Германиевый усилитель класса А. — Усилители на транзисторах — Звуковоспроизведение
Николай Трошин
Давно хотелось сделать усилитель класса А на германиевых транзисторах. Преимущества таких усилителей известны: это — низкие нелинейные искажения простота схемы, — постоянная потребляемая мощность, не зависящая от уровня выходной мощности что в свою очередь тоже приводит к снижению искажений.
Есть и недостатки: — большая мощность рассеиваемая транзисторами выходного каскада, что приводит к их значительному нагреву, из чего следует — сложность получения выходной мощности усилителя более 10…15 Вт.
Однако, как показывает жизнь, выходной мощности 10 Вт. (в стерео варианте 2*10 Вт), бывает вполне достаточно для нормального озвучивания помещения средних размеров, при наличии акустической системы средней чувствительности.
Попробуем определиться с транзисторами для выходного каскада. Поскольку они рассеивают значительную мощность (при 10ваттном варианте усилителя на каждом транзисторе выходного каскада рассеивается не менее 20 Вт), допустимая мощность этих транзисторов должна быть достаточно велика.
Остаются из отечественных 1Т813 и П210. Транзисторы 1Т813 крайне редки. Поэтому попробуем П210.
Полазив по просторам интернета в поисках схем усилителей А класса, обнаружил, что кроме схемы Линси Худа в разных вариантах, ничего другого практически нет.
Объясняется это видимо тем, что один из выходных транзисторов включен по схеме с общим эмиттером, преимуществом которой является усиление как по току так и по напряжению, а недостатком — неважные частотные свойства, особенно при использовании нч транзисторов.
Вследствие этого возникла мысль построить схему так, чтобы усиление по напряжению обеспечивалось первыми каскадами усилителя, а выходной каскад работал бы чисто, как усилитель тока с включением транзистора с общим коллектором.
Такой каскад имеет обычно лучшие частотные свойства, чем каскад с общим эмиттером. Схема усилителя в упрощённом для понимания виде представлена на рис. 1.
Однако в реальной жизни все несколько сложнее:
1. Поскольку транзисторы VT2 VT3 работают в режиме большего сигнала, для получения максимальной амплитуды и малых искажений, а также максимального усиления при разомкнутой ООС — вместо резисторов R6 R7 должны быть источники тока.
2. Для получения большего усиления (при разомкнутой ООС), желательно увеличить коэффициент усиления и рабочий ток транзистора первого каскада.
В итоге получилась вот такая схема (рис 2).
В коллекторной цепи транзистора VT6, стоит своеобразный источник тока. Поскольку для его изготовления нужен мощный N-P-N германиевый транзистор, а я знаю только один такой — это ГТ705, который довольно редкий.
Настройка схемы сводится к установке на эмиттере VT8 половины напряжения питания. Данный усилитель обеспечивает выходную мощность до 10 вт при нагрузке 8 ом. Диапазон рабочих частот 20-20000 Гц.
Звучание очень приятное. При использовании приличной акустической системы, разницу звучания форматов МР3 320кб и lossless — я различаю.
Схема нормально работает и без подбора транзисторов по Кус, однако при Кус VT8 — 40, выходная мощность на частоте 20000 Гц составит примерно 8 Вт. Это не критично, поскольку в реальном музыкальном сигнале уровень столь высоких частот гораздо ниже чем на СЧ и НЧ. Кус П210 менее 40 встречаются редко.
При наличии транзистора ГТ705, схему можно упростить. Ставим его на место VT4. VT5 из схемы убираем. Резистор R8 уменьшаем до 1.5 кОм. Можно убрать VT2 без большой потери качества. При этом R5 1,5 кОм, R6 750 Ом, R7 100 Ом.
Детали:
Конденсаторы должны быть приличного качества. На вход можно поставить пленочный. Все резисторы мощностью 0,125 Вт, кроме резисторов R11 и R12. Резистор R11 — 5 Вт, R12 — 1 Вт.
Особое внимание нужно уделить радиаторам выходных транзисторов. Они должны быть площадью рассеивания не менее 1000 кв. см. на каждый выходной транзистор, либо применить принудительный обдув, на транзисторы П605 и П214 — не менее 100 кв. см. и!!! НИКАКИХ ПРОКЛАДОК между транзистором и радиатором а вот термо-проводящую пасту использовать – желательно.
При использовании нагрузки 4 Ом, нужно снизить напряжение питания до 20в, R12 до 0,1ом. Кус VT8 — желательно не менее 60, либо поставить параллельно еще один П210 (в эмиттерах каждого — резистор 0,1 Ом).
Ток потребляемый от источника питания примерно 1,7 А при нагрузке 8 Ом и 2.5 А при нагрузке 4 Ом.
А, B, AB, D, G, H / Habr
Здравствуй, Хабр!
В данной статье мы рассмотрим звуковые усилители классов: А, B, AB, D, G, H
Сначала рассмотрим классы по положению рабочей точки. Каждый транзистор имеет выходную характеристику, которую можно найти в DataSheet.
Пример характеристики на рисунке ниже.
Выходная характеристика транзистора.
Именно с помощью данной характеристики мы сможем выбрать класс усилителя по положению точки покоя.
Выходная характеристика показывает какой ток нам нужно задать базе транзистора, для того чтобы получить определённый класс усилителя, также мы узнаем Iк.
Класс А
Класс А — это такой режим работы усилительного элемента, при котором входные значения, проходя через усилительный элемент не прерывается. То есть точно повторяет входной сигнал.
Усилительный элемент приоткрыт всегда и точно повторяет отрицательную и положительную волну.
Класс B
Элемент, работающий в данном классе способен усиливать только одну полуволну, положительную либо отрицательную.
Такой класс используют в двухтактных усилителях, где положительную полуволну усиливает один транзистор, а отрицательную другой.
Двухтактный усилительный каскад класса В. Но на выходе усилителя работающего в данном классе мы имеем искажение. Данное искажение называется «Ступенькой».
