Усилитель Ланзар
Усилитель Ланзар представляет собой качественный и очень мощный УМЗЧ. Его сборку выполнили тысячи радиолюбителей, об этом свидетельствуют сотни страниц на форумах по радиоэлектронике. Исходя из этого, в сети можно найти ответы на практически любые вопросы, связанные с неисправностями или трудностями сборки схемы усилителя Ланзар. Все разжевано и разложено по полочкам.
Пришло время, и я решил собрать Ланзар, поделиться опытом сборки и впечатлениями.
Основные технические характеристики усилителя Ланзар
Коэффициент усиления ….. 28
Нелинейные искажения (2/3 от макс. мощности) ….. 0.04%
Скор-ть нарастания вых. сигнала ….. >50В/мкс
Вход. сопротивление ….. 27кОм
Отношение сигнал/шум ….. >90дБ
В разных источниках коэффициент усиления или входное сопротивление может иметь другое значение, это зависит от изменения номиналов некоторых элементов.
Выходная мощность усилителя Ланзар
Выходная мощность Ланзара во многом зависит от напряжения питания и, конечно же, от сопротивления выходной нагрузки. Исходя из представленной выше таблицы, нужно понимать, что на определенной нагрузке есть предельное значение питающего напряжения, например для нагрузки сопротивлением 2Ома пределом будет ±40В. Лично я не рекомендую питать усилитель предельными значениями, а иметь хороший запас.
Схема усилителя Ланзар
Это базовая схема усилителя Ланзар, выполненная на биполярных транзисторах по симметричной схеме. Существует схема с применением (совместно) полевых и биполярных транзисторов, но в этой статье она рассматриваться не будет.
На входе установлена разделительная емкость C1, состоящая из трех конденсаторов. Два из них (C1-2 и C1-3) соединены между собой положительными выводами, образуя неполярный конденсатор большой емкости, который шунтируется пленочным конденсатором C1-1, для восполнения не совсем корректной работы электролитических конденсаторов на высоких частотах. Также емкость C1 вместе с резистором R1 участвует в фильтре верхних частот, чем больше его емкость, тем шире полоса пропускания в области низких частот. Если использовать Ланзар для прослушивания звукового сигнала на широкую полосу, то можно обойтись одним пленочным конденсатором 1?3.3мкФ, а для использования его в качестве усилителя сабвуфера рекомендуется дополнительно установить электролиты C1-2 и C1-3.
В цепи обратной связи установлена аналогичная емкостная сборка (C7-1, C7-2 и C7-3), но с более большими номиналами электролитов, так как через них в нагрузку (R11) протекает ток, намного больший, чем через емкость C1.
От номинала резистора R1 будет зависеть не только граница пропускания нижних частот, но и входное сопротивление усилителя Ланзар.
Элементы R2 и C6 представляют фильтр нижних частот. Он подавляет сигнал выше частоты среза, которая зависит от номиналов этих элементов.
Стабилитроны VD1-VD2 вместе с ограничивающими их ток резисторами R3 и R6 питают дифференциальные каскады, построенные на элементах VT1, VT3 и VT2, VT4.
Коэффициент усиления главным образом изменяется номиналом резистора R14. При увеличении его сопротивления коэффициент усиления увеличивается и наоборот.
Каскад усилителя напряжения (КУН) состоит из элементов VT5-VT6, между их переходами база-коллектор установлены корректирующие конденсаторы C9 и C10, предотвращающие возбуждение усилителя на высоких частотах.
Транзистор VT7, совместно с резисторами R15 и R17 образуют узел регулировки тока покоя, а также является температурным компенсатором в данной схеме. При увеличении сопротивления (R15) между его базой и эмиттером растет напряжение на этом переходе, транзистор открывается и подтягивает базы транзисторов VT8 и VT9 к мнимой средней точке. При этом, VT8 и VT9 закрываются и ток покоя уменьшается. То же самое происходит при нагреве BD139 (при нагреве он открывается), установленном на один радиатор с транзисторами выходного каскада.
Предвыходной каскад, усиливающий сигнал по току построен на биполярных транзисторах VT8 и VT9, а между их эмиттеров установлена плавающая нагрузка R21.
Основой выходного каскада являются транзисторы VT10-VT13 и резисторы R26, R27, R29 и R30, установленные между их эмиттеров.
RC-цепочка R28C15 представляет собой цепь Цобеля, подавляющая влияние паразитных колебаний, наводящихся в проводах акустической системы (АС), а также подавляющая влияние индуктивности АС на выходной тракт усилителя.
Компоненты схемы
Номиналы резисторов, включая их мощность, указаны на схеме.
Сопротивление R3 и R6 зависит от напряжения питания и считается по формуле R(кОм)=(Uплеча-15В)/10мА.
Например, при напряжении питания ±40В, R=(40В-15В)/10мА=2.5кОм. Если выбирать из стандартного номинала, то 2.4кОм или 2.7кОм.
Для ленивых, чтобы не считать:
Питание ±70 В — 3,3 кОм…3,9 кОм
Питание ±60 В — 2,7 кОм…3,3 кОм
Питание ±50 В — 2,2 кОм…2,7 кОм
Питание ±40 В — 1,5 кОм…2,2 кОм
Питание ±30 В — 1,0 кОм…1,5 кОм
Все конденсаторы кроме электролитических рекомендуется применить пленочного типа, за исключением C6, C9, C10 и C13 – эти емкости керамического типа.
Электролитические емкости C8, C11, C16 и C17 должны быть рассчитаны на напряжение не менее 63В, либо на 25% больше чем напряжение питания усилителя.
