ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ "ШТОРМ"

ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ

     Схемотехника транзисторных усилителей мощности по сути своей разжована уже давно и полностью, поскольку транзистору как таковому не один десяток лет. Тем не менее появление более качественной комплектации не дает покоя схемотехникам и разработчикам - как поведет себя давно известный усилитель на новой элементной базе, что можно еще сделать, чтобы старые схемотехнические решения запели по новому.
   Вот и мы поддались соблазну взяв что то, всем до боли известное, что то уже разжованное, чтобы попробовать вдохнуть вторую жизнь. Хотелось попробовать на чем то действительно стоящем, хорошем и первой задачей было - не испортить то, что уже есть.
   Долго наблюдая за развитием тем профессиональных высококачественных усилителей мощности на "Немного звукотехнике" и "Паяльнике" мы свой выбор остановили на усилителе В.Перепелкина (WP) - симметричная схемотехника, наличие защиты от перегрузки, хороший, приятный звук, приличная выходная мощность.

Рисунок 1 Усилитель напряжения одного из высококачественных усилителей мощности В.Перепелкина
УВЕЛИЧИТЬ


Рисунок 2 Принципиальная схема усилителя построенного на базе усилителя напряжения В.Перепелкина.
ВЕРСИЯ 1 (V1)       УВЕЛИЧИТЬ

   Изучив досканально один из вариантов усилителя, предлагаемого В.Перепелкиным было решено за костяк схемы взять именно этот усилитель напряжения (рисунок 1), а вот силовую часть решили оставить традиционной.
   Почему? Об этом несколько позже...
   В результате получился довольно не плохой усилитель мощности, способный в классе АВ развить на нагрузке 4 Ома до 900 Вт и при этом сохранить свое превосходное звучание. Чертеж принципиальной схемы показан на рисунке 3 (для нагрузки 4 Ома необходимо использовать 4 пары оконечных транзисторов).
   Однако тут же и выявилось слабое место усилителя - приходится подбирать некоторые резисторы, чтобы выставить на выходе усилителя максимально близкое к нулю значение постоянного напряжения. Для решения этой проблемы в усилитель был введен интегратор напряжения, который довольно надежно следит на "нулем" не выходе усилителя.
   Вторым, не очень приятным моментом оказался тот факт, что при использовании большого диапазона питающих напряжений (минимальная мощность 300 Вт, максимальная - 900 Вт) ток пококя последнего каскада усилителя напряжения меняется в двольно широких пределах, а от этой велечины довольно сильно зависит уровень THD всего усилителя.
   Было принято решение ввести дополнительную регулировку, позволяющую, в зависимости от величины напряжения питания, устанавливать ток покоя последненого каскада усилителя напряжения в пределах 15...20 мА, что является оптимальным для большинства используемых в звукотехнике транзисторов.
   Как известно, уровень THD усилителя мощности так же зависит от способности отдавать мгновенные управляющие токи в последние силовые каскады. Поэтому было решено резисторы в эмиттерах последнего каскада усилителя напряжения шунтировать конденсаторами большой емкости. Это не нарушит режимов работы транзисторов по постоянному току, но увеличит динамические возможности по переменному. По поводу этих конденсаторов сразу имеет смысл оговорится - необходимо исользовать конденсаторы с минимальным ESR, которые позиционируются, как компьютерные или высокочастотные (серии WL или WZ). С обычными элеткролитами возникает подвозбуд на мощностях выше 2/3 от максимальной и при максимальной мощности амплитуда подвозбуда уже достигает половины амплитуды сигнала.
   Кроме этого дополнительное повышение уровня THD вызывает тот факт, что управляя предпоследним каскадом (VT13, VT14) ток протекающий через транзисторы усилителя напряжения (VT9, VT10) меняется довольно в широких пределах.
   Уменьшить изменение тока можно воспользовавшись плвающим питанием самого усилителя напряжения, которое будет меняться в зависимости от уровня выходного сигнала.
   В результате всех этих модернизаций была получена схема усилителя, который лишен некоторых недостатков усилителя-оригинала (рисунок 3).