Класс D
Принцип действия данного класа. В данном режиме работы, транзистор либо открыт либо полностью заперт. Это достигается с помошью модулятора ШИМ сигнала. Именно это дает такому каскаду кпд свыше 90% (практически на любых мощностях).
Минусом данного каскада являются искажения. Они вознакают из-за способа модуляции так-как существует «мертвый» период который необходим для предотвращения сквозных утечек.
Усилители класса G и H
Сначала поговорим о питании усилителей. Для получения большой мощности, необходимо иметь большое напряжение питания.
Но сигнал входной и соответственно выходной не всегда обладают большой амплитудой и на маленькой мощности большое напряжение питания не является необходимым, более того КПД данного усилителя на маленькой мощности падает.
Отсюда и вытекают классы усилителей G и H.
Отличие данных усилителей заключается в питании, напряжение которого меняется при необходимости, а в зависимости какой класс G или H оно меняется либо ступенчато, либо плавно.
В усилителе класса H напряжение питания меняется плавно то есть транзисторы находятся в усилительном режиме, а в классе G оно меняется ступенчато, транзисторы в данном классе находятся в ключевом режиме (полностью открыты или полностью заперты).
Усилитель класса H
Усилитель класса G
Вывод: Усилители для комфортного прослушивания звукового тракта в домашних условиях должны работать в классе А, АB или D.
Спасибо за внимание.
Однотактный усилитель Хьюстона класса А на 2SK1058 MOSFET-е. ZCA — усилитель без деталей
Мне захотелось построить усилитель со следующими параметрами:
1. Без ООС, так называемый вариант «0-NFB» (zero negative feed back)
2. Чистый класс А
3. Однотактный
Нельсон Пасс (Nelson Pass) проделал огромную работу в этом направлении при строительстве своего усилителя «Zen», но я решил пойти еще дальше! Я построю «Усилитель Без Деталей» — Zero Component Amplifier (ZCA).
Думаете, я пытался найти «Священный Грааль» в усилительной схемотехнике, этакий прямой кусок серебрянного провода, дающий чистое усиление без искажений?
Содержание / Contents
Несомненно, чтобы усилитель назывался усилителем, он должен содержать активные компоненты, обеспечивающие усиление. Меня всегда восхищали однотактные ламповые усилители. Как такое вообще возможно? Посмотрите, одна лампа, пара резисторов и выходной трансформатор. Поэтому я и решил создать усилитель на полевом транзисторе, придерживаясь такой же простоты дизайна.
Рис. 1: Схема однотактного усилителя класса A на MOSFET-е
Применен полевик 2SK1058 от Hitachi. Это N-канальный MOSFET. Внутренняя схема и распиновка для 2SK1058 представлена на рис. 2.
Рис. 2: Hitachi 2SK1058 N-Channel MOSFET
Я использовал конденсаторы Sprague Semiconductor Group во входных цепях и большие электролиты на выходе с «бутербродом» из полиэстерного конденсатора на 10 мф. Все резисторы, если не указано иначе, на 0,5 Ватт. Четыре 10-ти Ваттных проволочных резистора работают в качестве нагрузки. Внимание, эти резисторы рассеивают около 30 Ватт и становятся чрезвычайно горячими даже при простое усилителя.
Да, это класс А, а низкий КПД — расплата. Он съедает 60 Ватт, чтобы выдать ок. 5Вт! Мне пришлось использовать мощный и качественный радиатор с эффективным теплоотведением (0.784 °C/Ватт).
Фото 1: Печатная плата усилителя в сбореБлок питания состоит из трансформатора мощностью 160 Ватт, нагруженного на 25-ти Амперный выпрямительный мост, и обеспечивает напряжени ок. 24 Вольт. Используется П-образный фильтр (конденсатор — дроссель — конденсатор) состоящий из электролитов на 10.000 Мф и 5-ти Амперных дросселей индуктивностью 10 мГн.
Рис. 3: Схема блока питания
Фото 2: Усилитель в сборе
Фото 3: Усилитель в сборе, вид сзадиСмещение задаётся резистором на 1 мОм и потенциометром на 100 кОм. Просто установите потенциометром половину напряжения питания в точке соединения MOSFET-а и нагрузочного резистора.Я прослушивал мой усилитель с ламповым предусилителем на 12AU7, т. к. он обеспечивает наиболее чистый звук. Я понятия не имею об коэффициентах искажений этого усилителя и т. п. цифрах, лишь скажу, что у него точная звукопередача и деликатно текстурированный тембральный окрас.
Для работы с усилителем требуется высокочувствительная, эффективная аккустика, т. к. он выдаёт ок. 5 Ватт RMS (и до 15 Ватт на пиках, что я ясно наблюдал на экране осциллографа). Передача басса оказалась значительно лучшей, чем можно было ожидать от такого решения.
Усилитель с легкостью раскачивает мои 12-ти дюймовые трех-полосные колонки.
Усилитель воспроизводит все аккустические инструменты с несравненным натуралистичным качеством.
Простое джазовое трио, классический квартет или нежный мужской/женский вокал показывают то, для чего этот усилитель и был сделан — красоту!
• Используйте чувствительные АС 5-10 Вт с легкими (бумага, волокна и пр.) диффузорами, как для ламповых усилителей небольшой мощности.
• Оригинальный транзистор 2SK1058 найти нынче практически невозможно. У китайцев сейчас есть предложения по 2SK1058, вот только гарантий, как обычно, нет. Можно получить битые, перемаркированные, отбракованные или вполне здоровые.
Можно и нужно пробовать, но на свой риск.
Обратие внимание на корпус 2SK1058 (см. выше в статье), он очень своеобразный, часть объявлений по фоткам сразу можно исключить.
Пробуйте разные варианты, сравнивая параметры в датащитах, ищите доступный транзистор с подобными параметрами. И даже пробуйте просто на слух.
За неимением 2SK1058, по при большом желании, люди собирают на неподходящих IRF530, IRF540, IRF610 и пр.
Всем Доброй Удачи!
Игорь
Камрад, смотри полезняхи!