Резистор R15 желательно применить многооборотный (типа 3296), он обеспечит плавную регулировку тока покоя.
Индуктивность L1 мотается медным эмалированным проводом (диаметр 0.8мм) на оправке диаметром 12мм. Необходимо сделать 10 витков. Смазать катушку клеем. После высыхания снять с оправки и вложить внутрь катушки резистор R31.
Для уменьшения на выходе усилителя «постоянки», необходимо подобрать транзисторы VT1 и VT3, VT2 и VT4 (попарно) по параметру h21 (коэффициент передачи по току) с помощью мультиметра или транзистор-тестера. При разнице коэффициента h21 в 7 единиц у транзисторов 2n5551, на выходе усилителя у меня присутствовала постоянная составляющая со значением 70мВ. После подбора этой пары, на выходе присутствовало всего 2мВ.
Элементы VT10-VT13 желательно выбрать из одной партии, которая указана на корпусе прибора. На моем Ланзаре партии различаются, вообще это не критично, но например, ток покоя может существенно различаться у них.
BD139 можно заменить на BD135, BD137 или КТ815Г.
VT5 (2SA1837) можно заменить на 2SB649, а VT6 (2SC4793) на 2SD669. При данных заменах необходимо учесть тот факт, что у этих аналогов отличается цоколевка, элементы необходимо развернуть на 180 0 .
VT8 (2SC4793) меняется на 2SC5171, а VT9 (2SA1837) меняется на 2SA1930.
На выходе желательно оставить пару 2SC5200/2SA1943.
Внимание! После установки подстроечного резистора R15, необходимо его выкрутить в такое положение, чтобы он имел максимальное сопротивление. Если смотреть по схеме, то средний вывод подтянуть к верхнему выводу. Если сделать наоборот, то после запуска усилитель может выйти из строя в считанные секунды.
Питание усилителя Ланзар
Напряжение блока питания усилителя должно выбираться исходя из выходной мощности усилителя и сопротивления нагрузки. После определения значения напряжения, необходимо определиться с типом БП. Это может быть как линейный блок питания, так и импульсный источник питания. Тут все принимают решение индивидуально. Я отношусь положительно как к линейным источникам, так и к импульсным источникам.
При выборе линейного БП, необходимо установить в каждое питающее плечо электролитические конденсаторы емкостью 10000-20000мкФ (для одного канала мощностью 100Вт), напряжение этих емкостей должно быть больше на 25% чем выходное напряжение БП.
Для Ланзара с выходной мощностью 2?100Вт достаточно трансформатора, рассчитанного на выходную мощность 200Вт.
Я все понимаю, что если учесть что КПД усилителя Ланзар 50% (грубо говоря, для класса AB), то усилитель, отдающий в нагрузку 2?100Вт, потребляет от источника 400Вт. Но никто из нас не слушает синусоидальный сигнал. А на пиках компенсируют, установленные на выход БП емкости.
При выборе импульсного источника питания для Ланзара отдающего в нагрузку 2?100Вт, достаточно импульсного источника мощностью 200-300Вт. В таком случае, на выход ИИП можно устанавливать емкости по 820?1000мкФ в каждое плечо.
Охлаждение
Усилитель Ланзар работает в классе АВ, поэтому транзисторы выходного каскада имеют значительный нагрев. Для отвода от них тепла необходимо установить элементы VT7-VT13 на радиатор с площадью поверхности не менее 1000см 2 . При этом, VT7 и VT10-VT13 обязательно устанавливаются через изоляционные прокладки с применением теплопроводной пасты.
После установки теплоотвода проверяем сопротивление между ним и коллекторами VT7, VT10-VT13, сопротивление должно быть бесконечным. Если есть контакт, то нужно проверить целостность изоляционной прокладки, а также чтобы ее поверхность была больше поверхности фланца транзистора.
Первый запуск
Внимание! Перед первым запуском обязательно проверить подстроечный резистор R15, его сопротивление должно быть полным (средний вывод подтянут к верхнему выводу, если смотреть на схему).
Перед первым запуском смыть все, абсолютно все остатки флюса и еще раз проверить печатную плату на правильность монтажа компонентов в соответствии со схемой и расположением выводов компонентов (включая полярность электролитов, расположения диодов, стабилитронов и цоколевки транзисторов), а также осмотреть плату на отсутствие ошибочно закороченных оловом дорожек.
Первый запуск усилителя я рекомендую выполнять через включенную в разрыв сетевого провода блока питания лампу накаливания (
Можно установить в разрыв питающих проводов блока питания токоограничивающие резисторы. При внештатной ситуации, большая часть мощности будет рассеиваться на лампе накаливания (резисторах), это избавит от искр, взрывов и даст время для действий.
При включении лампа должна вспыхнуть и погаснуть. Нить накала может быть чуть засвечена, это нормально, так как у усилителя есть ток покоя. Если лампа светит ярко или в половину накала, то необходимо искать ошибку в монтаже компонентов.
Убедившись, что запуск прошел успешно, и нет чрезмерного нагрева элементов усилителя, убираем из схемы лампу (резисторы) и запускаем усилитель напрямую.
Далее проверяем уровень постоянного напряжения на выходе усилителя. Если уровень составляет 0?15мВ, то это отлично. Если больше, то выполняем подбор транзисторов (VT1-VT4) дифференциальных каскадов по коэффициенту усиления, как описывалось выше. Если на выходе единицы или десятки вольт, то необходимо искать ошибку в монтаже элементов усилителя. С прогревом Ланзара «постоянка» на выходе увеличивается, будьте к этому готовы.