Рисунок 3 Принципиальная схема усилителя мощности после всех внесенных изменений.
ВЕРСИЯ 2 (V2)       УВЕЛИЧИТЬ

   Однако остался еще один способ несколько уменьшить уровень THD - уменьшить нагрузку на сам усилитель напряжения. Для этого достаточно заменить транзисторы предпоследнего каскада на полевики, для управления которыми большие токи не нужны. Так появилась еще одна версия усилителя, приведенная на рисунке 4.

Рисунок 4 Принципиальная схема модернизированного усилителя мощности с иcпользованием полевиков в предпоследнем каскаде.
ВЕРСИЯ 3 (V3)       УВЕЛИЧИТЬ

   Чтож собственно получилось по характеристикам после всех этих стараний? Результаты сведены в таблицу 1.

ТАБЛИЦА 1
ПАРАМЕТР	МОДИФИКАЦИЯ УСИЛИТЕЛЯ
	V1	V2	V3
Напряжение питания	±75В	±75В	±75В
Сопротивление нагрузки	4 Ома	4 Ома	4 Ома
Собственный коф усиления	36 дБ	36 дБ	36 дБ
Не равномерность АЧХ в диапазоне 20...20000 Гц	0,6 дБ	0,5 дБ	0,5 дБ
Амплитудное значение выходного напряжения в состоянии киплинга (мощность при 1% THD)	65В (528Вт)	67,5В (570Вт)	67,5В (570Вт)
THD при выходной мощности равной 90% от максимальной	0,1 %	0,0014 %	0,0006 %
THD при выходной мощности равной 50% от максимальной	0,05 %	0,00065 %	0,0005 %

   Тут следует сразу оговориться - уровень THD, приведенный в таблице расчитан при помощи симмулятора, поскольку имеющийся у нас в наличии измиритель искажений не позволяет производить замеры с параметрами менее 0,01%. Тем не менее выводы можно делать - V1 был проверен в реале и уровень THD при мощности 90 % от максимальной составил 0,24%, а при 50% мощности - 0,11%. Что собственно и следовало ожидать - использование реальных компонентов + монтаж не могли не внести изменения в данные параметры. Как видно из результатов замеров уровень THD увеличился примерно 2,2 раза от расчетных. Если увеличение даже СИЛЬНО округлить в плюсовую сторону до 4-х раз, то примерный уровень THD для V2 будет равен 0,005% при 90% мощности и 0,0026% при 50%. Для версии V3 расчитаем по тем же формулам и получим 0,0024% при 90% мощности и 0,002% при 50%.

ФИНАЛЬНАЯ ВЕРСИЯ

   Параметры получившегося усилителя позволяют смело отнести его к действительно высококачественым, даже используя комплектацию средней ценовой категории. При использовании компонентов элит класса эта схемотехника позволяет получить реально услитель НАЙ-ЭНД класса, но это уже на Ваше усмотрение. Мы же предлагаем на продажу Hi-Fi с теми элементами, которые указаны на принципиальной схеме усилителя - TL071, в качестве операционных усилителей, пленочные конденсаторы типа К73-17 и электролиты JAMICON.
   При разработке печатной платы было приложено не мало усилий для того, чтобы плата получилась такой же универсальной как и сам усилитель, т.е. плату можно без координальных изменений сделать и на одну пару оконечных транзисторов для получения 150 Вт на нагрузке 4 Ома и на 6 пар для получения 900 Вт на нагрузке 4 Ома. Таким образом и была поучена печатная плата, приведенная на рисунке 5 (ЧЕРТЕЖ ПЛАТЫ В ФОРМАТЕ LAY), на рисунке 6 - расположение деталей (на плате так же приведены возможные замены элементов). Однако на плате оставалось свободное место, которе решили заполнить индикатором сработки зищиты от перегрузки и ввести индикатор выходной мощности (5 уровней логарифмической шкалы). Таким образом финальная схема усилителя приобрела вид, приведенный на рисунке 7.