Игорь Котов (Datagor)
Россия, Сибирь, г.Новокузнецк
Основатель, владелец и главный редактор Журнала практической электроники datagor.ru.
Founder, owner and chief editor of datagor.ru.
Простой усилитель класса А на… LM317 | РадиоГазета
Обычно при проектировании усилителя мощности задаются его параметрами: выходной мощностью, искажениями, частотной характеристикой и т.д. Исходя из этого, выбирают необходимую схемотехнику и элементы. Но иногда находятся оригиналы, которым интересно и забавно использовать для усиления компоненты изначально для этого не предназначенные. В результате порой получаются весьма качественные и необычные конструкции.
Широкоизвестный интегральный стабилизатор напряжения LM317, разработанный в далёком 1976 году, поддерживает напряжение на выходе на 1,25 В больше, чем напряжение на управляющем выводе, ток потребления по которому составляет всего 100 мкА. При этом выходной ток микросхемы может составлять 1,5 А. Чем не усилитель???
Идея
На рисунке представлена принципиальная схема усилителя. Микросхема IC1 управляется операционным усилителем IC3. На микросхеме IC2 собран источник постоянного тока, величина которого определяется номиналом резистора R9 и рассчитывается по формуле: I=1.25/R9.
Резисторы R11 и R10 образуют цепь отрицательной обратной связи и определяют коэффициент усиления. Благодаря этой цепи компенсируется напряжение смещения в 1,25 В и на выходе поддерживается нулевое напряжение.
Краткое резюме: две микросхемы LM317, один ОУ и три резистора — вот всё, что необходимо для построения простого усилителя класса А. И кстати, заметим для аудиофилов — в тракте нет ни одного конденсатора!
Схема
Учитывая, что LM317 может работать с максимальным током в 1,5 А, на выходе получаем относительно небольшую выходную мощность. К счастью, это ограничение можно преодолеть путем соединения нескольких LM317 параллельно, как представлено на схеме:
Увеличение по клику
Максимальное входное напряжение для LM317 составляет 40 В, поэтому, казалось бы, запитать усилитель можно от двухполярного источника с напряжением не более ±20 V. Однако, операционный усилитель, допускает работу с максимальным напряжением питания ±18 В. Поэтому, по мнению автора, работа схемы от источника питания с напряжением ±15В будет вполне разумным и безопасным решением.
Определившись с напряжением питания мы можем рассчитать необходимый ток покоя. Для нагрузки сопротивлением 8 Ом он составит 15 В/8Ω=1,875 А. Теоретическая максимальная мощность будет составлять около 14 Вт, хотя на практике получилось 12 Вт при чисто резистивной нагрузке.
Так как акустическая система далека по своим свойствам от резистивной нагрузки, ток покоя следует взять несколько больший, например, 2,2А. В этом случае величина токозадающего резистора составит 1,25/2,2=0,56 Ω.
При этом на резисторе будет рассеивать чуть меньше 3 Вт, поэтому рекомендуется использовать резистор мощностью не менее 5 Вт. При таких параметрах потребляемая мощность одного канала усилителя составит 30×2,2=66 Вт.
А что вы хотели? Класс «А»!
Параллельное включение
При параллельном включении четырёх микросхем LM317 максимальный выходной ток может достигать 6 А. При токе покоя 2.2 А максимальный ток через верхнее плечо усилителя составляет 4,4 А и 2,2 А через нижнее плечо, что в пределах безопасной работы.
Входное сопротивление определяется номиналом резистора R11 и составляет 10 K (относительно низкое, так как усилитель инвертирующий). Коэффициент усиления можно регулировать путем изменения номинала резистора R10. Рассчитывается по формуле: A=–R10/R11.
Ёмкость конденсатора С1 определяет верхнюю граничную частоту и предотвращает возбуждение усилителя на высоких частотах. При указанном на схеме значении 100 пкФ верхняя граничная частота усиления составляет 100 кГц. Но вы можете экспериментировать с этим значением на свой страх и риск (контролируйте наличие возбуждения усилителя).
Так как усилитель инвертирующий, автор предлагает подключать акустические системы наоборот, то есть плюсовую клемму акустики следует подключать к общему выводу усилителя, а минусовую — к выходу усилителя. При использовании инвертирующего предварительного усилителя акустику следует подключать обычным способом.
Конструкция
Вариант конструкции усилителя показан на фотографии:
Чертежи печатных плат в формате pdf здесь.
Статья подготовлена по материалам журнала «Электор Электроникс»
Автор Юрген Майклс (Бельгия)
Вольный перевод: Главный редактор «РадиоГазеты»
Удачного творчества!
Комментарий от редакции «РадиоГазеты»:
Это усилитель класса «А» со всеми вытекающими последствиями как то:
- сильный нагрев практически всех элементов конструкции. Поэтому требуется применение радиаторов соответствующих размеров и организация эффективной вентиляции корпуса усилителя.
- настоятельно рекомендуется использование защиты акустических систем от постоянного напряжения на выходе.
- это не только усилитель класса «А»! У автора в тексте это почему-то не отмечено, но это однотактный усилитель, что накладывает особые требования на источник питания. Для снижения фона блок питания должен быть либо стабилизированный (ещё один радиатор), либо нужны фильтрующие конденсаторы большой ёмкости — не менее 10 000 мкФ на канал. Для уменьшения нагрева диодов выпрямительного моста здесь настоятельно рекомендуется использовать диоды Шоттки. Снабдить их небольшими радиаторами тоже не помешает.
Улучшить параметры усилителя можно довольно просто — применением более современного и качественного операционного усилителя.
Похожие статьи:
Как работает усилитель класса «АВ», или Практичность правит миром / Stereo.ru
Принцип работы
Из самого обозначения класса АВ нетрудно сделать вывод, что данный режим является гибридом класса А и класса В. Как работают усилители класса А, мы уже разобрались, а с классом В ознакомиться не успели, поэтому начнем с него. И для начала вспомним логику, которой руководствовался создатель усилителя класса А. Для того, чтобы получить возможность воспроизводить и положительную, и отрицательную полуволну с помощью одного активного элемента, он применил смещение средней точки (тока покоя) в середину рабочей зоны лампы.
