителе включают непосредственно между коллектором и эмиттером транзистора Т4 Следует отметить, что подобные меры оказываются эффективными при борьбе с самовозбуждением усилителей НЧ других типов, в которых оконечные каскады работают на высокочастотных транзисторах.
Васильев В. А. Зарубежные радиолюбительские конструкции. М., «энергия», 1977.

Добавлено (17.11.2012, 22:24)
———————————————
Таблицы тока нескопировались, там есть о подборе транзисторов.

Как работает усилитель класса «А», или Истинный High End и много тепла

Сохранить и прочитать потом —

У всего есть свое начало, и, если мы говорим о режимах работы усилителя, у истоков стоит конечно же класс А. Именно с него началась история усилителей в частности и электронного аудио в целом. Все, что было до — к электронике, да и вообще к электричеству отношения не имеет, а все что появилось после проще всего понять, зная как работают усилители класса А. Ну и самый удивительный факт: при том, что данная схемотехника уже успела справить свой столетний юбилей, она по-прежнему востребована и конкурирует на равных с самыми совершенными схемотехническими решениями XXI века.

Принцип работы

В далеком 1916 году шведский ученый Эрнст Александерсон, работавший в американской компании General Electric, получил патент на схему усилителя, которая известна всему миру как класс А. Принцип действия усилителя класса А предельно прост, а для создания усилителя такого типа достаточно одного транзистора или одной лампы. Для того, чтобы понять, как он работает, рассмотрим более классическое решение: лампу.

Непосредственно в процессе усиления звукового сигнала в радиолампе участвуют три конструктивных элемента: анод, катод и сетка. При подаче питания в схему между катодом и анодом возникает поток электронов, а сетка, располагающаяся между ними, выполняет роль регулирующего клапана.

При наличии на сетке электрического потенциала она препятствует свободному прохождению электронов, и, чем выше электрический потенциал на сетке, тем меньше электронов проходит от катода к аноду вплоть до полного закрытия лампы. Таким образом, включив полезную нагрузку (акустическую систему) между катодом и анодом и подав сигнал на управляющую сетку, мы получаем простейшую схему усилителя мощности.

Специфика усилителя, работающего с аудиосигналом, состоит в том, что звуковая волна имеет симметричную форму с положительной и отрицательной составляющими, равными по амплитуде.

При подаче такого сигнала на вход усилителя произойдет следующее: в момент прохождения положительной полуволны лампа будет открываться и закрываться так, что сигнал на выходе будет повторять форму звуковой волны на входе. Но в тот момент, когда на вход поступит отрицательная часть полуволны, сетка уже будет полностью заперта, и вместо воспроизведения звука на выходе усилителя мы получим тишину.


Несмотря на то, что в статье мы говорим преимущественно о ламповом классе А, транзисторы так же способны работать соответствующим образом, и на картинке выше вы видите стандартную схему

Для того, чтобы дать лампе возможность воспроизводить обе половины сигнала, Эрнст Александерсон организовал смещение нулевой точки входящего сигнала относительно нулевой точки (полностью закрытого состояния) лампы примерно на середину ее рабочего диапазона. Таким образом, среднее положение звуковой волны соответствовало полуоткрытому состоянию лампы.

В момент прохождения положительной полуволны входящего сигнала лампа открывалась еще сильнее, а при воспроизведении отрицательной полуволны закрывалась, но частично, не доходя до минимальной отметки.

Плюсы

На первый взгляд, схема довольно симпатична и имеет целый ряд неоспоримых преимуществ. Во-первых, она проста, лаконична и является отличным примером предельно короткого звукового тракта. Во-вторых, лампа или транзистор, работающие в классе А, постоянно находятся в рабочем состоянии и мгновенно реагируют на изменения входящего сигнала — у них нет временных задержек, возникающих в момент выхода из полностью закрытого состояния.

В-третьих, середина рабочего диапазона электронного компонента — это та зона, в которой он работает максимально эффективно и без искажений. Значит, если не увеличивать амплитуду до предельных значений (не выкручивать особенно сильно ручку громкости и не подключать к усилителю тяжелую нагрузку), усилитель будет работать исключительно в комфортном режиме, и сигнал на выходе будет иметь практически идеальный вид.

К сожалению, все эти плюсы без побочных эффектов можно реализовать только в слаботочных цепях предварительного усилителя. А когда речь заходит о работе на мощностях, необходимых для взаимодействия с акустическими системами, класс А проявляет свои не менее очевидные минусы.

Минусы

Главные минусы класса А так же, как и плюсы, вытекают из выбранного создателем принципа работы. Нулевой уровень входного сигнала приходится на середину рабочего диапазона электронного компонента, а это значит, что, когда на входе тишина — транзистор или лампа уже открыты наполовину и работают вполовину своей мощности, расходуя вхолостую много энергии. Реальный же КПД усилителей класса А оказывается существенно ниже теоретических 50%. Из 100% энергии, потребляемой усилителем, акустика получает не более 20–25%, а вся остальная энергия преобразуется в тепло.