Рисунок 5 Чертеж печатной платы финальной версии высококачественного усилителя мощности
При открытии рисунка и сохранении у себя на компьтере рисунок получается в масштабе 1:1 и его достаточно просто распечатать, поскольку чертеж приведен со стороны деталей - зеркалить для лазерного утюга не нужно


Рисунок 6 Расположение деталей на печатной плате усилителя мощности
Для распечатки лучше взять архив с двумя чертежами, которые после распечатки необходиом склеить


Рисунок 7 Чертеж принципиальной схемы финальной версии высококачественного усилителя мощности
УВЕЛИЧИТЬ

   Необходимо сказать несколько слов и о защите от перегрузки. Защита выполнена на аналоге тиристора. Другими словами при выходе из штатного режима сработки сигнал на выходе усилителя не будет ограничиваться плавно по амплитуде сохраняя допустимый ток через оконечные транзисторы, а будет ограничиваться ступенчато до величины не позволяющей сильно нагреваться оконечным транзисторам (рисунок 8), что приводит к заметным на слух искажениям (это заставит обратить внимание) и полностью разгружает оконечный каскад.

Рисунок 8 Форма выходного сигнала усилителя в нормальном режиме и в режиме перегрузки
(параллельго акустике подключено активное сопротивление 15 Ом)

    Теперь собственно пара слов о названии... ШТОРМ... Название не случайно - эта схемотехника после некоторой доработки позволяет получить усилители мощности с незначительным ухудшением параметров, мощности на нагрузке 4 Ома вплоть до 2 кВт, причем базовая печатная плата остается без иземений, - к ней подключается дополнительный модуль, позволяющий работать данному усилителю в режиме G или H с двухуровневым питанием. Правда кое какие номиналы надо будет изменить.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНО
ПРИ ПОКУПКЕ ЧИТАТЬ ОБЯЗАТЕЛЬНО!

   Усилитель сам по себе довольно сложный, поэтому вопросов по нему будет достаточно много, если уж по Ланзару на Паяльнике уже ОГРОМНАЯ ветка образовалась.
   Поэтому перед тем как мчаться в магазин за покупкой не дешевых деталюшек следует подумать - а хватит ли ума запустить этот усилитель.
   Про кое какие "грабли" будет расказанно ниже, но учесть все просто не возможно.
   Перед первым включением необходимо установить подстроечные резисторы в следующие положения: R2 - максимальное, R9 - минимальное, R31 - максимальное, R65 - минимальное (рисунок 7). Вход усилителя необходимо закоротить на общий.
   Монтаж транзисторов VT9-VT14 производится с стороны дорожек таким образом, чтобы выводы имели максимальную длину. После монтажа транзисторов в плату к их корпусам приклеивается двухсторонний скотч, к транзистормам в корпусе ТО-220 сложенный в четверо, а к транзисторам в корпусе ТО-126 - сложенный в 8 раз (рисунок 9).

Рисунок 9 Способ монтажа некоторых транзисторов усилителя мощности.

   Первое включениенеобходимо производить с модернизированным источником питания, т.е. перед диодным мостом необходимо установить токоограничивающие двух ватные резисторы (рисунок 10) и сопротивлением 330...360 Ом, которые могли бы шунтироваться двухконтактыным переключателем или тумблером. При первом включении контакты тумблера должны быть разомкнуты. При указанных положениях подстроечныых резисторов ток покоя усилителя напряжения и оконечных каскадов минимально возможный, поэтому усилитель потребляет минимальный ток и падение на токоограничивающих резисторах блока питания минимально.

Рисунок 10 Необходимые измения источника питания перед первым включением усилителя.

