HI-END: Гибридный усилитель без ООС (схема В.Петрушишина)

Мощность: 80 Вт на нагрузке 6 ом (при 2в)
Чувствительность: до 2 В

• усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на одновременном применении радиоламп и транзисторов в качестве усилительных элементов. Целью проектировщиков гибридных усилителей является сочетание в одном аппарате преимуществ как ламп, так и транзисторов (т.е. стремление взять лучшее от каждой технологии) и, за счёт этого, минимизировать их взаимные недостатки и, тем самым, сделать усилитель универсальным для воспроизведения любого стиля музыки. Как правило, лампы применяются в предварительной части усилителя, а транзисторы в выходных каскадах, где они усиливают мощность сигнала перед передачей его на акустические системы. Хорошо сконструированные гибридные усилители являются весьма универсальными и не выделяют явных жанровых предпочтений. «Использование лампового драйвера - не самоцель и не дань моде, тут больше технических предпосылок. Ламповый драйвер позволяет получить большой размах выходного сигнала с хорошей линейностью без использования цепей глубокой ОС, и в большинстве случаев дает возможность обойтись вообще без общей отрицательной связи» (Е.Карпов).

Коротко о схеме. Схема не сложна в настройке, очень термостабильна. Истоковый повторитель реализован в исходном варианте на ключевых (переключательных) комплементарных MOSFET транзисторах IRFP140, IRFP9140. Транзистор VT1 на звук влияния не оказывает, он необходим для стабилизации тока при изменении температуры выходных транзисторов и установлен в непосредственной близости от них на радиаторе охлаждения. Радиатор желательно иметь массивный, с большой площадью охлаждения, транзисторы установить посредством теплопроводящей пасты через слюдяную прокладку. Конденсатор С4 обеспечивает «мягкий» старт истокового повторителя, а также - для шунтирования динамического сопротивления VT1 и уменьшения нелинейных искажений.

Теперь о драйвере. Входная емкость одного транзистора – ок.1700пф. Однако, имеются транзисторы и с существенно меньшей емкостью и порогом отпирания около 2в (вместо 4в у первых), а также имеют: высокое входное сопротивление, малые шумы, малую мощность управления в статическом и динамическом режимах, отсутствие теплового пробоя и слабую подверженность вторичному пробою, термостабилизацию тока стока, передаточная характеристика близка к линейной или квадратичной, высокое быстродействие в режиме переключения, благодаря чему снижаются динамические потери, отсутствие явления накопления избыточных носителей в структуре.

Например:

Автором были опробованы разные типы ламп и разные схемы включения. От слаботочных ламп пришлось отказаться, т.к. завал по ВЧ начинался уже в звуковом диапазоне. Результатом поисков стал СРПП на 6Н6П (Кус.=около 20,Uвых.=100в,Крутизна=около 11, вх.электродные емкости - минимальные). При токе каждого триода – 30 мА, АЧХ усилителя проcтирается от единиц герц до 100 кГц, плавный спад начинается в районе 70кГц. Лампа 6Н6П очень линейна, к тому же драйвер на 6Н6П имеет огромную перегрузочную способность. Режимы триодов 6Н6П - 150В / 30 мА. По справочнику Рмакс.- 4,8 Вт, мы имеем около 4,5 Вт, т.е. почти на пределе. Можно и несколько облегчить режим ее работы, увеличив номиналы резисторов R3 и R4, например: до 120-130 Ом. И еще, несмотря на то, что лампа 6Н6П имеет небольшой коэффициент усиления, она может оказаться склонной к самовозбуждению. Можно использовать стандартный алюминиевый экран, однако, будет происходить и без этого достаточно сильный нагрев лампы, девятая ножка запаяна на землю(экран), в сетку (при желании) может быть установлена,например, небольшая катушка – 15 витков провода ПЭВ 0,3 мм, намотанных на резистор 150 кОм – 1Вт. Если ровная АЧХ на ВЧ не главное, можно попробовать в драйвере 6Н8С или 6Н23П.

Настройка усилителя проста - R5 устанавливаем в среднее, а R8 в нижнее по схеме положение, чтобы между Базой и Эмиттером VT1 было максимальное сопротивление, и включаем усилитель. Прогреваем 3 минуты, крутим R5 – устанавливаем «0» на выходе (эта схема не имеет устройства поддержания нулевого потенциала на выходе-интегратора), затем осторожно крутим R8 – устанавливаем ток покоя выходных транзисторов. Ток контролируем, измеряя падение напряжения, на любом из R15, R16 оно должно быть, например: 110 мВ, что соответствует току через выходные транзисторы 330 мА. Выбор тока покоя индивидуален – все зависит от имеющихся в распоряжении радиаторов, вентиляторов и типа используемых транзисторов.

