Транзисторный усилитель мощности Lynx PA72

19 Апр 2015     Рубрика: Усилители мощности
arrow  arrow

Усилитель мощности Lynx PA72 на транзисторах

 

Amp_-Lynx_PA72-1

 

Усилитель мощности Lynx PA72 — 15 лет назад, в 2000 году, после весьма длительного периода увлечения ламповыми усилительными устройствам, мною был разработан и реализован полупроводниковый усилитель Lynx9 на основе топологии ОУ с так называемой «токовой ООС». Несмотря на многочисленные «детские болезни», этот усилитель оказался настолько удачным, как с точки зрения звучания, так и по надежности и повторяемости, что в дальнейшем на его основе было создано целое семейство усилителей мощности Lynxl I — Lynx 17. ставшее, де-факто, неким эталоном качества звучания полупроводниковых устройств на многие годы.

 

Единственным отступлением от идеологии усилителей мощности с ТОС в ряду моих разработок, стал цирклотрон (двухтактный мостовой силовой каскад) Lynx РЛ21, разработанный три года назад и снискавший вполне заслуженную популярность благодаря очень комфортному и музыкальному звучанию. Однако, транзисторы КП904, использующиеся в выходном каскаде этого устройства, не позволяют получить выходную мощность более 50…60Вт на нагрузке 4 Ома и, к сожалению, сняты с производства и переходят в категорию малодоступных (особенно актуально это становится с учетом того, что на каждый канал усилителя, даже без учета подбора, требуется 8 транзисторов). Кроме того, проводимая фашистскими государствами во главе с США враждебная политика в отношении России, привела к искусственному росту курсов валют и серьезному подорожанию многих импортных электронных компонентов, соответственно, повысилась и себестоимость изделий.

 

Все вышеуказанное привело к мысли о создании нового усилительного устройства, которое, не уступая по качеству звучания предыдущим моделям, допускало бы большую вариативность применяемой элементной базы и конструкторских решений. За основу нового усилителя Lynx PA72 взята хорошо зарекомендовавшая себя топология ОУ с ТОС, позволяющая создавать высоколинейные усилительные устройства с неглубокой ООС и очень высоким быстродействием. При проектировании за «исходную точку» принята схема усилителя Lynx9 и существенно переработана с целью повышения линейности, улучшения результирующего качества звучания и устранения выявленных в процессе эксплуатации недостатков. Принципиальная схема усилителя Lynx PA72 приведена на рис.1

 

Основные изменения относятся к реализации выходного каскада и каскада усиления напряжения. Выходной каскад нового усилителя выполнен на комплементарных МДП транзисторах с горизонтальной структурой. В отличие от «вертикальных» МДП транзисторов, характеризующихся очень большими и резкими изменениями крутизны и входной емкости в зависимости от напряжения затвор-исток (30… 100 раз), их «горизонтальные» собратья гораздо менее «изменчивы», а это, в свою очередь, обеспечивает как большую линейность нагрузки для предыдущего каскада, так и более высокую собственную линейность истоковых повторителей на их основе. Относительно высокое сопротивление и низкая температура точки нулевого ТКС канала таких транзисторов позволяют упростить, либо вообще исключить специальные схемы температурной стабилизации тока покоя выходного каскада и реализовать параллельное включение транзисторов (при необходимости такового) без применения выравнивающих элементов.

 

Несмотря на несколько худшую линейность передаточной характеристики и большее изменение входной емкости в рабочих условиях по сравнению с КП904, применение таких транзисторов позволяет реализовать достаточно линейные повторители с существенно более высокими рабочими напряжениями питания и обходится в выходном каскаде всего одной парой транзисторов. В настоящее время комплементарные «латеральные» МДП транзисторы производятся серийно несколькими фирмами и достаточно широко распространены.

 

Lynx_PA72-1

 

Каскад усиления напряжения выполнен по каскадной схеме, с нижним классическим полевым транзистором с изоляцией затвора рn-переходом и верхним биполярным высоковольтным транзистором. Такой каскод обеспечивает меньший уровень искажений по сравнению с полностью биполярным простым каскодом, особенно при амплитудах, близких к величине напряжения питания и более крутой спад энергии продуктов искажений с ростом номера гармоник по сравнению со следящим каскодом и каскодом со входной линеаризацией повторителем за счет отсутствия искажений, связанных с нелинейностью входного тока биполярного транзистора. Наличие местной ООС по постоянному току (резисторы смещения в истоках полевых транзисторов) определяет хорошую температурную стабильность каскада усиления напряжения и очень малое изменение его тока покоя при температурах до 60…70С.

 

Как было отмечено выше, отсутствие необходимости применения систем термостабилизации тока покоя выходного каскада существенно упрощает усилитель и позволяет обойтись всего одним потенциометром, включенным между выходами «верхнего» и «нижнего» каскодов для установки этого тока.
Входной каскад усилителя также реализован на основе биполярно-полевых каскодов, позволяющих сократить количество элементов по сравнению с полностью биполярной схемотехникой и существенно повысить собственную перегрузочную способность входного каскада (с 26 мВ для биполярного варианта до 250…1000мВ для полевого) и улучшить его работу в условиях высокочастотного «загрязнения» эфира, столь характерного для современных городских условий. Установка нулевого потенциала на выходе усилителя осуществляется регулировкой баланса токов «верхнего» и «нижнего» каскодов входной ступени с помощью потенциометра в цепи истоков.