   Если же в монтаже имеются какие либо ошибки или же попались не оригинальные детали с "неправильными" параметрами основной "токовый" удар придется именно на резисторы блока питания и выхода из строя оконечных транзисторов не произойдет. Однако стоит заметить, что в случае полного открытия обоих плеч оконечников или наличия "сопли" в монтаже приведет к быстрому и сильному нагреванию токоограничивающих резисторов. Таким образомдиазностику напряжений после включения следует производить максимально быстро, т.е. сразу после включения следует проверить наличие и величину напряжений положительного и отрицательного плеч, а затем проверить уровень постоянного напряжения на выходе самого усилителя. Напряжение питания должно быть несколько меньше напряжения холостого хода, т.е. без нагрузки, а на выходе усилителя должен быть НОЛЬ относительно ОБЩЕГО провода.
   Не стоит забывать, что при проверке напряжения холостого хода источника питания емкости фильтров питания будут заряжены до номинального значения и даже после выключения трансформатора кондесаторы могут сохранять полученный потенциал в течении нескольких суток. Подключение усилителя с заряженными конденсаторами может вывести его из строя. Поэтому перед подключением усилителя следует разрядить эти конденсаторы резситором мощностью не менее 2-х Вт и сопротивлением не менее 47 Ом.
   Если после включения напряжении питания усилителя соответствует примерному напряжению источника питания на холостом ходу, а на ножках питания операционных усилителей напряжение равно плюс 15 и минус 15 вольт, то можно приступить к первичной регулровке.
   Вращая движок резистора R9 добиваются напряжения на резисторе R32 (R33) велечины 0,2...0,3 В. Как только это сделанно на вход усилителя можно подать напряжение от источника звукового сигнала, а на выход усилителя можно подключить нагрузку, состоящую из последовательно соединенных проволочного резистора сопротивлением не менее 10 Ом и акустической системы.
   При увеличении входного сигнала должен появиться звук, правда с искажениями. Если же ток покоя последнего каскада усилителя напряжения (транзисторы VT9, VT10) минимален, то звука как такового не будет.
   По мере увеличения тока покой последнего каскада усилителя напряжения напряжение питания начнет "просаживаться", за счет падения напряжения на токоограничивающих резисторах.
   Далее вращая движок резистора R9 необходимо добиться напряжения на резисторе R32 (R33) велечины 0,4...0,5 В, но не более 0,63 В. Во время регулировки возможно появления в акустической системе некоторых призвуков - пока усилитель не войдет в рабочие режимы он может возбуждаться.
   После установки тока покоя последнего каскада усилителя напряжения необходимо тумблером зашунтировать токоограничивающие резисторы блока питания и еще разу убедиться, что велеличина на резисторах R32 (R33) не превышает 0,6 В.
   Далее необходимо отрегулировать ток покоя оконечных транзисторов вращая движок подстроечного резистора R31. Вращать движок следует до установки на любом из резисторов эмиттеров оконечных транзисторов напряжения величины равной 0,015...0,022 В, при использовании этих резисторов величиной в 0,33 Ома, что будет соответсвовать току покоя 44...66 мА, что вполне достаточно для входа оконечных транзисторов в линейный режим и отсутствия искажений типа "ступенька".
   Разумеется, что регулировку тока покоя последнего каскада усилителя напряжения и оконечных транзисторов необходимо производить при отсутствии входного сигнала.
   Пожалуй следует сказть несколько слов об этих самых эмиттерных резисторах оконечного каскада данного усилителя и усилителй вообоще. Для начала предлагается таблица, по которой можно определить какой ток протекает через эмиттерные резисторы исходя из показаний милливольтметра, он и будет соответствовать току покоя оконечного каскада . Версию для печати этой таблицы, впрочем как и много других вкусностей можно взять тут.

НАПРЯЖЕНИЕ НА ВЫВОДАХ РЕЗИСТОРА, В	СЛИШКОМ МАЛЕНЬКИЙ ТОК ПОКОЯ, ВОЗМОЖНЫ ИСКАЖЕНИЯ "СТУПЕНЬКА", НОРМАЛЬНЫЙ ТОК ПОКОЯ, ВЕЛИКОВАТ ТОК ПОКОЯ - ЛИШНИЙ НАГРЕВ, ЕСЛИ ЭТО НЕ ПОПЫТКА СОЗДАТЬ КЛАСС "А", ТО ЭТО АВАРИЙНЫЙ ТОК.
	ТОК ПОКОЯ ОДНОЙ ПАРЫ ОКОНЕЧНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ, мА
	0,22 Ома	0,33 Ома	0,47 Ом
0,001	5	3	2
0,0025	11	8	5
0,005	23	15	10
0,01	45	30	21
0,015	68	45	32
0,02	91	60	43
0,025	114	75	53
0,03	136	91	64
0,035	159	106	74
0,04	182	121	85
0,045	205	136	95
0,05	227	152	106
0,1	0,45 А	0,3 А	0,2 А
0,2	0,91 А	0,6 А	0,4 А