Создатели усилителей класса В рассуждали по-другому: «Если одна лампа или один транзистор с нулевым смещением способен воспроизвести только одну полуволну сигнала, почему бы не добавить в схему еще один активный элемент, разместив его зеркально, чтобы воспроизводить другую полуволну?».
Это вполне логично, ведь при таком раскладе оба транзистора работают с нулевым смещением. Пока на входе усилителя присутствует положительная полуволна — работает один транзистор, а когда приходит время воспроизводить отрицательную полуволну, первый транзистор полностью закрывается и вместо него в работу включается второй. В английском варианте этот принцип действия получил название push-pull или, говоря по-русски, «тяни-толкай», что в общем-то очень хорошо описывает происходящее.
Если сравнивать класс В с классом А, наиболее очевидным преимуществом является то, что в классе В на каждую волну приходится полный рабочий диапазон транзистора (или лампы), в то время как в классе А обе полуволны воспроизводятся одним активным элементом. Это значит, что усилитель класса В будет вдвое мощнее усилителя класса А, собранного на таких же транзисторах.
Второй, чуть менее очевидный, но очень важный плюс класса В — нулевые токи смещения. Когда сигнал на входе равен нулю, ток, протекающий через транзисторы, тоже равен нулю, а это значит, что напрасного расхода энергии не происходит, и энергоэффективность схемы получается в разы выше, чем в классе А.
Однако из этого же факта вытекает и главный недостаток усилителя класса В. Момент включения транзистора в работу после полностью закрытого состояния сопровождается небольшой задержкой, поэтому при прохождении звуковым сигналом нулевой точки, когда один транзистор уже закрылся, второй транзистор не успевает мгновенно подхватить эстафету, и в этой самой переходной точке возникают небольшие временные задержки.
На практике это выражается в особенной нелюбви усилителя к тихой музыке, а также в плохой передаче микродинамики. И хотя история знает успешные реализации класса В, например — легендарный Quad 405, проблемы данного режима работы никуда не делись. Тот же 405-й не только радовал энергичным и мускулистым звучанием, но также имел явную склонность рисовать звуковую картину крупными мазками, масштабно, не размениваясь на мелочи.
Для того, чтобы сохранить все плюсы класса В и решить проблему переходных процессов, инженеры пошли на хитрость. Они включили оба транзистора со смещением, как это делается в классе А, но величина смещения при этом была выбрана существенно меньшая: так, чтобы покрыть лишь те моменты, когда транзистор близок к закрытию, выводя тем самым переходные процессы из рабочей зоны.
Это позволило усилителю класса АВ незаметно преодолевать нулевую точку, а также дало еще один крайне полезный эффект. При малой амплитуде сигнала, укладывающейся в пределы смещения тока покоя, подобный усилитель работает в классе А и, только когда амплитуда выходит за пределы выбранной производителем величины смещения, он переходит в режим АВ.
Плюсы
Рассматривать достоинства и недостатки класса АВ имеет смысл на фоне двух исходных технологий. Класс АВ однозначно и существенно выигрывает у класса А по энергоэффективности. Его реальный КПД достигает 70–80%, если конечно производитель не сильно увлекся поднятием тока покоя. С точки зрения звучания класс АВ превосходит класс А в те моменты, когда сигнал достигает высокой амплитуды или требуется высокая мощность. В то же время на малых уровнях громкости класс АВ обычному классу А не уступает, по крайней мере в теории. В сравнении с классом В, класс АВ куда лучше ведет себя на малых громкостях и способен отрабатывать самые тихие и деликатные моменты в музыке, но при этом сохраняет практически ту же мощь и силу на больших динамических всплесках.
Имея большую мощность и лучшую энергоэффективность, усилители класса АВ куда менее капризны при выборе акустики. Они не нуждаются в высокой чувствительности и легче уживаются со сложными кроссоверами, используемыми в многополосных колонках. Вполне справедливо будет заявить, что подавляющее большинство пассивных акустических систем выпускаемых сегодня на рынок рассчитаны на работу со среднестатистическим транзисторным усилителем класса АВ.
Минусы
Объективные минусы у класса АВ можно разглядеть только на фоне еще более совершенных с технической точки зрения классов G, H или D, о которых мы расскажем чуть позже. В список претензий можно отнести разве что субъективные отзывы от ценителей класса А, которые, в целом, сводятся к тому, что класс АВ звучит не столь чисто, детально и изысканно. Чтобы оценить обоснованность данных претензий, рассмотрим схемотехнику усилителей класса АВ более детально, с точки зрения качества звучания.
Особенности
Одной из практических проблем усилителей класса В и АВ является подбор пар транзисторов, работающих в одном канале усиления. Располагаясь в схеме зеркально, два транзистора должны быть полностью идентичны друг другу. В противном случае, сигналы положительной и отрицательной полуволн будут воспроизводиться не симметрично, и это существенно повысит общий уровень искажений.
В реальной жизни абсолютная идентичность — понятие абстрактное, скорее имеет смысл рассуждать о степени похожести или, говоря техническим языком, о пределах допустимых отклонений транзисторов от заданных характеристик. Чем более похожи два транзистора друг на друга, тем меньше уровень искажений, и тем больше их совместная работа приближается к тому, что мы имеем в классе А, когда обе полуволны воспроизводит один транзистор.
Понимая, что даже при самом строгом отборе по параметрам отличия между двумя транзисторами в паре все же будут иметь место (пусть и в предельно малых значениях), мы вынуждены признать, что при прочих равных условиях один такой же транзистор работающий в классе А будет звучать чуть чище и чуть лучше, чем пара в классе АВ.
Совсем иная ситуация вырисовывается, когда речь заходит о работе на большой амплитуде сигнала и на нагрузке требующей высокой мощности. Имея высокий КПД класс АВ нуждается в менее мощном и громоздком блоке питания, нежели усилитель класса А, и тут уже поклонники однотактников вынуждены признать абсолютное и безоговорочное превосходство класса АВ.