 

Наличие местной ООС во входном каскаде заметно снижает его температурный дрейф и при соблюдении ряда несложных условий (в частности, хорошей тепловой связи между входными полевыми транзисторами) позволяет обойтись без специальной системы поддержания нуля на выходе усилителя. Дрейф нуля при прогреве усилителя от комнатной температуры до 50 С не превышает 5…15мВ. Если по каким-ю причинам даже такая величина дрейфа нежелательна, то для используемой схемотехники усилителя не представляет труда дополнить его сервосистемой на основе неинвертируюшего интегратора, как это было сделано, напр., в популярном и широко известном усилителе Lynx 17.

 

Каскодные усилители достаточно чувствительны к пульсациям питания, поэтому источники питания предварительных каскадов стабилизированы с помощью несложных компенсационных стабилизаторов с дополнительными регулирующими транзисторами. Их коэффициент стабилизации вполне достаточен для исключения влияния пульсаций питания на работу входного каскада и каскада УН. Амплитуда выходного напряжения каскодного усилителя ограничена разностью напряжения питания и напряжением на стоке ПТ, соответственно, для полного использования питания оконечным каскадом, напряжение питания каскада УН должно превышать напряжения питания выходного каскада как минимум на величину стокового напряжения, то есть на 10… 12В. В Lynx PA72 повышенное питание для входных каскадов создастся за счет дополнительных выпрямителей, работающих относительно линий питания выходного каскада и добавляющих своё выпрямленное напряжение к напряжению питания ВК.

 

Такое решение допускает использование в этих выпрямителях недорогих низковольтных конденсаторов и диодов, а также позволяет упростить и удешевить питающие трансформаторы за счет отсутствия двух высоковольтных обмоток. Все выпрямители питания выполнены на основе диодов Шоттки и снабжены дополнительными цепями гашения колебательных процессов в системе трансформатор-выпрямитель. Для защиты АС от переходных процессов при включении и выключении усилителя, а также от постоянного тока (при различных неисправностях) используется модуль защиты Lynx PR72. Кроме функции защиты АС, модуль выполняет также и функции системы «мягкого запуска», предотвращая «токовый удар» от заряда емкостей фильтров питания и намагничивания сердечника силового трансформатора при включении.

 

Принципиальная схема модуля защиты приведена на рис.2. Детектором постоянного напряжения на выходе усилителя является транзисторно-оптронная ячейка, открывающая выходные элементы оптопар при превышении постоянным напряжением на входе значения 0.9-1В любой полярности. Время и величина напряжения срабатывания определяются номиналами элементов входного фильтра, и выбраны таким образом, чтобы обеспечить защит)-‘ АС от частот ниже 0.5… 1 Гц и исключить срабатывание зашиты при наличии составляющих с частотами 10…20 Гц большой амплитуды. Выходные транзисторы оптопар датчиков постоянного напряжения на выходах усилителей мощности управляю! величиной опорного напряжения компараторов реле времени, которые осуществляют задержку подключения АС к выходам усилителей после подачи питания. Такой способ управления защитными реле, позволяет избежать разряда времязадающего конденсатора и повторения цикла подключения нагрузки после исчезновения условий срабатывания защиты.

 

Lynx_PA72-2

 

Канал контроля наличия питающих напряжений усилителя также выполнен с применением он -фонов, выходные элементы которых управляю! транзисторными ключами, подающими напряжение питания на обмотки защитных реле. При отсутствии какого-либо напряжения питания усилителя, обмотка защитного реле соответствующего канала всегда будет обесточена. Система ограничения импульса тока питающей сети при включении питания усилителя выполнена на основе электромагнитных реле с высоковольтными обмотками и реле времени. Включение питания осуществляется путем подачи сетевого напряжения на обмотку первого реле, контактная группа которого подключает силовой трансформатор питаемого усилителя через балластные резисторы. Через 2-5 секунд реле времени подключает к сети обмотку второго силового реле, контакты которого шунтируют балластные резисторы. Одновременно с этим подается питание и на устройства управления реле защиты АС.

 

В устройстве предусмотрена возможность управления защитными реле и с помощью внешнего дополнительного переключателя при необходимости ручного отключения акустики. Наличие гальванической развязки датчиков постоянных напряжений на выходах УМ и напряжений питания от схемы управления защитой позволяет исключить возможность образования «земляных петель» общих проводов каналов усилителя на плате защиты и, соответственно, устранить возможные проблемы с паводками.