   Эти резисторы предназначены для компенсации разброса параметров транзисторо, поскольку транзисторы включены параллельно, то и параметры транзисторов должны быть максимально приблежонными. Однако подбирать транзисторы по коф усиления занятие ОЧЕНЬ не благодарное, тем более завод-изготовитель гарантирует разброс параметров между транзисторами одной партии не боле 2%, что вполне достаточно, поскольку остальное сделают эти самые "компенсационные" резисторы". Номиналя этих резисторов обычно распологают в диапазоне 0,2...0,5 Ома. Чем больше номинал - тем лучше они выполняют роль компинасаторов, однако за счет падения напряждения на этих резисторах уменьшается финальный КПД усилителя как такового. С другой стороны протекающий через эти резисторы ток создает падение напряжения на них и исходя из величины этого напряжения можно судить о нагружености транзисторов, следовательно и организовать защиту от перегрузки. При большом количестве оконечных транзисторов напряжение на этих резисторах суммируется и становиться достаточным для устойчивой работы защиты от перегрузки. При построении усилителя с одной парой оконечных транзисторов тут уже лучше пожертвовать КПЛ и использовать резисторы на 0,47 Ом, поскольку на более малых номиналах остающегося на резистрах напряжения может быть недостаточно для устойчивой работы защиты.
   После всех регулировок к выходу усилителя можно подключать нагрузку и проверить как он звучит во всем диапазоне мощностей и произвести регулировку порога срабатывания защиты от перегрузки. Для этого на уже закрепленный на теплоотвод усилитель подают входное напряжение с уровнем обеспечивающим максимальное не искаженное выходное напряжение с подключенной акустической системой. Затем параллельно акустической системе подключают активное сопротивление 6-8 Ом (изоготовить такое лучше из нихромовой спирали для бытовых электрических печек мощность 2 кВт) и вращая движок R65 добиваются загорания светодиода VD19. Если активное сопротивление убирать, то VD19 не должен даже подмаргивать.
   Номиналы резисторов R66 и R67 могут меняться в зависимости от требуемой выходной мощности и используемых в эмиттерах оконечных транзисторов резисторов (0,22...0,47 Ом), поэтому на поставляемых нами платах запаяны пины от цанговых разъемов для микросхем (рисунок 11).
   Ну и наконец последняя регулировка - регулировка индикатора уровня. Для его регулировки необходимо получить на выходе усилителя максимального не искажонного сигнала (на слух искажения при макисмальных уровнях становяться заметны лишь при велечине более 5%). При этой величине выходного сигнала вращением движка резистора R81 добиваются устойчивого "моргания" VD24, что и будет соответствовать максимальному выходному сигналу. При эксплуатации уровень мощности не следует устанавливать выше редкого подмигивания VD24 - громче уже не будет, а не заметные на слух искажения лишь будут утомлять слушателей.
   На этом регулировку можно считать законченой.

ВНЕШНИЙ ВИД УСИЛИТЕЛЯ

  
   Площадь радиатора для данного усилителя зависит от выходной мощности, какая именно мы, к сожалению сказать не можем - мы пользуемся принудительными система охлаждения с регулируемой производительностью вентиляторов.
   
     Все чаще и чаще приходят письма с вопросом "Какой усилитель лучше: Шторм или ВП?" Откровенно говоря лоб в лоб до сих пор их не сравнивали - не было в том необходимости, поскольку появление Шторма было вызвано желанием выставить на продажу универсального высококачественного модуля усилителя мощности ЗЧ, имеющего возможность без серьезных схемотехнических изменений большой диапазон выходных мощностей - от 100 до 2000 Вт.
     Кроме этого на форумах началось обсуждение данного девайса и мнения разделились. Кто то обвиняет в клонировании, кто то утверждает, что это вообще шушара...
     Откровенно говоря мы довольны тем, что данный усилитель вызвал споры, однако иногда они переходят в оскорбления, поэтому оставить данный факт без внимания было бы не справедливо.
     Итак, начнем по порядку.
     Первый раз это мелькнуло в сентябре 2006 года на Вегалабе. Схему выложил один из ее авторов и чтобы не вызвать гром и молнии в свой адрес преподнес ее как чужую.