Термостабильность и установка тока покоя усилителя Ланзар
Усилитель Ланзар – это качественный и мощный усилитель звуковой частоты, который собрали огромнейшее количество радиолюбителей. Но у него есть свой недостаток, который выражается в не очень хорошей термостабильности. С этим столкнулся и я. Я не успевал установить ток покоя, так как он стремительно «полз» вверх со скоростью 1мА/с.
Выходной каскад термостабилизирован транзистором VT7, который установлен на общий радиатор, а усилитель напряжения (УН) VT5-VT6 не имеет термостабилизации. Из-за немалого тока покоя УН транзисторы VT5 и VT6 нагреваются и приоткрываются, увеличивая ток покоя выходного каскада. В этом случае открывается (срабатывает) VT7, уменьшая ток выходного каскада, но в то же время, VT7 шунтирует резисторы R15R17 и ток покоя усилителя напряжения становится еще больше, VT5 и VT6 еще больше нагреваются и так по кругу происходит тепловой разгон.
Для уменьшения теплового разгона можно и нужно установить радиаторы на транзисторы VT5 и VT6. Их площадь – чем больше, тем лучше.
Помимо этого, я увеличил сопротивление резисторов R16 и R18 до 24Ом, тем самым уменьшив ток покоя усилителя напряжения. Качество звучания при этом не пострадало.
После выполнения описанных выше операций мне удалось избежать теплового разгона усилителя Ланзар.
Ток покоя устанавливается после хорошего прогрева усилителя. Установка производится при закороченном входе (IN) на общий провод (GND). Необходимо плавно вращать движок подстроечного резистора R15, периодически проверяя напряжение на одном из эмиттерных резисторов R26, R27, R29 или R30. Полученное напряжение делим на сопротивление резистора (у меня 0.33Ома, по схеме 0.22Ома) и получаем ток покоя. Например, 31мВ/0.33Ома=94мА. Рекомендуется устанавливать 70?100мА.
Печатная плата усилителя Ланзар СКАЧАТЬ
Источник
УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ «ЛАНЗАР»
Описание принципиальной схемы, рекомендации по сборке и регулировке
Откровенно говоря ну ни как не ожидали, что данная схема вызовет столько затруднений при ее повторении, а ветка на форуме «Паяльника» перешагнет 100 страничный порог. Вот и решили поставить точку на этой теме. Разумеется, что при подготовке материалов будет использоваться материал из этой ветки, поскольку предусмотреть некоторые вещи просто не реально — уж слишком они парадоксальные бывают.
Усилитель мощности Ланзар имеет две базовых схемы — первая полностью на биполярных транранзисторах (рис.1), вторая с использованием полевых в предпоследнем каскаде (рис. 2). На рисунке 3 приведена схема этого же усилителя, но выполненная в симмуляторе МС-8. Позиционные номера элементов практически совпадают, поэтому можно смотреть любую из схем.
Рисунок 1 Схема усилителя мощности ЛАНЗАР полностью на биполярных транзисторах.
УВЕЛИЧИТЬ
Рисунок 2 Схема усилителя мощности ЛАНЗАР с использованием полевых транзисторов в предпоследнем каскаде.
УВЕЛИЧИТЬ
Рисунок 3 Схема усилителя мощности ЛАНЗАР из симмулятора МС-8. УВЕЛИЧИТЬ
ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ УСТАНОВЛЕННЫХ В УСИЛИТЕЛЕ ЛАНЗАР
ДЛЯ БИПОЛЯРНОГО ВАРИАНТА
ДЛЯ ВАРИАНТА С ПОЛЕВИКАМИ
C4 = 1 x 470p
C6,C7 = 2 x 470µ0 x 25V
C5,C8 = 2 x 0µ33
C11,C9 = 2 x 47µ0
C12,C13,C18 = 3 x 47p
C15,C17,C1,C10 = 4 x 1µ0
C21 = 1 x 0µ15
C19,C20 = 2 x 470µ0 x 100V
C14,C16 = 2 x 220µ0 x 100V
R1 = 1 x 27k
R2,R16 = 2 x 100
R8,R11,R9,R12 = 4 x 33
R7,R10 = 2 x 820
R5,R6 = 2 x 6k8
R3,R4 = 2 x 2k2
R14,R17 = 2 x 10
R15 = 1 x 3k3
R26,R23 = 2 x 0R33
R25 = 1 x 10k
R28,R29 = 2 x 3R9
R27,R24 = 2 x 0.33
R18 = 1 x 47
R19,R20,R22
R21 = 4 x 2R2
R13 = 1 x 470
VD1,VD2 = 2 x 15V
VD3,VD4 = 2 x 1N4007
VT2,VT4 = 2 x 2N5401
VT3,VT1 = 2 x 2N5551
VT5 = 1 x KSE350
VT6 = 1 x KSE340
VT7 = 1 x BD135
VT8 = 1 x 2SC5171
VT9 = 1 x 2SA1930
VT10,VT12 = 2 x 2SC5200
VT11,VT13 = 2 x 2SA1943
C4 = 1 x 470p
C6,C7 = 2 x 470µ0 x 25V
C5,C8 = 2 x 0µ33
C11,C10 = 2 x 47µ0
C12,C13,C18 = 3 x 47p
C15,C17,C1,C9 = 4 x 1µ0
C21 = 1 x 0µ15
C19,C20 = 2 x 470µ0 x 100V
C14,C16 = 2 x 220µ0 x 100V
R1 = 1 x 27k
R2,R16 = 2 x 100
R8,R11,R9,R12 = 4 x 33
R7,R10 = 2 x 820
R5,R6 = 2 x 6k8
R4,R3 = 2 x 2k2
R14,R17 = 2 x 10
R15 = 1 x 3k3
R26,R23 = 2 x 0R33
R25 = 1 x 10k
R29,R28 = 2 x 3R9
R27,R24 = 2 x 0.33
R18 = 1 x 47
R19,R20,R22
R21 = 4 x 2R2
R13 = 1 x 470
VD1,VD2 = 2 x 15V
VD3,VD4 = 2 x 1N4007
VT8 = 1 x IRF640
VT9 = 1 x IRF9640
VT2,VT3 = 2 x 2N5401
VT4,VT1 = 2 x 2N5551
VT5 = 1 x KSE350
VT6 = 1 x KSE340
VT7 = 1 x BD135
VT10,VT12 = 2 x 2SC5200
VT11,VT13 = 2 x 2SA1943
Чертеж печатной платы в формате LAY имеет два вида — один разработан нами и используется для сборки и продажи плат усилителя мощности, а так же альтернативный вариант, разработанный одним из участников форума ПАЯЛЬНИК. Платы отличаются и довольно сильно. На рисунке 4 приведе эскиз нашей платы усилителя мощности, на рисунке 5 — альтернативный вариант.