Детали. Детали самые обычные: резисторы ОМЛТ, конденсаторы –достойные по качеству фирм-изготовителей, резисторы R15, R16 – импортные или отечественные низкоомные, R8 - проволочный, входной потенциометр желательно - ALPS. Разумеется, желательно и применение аудиофильских компонентов, в особой степени это относится к конденсаторам блока питания. Отдельно нужно сказать про С3, С4, С5, от них зависит звучание усилителя, поэтому тип конденсаторов лучше выбрать индивидуально. Если не нужно, чтобы АЧХ усилителя была линейной от 2 Гц, то емкости конденсаторов С3 и С5 можно уменьшить. Выходные транзисторы желательно подобрать в пары по параметрам.
При включении усилителя, в течение 1-2 минут прослушивается фон переменного тока, потом он исчезает. Это явление обусловлено тем, что истоковый повторитель имеет большое входное сопротивление и пока катоды триодов прогреваются, вход повторителя оказывается «подвешенным» и «принимает» окружающие его электромагнитные поля с частотой промышленной электросети. Нужно обязательно реализовать задержку включения и защиты акустики.
Теперь о звуке. Звук у этого усилителя похож на звук триодного двухтактника, но басовый регистр гораздо «мясистее», бас быстрый, четкий и солидный. Серединка прозрачная и детальная, верхи без «песочка» присущего транзисторам. Усилитель «всеяден», качает любую акустику.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание
VT1	Биполярный транзистор	КТ602БМ	2	BD139 КТ815Г
VT2	MOSFET-транзистор	IRFP140	2	2SK1529 2SK1530
VT3	MOSFET-транзистор	IRFP9140	2	2SJ200 2SJ201
	Диод	КД521А	4	1N4148
	Стабилитрон	12 - 15В	4	1N4742A, BZV55C12 1N4744A, BZV55C15 КС512А, КС515А
	Лампа	6Н6П	2	6Н6П-Т Е182СС 5687(WA) 6BX7GT 6BL7GT(A) 6DN7
С1	Электролитический конденсатор	10000мкФ х 16В	2	>1000 мкф (качеств.)
С2	Конденсатор	0,1мкФ х 63В	2	(качеств.) Пленочный
С3-С5	Конденсатор	6,8мкФ х >=250В	6	>= 2 мкф (кач.)Пленочные
R1	Переменный резистор	100 кОм	1	270 ком Сдвоенный, дискретный
R2	Резистор	220 кОм	2	0,5 Вт
R3, R4	Резистор	100 Ом	4	120 ом-2Вт
R5	Подстроечный резистор	33 кОм	2	СП3-9б(0,5Вт)
R6	Резистор	86 кОм	2	82ком-0,5 Вт
*R7	Резистор	56 кОм	2	*1 ком-0,5 Вт
R8	Подстроечный резистор	15 кОм	2	СП3-39а (0,5Вт)
R9	Резистор	15 кОм	2	0,5 Вт
R10	Резистор	100 кОм	2	0,5 Вт
R11, R12	Резистор	10 кОм	4	0,5 Вт
R13, R14	Резистор	150 Ом	4	240 ом-0,5 Вт
R15, R16	Резистор	0,33 Ом	4	0,2-0,22 ома 2-5 Вт

Фактически: проводился тщательный подбор всех элементов и очень близко с помощью мультиметров по номинальным значениям. Выбор переходных конденсаторов определяется методом практического прослушивания. Конденсаторы выбираются максимально хорошего качества.

В качестве вторичных обмоток трансформаторов требуются:

- 9 в (для стабилизированного питания накала ламп Iнагр.= 2 А), - 280 в (для стабилизированного питания анодов ламп Iнагр.>= 0,1 А), - 2 х 30 в (для питания оконечного усилителя Iнагр.>= 4 А, Ртр-тра= 250-300 Вт), - 22 в (для питания реле модулей включения защиты и акустики, а также реле разряда анодного питания и затворов выходных ПТ, Iнагр.>= 0,3 А), - 6,3-20 в (для питания кулеров, Iнагр.>= 0,6 А), - 15 в (для питания стрелочных индикаторов Iнагр.>= 0,2 А).

• качестве проходных, межкаскадных конденсаторов использован «бутерброд» из полиэстеровых (лавсан), полипропиленовых, полистирольных и фторопластовых. Коричневые (бордовые)-пленочные, металлизированные на 1 мкф х400в и 6 мкф х400в -могут быть вероятнее лавсановые или полипропиленовые(МРР). А именно: -1,7 мкф х400в - К78-22,

-0,5 мкф х250в - К71-7,

-2,2 мкф х250в - MIFLEX MKSE,

-0,1 мкф х600в - ФТ-3,

-1 и 6 мкФ х400в.