Более того, разработчики имеют возможность гораздо свободнее экспериментировать с блоками питания, управляя характером и динамикой звучания путем подбора рабочих характеристик трансформатора и конденсаторов. Например, можно установить трансформатор с многократным запасом мощности, чтобы на пиках сигнала он не выходил из оптимального режима работы, или использовать улучшенные конденсаторы, способные мгновенно отдавать высокий ток.
Еще одна тонкость: работая в классе А, транзисторы выделяют большое количество тепла, что может негативно сказываться на качестве их работы, особенно при увеличении нагрузки. В классе АВ транзисторы греются в меньшей степени, вследствие чего они быстро приходят в рабочий режим и менее подвержены риску перегрева, снижающего качество звучания при работе усилителя на высокой громкости.
Практика
Защищать честь усилителей класса АВ в сравнительном прослушивании было уготовано мощному двухблочному усилителю Atoll серии Signature, состоящему из усилителя мощности AM200 и предварительного усилителя PR300. Интересующий нас усилитель мощности выстроен в полном соответствии с изложенными выше теоретическими выкладками.
Реализуя потенциал, заложенный в схемотехнике класса АВ, разработчики обеспечили по 120 Вт выходной мощности на канал, чего достаточно для большинства акустических систем за исключением самых низкочувствительных и просто монструозных моделей. Говоря об особенностях своего усилителя, производитель акцентирует внимание на применении подобранных пар транзисторов с последующей подстройкой схемы вручную для минимизации общего уровня искажений.
С целью лучшего разделения каналов и исключения перекрестных помех усилитель выстроен по схеме полного двойного моно, поэтому каждый канал усиления получил собственный блок питания. Суммарная мощность блока питания составляет 670 ВА, что покрывает потребности усилителя мощностью 120 Вт с большим запасом. Солидную дополнительную подпитку на пиках сигнала обеспечат конденсаторы емкостью 62 000 мкФ.
Звук
Внушительная мощность и отличная энергооснащенность усилителя дали в звучании вполне ожидаемое ощущение легкости и непринужденности при работе с любой акустикой и практически на любых уровнях громкости. Если выкрутить ручку громкости посильнее, можно услышать небольшую компрессию, а бас словно отодвигался на задний план, но это были очевидные признаки того, что НЧ-динамики приблизились к пределу своих возможностей, в то время как усилитель только начал разогреваться и был очень далек от состояния перегрузки.
В то же время на малых и средних уровнях громкости Atoll AM200 Signature показывал себя наилучшим образом. Середина была выразительна, детальность превосходна, а сцена — четко очерчена, с хорошо ощутимой глубиной и шириной. При прямом сравнении с усилителями класса А последние давали чуть более свободную и безграничную сцену и чуть тоньше отрабатывали мелкие детали в тихой камерной музыке.
Характер, свойственный классу АВ, наиболее ярко проявлялся у Atoll AM200 Signature на динамичной рок-музыке. Он выдавал очень собранный, быстрый и четкий бас, хорошо справляясь с резкими перепадами громкости и крупными штрихами. На джазе и классической музыке, требующих сочетать динамичность и мощь со способностью воспроизводить тонкие оттенки и нюансы, усилитель вел себя чуть менее уверенно. Казалось, что он слегка упрощает звучание, укрупняя музыкальные образы и уводя внимание от тонких оттенков к основной мелодической линии.
Однако все это можно заметить лишь в прямом сравнении с гораздо более дорогими представителями других классов. По общему впечатлению Atoll AM200 Signature был скорее всеяден и универсален. Являясь примером грамотной реализации класса АВ, когда разработчики приложили массу усилий чтобы минимизировать слабые места и максимально раскрыть потенциал данной схемотехники, он вполне конкурентен на фоне лучших представителей других классов.
Выводы
Высокая мощность, высокий КПД с умеренным тепловыделением, способность справляться со сложной нагрузкой и хорошая динамика — вот что такое усилитель класса АВ. Это делает его, в первую очередь, идеальным решением для массового производства усилителей, что подтверждает сама история развития индустрии Hi-Fi.
Однако крайне ошибочно руководствоваться стереотипным мнением о том, что массовый универсальный продукт и продукт элитный должны быть непременно вылеплены из разного теста. При должном внимании к деталям и глубоком понимании принципов работы данная схемотехника может быть реализована на самом высоком уровне качества. Так что сегодня High End-усилитель, работающий в классе AB — такая же обыденность, как и хайэндный усилитель, работающий в любой другой схемотехнике.
Продолжение следует…
Другие материалы цикла:
Как работает усилитель класса «А», или Истинный High End и много тепла
Статья подготовлена при поддержке компании «Аудиомания», тестирование усилителей проходило в залах прослушивания салона.
Другие полезные материалы в разделе «Мир Hi-Fi» на сайте «Аудиомании» и Youtube-канале компании:
• Выбираем звукосниматель для проигрывателя винила
• Что лучше для звука — линейные или импульсные блоки питания? [видео]
• Музыка из бумаги и картона: краткая история вариофона и «рисованного звука»
A, B, AB, C и другие
В данной статье мы подробно рассмотрим классификации усилителей: A, B, AB, C и от D до T. В конце статьи таблица классов усилителей по углу проводимости.
Классификация
Усилители классифицируются по классам в зависимости от их конструкции и эксплуатационных характеристик.
Не все усилители одинаковы, и существует четкое различие между настройкой и работой их выходных каскадов. Основными рабочими характеристиками идеального усилителя являются линейность, усиление сигнала, эффективность и выходная мощность, но в реальных усилителях всегда существует компромисс между этими различными характеристиками.
Как правило, большие усилители сигнала или мощности используются на выходных каскадах аудиоусилителей для управления нагрузкой громкоговорителя. Типичный громкоговоритель имеет импеданс от 4 Ом до 8 Ом, поэтому усилитель мощности должен быть способен подавать высокие пиковые токи, необходимые для возбуждения низкоомного динамика.
