АУДИО УСИЛВАТЕЛ 200W
(един много добър вариант на известния QUAD 405)

          Схемата, която ви предлагаме тук, е вариант на усилвател QUAD 405. Целта при съставянето и е с достъпни, евтини елементи, намиращи се лесно на пазара, да се реализира възможно най-добро звучене.
           Защо се насочихме именно към тази известна схема? На първо, място при нея се постига много ниско ниво на изкривяванията. Същевременно схемата на QUAD има стабилна работа и безпроблемно “съживяване”. Последното предимство е много важно, доколкото трудностите при съживяването на повечето качествени усилватели често разколебават много млади ентусиасти. От всички реализирани QUAD-усилватели, включително и от публикуваната схема, стигнахме до извода, че при правилен монтаж и изправни елементи усилвателят винаги заработва и не се нуждае от настройка. Нещо повече – поради дълбоките обратни връзки той не е чувствителен към коефициента на усилване на използваните транзистори и стига да не сте допуснали грешки при монтажа, схемата не се нуждае от никакви настройки (забележете, че на платката на усилвателя няма нито един тример за донастройка).
           Освен традиционната ООВ (отрицателна обратна връзка) този усилвател има и т.нар. права връзка, която по същество компенсира изкривяванията на крайното стъпало, работещо в клас В. Компенсирането на висшите хармоници с права връзка дава възможност този усилвател в повечето случаи да може да се слуша без тонкоректор, което е характерно за скъпите висококачествени усилватели.