Рисунок 5 Эскиз печатной платы усилителя мощности ЛАНЗАР. СКАЧАТЬ
Рисунок 6 Эскиз альтернативной печатной платы усилителя мощности ЛАНЗАР. СКАЧАТЬ
ВНИМАНИЕ! НА ПЛАТЕ ИМЕЕТСЯ ОШИБКА — ПЕРЕПРОВЕРЬТЕ!
Параметры усилителя мощности сведены в таблицу:
2 Ома
(мост на 4 Ома)
при искажениях до 1% и напряжении питания:
Для примера возьмем напряжение питания равным ±60 В. Если монтаж выполнен правильно и нет не исправных деталей то получим карту напряжений, показанную на рисунке 7. Токи, протекающие через элементы усилителя мощности показаны на рисунке 8. Рассеиваемая мощность каждого элемента показана на рисунке 9 (на транзисторах VT5, VT6 рассеивается порядка 990 мВт, следовательно корпусу TO-126 требуется теплоотвод ).
Рисунок 7. Карта напряжений усилителя мощности ЛАНЗАР УВЕЛИЧИТЬ
Рисунок 8. Карта токов усилителя мощности УВЕЛИЧИТЬ
Рисунок 9. Карта рассеиваемых мощностей усилителя УВЕЛИЧИТЬ
Несколько слов о о деталях и монтаже:
Прежде всего следут обратить на правильность монтажа деталей, поскольку схема симметричная, то бывают довольно частыми ошибки. На рисунке 10 показано распложение деталей. Регулировка тока покоя (тока, протекающего через оконечные транзисторы при замкнутом на общий провод входе и компенсирующего вольт-амперную характеристику транзисторов) производится резистором Х1. При первом включении движок резистора должен находиться в верхенм по схеме положении, т.е. иметь максимальное сопротивление. Ток покоя должен составлять 30…60 мА. Ставить выше не имеет мысла — ни приборы, ни на слух ощутимых изменений не происходит. Для установки тока покоя производится измерение напряжения на любом из эмиттерных резисторов оконечного каскада и выставляется в соответствии с таблицей:
НАПРЯЖЕНИЕ НА ВЫВОДАХ ЭМИТТЕРНОГО РЕЗИСТОРА , В
ТОК ПОКОЯ ОДНОЙ ПАРЫ ОКОНЕЧНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ, мА
РАСШИРЕННЫЙ ВАРИАНТ ЭТОЙ ТАБЛИЦЫ НА СТРАНИЦЕ АУДИОСПРАВОЧНИКА
Рисунок 10 Расположение деталей на плате усилителя мощности. Показаны места, где возникают наиболее часто ошибки монтажа.
Поднимался вопрос о целесообразности использования в эмиттерных цепях оконечных транзисторов керамических резисторов. Можно использовать и МЛТ-2, по два штуки, включенных параллельно с номиналом 0,47…0,68 Ома. Однако вносимые керамическими резисторами искажения слишком малы, а вот тот факт, что они обрывные — при перегрузке они обрываются, т.е. их сопротивление становиться бесконечным, что довольно часто приводит к спасению оконечных транзисторов в критических ситуациях.
Площадь радиатора зависит от условий охлаждения, на рисунке 11 показан один из вариантов, крепить силовые транзисторы к теплоотводу необходимо через изоляционные прокладки . Лучше использовать слюду, поскольку она обладает довольно маленьким тепловым сопротивлением. Один из вариантов крепления транзисторов пказан нарисунке 12.
Рисунок 11 Один из вариантов радиатора для мощности 300 Вт при условии хорошей вентиляции
Рисунок 12 Один из вариантов крепления транзисторов усилителя мощности к радиатору.
Необходимо использовать изоляционные прокладки.
Перед монтажом силовых транзисторов, а так же в случае подозрений на их пробой, силовые транзисторы проверяются тестером. Предел на тестере устанавливается на проверку диодов (рис 13).
Рисунок 13 Проверка оконечных транзисторов усилителя перед монтажом и в случае подозрений на пробой транзисторов после критических ситуаций.