Повышение рабочей температуры может негативно сказываться на режиме работы усиливающего элемента, поэтому транзисторные усилители класса А, выдающие хоть сколько-нибудь существенную мощность, обладают огромными радиаторами.

Если же вы хотите получить на выходе не десятки, а сотни ватт мощности, сохранив при этом режим работы усилителя в классе А, готовьте комнату побольше и вентиляцию для отвода тепла помощнее, ведь вследствие низкого КПД сам усилитель будет огромным, а его блок питания и вовсе колоссальным.

За всем этим следует целый ряд сопутствующих проблем. Прежде чем счастливый обладатель усилителя класса А получит свой первый огромный счет за электричество, ему придется потратить немало денег на сам усилитель, ведь большие блоки питания, тяжелые выходные трансформаторы ламповых и массивные радиаторы транзисторных усилителей сами по себе стоят денег.

В ходе эксплуатации вслед за увеличившимися расходами на электроэнергию аудиофил рано или поздно столкнется с еще одной проблемой усилителей класса А — повышенным износом активных элементов схемы. Особенно эта проблема касается ламп. Работая в классе А, они постоянно находятся под большой нагрузкой, что сокращает их и без того малый ресурс работы.

Особенности

Понимая как работает усилитель в классе А, мы можем рассмотреть его и с аудиофильской точки зрения. Ситуация с искажениями на малых уровнях громкости вполне понятна: пока амплитуда сигнала не высока, усилитель работает в идеальных условиях и обеспечивает на выходе если не абсолютно совершенный сигнал, то что-то к нему максимально приближенное. Но возникает вопрос: что же происходит когда мы делаем музыку погромче?

До определенного момента — ничего страшного, но, как только пики сигнала приближаются к пороговым значениям (максимально открытому и закрытому состоянию лампы или транзистора), искажения будут расти существенно, как и у любого другого усилителя, после чего произойдет компрессия с выходом искажений за все мыслимые границы нормы.

Кто-то заметит, что любой усилитель можно перегрузить и загнать в искажения. Это справедливо. Но тонкость момента состоит в том, что усилители класса А по определению маломощны, а значит довести их до предельной нагрузки не составляет труда. Именно это происходит в те моменты, когда усилитель, только что воспроизводивший тихую камерную музыку с невероятным уровнем детализации, вдруг сваливает в неразборчивую кашу более громкое звучание симфонического оркестра.

Следующая специфическая особенность схемотехники касается блока питания. Это, кстати, один из важнейших компонентов любого усилителя, ведь энергия поступающая в акустику — это энергия блока питания, модулированная входящим сигналом. Выражаясь в более понятной автомобильной терминологии, блок питания — двигатель, а схема усилителя — руль.

Так вот, низкий КПД усилителя класса А и высокий ток покоя загоняет блок питания в довольно сложные условия: он должен иметь солидный запас мощности, чтобы, выдавая постоянно высокий ток, быть готовым мгновенно отдать в разы больше. После резкого всплеска сигнала конденсаторам блока питания необходимо зарядиться, т. е. взять дополнительную энергию от трансформатора, который и без того постоянно озадачен тем, чтобы поддерживать высокий ток покоя усилителя.

Далеко не все блоки питания способны справиться с такой задачей без побочных эффектов, поэтому, если звучание мощного усилителя, работающего в классе А, кажется вам медлительным, быстрая музыка смазывается, а бас получается неизменно гулким и размазанным во времени, — не удивляйтесь и не спешите обвинять в этом акустику или ее неудачное расположение в помещении.

Практика

Несмотря на все недостатки и технические особенности, усилители класса А по-прежнему производятся разными производителями и образуют весьма заметную нишу на рынке Hi-Fi техники, а если быть точным — в сегменте High End, где габаритами, энергопотреблением, сложностью эксплуатации и даже ценой можно пренебречь в угоду его величеству звуку.

Кроме того, с 1916 года и по настоящий момент времени на свет родилось немало талантливых инженеров, которые нашли способы существенно компенсировать вышеупомянутые проблемы.

Отличным примером вышесказанному является ламповый усилитель Octave V 16 Single Ended. Слова Single Ended в названии переводятся как «однотактный», что является техническим описанием режима работы ламп и, фактически, выступает синонимом понятия «класс А».

Для того, чтобы взбодрить классическую схемотехнику и приблизить эксплуатационные характеристики усилителя к современным реалиям, разработчики Octave воплотили в жизнь сразу несколько оригинальных решений, корректирующих режим работы. Адаптивная трехступенчатая настройка режима работы усилителя управляет величиной тока смещения сообразно максимальной амплитуде входящего сигнала, чтобы не держать схему усилителя в режиме высокого энергопотребления без необходимости.

А когда сигнал на входе отсутствует более двух минут, включается режим Ecomode, который понижает энергопотребление до 35%. Таким образом, усилитель, оставленный без присмотра, не будет без толку греть помещение.