Один метод, используемый для различения электрических характеристик усилителей разных типов, относится к «классу», и в качестве таких усилителей классифицируются в соответствии с их схемотехнической конфигурацией и методом работы. Тогда Классы усилителей — это термин, используемый для различения разных типов усилителей.
Классы усилителя представляют величину выходного сигнала, которая изменяется в схеме усилителя в течение одного цикла работы при возбуждении синусоидальным входным сигналом. Классификация усилителей варьируется от полностью линейного режима (для использования при усилении сигнала высокой точности) с очень низкой эффективностью до полностью нелинейного (где точное воспроизведение сигнала не так важно), но с гораздо более высоким КПД, в то время как другие являются компромиссом между двумя.
Классы усилителей в основном объединены в две основные группы. Первыми являются классически управляемые усилители угла проводимости, формирующие более распространенные классы усилителей A, B, AB и C , которые определяются длиной их состояния проводимости на некоторой части выходного сигнала, так что работа транзистора выходного каскада лежит где-то между «полностью включен» и «полностью выключен».
Второй набор усилителей — это более новые так называемые «переключающие» классы усилителей D, E, F, G, S, T и т.д., Которые используют цифровые схемы и широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для постоянного переключения сигнала между «полностью ВКЛ.» и «полностью ВЫКЛ.», приводящие к сильному выходу в области насыщения и обрезания транзисторов.
Наиболее часто создаваемые классы усилителей — это классы, которые используются в качестве аудиоусилителей, в основном, классы A, B, AB и C, и, для простоты, именно эти типы классов усилителей мы рассмотрим здесь более подробно.
Усилитель класса А
Усилители класса А являются наиболее распространенным типом усилителей класса в основном благодаря их простой конструкции. Класс A буквально означает «лучший класс» усилителя, в основном из-за их низких уровней искажения сигнала и, вероятно, является лучшим звучанием из всех классов усилителей, упомянутых здесь. Усилитель класса А имеет самую высокую линейность по сравнению с другими классами усилителей и, как таковой, работает в линейной части кривой характеристик.
Обычно усилители класса A используют один и тот же транзистор (биполярный, полевой транзистор, IGBT и т.д.), подключенный в общей конфигурации эмиттера для обеих половин сигнала, причем транзистор всегда проходит через него, даже если у него нет базового сигнала. Это означает, что выходной каскад, будь то биполярное устройство, устройство MOSFET или IGBT, никогда не приводится полностью в свои области отсечки или насыщения, а вместо этого имеет базовую точку смещения Q в середине линии нагрузки. Тогда транзистор никогда не выключается, что является одним из его основных недостатков.
Для достижения высокой линейности и усиления выходного каскада усилителя класса A постоянно смещен в положение «ВКЛ» (проводящий). Затем для того, чтобы усилитель был классифицирован как «класс A», нулевой ток холостого хода на выходном каскаде должен быть равен или превышать максимальный ток нагрузки (обычно громкоговоритель), необходимый для получения наибольшего выходного сигнала.
Поскольку усилитель класса А работает в линейной части своих характеристических кривых, одно выходное устройство проходит через полные 360 градусов выходного сигнала. Тогда усилитель класса А эквивалентен источнику тока.
Поскольку усилитель класса A работает в линейной области, напряжение смещения постоянного тока (или затвора) базы транзисторов должно быть выбрано правильно, чтобы обеспечить правильную работу и низкий уровень искажений. Однако, поскольку выходное устройство постоянно включено, оно постоянно проводит ток, который представляет собой постоянную потерю мощности в усилителе.
Из-за этой постоянной потери мощности усилители класса A создают огромное количество тепла, добавляя к их очень низкому КПД около 30%, что делает их непрактичными для мощных усилителей. Кроме того, из-за высокого тока холостого хода усилителя, источник питания должен иметь соответствующие размеры и быть хорошо отфильтрованными, чтобы избежать любого гула и шума усилителя. Поэтому из-за низкой эффективности и проблем перегрева усилителей класса A были разработаны более эффективные классы усилителей.
Усилитель класса B
Усилители класса B были изобретены как решение проблем эффективности и нагрева, связанных с предыдущим усилителем класса A. Усилитель базового класса B использует два дополнительных транзистора, либо биполярные из полевых транзисторов, для каждой половины формы сигнала, а его выходной каскад сконфигурирован по схеме «двухтактный», так что каждое транзисторное устройство усиливает только половину выходного сигнала.
В усилителе класса B отсутствует базовый ток смещения постоянного тока, поскольку его ток покоя равен нулю, так что мощность постоянного тока мала, и, следовательно, его эффективность намного выше, чем у усилителя класса А. Однако цена, уплачиваемая за повышение эффективности, заключается в линейности коммутационного устройства.
Когда входной сигнал становится положительным, транзистор с положительным смещением проводит, а отрицательный транзистор выключен. Аналогично, когда входной сигнал становится отрицательным, положительный транзистор выключается, а отрицательный смещенный транзистор включается и проводит отрицательную часть сигнала. Таким образом, транзистор проводит только половину времени либо в положительном, либо в отрицательном полупериоде входного сигнала.
Затем мы можем видеть, что каждое транзисторное устройство усилителя класса B проводит только через половину или 180 градусов выходного сигнала в строгом временном чередовании, но поскольку выходной каскад имеет устройства для обеих половин сигнала, эти две половины объединяются вместе для получения полного линейного выходного сигнала.
Эта двухтактная конструкция усилителя, очевидно, более эффективна, чем класс A, примерно на 50%, но проблема с конструкцией усилителя класса B заключается в том, что она может создавать искажения в точке пересечения нуля сигнала из-за мертвой зоны транзисторов входных базовых напряжений от -0,7 В до +0,7.
Мы помним из учебника по транзисторам, что требуется напряжение базового эмиттера около 0,7 вольт, чтобы заставить биполярный транзистор начать проводку. Затем в усилителе класса B выходной транзистор не «смещен» до состояния «ВКЛ», пока не будет превышено это напряжение.