Стоит ли подбирать транзисторы по коф. усиления? Споров на эту тему довольно много и идея подбора элементов тянеться еще с глубоких семидесятых годов, когда качество элементной базы оставляло желать лучшего. На сегодня завод изготовитель гарантирует разброс параметров между транзисторами одной партии не более 2%, что уже само по себе говорит о хорошем качестве элементов. Кроме этого, учитывая то, что оконечные транзисторы 2SA1943 — 2SC5200 прочно обосновались в звукотехнике завод изготовитель начал выпус парных транзисторов, т.е. транзисторы и прямой, и обратной проводимости уже имеют одинаковые параметры, т.е. разницу не боле 2% (рис 14). К сожалению такие пары не всегда встречаютсяв продаже, тем не менее несколько раз нам доводилось покупать «близнецов». Однако даже имея разборос по коф. усиления между транзисторами прямой и обратной проводимости необходимо лишь следить за тем, чтобы транзисторы одной структуры были одной партии, поскольку включены они параллельно и разброс по h21 может вызывать перегрузку одного из транзисторов ( у которого этот параметр выше) и как следствие — перегрев и выход из строя. Ну а разброс между транзисторами для положительной и отрицательной полуволн вполне компенсируется отрицательной обратной связью.
Рисунок 14 Транзисторы разной структуры, но одной партии.
Тоже самое относиться и к транзисторам дифкаскада — если они одной партии, т.е. куплены одновременно в одном месте, то шанс на то, что разница в параметрах будет более 5 % ОЧЕНЬ малы. Лично нам больше нравяться транзисторы 2N5551 — 2N5401 фирмы ФАИРЧАЛЬД, однако и ST звучат вполне достойно.
Однако это усилитель собирают и на отечественной элементной базе. Это вполне реально, однако давайте поправку на то, что у купленных КТ817 и найденных на полках у себя в мастерской, купленных еще в 90-х года параметры будут отличаться довольно сильно. Поэтому тут лучше все таки воспользаваться имеющимся почти во всех цифровых тестреах измерителем h21. Правда эта примочка в тестере показываетправду лишь для транзисторов малой мощности. Подбирать при ее помощи транзисторы оконечного каскада будет не совсм правильно, поскольку h21 зависит еще и от протекаемого тока. Именно поэому для отбраковки силовых транзисторов уже делают отдельные проверочные стенды. с регулируемых токо коллектора проверяемого транзистора (рис 15). Градуировка постоянного прибора для отбраковки транзисторов производиться таким образом, чтобы микроамперметр при токе коллектора 1 А отклонялся на половину шкалы, а при токе 2 А — полностью. Собирая усилитель только себе стенд можно и не делать, достаточно двух мультиметров с пределом измерения тока не менее 5 А.
Для произведения отбраковки следует взять любой транзистор из отбраковываемой партии и переменным резистором выставить ток коллектора равным 0,4…0,6 А для транзисторов предпоследнего каскада и 1…1,3 А для транзисторов оконечного каскада. Ну а далее все просто — к клемам подключаются транзисторы и по показаниям амперметра, включенного в коллектор выбираются транзисторы с одинаковыми показаниями, не забывая поглядывать на показания амперметра в базовой цепи — они тоже должны быть похожими. Разброс в 5 % вполне приемлем, для стрелочных индикаторов на шкале можно сделать метки «зеленого коридора» во время градуировки. Следует заметить, что подобные токи вызывают не плохой нагрев кристала транзистора, а учитывая то, что он без теплоотвода длительность замеров не следует растягивать во времени — кнопку SB1 удерживать в нажатом состоянии более чем 1…1,5 сек не следует . Подобная отбраковка прежде всего позвлит отобрать транзисторы с реально похожим коф усиления, а проверка мощных транзисторов цифровым мультиметром есть лишь проверка для успокоения совести — в режиме микротоков у мощных транзисторов коф усиления более 500 и даже небольшой разброс при проверке мультиметром в режимах реальных токов может оказаться огромным. Другими словами — проверяя коф усиления мощного транзистора показанаия мультиметра есть не что иное как абстрактная величина, не имеющая ни чего общего с коф усиления транзистора через переход коллектор-эмиттер протекат хотя бы 0,5 А.
Рисунок 15 Отбраковка мощных транзисторов по коф усиления.
Проходные конденсаторы С1-С3, С9-С11 имеют не совсем типовое включение, по сравнению с заводскими аналогами усилителей. Связанно это с тем, что при таком включении получается не полярный конденсатор довольно большой емкости, а использование плленочного конденсатора на 1 мкФ компенсирует не совсем корректную работу электролитов на высоких частотах. Другими словами эта реализация позволила получить более приятный звук усилителя, по сравнению с одним элетролитом или одним пленочным конденсатором.
В старых версиях Ланзар вместо диодов VD3, VD4 использовались резисторы на 10 Ом. Смена элементной базы позволила немного улучшить работу на пиках сигнала. Для более подробного рассмотрения этого вопроса обратимся к рисунку 3.
В схеме смоделирован не идеальный источник питания, а более приблежонный к реальному, имеющему свое сопротивление (R30, R31). При воспроизведении синусоидального сигнала напряжение на шинах питания будет иметь вид, показанный на рисунке 16. В данном случае емкость конденсаторов фильтра питания составляет 4700 мкФ, что несколько маловато. Для нормальной работы усилителя емкость конденсаторов питания должна составлять не менее 10000 мкФ на один канал , можно и больше, но существенной разницы уже не заметно. Но вернемся к рисунку 16. Синией линией показано напряжение непосредственно на коллекторах транзисторов оконечного каскада, а красной линией — напряжение питания усилителя напряжения в случае использования резисторов вместо VD3, VD4. Как видно из рисунка напряжение питания оконечного каскада просело с 60 В и распологается между 58,3 В в паузе и 55,7 В на пике синусоидального сигнала. Благодарая тому, что конденсатор С14 не только заражается через развязывающий диод, но и разряжается на пиках сигнала напряжение питания усилителя напряжение приобретает вид красной линии на рисунке 16 и колебается от 56 В до 57,5 В, т.е имеет размах порядка 1,5 В.