УВЕЛИЧИТЬ

     Первым ЭТО оценил сам автор усилителя WP, т.е. В.Перепелкин:

     Конечно же это было существенное замечание, следующее замечание тоже навело на размышления:

     Хорошо... Далее было несколько вариантов защиты, но везде выявлялись недостатки. Прошу обратить внимание - недостатки ПО ЗАЩИТЕ и ни слова по схемотехнике усилителя - ни плавающее питание УНа, ни что то другое нареканий не вызвало.
     Далее тема на Веге заглохла, но работы по доведению защиты продолжались и в итоге был установлен транзисторный аналог тиристора в оба плеча. Так же были введены цепочки термостабилизации тока покоя УНа и после нескольких экспериментов появился регулятор этого самого тока.
     Далее уже практически чистовик снова был оценен WP, но уже на форуме Паяльника и появился следующий комент:

     Разумеется, что подобное высказывание навело на размышление и дабы не блукать в потемках был задан вопрос и был получен ответ:

     Опять не нравится защита, но она работает. конечно же свертяжелые дифузоры на усилителе непроверялись - ну нету, однако на всем, что было срабатывает все довольно устойчиво, без вылетов оконечников. Далее по теме идет ОЧЕНЬ хорошее объяснение по выходным мощностям:

     Единственно, что не понравилось, так это провалы по питанию в 25% и это преподносится как НОРМА. Впрочем - на вкус и цвет... Тема в которой это было изложено.
     Ну далее на Паяльнике появилась своя ветка по этому усилителю и вот тут уже пошли улыбочные картинки. Первая весьма приятная:

     Далее комент из категории "из бани в прорубь":

     Ну чтож... Посмотрим что есть на самом деле. Для чистоты эксперимента возмем Шторм с двухуровневым питанием ±70 В и ±140В и посмотрим за что морду бить то собрались.

УВЕЛИЧИТЬ

     Включаем расчет по постояннму напряжению и видим следующую картину:

     Питание УНа ±140В, но после резисторов R37, R46 уже +110, а после R38, R47 - -110В. Возможно, что ни где не упоминалось, что данные резисторы следует изменять при изменении напряжения питания, однако данная схема не для новичков и конечно же хорошо, что написавший приведенное выше сообщение заметил это, но вот схемотехнику он так и не довел до своего понимания. Отсюда и довольно высокомерные заявления. Для окончательной постановки точки с вопросом питания УНа посмотрим что происходит при подаче звукового сигнала:

     Как видно из диаграмм напряжений напряжение между эмиттерами транзисторов выходного каскада УНа сохраняется, следовательно выхода за пределы рабочего напряжения для пары 2SA1837-2SC4793 не происходит.
     Видимо усилитель явно не нравится и появляется следующее сообщение:

     Ну а зачем мирится с потерей пары вольт, если плавающее питание кроме увеличения КПД ведет к уменьшению изменения протекающего через последний каскад тока при подаче звукового сигнала, и как следствие - к весьма ощутимому снижению уровня THD, к тому самому эффекту, за которым гоняются поклоники класса А - ток в последнем каскаде УНа меняется незначительно во всем диапазоне выходных мощностей. Ладно, проверим ограничение выходного тока УНа, для начала приведем еще пару коментов:

     Ну это уже не серьезно - ВЕРЮ - НЕ ВЕРЮ... Ладно, проверяем сами.
     Для начала добьемся перегрузки и посмотрим что на выходе усилителя мощности:

     Первую полуволну усилитель "пропускает", но тут надо давать поправку на то, что отсчет идет с момента подачит питания, т.е. сказываются переходные процессы в усилителе. Последующие полуволны синусоиды "обрываются", как только достигается порог срабатывания и выходной сигнал резко уменьшает свою амплитуду.
     Смотрим что происходит в последнем каскаде усилителя напряжения, котрому пророчат смерть от сверхтоков. Для этого увеличваем время расчетов в 10 раз и измеряем падение напряжение на эмиттерном резисторе последнего каскада УНа:

     На резисторе 33 Ома падает 2,25 В. Согласно закону Ома мы получае ток всего 68,2 мА, что однозначно укладывается в ОБР транзистора 2SA1837. Для очистки совести смотрим, что просиходит с током через оконечные транзисторы:

     На резистора 0,22 Ома падает 1,6 В, т.е. протекает ток в 7,3 А, так что криминала тоже не наблюдается.
     Однако с аналогом тиристора решили не заморачиваться и "слизали" защиту с Линкса. Хоть и говорят, что это защита для бытовых усилителей, тем не менее она надежна, устойчива и наглядна.