           Тези от вас, които реализират предложената от нас схема (Фиг. 1), ще забележат, че усилвателят звучи, меко като QUAD 405, но по-детайлно, по-ясно и естествено. На какво се дължи това? Входното стъпало в тази схема е изградено от каскодната схема ОЕ, ОБ с Т1 и Т2, натоварена с генератор на ток Т3. Т4 представлява повторител с особено благоприятно действие, съгласуващо високото изходно съпротивление на входния каскод със следващото стъпало. С Т5 и Т6 е изграден усилвателят на напрежение (на практика троен Дарлингтон транзистор), който захранва комплементарното изходно стъпало по схема ОК с Т11 и Т12.
          Т6 е натоварен с Т9 и Т10 – генератор на стабилен ток. Т12 обаче през R24 работи заедно с Т6 по схема на “PUSH-PULL”, или самоинвертиращо стъпало. На практика тук изкривяванията при ниско ниво на сигнала се компенсират от Т6 с неговия динамичен товар Т12. (В първоначалният вариант на усилвателя, използвахме за R24 стойност от 22, която впоследствие променихме на 47, с което постигнахме по-добро звучене на усилвателя при високите честоти. При тази стойност на резистора, напрежението в контролната точка (в горния край на R14) се повишава до 1.5V.)
          Операционният усилвател ОУ1 (евтиният и популярен 741) за разлика от QUAD 405 заедно с R15 и С7 е включен като интегратор, т. е. той задава само постояннотоковия режим на усилвателя. Напрежението на базите на Т2 и Т9 е стабилизирано посредством ценеровите диоди D1 и D2, като по този начин се осигурява независимост на постояннотоковия режим в случай на “пропадане” на захранването.
         Друго подобрение са диодите D4 и D5, които намаляват стъпката при отпушване на Т11.
Транзисторите Т9 и Т10 изграждат схема, която в литературата често е наричана “токово огледало”. Ако поради някаква причина токът през Т9 се промени (например нарастне), падът върху R17 се увеличава, Т10 се поотпушва и напрежението на базата на Т9 намалява. Последното води до намаляване на тока през Т9.
          Елементите С5, С9, С10, С11, С12, С15, R23 и L2 са за честотна корекция и отстраняват самовъзбуждането. R4 и С4 изграждат входен ВЧ-филтър, непропускащ честотите над звуковия обхват. R25 и С16 компенсират евентуалния силно индуктивен товар при по-високите звукови честоти.
          Кондензаторите С2, С6, С8, С13 и С14 изграждат филтри за различните ВЧ-смущения през захранването, предпазвайки по този начин усилвателя от самовъзбуждане. Препоръчително е при ±50V захранване, С13 и С14 да бъдат с пробивно поне 63V.
           Кондензаторът С3 е единственият електролитен кондензатор в схемата. Той не участва във веригата на променливотоковия сигнал, а свързва базата на Т3 към маса по променлив ток. Липсата на електролитни кондензатори във веригата на полезния сигнал, която се постига със свързването на ИС 1 като постояннотоков усилвател, повишава качеството на звучене и е схемно решение, което се използва все по-често при съвременните усилватели.
          Тук е мястото да кажем, че тези, които разполагат вече с QUAD 405, могат да го усъвършенстват, като на оригиналната платка включат ОУ 1 по тази схема и добавят Т2. Дори само при тази промяна ще установят чувствително подобрение в звученето на схемата. За да се постигне достатъчно голям коефициент на усилване без обратна връзка, се използват генераторите на стабилен ток, изпълнени с транзисторите Т3 и Т9.
          Отрицателната обратна връзка е изградена с елементите R11 и R5. Коефициентът на усилване на усилвателя се определя от отношението (R11+R5)/R5 и в нашата схема е около 50 пъти. Ако е необходимо да се повиши чувствителността на входа, се намалява стойността на резистора R5. (Например при R5=6.8 , Ku=75 пъти.) Ако входното ниво е високо (както е при повечето съвременни CD-възпроизвеждащи устройства), е по-добре стойността на R5 да се запази или дори да се повиши до 18, при което Ku=29 пъти. В последния случай обратната връзка е по-дълбока и оттам изкривяванията ще са още по-малки. Резисторът R6 определя входното съпротивление на усилвателя. С1 е входен разделителен кондензатор, който пропуска само звуковите честоти и “развързва” входа по постоянен ток. R12 е предназначен да отклони част от емитерния ток на Т5 и го предпазва от работа в режими, при които усилването на транзистора е малко. Посредством резисторите R3 и R17 се задава токът на транзисторите Т3 и Т9, така че стъпалата, изпълнени с тях да работят в клас А.
           Защитата на усилвателя е изпълнена с транзисторите Т7 и Т8. Резисторите R20 и R22 снемат сигнал по ток за защитата. Когато изходният ток нарастне над допустимата стойност, падът на напрежение върху R20 и R22 се увеличава до стойност, достатъчна да отпуши Т7 и Т8. Последните шунтират базите на Т11 и Т12, което от своя страна ограничава изходния ток. R19 и R21 ограничават прага на задействане на защитата за достигане на пикова изходна мощност 200W, при използване на товар 4. При товар 8, за да се настрои прагът на сработване, на платката се монтират двата допълнителни резистора R13 и R18. Токовете, протичащи през R13 и R18, задават на базата на Т7 (съответно Т8) преднапрежение, което намалява прага на сработване на защитата.
           Намотките L1 и L2 (фиг. 2) не бива да ви притесняват. Те се изработват лесно и не съдържат голям брой навивки. Навиват се въздушно (без сърцевина) на два слоя върху тяло с диаметър 8 mm (можете да използвате обикновен фулмастер). L1 има 16 + 14 навивки, а L2 – 24 + 22 навивки. Естествено, и при двете намотки вътрешният слой е този, който съдържа по-големия брой навивки (виж снимката). Използваният проводник е меден, с лакова изолация, като и за двете бобини неговият диаметър е 1mm.