Это означает, что та часть сигнала, которая попадает в это окно 0,7 В, не будет воспроизводиться точно, что делает усилитель класса B непригодным для применения в прецизионных усилителях звука.
Чтобы преодолеть это искажение при пересечении нуля (также известное как перекрёстное искажение), были разработаны усилители класса AB.
Усилитель класса AB
Как следует из названия, усилитель класса AB представляет собой комбинацию усилителей типа «класс A» и «класс B», которые мы рассмотрели выше. Классификация усилителя AB в настоящее время является одним из наиболее распространенных типов конструкции усилителя мощности звука. Усилитель класса AB является разновидностью усилителя класса B, как описано выше, за исключением того, что обоим устройствам разрешено проводить в одно и то же время вокруг точки пересечения осциллограмм, что устраняет проблемы искажения кроссовера предыдущего усилителя класса B.
Два транзистора имеют очень небольшое напряжение смещения, обычно от 5 до 10% от тока покоя, чтобы сместить транзисторы чуть выше его точки отсечки. Тогда проводящее устройство, либо биполярное из полевого транзистора, будет включено в течение более одного полупериода, но намного меньше, чем один полный цикл входного сигнала. Следовательно, в конструкции усилителя класса AB каждый из двухтактных транзисторов проводит чуть больше, чем половину цикла проводимости в классе B, но намного меньше, чем полный цикл проводимости класса A.
Другими словами, угол проводимости усилителя класса AB находится где-то между 180 o и 360 o в зависимости от выбранной точки смещения.
Преимущество этого небольшого напряжения смещения, обеспечиваемого последовательными диодами или резисторами, состоит в том, что перекрестное искажение, создаваемое характеристиками усилителя класса B, преодолевается без неэффективности конструкции усилителя класса A. Таким образом, усилитель класса AB является хорошим компромиссом между классом A и классом B с точки зрения эффективности и линейности, при этом эффективность преобразования достигает примерно от 50% до 60%.
Усилитель класса C
Конструкция усилителя класса C обладает наибольшей эффективностью, но самой плохой линейностью среди классов усилителей, упомянутых здесь. Предыдущие классы A, B и AB считаются линейными усилителями, поскольку амплитуда и фаза выходных сигналов линейно связаны с амплитудой и фазой входных сигналов.
Однако усилитель класса C сильно смещен, так что выходной ток равен нулю в течение более половины цикла синусоидального входного сигнала, когда транзистор находится в режиме ожидания в точке его отключения. Другими словами, угол проводимости для транзистора значительно меньше 180 градусов и, как правило, составляет около 90 градусов.
Хотя эта форма смещения транзистора дает значительно улучшенную эффективность усилителя, составляющую примерно 80%, она вносит очень сильные искажения в выходной сигнал. Поэтому усилители класса C не подходят для использования в качестве усилителей звука.
Из-за сильного искажения звука усилители класса C обычно используются в высокочастотных синусоидальных генераторах и некоторых типах радиочастотных усилителей, где импульсы тока, генерируемые на выходе усилителей, могут быть преобразованы в синусоидальные волны определенной частоты использование LC резонансных цепей в его коллекторной цепи.
Другие распространенные классы усилителей
- Усилитель класса D — это нелинейный импульсный усилитель или ШИМ-усилитель. Усилители класса D теоретически могут достигать 100% эффективности, так как в течение цикла не существует периода, когда формы напряжения и тока перекрываются, так как ток подается только через включенный транзистор.
- Усилитель класса F повышают как эффективность, так и выходную мощность благодаря использованию гармонических резонаторов в выходной сети для преобразования формы выходного сигнала в прямоугольную волну. Усилители класса F способны обеспечить высокую эффективность более 90%, если используется бесконечная гармоническая настройка.
- Усилитель класса G предлагает усовершенствования конструкции усилителя базового класса AB. Класс G использует несколько шин питания различных напряжений и автоматически переключается между этими линиями питания при изменении входного сигнала. Такое постоянное переключение снижает среднее энергопотребление и, следовательно, потери мощности, вызванные потерей тепла.
- Усилитель класса I имеет два набора дополнительных выходных переключающих устройств, расположенных в параллельной двухтактной конфигурации, причем оба набора переключающих устройств дискретизируют один и тот же входной сигнал. Одно устройство переключает положительную половину сигнала, а другое переключает отрицательную половину, как усилитель класса B. При отсутствии входного сигнала или когда сигнал достигает точки пересечения нуля, переключающие устройства включаются и выключаются одновременно с рабочим циклом ШИМ 50%, что отменяет любые высокочастотные сигналы. Для получения положительной половины выходного сигнала выходной сигнал положительного переключающего устройства увеличивается в рабочем цикле, тогда как отрицательное переключающее устройство уменьшается на то же самое, и наоборот. Считается, что два токовых сигнала переключения чередуются на выходе, давая усилителю класса I имя: «чередующийся ШИМ-усилитель», работающий на частотах переключения более 250 кГц.
- Усилитель класса S — это усилитель нелинейного режима переключения, аналогичный по своему действию усилителю класса D. Усилитель класса S преобразует аналоговые входные сигналы в цифровые прямоугольные импульсы с помощью дельта-сигма-модулятора и усиливает их, чтобы увеличить выходную мощность, прежде чем окончательно демодулировать с помощью полосового фильтра. Поскольку цифровой сигнал этого переключающего усилителя всегда либо полностью включен, либо выключен (теоретически нулевое рассеивание мощности), возможны коэффициенты полезного действия, достигающие 100%.
- Усилитель класса T — это еще один тип цифрового усилителя с коммутацией. Усилители класса T в наши дни становятся все более популярными в качестве конструкции усилителя звука из-за наличия микросхем цифровой обработки сигналов (DSP) и многоканальных усилителей объемного звука, поскольку он преобразует аналоговые сигналы в сигналы с цифровой широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) для усиление, увеличивающее эффективность усилителей. Конструкции усилителей класса T сочетают в себе уровни сигнала с низким уровнем искажений усилителя класса AB и коэффициент полезного действия усилителя класса D.
