Студийный усилитель класса ЭА V1.2

Представляю третье поколение студийного усилителя класса ЭА. Относительно первого поколения и промежуточного тестового второго схема претерпела изменения во входной части и в цепи ее питания. Так-же изменена элементная база и номиналы выходного каскада.

Характеристики:

• Линейный диапазон рабочих частот с отклонением не более 1дБ: 20Гц-30кГц
• Номинальная выходная мощность одного канала: 80 Вт
• Максимальная выходная мощность одного канала: 100 Вт
• Сопротивление нагрузки: 4-8 Ом
• Коэффициент гармонических искажений: 0.01%
• Отношение сигнал/шум: 95дБ
• Чувствительность: 2.5В~80Вт на 8Ом
• Коэффициент демпфирования: 200-300
• Максимальная скорость нарастания: 48 В/мкс
• Напряжение питания: +-33В

Схема

На схеме входная часть - C1, C2, R1, R2. Далее дифференциальный усилитель на ОУ OP1. Питание ОУ поступает через резисторы R7 и R10, ограничивается стабилитронами VD1 и VD2 и шунтируется конденсаторами С5 и С6 по НЧ, С7 и С8 по ВЧ. Цепочкой R3, C3, R4, C4 образована обратная отрицательная связь. Далее каскад тока покоя и термостабилизации на VT1, резисторами R5 и R6 задается рабочая точка. После него каскад УН(усилитель напряжения) на VT2 и VT3, эмиттеры которых подключены к общему через R11 и R12, и на которые заведены напряжения через R14 и R15 с выходных резисторов R17 и R18, вместе с нагрузкой работающих как токовый шунт относительно общего. Выходной каскад собран на VT4 и VT5, базовый ток которых ограничен резисторами R13 и R16. На выходе усилителя стандартная цепочка цобеля R19, C13. По питанию стоят шунтирующие конденсаторы C10 и С11 по ВЧ, С12 и С14 по СЧ.

Как это работает

Сигнал с входного разъема проходит через разделительный конденсатор С1 и поступает на делитель R2- R1 и уже с них на не инвертирующий вход ОУ ОР1. Конденсатор С2 шунтирует вход и подавляет ВЧ помехи.

На графике выше можно увидеть форму сигнала на входе усилителя (синий), а так-же на базах VT2 (красный) и VT3 (зеленый).

Эта разность на базах транзисторов после усиления ими позволяет избавится от эффекта ступеньки и зависит от тока покоя, который задается транзистором VT1. Чем больше открыт VT1, тем меньше ток покоя. Это происходит благодаря тому что VT1 соединяя базы транзисторов VT2 и VT3 при открытии притягивает их друг к другу, то-есть напряжение на каждой базе становится более приближенным к эмиттеру, а значит транзистор постепенно закрывается. Напряжение на базе VT1 формируется делителем R5-R6, на который поступает с полюсов питания через резисторы R8 и R10.

На графике выше сигнал на входе ОУ (зеленый), на базе транзистора VT4 (синий), VT5 (красный) и сигнал на выходе усилителя (фиолетовый).

С транзисторов VT2 и VT3 сигнал поступает на базы VT4 и VT5 через ограничительные резисторы R13 и R16. В эмиттерных цепях VT2 и VT3 относительно общего стоят 2 резистора R11 и R12, при помощи которых через R14 и R15 задается отрицательная обратная связь по току, где шунтом являются R17 и R18. Именно эта обратная связь задает усилителю класс ЭА. Чем больше выходная мощность, тем меньше ток покоя. Это значит что на малых мощностях и сигналах усилитель работает в классе А, а с ее увеличением переходит в класс АБ.

Обратная связь образована цепочкой R3 и С3 а так-же R4 и C4, где R3 задает общую обратную связь по напряжению, а С3 урезает верхний диапазон для предотвращения самовозбуждения усилителя, нижняя часть делителя работает только с переменной частью сигнала за счет конденсатора C4. Это устанавливает относительно постоянного тока бо'льшую обратную связь, и ее большие значения во время простоя усилителя.

Усилитель хорошо выдерживает коротковременные КЗ в нагрузке за счет токовой обратной связи. При КЗ транзисторы выходного каскада хоть и работают в нештатном режиме, но цепочка токовой ООС уменьшает выходную мощность достаточно, чтобы транзисторы не сгорели сразу, они скорее выйдут из строя ввиду перегрева. Схеме так-же совершенно безразлично включение без нагрузки, в отличии от некоторых усилителей. Таким образом схема имеет повышенную надежность.

Еще раз о характеристиках

На графике ниже виден частотный диапазон для данных номиналов, он составляет 30Гц-25кГц на ровном участке, или 20Гц-40кГц при отклонении не более 1 Дб.

Скорость нарастания была вычислена путем умножения скорости нарастания ОУ на коэффициент усиления УНа и и выходного каскада. И в отличии от некоторых авторов, она реальна (Автор ОМ2 накрутил эту цифру до 228В/мкс), у большинства серийных усилителей этот показатель не превышает 15-20В/мкс по данным производителей.

Все данные получены путем моделирования и математического расчета. На практике усилитель имеет чистое детальное звучание и упругие низы.

Настройка

Правильно собранный усилитель в настройке не нуждается. Но все-же. Ток покоя подбирается соотношением резисторов R5 и R6, и составляет целых 200мА (класс А все таки) без сигнала на входе (далее как сказано выше - работает токовая ООС). На ОУ должно быть стабильно +-15В. Коэффициент усиления зависит от делителя на входе и номинала резистора обратной связи.

Конструктивные требования

Все транзисторы усилителя должны быть установлены на один радиатор площадью не менее 1600см2 . Питание усилителя минимум +-30В, максимум +-60В. Номинальное +-35В.

Транзисторы необходимо монтировать на радиатор пользуясь изолирующей термоподложкой и термопастой. Осторожнее при креплении платы через штатные отверстия - один человек уже замкнул и спалил так дорожки.

Печатная плата

Печатная плат имеет размеры 50х100мм. Плата двухсторонняя. Крайне рекомендуется использовать заводские печатные платы ввиду плотного монтажа, не позволяющего высококачественно припаять выводы на верхний слой, а так-же наличие переходных отверстий в питающих цепях.

Фото устройства

На фото выше усилитель версии 1.1. Ниже усилитель версии 1.2

Зеленные платы были заказаны на предоставляемом сайтом сервисе, кнопку которого вы можете найти ниже.

Так-же одна из версий усилителя была оформлена в корпус как готовое решение.

К статье прилагается проект в MicroCap 8. Запустив симуляцию вы можете изучить происходящие в схеме процессы подробнее, а так-же посмотреть как схема будет себя вести при других номиналах.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Sprint-Layout
• Micro-Cap
• УНЧ