Фиг. 2

          Захранването е двуполярно по традиционна схема, като трансформаторът трябва да е оразмерен поне за 250VA мощност при стерео вариант (200W е пиковата мощност на усилвателя). В случай, че правите само един канал (например при използване на усилвателя като субуфер) можете да използвате трансформатор 100VA. (Подходящи захранващи трансформатори, можете да намерите и в раздел "Трансформатори" на нашия интернет магазин.)
          Филтровите кондензатори е добре да са по 10 000F, и за напрежение поне 63V. Естествено най-добри резултати се получават при стабилизирано захранване, но по принцип такъв вариант усложнява схемата
          Добре е свързващите проводници (особено на захранващите шини, крайните транзистори и изхода) да бъдат със сечение, не по-малко от 1mm. За намаляване на мрежовия брум в изхода всички маси трябва да се свържат в обща точка (например, към общата точка на филтровите кондензатори от захранването).
          Нашата схема е изпитана при захранване ±43V. С използваните елементи тя може да се захранва с напрежения до ±50V.
          При захранване ±25V се правят следните промени: R7=R8=1k, R2=12к, R16=7.5к, R13=R18=15к. При това захранване предпазителите Пр1 е Пр2 се заменят с 2А. Естествено, в този случай и изходната мощност ще бъде по-ниска (около 50W). Поради високата чувствителност (Ku=50) усилвателят не се нуждае от предусилвателно стъпало, а ниското ниво на изкривяванията при тази схема премахва необходимостта от използване на тонкоректор. Достатъчно е само на входа да се свърже потенциометър, например, тип ALPS или NOBLE, за да се оцени добрият звук на усилвателя.
           Транзисторът Т9 се монтира на малък радиатор (около 10сm), а Т6, Т11 и Т12 се монтират с изолационни подложки на общ радиатор с обща площ, не по-малка от 1000сm.
           Крайните транзистори, които използвахме в първоначалният вариант бяха TIP142 и TIP147 (същите са и на снимката на готовата платка по-горе). Впоследствие обаче изпитахме схемата с руските КТ827А и КТ825Г (също дарлингтони) и констатирахме чувствително по-добра работа на усилвателя и най-важното - по-голяма устойчивост при преходни режими. Същевременно, това са транзистори с метален корпус от типа ТО-3 при който има и доста добър коефициент на топлоотдаване към радиатора. В случай, че захранвате схемата с напрежение ±40V (и по-високо), определено ви препоръчваме да използвате руските транзистори.
          За получаване на още по-голяма изходна мощност, можете да увеличите захранването на усилвателя до ±60V, като при този случай трябва да замените крайните транзистори с BDX66C и BDX67C (също дарлингтони, но с по-високо максимално напрежение). Схемата не е изпитана в такъв вариант, но теоретично не би трябвало да има изненади при съживяването на усилвателя. Естествено за да извлечете по-голяма мощност от усилвателя, при този вариант не трябва да монтирате допълнителните резистори R13 и R18 и съответно трябва да намалите стойностите на R19 и R21 така, че прага на сработване на защитата да отговаря на по-високата мощност.
          “Съживяване” на схемата. Всички напрежения в контролните точки, показани на схемата, са снети при изключен товар и измерване с цифров мултиметър. Тези напрежения характеризират само постояннотоковия режим и се запазват при захранващи напрежения от ±25 до ±50V. За да се избегнат излишните главоболия, е добре всички елементи да се проверят преди монтажа им върху печатната платка. Опитът при изработването на такива усилватели показва, че основната причина схемата да не заработи от първия път е използването на дефектен или неправилно свързан елемент.
          Когато всичко е проверено, предпазителите се заменят с по-малки (например за 1А) и през амперметър се включва захранването. Общата консумация трябва да бъде около 90 mA. Слагат се предпазители със стойността на схемата (4А) и се проверяват напреженията в контролните точки. Ако те са такива, като указаните на схемата, може да се каже, че усилвателят е готов. Прагът на сработване на защитата се проверява, като при включен товар, на изхода се свърже осцилоскоп, а на входа се подаде синусоидален сигнал с честота 1kHz, чието ниво плавно се увеличава от 0V. Ограничението трябва да започне при амплитуда на изходния сигнал около 40V от връх до връх. Добре е също така усилвателят да се тества и с правоъгълен сигнал 1kHz. При това формата на изходния сигнал трябва да се запазва с равно плато дори при пълна изходна мощност. Всякакви изменения на фронтовете или на платото на импулсите показват наличие на изкривявания. Отстраняването на последните става, като се търси дефектен елемент или връзка.
          В случай че не разполагате с генератор и осцилоскоп, можете да включите достатъчно мощна тонколона към изхода и да тествате усилвателя “на слух”. При такава проверка не трябва да има дрезгав звук или гъгнене дори при пълна мощност.
          Както казахме в началото на тази статия, схемата не е чувствителна към коефициентите на усилване на използваните транзистори. Ето защо тук по-скоро като допълнителна информация, отколкото като изискване, ще дадем коефициентите на усилване на използваните от нас транзистори: Т1-565, Т2-594, Т3-448, Т4-480, Т5-97, Т7-108, Т8-144, Т9-45, Т10-254. Всички резистори, неозначени в “Използвани елементи”, са за мощност 0.25W.
          Наред с достойнствата, които вече отбелязахме (липса на специална настройка, висока надеждност, висок КПД, евтини и достъпни елементи, възможност за работа без предусилвател и тонкоректор), най-силната страна на този усилвател е качественият звук. Звуковата картина се доближава плътно до тази на лампов усилвател, изпълнен по схема “PUSH-PULL”, без обща обратна връзка.