 

Вид собранной платы усилителя мощности Lynx PA72 с выходными транзисторами BUZ901/BUZ906 приведен на рис.3:

Amp_-Lynx_PA72-2

 

Вид собранной платы усилителя мощности Lynx PA72 с выходной транзисторной сборкой ALF08NP16V5 приведен на рис.4:

Amp_-Lynx_PA72-3

 

Вид собранной платы модуля зашиты Lynx PR72 приведен на рис.5:

Amp_-Lynx_PA72-4

 

Схемотехника и конструкция усилителя Lynx PA72 допускает большую вариативность применяемых электронных компонентов. В усилителе мощности в каскодах возможно применение транзисторов типов 2SK170/2SJ74. 2SK330/2SJ105, 2SK364/2SJ104, 2SK366/2SJ107,2SK370/2SJ108,2П303Д/2П103Д, КПЗОЗД/КПЮЗМ. Применение двух последних пар из перечисленных требует некоторого изменения номиналов резисторов в цепях истоков и нагрузки первых каскодов, по при этом увеличивает перегрузочную способность и устойчивость у ВЧ-помехам, а также немного снижает собственные искажения и общее усиление. Биполярные транзисторы в каскодах допустимо применять любых типов соответствующей структуры с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее 50В для входного каскада и 100В для второго и допустимой мощностью рассеяния на коллекторе не менее 0.3.. .0.5 Вт.

 

Желательно, чтобы «бета» этих транзисторов была не менее 80… 100, а ее зависимость от тока коллектора по возможности минимальной. В эмиттерном повторителе также допустимо использование разнообразных транзисторов с минимальной зависимостью «беты» от тока коллектора до 15.. .20мА и напряжением коллектор-эмиттер не менее 100В. В частности, хорошо работают 2SC3423/2SA1360, MJE350/MJE340, КТ940А/КТ9115А, а также транзисторы со статической индукцией КП959, КП960. В выходном каскаде возможно применение приборов BUZ900D/BUZ905D (Magnatec), EC20N16/EC20P16 (Kxicon), EC10N16/EC10P16 (Exicon), ALF16N16/ALFI6PI6 (Scmciab), ALF08N16/ALF08P16 (Scmclab), a также комплементарные однокорпусные пары ALF08NP16V5 и MAG90X95. Несколько хуже, но также вполне возможно применение пар 2SK134/2SJ49 и 2SK1058/2SJ162.

 

Типы регулирующих транзисторов и транзисторов ГСТ в стабилизаторах питания входных каскадов не принципиальны. Диоды выпрямителей могу быть самых различных типов российского и импортного производства. В качестве мощных выпрямительных диодов хорошо работают КД271, КД272, КД273, MBR10100, MBR20100 и другие аналогичные приборы. Основная часть резисторов — металлопленочные поверхностного монтажа, типоразмера 1206 или MiniMELF0204. Конденсаторы блокировки питаний и коррекции ЛЧХ усилителя -полипропиленовые металлизированные и полипропиленовые фольговые соответственно (напр., Rifa PHE426 и Wima FKP2). Электролитические конденсаторы — Panasonic серий НС (фильтры выпрямителей) и FC7FK/FM — остальные. Потенциометры балансировки и установки тока покоя выходного каскада — PV36W (Murata) или 3296W (Bourns). Катушка индуктивности L1 -10… 12 витков изолированного провода диаметром 1… 1.5мм. Диаметр намотки 12… 15мм.

 

В устройстве защиты возможно применение различных типов реле, аналогичных указанным с соответствующим рабочим напряжением обмотки, в частности, серии RT314 и RT114 (ТЕ Connectivity) и HF115 (Hongfa) для коммутации сетевого питания и нагрузки усилителей мощности. Следует обращать внимание на материал контактов — у реле, работающих в цепи звукового сигнала контактные группы должны быть металлическими, для реле коммутации сетевого питания допустимы контактные группы на основе проводящих оксидов. Оптроны гальванических развязок могут быть практически любых типов, плата рассчитана на установку одиночных, сдвоенных и счетверенных приборов. Все резисторы, кроме R31 и R34, а также балластных — типоразмера 1206. Электролитические конденсаторы -любых типов. С! и С2 — неполярные электролитические, либо многослойные керамические емкостью Ю…5()мкФ (при изменении емкости следует соответствующим образом изменить и величину резисторов входных ФНЧ R1 и R2) на любое рабочее напряжение. Транзисторы могут быть любых типов соответствующей структуры и параметров. Компараторы любые из LM11I/211/311 или 521САЗ.

 

Прослушивание данного усилителя (источник — ЦАП Lynx D70A, Lynx D48V4 предварительный усилитель — Lynx P71, АС — Dynaudio Contour 1.3 и Focal Stella Utopia) позволяет определить характер звучания Lynx PA72, как спокойный, ровный, с великолепной динамикой и разрешением. Усилитель создает исключительно естественные музыкальные образы, звуковая сцена широкая и глубокая, причем достаточно слабо зависит от типа применяемых АС. Но самое главное заключается в том, что музыку с помощью этого усилителя можно слушать очень и очень долго без малейшего напряжения и усталости. Бывали дни, когда, включив систему рано утром и задав плейлист на сутки, просто забывал о ее существовании, настолько ровно и гармонично воспроизводимая музыка вписывается в естественное звуковое окружение.

 

Основные характеристики:

Amp_-Lynx_PA72-5

 

Rambler's Top100 Яндекс.Метрика