За качество звучания разработчики боролись не меньше, чем за энергоэффективность, поэтому использовали высокотехнологичные трансформаторы с компенсацией магнитного поля, усовершенствованные каскады предварительного усиления, расширяющие диапазон воспроизводимых частот, а также самые совершенные схемы стабилизации, избавляющие от шумов и гула, которые усилители класса А с удовольствием демонстрируют даже при небольшом отклонении от рабочих параметров.

В результате, усилитель можно использовать с совершенно различной нагрузкой: от низкоимпедансной акустики до высокоимпедансных наушников, — не боясь вывести их из строя или просто выйти за пределы рабочего режима. Следящие электронные схемы перенастраивают выходные каскады автоматически.

Читая это, самое время вдохновиться и решить, что абсолютно все проблемы уже решены современными инженерами. Но не спешите, ведь нужно заглянуть в паспортные данные. А там картина вырисовывается крайне специфическая. При низких показателях шумов и искажения, имея без малого два десятка килограмм живого веса и потребляя от сети до 200 Вт, Octave V16 Single Ended выдает на акустике импедансом 4 Ом не более 8 Вт на канал при использовании самых мощных ламп. Для наушников этого вполне хватит, но где искать подходящие колонки?

Поскольку данный текст является частью большого цикла публикаций, посвященного различным типам усилителей, в процессе его подготовки было проведено одно большое сравнительное прослушивание, в котором участвовали усилители различных классов. Для придания прослушиванию достаточной степени объективности было выбрано две модели напольных колонок.

Одна из них была заведомо тяжелой нагрузкой с низкой чувствительностью — крупным тугим басовиком, и требовала высокой подводимой мощности. Вторая же была призвана стать обратной стороной медали: предельно легкой нагрузкой, способной сработаться с любым, даже маломощным усилителем. И во всех случаях эта схема тестирования была вполне рабочей до того момента пока на сцене не появился Octave V16 Single Ended с его 8 Вт на канал.

На тяжелой нагрузке искажения были столь реальны, что их, казалось, можно было потрогать, а нагрузка, ранее известная как легкая, успешно справилась с ролью тяжелой. За неимением под рукой еще одной пары колонок мощностью в несколько ватт и с чувствительностью выше 100 дБ роль легкой нагрузки выполнили наушники.

С колонками, которым по паспорту требуется не менее 25 Вт, Octave V16 Single Ended сработался на удивление неплохо. Если не злоупотреблять громкостью, можно в полной мере оценить живой, открытый и чистый звук, который на спокойных аудиофильских записях просто превосходен.

Ситуация осложняется, когда дело доходит до более динамичной музыки, а на рок-композициях усилитель с удовольствием сваливает звучание гитар в кашу, давая в качестве бонуса вполне различимую на слух компрессию. Спасает лишь тот факт, что компрессия и искажения в исполнении ламп в отличие от транзисторов придает звучанию довольно приятную окрашенность.

Если же попытаться уменьшить нагрузку на усилитель, понизить громкость, а затем подсесть поближе, чтобы не потерять в звуковом давлении — картина исправляется. И грязи нет, и деталей больше, и компрессия не ощущается. Здесь я замечу, что по габаритам этот усилитель совсем небольшой, его можно поставить не только в стойку, но даже на стол, для использования с наушниками и полочными мониторами ближнего поля.

В полной мере прочувствовать принадлежность усилителя к категории High End удалось в наушниках. Совершенно сумасшедшая детальность, открытое, объемное и тембрально богатое звучание, управляемый и четкий бас — все то, о чем можно мечтать. И, что характерно, даже на быстрой тяжелой музыке усилитель начал вести себя достойно. Никакой вальяжности, никакой каши, никакой гулкости в НЧ-диапазоне. Вот что значит — обеспечить усилителю класса А оптимальный режим работы.

Выводы

Усилитель класса А имеет немало плюсов. Проще говоря — его есть, за что любить. Но в современном мире он занимает особое место. Это тот краеугольный камень, вокруг которого придется выстраивать всю остальную систему и под который, в некотором смысле, даже придется подстраивать свой образ жизни.

В первую очередь, речь идет, конечно, о правильном подборе акустики. Тут самое время вспомнить о рупорной акустике с её высокой чувствительностью, да и о винтаже задуматься не грех. Все же в прошлом у разработчиков было больше понимания, как обеспечить много звука, имея на руках маломощные усилители. Ну и при всем вышесказанном надо понимать, что система неизбежно получится жанровой. Бороться с этим фактом бессмысленно, убеждать себя в обратном глупо. Остается просто получать от этого удовольствие.

Если же мы говорим о применении схемотехники класса А в схемах предусилителя или в усилителях для наушников — ситуация в корне меняется. Там, где от усилителя не требуется выделения высокой мощности, класс А показывает исключительно свои положительные стороны, не пытается заставить пользователя жить по своим правилам и не демонстрирует каких-либо жанровых пристрастий.

Читайте также:  Схема профессионального микрофонного предусилителя
Ссылка на основную публикацию