          Усилвателят беше изпробван с подобрени тонколони на английската фирма “TANNOY” и даде отлични резултати. В сравнително прослушване с транзисторен усилвател на друга английска фирма - “NAD”, предложената тук схема възпроизведе чувствително по-реалистичен и естествен звук.
           Тук отново си задаваме въпроса: Кое е най-важното за един усилвател – параметрите, които има, или неговото звучене? Когато става въпрос за музикален, а не за измервателен усилвател, отговорът категорично е доброто звучене. Това е основното качество, което трябва да бъде съблюдавано при разработката на дадена схема. Надяваме се, и вие ще се убедите в това, че при тази схема доброто звучене на усилвателя е постигнато успешно.
          

Димитър ЧАКЪРОВ
"Млад конструктор", 2001

Използвани елементи:

Интегрални схеми: ИС1 - 741
Транзистор и диоди: Т1, Т2 – ВС550, Т3, Т4 – ВС560, Т5 – ВС640, Т6 – TIP137 (Дарлингтон), Т7 – 2Т6551(BC639), Т8 – 2Т6821(BC640), Т9 – 2Т7237В, Т10 – ВС108, Т11 – КТ827А (или TIP142) (Дарлингтон), Т12 – КТ825Г (2Т825A или TIP147) (Дарлингтон),
D1, D2 – BZX15V (ценеров 15 V), D3, D4, D5 – 1N4007
Резистори и кондензатори: R1 – 560 , R2 – 22 к, R3 – 100 , R4 – 3 к, R5 – 10 /0.5 W, R6 – 47 к, R7, R8– 3.3 к/1 W, R9 – 3 к, R10 – 4.7 к, R11 – 510 /2 W, R12 – 560 , R13 – 30 к, R14 – 10 /0.5 W, R15 – 180 к, R16 – 22 к, R17 – 11 , R18 – 30 к, R19 – 180 , R20 – 0.1 /5 W, R21 – 120 , R22 - 0.1 /5 W, R23 – 22 /0.5 W, R24 – 47 /2 W, R25 – 10 /2 W,
C1 – 470 nF, C2 – 100 nF, C3 – 100 F/10 V, C4 – 680 pF, C5 – 47 pF, C6 – 100 nF, C7 – 470 nF, C8 – 100 nF, C9 – 120 pF, C10 – 330 pF, C11 – 1 nF, C12 – 1 nF, C13, C14 – 100 nF/100 V, C15 – 1 nF, C16 – 100 nF/100 V.
Намотки - L1 и L2 - изработени по описания по-горе начин.