высококачественные усилители мощности усилители высокой мощности симметричные усилители мощности

          Ну а теперь рассмотрим более подробно схемотехнику оргинала - усилителя мощности WP и Шторма.

     Как базовые принципиальные схемы были взяты две схемотехники - усилители мощности В. Перепелкина, известного в интернете под ником WP и схемотехника усилителей серии RMX.
     Усилители RMX конечно же имеют более простую схемотехнику, но получить необходиму универсальность не удалось - схемотехника не позволяет разработать универсальную печатную плату. А вот с усилителем WP дело обстояло намного проще - отдельный узел усилителя напряжения и отдельный узел уситилеля тока был вполне многообещаюм, тем болле, что усилитель тока не требовал установки на нем конденсаторов фильтров питания, в отличии от RMX.
     Принципиальная схема усилителя мощности WP приведена на рисунке 1 (последняя модификация известная под именем WP-2006).

Рисунок 1 Принципиальная схема усилителя мощности WP-2006 УВЕЛИЧИТЬ

     В качестве конкурента на рисунке 2 приведен усилитель мошности ШТРОМ-300 - его последняя модификация с измененной защитой от перегрузки, используемой в усилителях LYNX.

Рисунок 2 Принципиальная схема усилителя мощности ШТОРМ 300 УВЕЛИЧИТЬ

     На первый взгляд схемотехника довольо сильно похожа, но при более подробном рассмотрении становится ясно, что это только на первый взгляд. Нет, координальных изменений не произошло - все тот же дифкаскад на входе, за ним какад с общей базой, эмиттерный повторитель и каскад с общим эмиттером. Но...
     Изначально подобная схемотехника обеспечивает ОЧЕНЬ низкие искажения и даже повторив схему ВП 2006 в металле объективно мы не сможем судить об уровне искажений, поскольку имеющийся в наличии измеритель искажений имеет нижний предел 0,01 %. Покупать более точный прибор нет необходимости - все что меньше этого значения на слух из нас никто не отличает, аудиофилов настоящих тоже найти не удалось, да и для тестирования необходимо специальное помещение и совсем не дешовые акустические системы. Именно поэтому мы не стали сильно заморачиваться и в качестве элементной базы используются компоненты средней ценовой категории, а на усилитель повесили ярлык HI-FI. Если же у кого есть желание довести его до уровня HI-AND мы возражать не будем - топология печатной платы выполнена по все законам этого жанра.
     Ну а для того, чтобы хоть как то сравнить эти усилители мы предлагаем вашему вниманию результаты моделирования обоих усилителей с МИКРОКАП. В результате получились две схемы:
                - на рисунке 3 - принципиальная схема усилителя мощности ВП-2006
                - на рисунке 4 - принципиальная схема усилителя мощности Шторм

Рисунок 3 Принципиальная схема смодулированного усилителя мощности ВП 2006 УВЕЛИЧИТЬ


Рисунок 4 Принципиальная схема смодулированного усилителя мощности ШТОРМ УВЕЛИЧИТЬ

     Следует оговориться, что модели были созданы с использованием четырех пар оконечного каскада для дальнейших экспериментов.
     Следует обратить внимание на то, что в обоих схемах использовалась одна элементная база, так сказать для чистоты эксперимента в обоих схемах установлен буферный усилитель на ОУ с одинаковым коф усиления, а так же одинаковой схемой включения.. Далее выставляем токи покоя и сравнимаем получившиеся постоянные напряжения на выходе усилителей - рисунок 5.

Рисунок 5 Постоянное напряжение на выходе усилителей мощности.

     Разумеется, что величина на выходе усилителя мощности в 0,08 В приемлена, однако используемый в Шторме интегратор эту велечину свел до уровня 0,007 В, что практически в 11 раз меньше.
     Дальше сравним их по термостабильности, а именно на транзисторах усилителя напряжения температуру зафиксируем на уровне 30°С, кроме последнего каскада УНа, который сам по себе греется - ему поставим температуру в 50°С и произведем расчет тока покоя при температуре оконечного каскада для в 30°С. Получается почти похожием параметры, а именно показанные на рисунке 6.

Рисунок 6 Ток покоя при температуре транзисторов 30°С.

     Однако при работе радиаторы усилителя мощности однозначно греются и достижение температуры транзисторов 60°С вплоне реально. Проверим как измениться ток покоя оконечного каскада усилителей при температуре 60°С - рисунок 7.

Рисунок 7 Ток покоя при температуре транзисторов 60°С.

     У Шторма ток покоя увеличился практически в 2 раза - не очень хорошо, но вполне приемлемо - обычно все гораздо хуже. У ВП 2006 ток покоя с прогревом повысился 4,7 раза.
     Далее следует проверить на КПД, т.е. на сколько близко может быть максимальное выходное напряжение к напряжению питания. Для этого увеличим входно напряжение до 1,5 В и посмотрим при скольки вольтах выходного напряжение наступает ограничение амплитуды - рисунок 8.

Рисунок 8 Ограничение выходного напряжения напряжением питания, синяя линия - WP-2006, красная - Шторм.

     Как видно из рисунка за счет реализации вольтодобавки в усилителе тока у усилителя ВП максимальная амплитуда выходного сигнала больше, но всего на 0,5...0,6 В.
     Ну и наконец параметры на которые обращает внимание большинство - искажения. Для начала "обмеряем" усилитель ВП-2006:

Рисунок 9 Искажения усилителя мощности ВП-2006

     Данные графики были получены при входном напряжении 1 В и температуре оконечников 25 °С. Как видно усилитель обеспечивает вполне достойные искажения и уверенно может занять место в разряде HI-FI. При тех же условиях был "обмерян" усилитель Шторм, результаты замеров представлены на рисунке 10:

Рисунок 10 Искажения усилителя мощности Шторм

     Для тех кто не работал с МИКРОКАП - значение 1,500 m означает, что это миллипроценты, т.е. это 0,0015%. По сути у усилителя Шторм искажения в 3 раза меньше чем у усилителя ВП-2006, но и это не предел, поскольку в усилителе используется класическая схема усилителя тока, то каскадом после усилителя напряжения можно использовать полевики, например IRF640-IRF9640. Правда при их использовании появляются некоторые "грабли" - выставить ток покоя надо изначально несколько больший чем необходимо и сделать это надо подстроечным резистором меньшего номинала, поскольку в данном случае у усилителя получается отрицательная термостабильность - при установке транзисторов предпоследнего и последнего каскадов на один радаитор с прогревом ток покоя уменьшается до нуля. Поэтому предпоследний каскад лучше поставить на отдельные радиаторы и регулировку тока покоя производить на "прогретом" усилителе. Ну а стоит ли эта модификация таких сложностей уже решать персонально - на рисунке 11 "замеры" усилителя мощности ШТОРМ - М с использованием полевых транзисторов в предпоследнем каскаде:

Рисунок 11 Искажения усилителя мощности Шторм - М с полевыми транзисторами в предпоследнем каскаде.

     Для тех кто не работал с МИКРОКАП - значение 300,00 u означает, что это микропроценты, т.е. это 0,0003 %. Другими словами это в 20 (!) раз меньше чем у усилителя ВП-2006.
     Если же говорить откровенно, то схемотехника усилителей такова, что напрямую зависит от качества используемой комплектации и на базе любого из этих усилителей можно получить высококачественный усилитель мощности для дома, поскольку использование в быту усилителей выше 200 Вт на канал довольно проблематично. снижение выходной мощности позволяет снизить снизить собственный коф усиления усилителя тем самым еще уменьшив искажения.
     На базе этих усилителей так же можно построить ОЧЕНЬ приличный усилитель мощности для эстрады, поскольку схемотехника усилителей такова, что позволяет использовать их и при высоком напряжении питания, причем организация блоков управления двухуровневым питанием не представляет проблем - они прекрасно адаптируются для "пристежки" блоков хоть для получения G класса, хоть для получения H класса, а это уже мощности свыше 1500 Вт.
       
     Ну вот собственно и все, что можно сказать об этих усилителях, ну а какой именно собирать уже зависит от вас...