Рисунок 16 форма напряжения при использовании развязывающих резисторов.
Рисунок 17 Форма напряжений питания на оконечных транзисторах и усилителе напряжения
Заменив резисторы на диоды VD3 и VD4 мы получаем напряжения, представленные на рисунке 17. Как видно из рисунка амплитуда пульсаций на коллекторах оконечных транзисторах почти не изменилась, а вот напряжение питания усилителя напряжения приобрело совсем другой вид. Прежде всего амплитуда уменьшилась с 1,5 В до 1 В, а так же в тот момент когда проходит пик сигнала напряжение питания УН проседает лишь до половины амплитуды, т.е. примерно на 0,5 В, в то время как при использовании резистора напряжение на пике сигнала проседает 1,2 В. Другими словами — простой заменой резисторов на диоды удалось уменьшить пульсации питания в усилителе напряжения в 2 с лишним раза.
Однако это теоритические выкладки. На практике эта замена позволяет получить «халявных» 4-5 Ватт, поскольку клиппинг усилителя наступает при более высоком выходном напряжении и уменьшает искажения на пиках сигнала.
После сборки усилителя и регулировки тока покоя следует убедиться в отсутствии постоянного напряжения на выходе усилителя мощности. Если оно выше 0,1 В, то это уже однозначно требует корректировки режимов работы усилителя. В данном случае наиболее простым способом является подбор «подпирающего» резистора R1. Для наглядности приведем несколько вариантов этого номинала и покажем иземения постоянного напряжения на выходе усилителя на рисунке 18.
Рисунок 18 Изменение постоянного напряжения на выходе усилителя в зависимости от номана R1
Не смотря на то, что на симмуляторе оптимальное постоянное напряжение получилось лишь при R1 равным 8,2 кОм в реальных усилителях этот номинал составляет 15 кОм…27 кОм, в зависимости какого производителя используются транзисторы дифкаскада VT1-VT4.
Пожалуй стоит сказать несколько слов об отличиях усилителей мощности полгостью на биполярных транзисторах и с использованием полевиков в предпоследенм каскаде. Прежде всего при использовании полевых транзисторов ОЧЕНЬ сильно разгружается выходной каскад усилителя напряжения, поскольку затворы полевых транзисторов практически не имеют активного сопротивления — только емкость затвора является нагрузкой. В этом варианте схемотехника усилителя начинает наступать на пятки усилителям класса А, поскольку во всем диапазоне выходных мощностей ток протекающий через выходной каскад усилителя напряжения почти не изменятеся. Увеличение тока покоя предпоследнего каскада, работающего на плавающую нагрузку R18 и базы эмиттерных повторителей мощных транзисторов тоже меняется в небольших пределах, что в итоге привело к довольно заметному снижению THD. Однако в этой бочке меда есть и ложка дегтя — снизился КПД усилителя и уменьшилась выходная мощность усилителя, за счет необходимости подавать на затворы полевиков напряжение более 4 В для их открытия (для биполярного транзистора этот параметр составляет 0,6…0,7 В). На рисунке 19 показан пик синусоидального сигнала усилителя, выполненого на биполярных транзистора (синяя линия) и полевиках (красная линия) при максимальной амплитуде выходного сиганала.
Рисунок 19 Изменение амплитуды выходного сигнала при использовании разной элементной базы в усилителе.
Другими словами снижение THD заменой полевых транзисторов приводит к «недополучению» примерно 30 Вт, а уменьшение уровня THD примерно в 2 раза, так что именно ставить уже решать каждому персонально.
Так же следует помнить, что уровень THD зависит и от собственного коф усиления усилителя. В данном усилителе коф усиления зависит от номиналов резисторов R25 и R13 (при используемых номиналах коф усиления составляет почти 27 дБ). Расчитать коф усиления в дБ можно по формуле Ku =20 lg R25 / (R13 +1) , где R13 и R25 — сопротивление в Омах, 20 — множитель, lg — десятичный логарифм. Если необходимо расчитать коф усиления в разах, то формула приобретает вид Ku = R25 / (R13 + 1) . Этот расчет бывает необходим при изготовлении предварительного усилителя и вычисления амплитуды выходного сигнала в вольтах, чтобы исключить работу усилителя мощности в режиме жесткого клиппинга.
Снижение собственного коф. усиления до 21 дБ (R13 = 910 Ом) приводит к снижению уровня THD примерно в 1,7 раза при той же амплитуде выходного сигнала (увеличена амплитуда входного напряжения).
Ну а теперь несколько слов о самых популярных ошибках при сборке усилителя самостоятельно.
Одной из самых популярных ошибок является монтаж стабилитронов на 15 В не правильной полярностью , т.е. эти элементы работают не в режиме стабилизации напряжения, а как обычные диоды. Как правило такая ошибка вызывает появление на выходе постоянного напряжения, причем полярность может быть как положительной, так и отрицательной (чаще отрицательной). Величина напряжения базируется между 15 и 30 В. При этом ни один элемент не греется. На рисунке 20 показана карта напряжений при не правильном монтаже стабилитронов, которую выдал симмулятор. Ошибочный элементы выделены зеленым цветом.
Рисунок 20 Карта напряжений усилителя мощности с неправильно запаянными стабилитронами.
Следующей популярной ошибкой является монтаж транзисторов «вверх ногами» , т.е. когда путают коллектор и эмиттер местами. В этом случае так же наблюдается постоянное напряжение, отсутствие каких либо признаков жизни. Правда обратное включение транзисторов дифкаскада может привести к выходу их из строя, ну а дальше как повезет. Карта напряжений при «перевернутом» включении показан на рисунке 21.
Рисунок 21 Карта напряжений при «перевернутом» включении транзисторов дифкаскада.
Довольно часто транзисторы 2N5551 и 2N5401 путают местами , причем могут попутать так же и эмиттер с коллектором. На рисунке 22 показана карта напряжений усилителя при «правильном» монтаже попутанных местами транзисторов, а на рисунке 23 — транзисторы не только поменяны местами, но и перевернуты.
Рисунок 22 Транзитсторы дифкаскада попутаны местами.
Рисунок 23 Транзитсторы дифкаскада попутаны местами, кроме этого попутаны местами коллектор и эмиттер.
Если попутаны местами транзисторы, а эмиттер-коллектор запаяны правильно, то на выходе усилителя наблюдается небольшое постоянное напряжение, регулируется ток покоя окнечных транзисторов, но звук либо отсутствует полностью, либо на уровне «кажется он играет». Перед монтажом на плату запаянных таким образом тразисторов их следует проверить на работоспособность. Если транзисторы поменяны местами, да еще и поменяны местами эмиттер-коллектор, то тут ситуация уже довольно критическая, поскольку в этом варианте для транзисторов дифкаскада полярность приложенного напряжения является правильной, а вот рабочие режимы нарушены. В этом варианте наблюдается сильный нагрев оконечных транзисторов (протекающий через них ток равен 2-4 А), небольшое постоянное напряжение на выходе и едва слышный звук.
Попутать цоколевку транзисторов последнего каскада усилителя напряжения довольно проблематично, при использовании транзисторов в корпусе ТО-220, а вот транзисторы в корпусе ТО-126 довольно часто впаивают «вверх ногами», меняя местами коллектор и эмиттер . В этом варианте наблюдается сильно искаженный выходной сигнал, плохая регулировка тока покоя, отсутствие нагрева транзисторов последнего каскада усилителя напряжения. Более подробная карта напряжения для этого варианта монтажа усилителя мощности показана на рисунке 24.
Рисунок 24 Транзисторы последнего каскада усилителя напряжения запаяны «вверх ногами».
Иногда путают местами транзисторы последнего каскада усилителя напряжения. В этом случае наблюдается небольшое постоянное напряжение на выходе усилителя, звук если и есть, то очень слабый и с огромными искажениями, ток покоя регулируется только в сторону увеличения. Карта напряжений усилителя с такой ошибкой показана на рисунке 25.
Рисунок 25 Ошибочный монтаж транзисторов последнего каскада усилителя напряжения.
Предпоследний каскад и оконечные транзисторы в усилителе местами путают слишком редко, поэтому этот вариант расматриваться не будет.
Иногда усилитель выходит из строя, самые частые причины для этого перегрев оконечных тразисторов или перегрузка. Недостаточная площадь теплоотвода или плохой тепловой контакт фланцев транзисторов может привести к нагреву кристалла оконечных транзисторов до температуры механического разрушения. Поэтому до полного ввода усилителя мощности в эксплуатацию необходимо убедиться в том, что винты или саморезы, крепящие оконечники к радиатору затануты полностью, изолирующиепрокладки между фланцами транзисторов и теплоотводом имеет хорошую смазку термопастой (рекомендуем старую, добрую КПТ-8), а так же размер прокладок больше размера транзистора минимум на 3 мм с каждой стороны. Если недостаточна площадь теплоотвода, а другого попросту нет, то можно воспользоваться вентиляторами на 12 В, которые используются в компьютерной технике. Если собранный усилитель планируется для работы только на мощностях выше средней (кафе, бары и т.д.) то куллер можно влючить на непрерывную работу, поскольку его все равно не будет слышно. Если же усилитель собран для домашенго использования и будет эксплуатироваться и на малых мощностях, то работу куллера уже будет слышно, а необходимость в охлаждении отпадает — радиатор почти не греется. Для таких режимо работы лучше испозовать управляемык куллеры. Несколько вариантовуправления куллером можно посмотреть здесь. Предлагаемые варианты управления куллерами основаны на контрле температуры радиатора и вклюячаются лишь по достижении радиатором определенной, регулируемой температуры. Решить проблему выхода из строя окнечных транзисторов можно либо установкой дополнительной защиты от перегрузки, либо аккуратным монтажом проводов идущих на акустическую систему (например использовать для подключения АС к усилителю автомобильных безкислородных проводов, которые кроме уменьшеного активного сопротивления имеют повышенную крепость изоляции, устойчивую к ударам и температуре).
Для примера рассмотрим несколько варианов выхода из строя оконечных транзисторов. На рисунке 26 показана карта напряжений в случае выхода обратных оконечных транзисторов (2SC5200) на обрыв, т.е. переходы отгорели и имеют максимально возможное сопротивление. В этом случае усилитель сохраняет рабочие режимы, на выходе сохраняется напряжение близкое в нулю, но вот качество звука однозначно желает лучше, поскольку воспроизводится только одна полуволна синусоиды — отрицательная (рис 27). Тоже самое будет при обрыве прямых оконечных транзисторов (2SA1943), только воспроизводится будет положительная полуволна.
Рисунок 26 Обратные оконечные транзисторы выгорели до обрыва.
Рисунок 27 Сигнал на выходе усилителя в случае, когда транзисторы 2SC5200 отгорели полностью
На рисунке 27 — карта напряжений в ситуации, когда оконечники вышли из строя и имеют максимально низкое сопротивление, т.е. закорочены. Этот вариант неисправности загоняет усилитель в ОЧЕНЬ жесткие условия и дальнейшие горение усилителя ограничивает только источник питания, поскольку потребляемый в этот момент ток может превысить 40 А. Оставшиеся в живых детали мгновенно набирают температуру, в том плече, где транзисторы еще исправны напряжение немного больше, чем в том, где собственно произошло замыкание на шину питания. Однако именно эта ситуация относиться к наиболее легкой диагностике — достаотчно до включения усилителя проверит мультиметром сопротивление переходов между собой, даже не выпаивая их из усилителя. Предел измерения, установленного на мультиметре — ПРОВЕРКА ДИОДОВ или ЗВУКОВАЯ ПРОЗВОНКА. Как правило выгоревшие транзисторы показывают сопротивление между переходами в диапазоне от 3 до 10 Ом.
Рисунок 27 Карта напряжений усилителя мощности в случае перегорания оконечных транзисторов(2SC5200) на короткое замыкание
Усилитель поведет себя точно так же в случае пробоя предпоследнего каскада — при отгороани выводов будет воспроизводиться только одна полуволна синусоиды, при коротком замыкании переходов — огромное потребление и нагрев.
При перегреве, когда считают, что радиатор на транзисторы последнего каскада усилителя напряжения не нужен (транзисторы VT5, VT6) они могут так же выйти из строя, причем как уйти на обрыв, так и на короткое замыкание. В случае отгорания переходов VT5 и бесконечно большого сопротивления переходов возникает ситуация, когда поддерживать ноль на выходе усилителя не чем, а приоткрытые оконечные транзисторы 2SA1943 потянут напряжение на выходе усилителя к минусу напряжения питания. Если нагрузка подключена, то величина постоянного напряжения будет зависеть от установленного тока покоя — чем он выше, тем будет больше величина отрицательного напряжения на выходе усилителя. Если нагрузка не подключена, то на выходе будет напряжение очень близкое по величине к минусовой шине питания (рис 28).
Рисунок 28 Транзистор усилителя напряжения VT5 «оборвался».
Если же транзистор в последнем каскаде усилителя напряжения VT5 вышел из строя и его переходы замкнулись, то при подключенной нагрузке на выходе будет довольно большое постоянное напряжение и ппротекающий через нагрузку постоянный ток, порядка 2-4 А. Если же нагрузка отключена, то напряжение на выходе усилителя будет почти равно положительной шине питания (рис. 29).
Рисунок 29 Транзистор усилителя напряжения VT5 «замкнулся».
На последок осталось только предложить несколько осцилограмм в наиболее координальных точках усилителя:
Напряжение на базах транзисторов дифкаскада при входном напряжении 2,2 В. Синия линия — базы VT1-VT2, красная линия — базы VT3-VT4. Как видно из рисунка и амплитудат и фаза сигнала практически совпадают.
Напряжение в точке соединения резисторов R8 и R11 (синяя линия) и в точке соединения резисторов R9 и R12 (красная линия). Входное напряжение 2,2 В.
Напряжение на коллекторах VT1 (красная линия), VT2 (зеленая), а так же на верхенм выводе R7 (синяя) и нижнем выводе R10 (сиреневая). ПРовал напряжения вызван рабтой на нагрузку и небольшим уменьшением питающего напряжения.
Напряжение на коллекторах VT5 (синим) и VT6 (красным. Входное напряжение уменьшено до 0,2 В, чтобы было наглядней видно, по по постоянному напряжению имеется разница примерно в 2,5 В
Осталось лишь пояснить на счет блока питания. Прежде всего мощность сетевого трансформатора для усилителя мощности в 300 Вт должна быть не менее 220-250 Вт и этого будет достаточно для воспроизведения даже очень жестких композиций.Более подробно о мощности блока питания усилителей мощности можно почитать здесь. Другими словами, если у вас есть трансформатор от лампового цветного телевизора, то это ИДЕАЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР для одного канала усилителя позволяющего без проблем воспроизводить музыкальные композиции мощностью до 300-320 Вт.
Емкость конденсаторов фильтра блока питания должна быть не менее 10 000 мкФ на плечо, оптимально 15 000 мкФ. При использовании емкостей выше указанного номинала Вы попросту увеличиваете стоимость конструкции без какого либо заметного улучшения качества звука. Не следует забывать, что при использовании таких больших емкостей и напряжении питания выше 50 В на плечо мгновенные токи уже критически огромны, поэтому настоятельно рекомендуется использовать ситемы софт-старта.
Прежде всего настоятельно рекомендутеся перед сборкой какого либо усилителя скачать на ВСЕ полупроводниковые элементы описания заводов производителей (даташиты). Это даст возможность ознакомиться с элементной базой поближе и в случае отсутствия в продаже какого либо элемента найти ему замену. Кроме этого у вас будет под рукой правильная цоколевка транзисторов, что значительно увеличит шансы на правильный монтаж. Особо ленивым предлагается ОЧЕНЬ внимаетльно ознакомиться хотя бы с расположением выводов транзисторов, используемых в усилителе:
| усилитель мощности принципиальная схема усилителя мощности Ланзар описание работы рекомендации по сборке и регулировки | ||