Мы видели здесь ряд классификаций усилителей, начиная от линейных усилителей мощности до нелинейных переключающих усилителей, и видели, как класс усилителей отличается вдоль линии нагрузки усилителей.
Краткое описание классов усилителей
Мы увидели, что рабочая точка постоянного тока Q усилителя определяет классификацию усилителя. Устанавливая положение точки Q наполовину на линии нагрузки кривой характеристик усилителей, усилитель будет работать как усилитель класса А. Перемещая Q вниз по линии нагрузки изменит усилитель в классе АВ, В или С.
Тогда класс работы усилителя относительно его рабочей точки постоянного тока может быть задан как:
Мы рассмотрели здесь ряд классификаций усилителей, начиная от линейных усилителей мощности до нелинейных переключающих усилителей, и видели, как класс усилителей отличается вдоль линии нагрузки усилителей.
Таблица классов усилителей по углу проводимости
Усилители класса АВ, В и С могут быть определены в терминах угла проводимости θ следующим образом:
| Классы усилителей | Описание | Угол проводимости |
| Класс А | Полный цикл 360 o проводимости | θ = 2π |
| Класс В | Половина цикла 180 o проводимости | θ = π |
| Класс AB | Чуть более 180 o проводимости | π <θ <2π |
| Класс С | Чуть менее 180 o проводимости | θ <π |
| От класса D до T | ВКЛ-ВЫКЛ нелинейное переключение | θ = 0 |
Усилитель с HI-END качеством звучания
РадиоКот >Схемы >Аудио >Усилители >Усилитель с HI-END качеством звучания
Вашему вниманию представляется усилитель с очень мягким, как ламповый усилитель звуком, но превосходящий ламповые усилители по другим параметрам (отношение сигнал/шум и нелинейные искажения).
Воспроизводимый звуковой диапазон: от 10Гц до 25кГц
Соотношение сигнал/шум: не ниже 92dB (не взвешенное)
Нелинейные искажения: 0,001%
Подтолкнуло меня к созданию такого усилителя, любовь к очень хорошему и качественному звуку.
Пересмотрев массу всевозможных схем, сделал небольшой набросок принципиальной схемы усилителя. Позже столкнулся с поиском хорошего по качеству звучания операционного усилителя, занял такой поиск микросхемы в интернете на тот момент около 2 недель.
Первое условие — этот операционный усилитель должен быть высоковольтным, второе — очень качественным по соотношению сигнал/шум. До этого я собирал неплохие усилители на отечественной элементной базе микросхемах К544УД2 и К574УД1, а также на мощных выходных транзисторах КТ818 и КТ819. На тот момент их параметры меня полностью устраивали.
Но с появлением на наших прилавках современной импортной техники требования к такому усилителю стали намного выше, хотелось очень качественного звука, сравнимого по звучанию с ламповыми усилителями.
Итак, со всеми компонентами я определился, началась непосредственная сборка самого усилителя, а поскольку в то время я работал в сервисном центре, то и настройку со сборкой делал на работе в свободное от ремонта время.
Первый вариант усилителя выглядел так – это было только начало.
Поскольку на тот момент у меня еще не было ни корпуса, ни окончательно разведенных плат, устройство было собранно в коробке от упаковок ДВД проигрывателей. В таком виде оно проработало около месяца, и никаких казусов в работе не произошло.
После этого я плотно взялся за разводку печатных плат и вот что из этого вышло.
Ну и как выглядят платы промышленного производства:
Схемотехника усилителя довольно проста в сборке и не содержит дефицитных элементов.
Все компоненты можно приобрести на любом радиорынке.
Классическое схемопостроение как входного, так и выходного каскадов, позволило выполнить очень простую в сборке схему усилителя и что немало важно нет никакой необходимости в его настройке. Да именно в настройке он не нуждается, поскольку в схеме нет регулирующих элементов подстройки токов покоя выходного каскада, системы термостабилизации и т.п.
После сборки усилителя необходимо после включения в сеть проверить на выходе усилителя постоянное напряжение, оно должно быть в диапазоне +20/ -20мВ, при этом вход усилителя нужно замкнуть на землю. Если это напряжение находиться в пределах нормы усилитель готов к работе, не забудьте только выпаять перемычку по входу.
На операционном усилителе собрана схема усиления по напряжению, с коэффициентом усиления приблизительно на 25. Транзисторы VT1, VT2, VT5, VT6, VT7 и VT8 включены по схеме ОЭ и выполняют функцию усилителей тока с коэффициентом 10.
На транзисторах VT3 и VT4 собрана схема термостабилизации самого усилителя, и они, как и выходные транзисторы также находятся на радиаторе. Если эти транзисторы не будут укреплены на радиатор, то усилитель мгновенно нагреется до температуры свыше 90 градусов.
Максимальная температура нагрева усилителя при нагрузке и длительной его эксплуатации составляла 70 градусов.
Катушка L1 содержит от 16 до 20 витков намотанные в один слой провода ПЭВ-2 1мм.
Конденсаторы С2 и С7 желательно использовать металлобумажные, а остальные многослойная керамика.
Транзисторы можно использовать импортные, подходящие по параметрам.
При определенных изменениях в схеме мощность данного усилителя можно поднять до 100Вт.
Ниже прилагается фото собранного усилителя:
К сожалению, я не мастер по металлу и дереву, но вот что у меня из этого вышло.
Данный усилитель работает достаточно надежно уже на протяжении 8 лет и никаких проблем не происходило. Качество его звучания очень пристойное, где-то и превосходящее ламповые усилители по мягкости звука, не говоря о шумах и нелинейных искажениях самих ламповых усилителей. Да-да я не оговорился.
Были произведены сравнения по качеству звучания с такими моделями как NAD, Rotel, Arcam и Yamaha, данная схема усилителя превзошла все выше перечисленные модели по мягкости и качеству звука.
Существует два варианта плат под левую сторону и правую сторону, в архиве находится только левая сторона разводки платы.
Файлы:
Печатная плата в формате SL 5.0.
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |