Схема усилителя класса А
Усилитель был построен на базе устройства из предыдущей публикации
Внешний вид (3D-модель) одного канала усилителя
JLH собирался для наушников Sennheiser HD600 и HD650. До этого пользовался выходом для наушников у звуковых карточек E-MU 0404USB и Onkyo Wavio 55SX USB . После покупки Onkyo, E-MU слушать уже не хотелось. На замену была взята Onkyo Wavio SE-200 PCI Ltd , у нее нет выхода для наушников. Поэтому усилитель и был собран.
Из плюсов данной схемотехники — звучание зависит от каждого компонента, даже от фильтра питания. Соответственно, вы сами можете добиться нужной вам подачи аудиоматериала.
Также важным преимуществом является низкая стоимость — около 500 рублей за 1 канал (учтены все компоненты усилителя и фильтра, включая радиаторы).Вам останется найти корпус и трансформатор (или блок питания на 24В/1А).
Первая схема J.L. Hood (JLH) была разработана в 1969 году. Конечно, с того времени прогресс «шагнул» далеко вперед. Поэтому крайне важно использовать современную элементную базу для сборки усилителя класса А JLH. В остальном изменения коснулись только стабилизации параметров транзисторов: был добавлен стабилизатор напряжения питания (VD1, Q9, Q10) предварительного каскада усиления на транзисторе Q6 и введены стабилизаторы тока на транзисторах Q7, Q8 и Q3, Q4.
Рис. 1. Схема усилителя А-класса для наушников.
В схеме есть ООС по току — R6C4. Установка обычного китайского конденсатора C4 ведет к спаду атаки на НЧ и неразборчивости ВЧ. Замена данного конденсатора на ВЧ-подавляющий (используется в компьютерной технике) исправляет ситуацию. Можно установить конденсатор большей емкости, вплоть до 1000 мкФ.
Конденсатор C3 лучше поставить малогабаритный полипропиленовый WIMA на небольшое напряжение. Отечественные КД-2, К10-17, КМ (зеленые), SMD упрощают звучание и не рекомендованы. Полипропиленовый крупногабаритный на напряжение 275 В (используется для подавления помех в сетях 220 В) может «украсть» «сверхтихие» звуки в ВЧ диапазоне. С4, С6, С7 — на 16 Вольт, С9, С9.1, С10, С11 — на 35 Вольт.
Транзисторы Q1, Q2, Q5, Q6 должны быть наивысшего качества. Транзисторы выходного каскада Q1, Q2 следует подобрать по характеристикам. Достаточно измерять потребляемый ток при фиксированном смещении базы. Достаточно 20% точности. Вместо указанных на схеме 2SC4793 можно поставить 2SC5171 — они примечательны тем, что имеют практически линейный участок характеристики (см. даташит). Подойдут и MJE15032, но первые два поставляются в полностью пластиковом корпусе и могут быть размещены на одном радиаторе без изолирования. Чуть хуже по качеству проявили себя MJE340, еще хуже — TIP31C, советские КТ815 и КТ819 — на последнем месте.
Выбор в качестве Q5, Q6 соответственно BC548C, BC560C обусловлен их малыми вносимыми шумами. Их следует подбирать поканально. Если величины h21э Q5, Q6 в правом канале будут отличаться от величин в левом, станет заметна разница уровней усиления каналов. Транзисторы дешевые — 10 штук за 1 доллар. Так что проблем с точным подбором не будет.
Транзисторы Q3, Q4, Q7, Q8 – любые маломощные с коэффициентом усиления ~200-250. Q3, Q7 желательно подобрать поканально. Но это не критично, так как величины смещения в итоге задается подстроечными резисторами.
Вместо Q9, Q10 подойдут TIP31C или КТ815.
Конденсаторы C5, C8 желательно поставить полипропиленовые. C10, C11 – с наименьшим ESR. Тогда можно поставить один конденсатор. Общей емкости на канал в 4700мкФ вполне достаточно.
Дроссель — 30 витков медного провода d=0.4мм на 1-2Вт резисторе с высоким сопротивлением. Если нет возбуждения, можно заменить перемычкой. При использовании импульсного БП на выходе было зафиксирована ВЧ-помеха частотой 1 МГц и величиной 30 мВ, которая была подавлена только параллельным включением к выходу канала конденсатора КМ H30 10n. К10-17 наоборот помеху усиливали. Возможно, это было обусловлено некачественным блоком питания.
Усилитель класса А всегда потребляет некоторый ток. Экспериментально выяснено, что на каждый канал оптимальное потребление — 200мА. Выше — качество не увеличивается, меньше 70мА — становится заметно хуже. Большая часть тока идет на выделение в качестве тепла на выходных транзисторах, что влечет за собой использование либо больших радиаторов либо активного охлаждения.
При использовании транзисторов с металлической подложкой, электрически соединенной с одной из ножек, необходимо изолировать ее от корпуса радиатора. Сделать это лучше всего тонкой слюдой — 0.1-0.2мм с обязательным использованием термопасты (разница температур достигает 20%). Подложки типа «номакон» допустимо использовать только если рассеиваемая мощность около 2Вт (корпус TO-220, разница температур достигает 40%). В противном случае возможен перегрев транзистора.
Схема выпрямителя фильтра питания
Рис. 2
Данная схема получена экспериментальным путем. Изначально был обычный выпрямитель и фильтр на двух конденсаторах и резисторе. После введения подавителя пульсаций на транзисторах Q1, Q2 улучшилась атака на НЧ и разборчивость СЧ. Резистором R5 можно немного регулировать выходное напряжение.
Все конденсаторы — на 35 Вольт. Конденсаторы C3, C8 – полипропиленовые. Диодная сборка VD1 рассчитана на ток 6А. Это много для данной конструкции, но учитывая максимальный ток транзистора Q2 в 5А, может быть использована в другой конструкции. К примеру, в усилителе класса А для акустических систем. Диод VD2 – любой на ток ~5А.
Транзисторы Q1, Q2 выбраны, исходя из их дешевизны.
Следующим шагом стало подключение такого отдельного выпрямителя-фильтра к каждому каналу (питание каналов организовано от одного трансформатора). В результате сильно улучшилась стерео-панорама (разделение каналов).
Подключение импульсного источника питания напрямую к усилителю (минуя фильтр) несколько ухудшило звучание — снизилась детализация СЧ.
Настройка усилителя
Переменные резисторы R5, R7, R13 устанавливаются в состояние максимального сопротивления. На рис. 1 написаны значения сопротивлений автора схемы.
1. Резистором R13 устанавливается половина напряжения питания на выходе (на дросселе L1)
2. Резистором R7 установить нулевое падение напряжения на резисторе ООС R5.
3. Проверить напряжение на выходе усилителя и при необходимости поправить (см. п.1).
4. Резистором R3 установить ток покоя усилителя.
5. Поместить платы в корпус, закрыть корпус. Включить на 5 минут. Проверить, насколько нагрелись выходные транзисторы усилителя. Если нагрев допустимый, при полностью собранном корпусе включить на 30 минут (как правило, при нагреве выходной ток увеличивается). Проверить все напряжения и ток из пп. 1-4 еще раз.
Данную процедуру провести для второго канала.
Звучание
В данном усилителе важна реализация, а не схемотехника. Заменяя выходные транзисторы и их ток покоя, будете получать совсем иное звучание.
Естественно, никакого фона, помех, китайских басов здесь нет и в помине. Звук в целом реалистичный. Не сравним с тем, который слушал через выход аудиокарты для наушников.
АЧХ:
— по уровню 1дБ — 30-16000 Гц;
— по уровню 3дБ — 16-20000 Гц;
Нелинейные искажения — не более 0.003% (~ -90дБ)
В качестве источника выступала Onkyo Wavio SE-200 PCI Ltd. Прослушивание проводилось на наушниках Sennheiser HD280Pro, HD600, HD650. В каждом случае было повышение качества воспроизведения. Что говорит о том, что для усилителя данные наушники не являются пределом качества.
Также есть четкое различие между качеством воспроизведения MP3, 16-bit/44.1kHz и 24-bit/96-192kHz.
Что удивило: между HD-звуком и Losless разница намного выше, чем между Losless и MP3. Также хорошо звучат оцифровки пластинок, но только тех, которые сняты качественным оборудованием. К примеру, очень понравились оцифровки иглой ZYX R-1000 Airy 3-G . Все оцифровки, снятые иглами в ценовой категории до 600$, полностью ей проиграли.
Еще интересна разная подача материала в наушниках Sennheiser HD600 и HD650. В первых ощущение, что сидишь на концерте. Вторые лучше в плане послезвучий, диапазона, но ощущение, что стоишь на сцене рядом с инструментами.
Всё вышесказанное справедливо для примененных деталей. Трудно сказать, сколько раз они заменялись пока не остановился на текущих. Ниже размещено реальное фото усилителя.
Литература
Схемы и документы
- Схема и сборочный чертеж платы усилителя класса А
- Печатная плата усилителя в формате CAM и BMP
- Схема и сборочный чертеж платы выпрямителя с фильтром
- Печатная плата выпрямителя с фильтром в формате CAM и BMP
- Даташиты на некоторые детали
Послесловие
Несмотря на сугубо положительные отзывы о работе усилителей класса А меня «терзает» мысль, что усилитель на ОУ обеспечит более качественное звучание. В том числе из-за меньшего КНИ (то есть шума), вносимого схемой ОУ по сравнению с усилительным каскадом на 1 транзисторе. О результатах напишу позже.