АЧХ линейна от 3 Гц (расч.). Выходная мощность с используемой лампой (усиление в схеме около 13,исходя из замеров) при входном сигнале от 0,35 - до 2 вольт и использовании питания +-38в и двух пар вых.транзисторов 2SK1530-2SJ201 – составляет от 2,5 до 80 Вт (с использованием нагрузки 6 ом). Просадка питания при максимуме одного канала составляет около 1,5в на одно плечо или же около 3в целиком в БП.

Благодаря использованию 4-х штук данных транзисторов в одном плече значительно повысится демпинг-фактор, снижаются искажения (в особенности при повышенных токах нагрузки). Учитывая данные проведённых и проводимых исследований, в частности, выходных полевых транзисторов 2SK1530-2SJ201,широко применяемых в звуковой схемотехнике (вместо указанных ключевых транзисторов), оптимальным током покоя вых. каскада считается - 0,25 А, однако ввиду плотности и недостаточно больших радиаторов установил по 0,15 А на одну пару. В реальности каждый выбирает самостоятельно по «вкусу». Выходной фильтр: L1-R24-C11 (см.усоверш.сх.)-необходим для предотвращения генерации УМ на СВЧ при изменении сопротивления нагрузки, резисторы в «Затворах» ограничивают ток через выходные транзисторы при пиковых нагрузках. Ограничительные цепочки R16-R17-R20-R21-VD1-VD2-VD3-VD4-служат для предотвращения пробоя выходных транзисторов по напряжению «Затвор-Исток» и обеспечения выравнивания задержек их включения и выключения, соответственно, устраняет (балансирует) разброс токов при переключении. При использовании в цепи катода лампы шунтирующего (резистор) конденсатора С1 (3300х10в) увеличивается коэффициент усиления лампы, однако возрастают и нелинейные искажения, но спектр гармоник при этом расширяется. При всем этом следует добавить хорошие субъективные оценки качества звучания ламп 6Н6П. Выходное сопротивление лампового каскада около 400-600 ом, внутреннее сопротивление лампы 1,8 ком.

• схемотехнике усилителя применены: устройство плавного («мягкого») пуска (подачи сетевого напряжения) и фильтрации помех, плавная стабилизированная подача анодного напряжения ламп(полные +300в - через 2 мин) и реле разряда питания, стаб. питание нитей накала (+6,2в, ток потребления 1,5А=2х0,75А), хорошая фильтрация питания оконечного каскада с использованием качественных диодов Шоттки (падение напряжения питания связано с параллельным соединением двойных диодов в одном корпусе), задержка включения и защиты акустики по мере разогрева ламп (вкл.~через 3 мин в совокупности одновременного включения всех каскадов и элементов усилителя, за это время на выходе УМЗЧ устаналивается «0»), реле разряда затворов ПТ и задержки включения АС, принудительное охлаждение радиаторов, площадь каждого из которых = 1100 см2, стрелочные индикаторы уровня входного сигнала. ыходной сигнал снимается не с анода, а с катода верхней лампы. Такое включение имеет меньшее по сравнению с каскодом выходное сопротивление, что позволяет уменьшить влияние паразитной входной ёмкости полевых транзисторов на подаваемый на него сигнал. Применение диодов Шоттки - снижает просадку напряжения питания, вследствие чего пики выходного музыкального сигнала воспроизводятся лучше, и звук становится более натуральным, легким и прозрачным, а значит естественным. ходе измерений осциллографом платы питания выявлены импульсы переменного тока очень малых значений (ими явно можно пренебречь), это естественные физические процессы, и на характер звука они не повлияют. Регулятор громкости дискретный. В БП применены конденсаторы: «JAMICON KPS»-стойкие к импульсам, «SAMWHA HC» - имеющие малый ток утечки и тангенс угла потерь, также качественные «WIMA MKС», «RIFA», «MPP». Для исключения влияния работы кулера на звучание усилителя и на индикаторы, он был запитан от отдельной обмотки Тр2(на ~6,3в) посредством удвоителя напряжения постоянного тока, важно, чтобы минусовой провод кулера не имел соединения с «землей». качестве проводников использованы медные провода сечением от 0,35 до 2,5 мм2 в зависимости от токовой нагрузки, от регулятора громкости к платам УМЗЧ – кабель «Luxman Cable», выход на АС – «Premiеr OFC HI-FI Standart Cable и Monster XP HP».

В ходе настройки ламповых каскадов: токи потребления анодами составили по 28 мА, что вполне соответствует режимам, потребление мощности одного из триодов каждого канала составила 151 в х 28 мА = 4,23 Вт (при предел. доп.= 4,8 Вт), двумя не более 8 Вт. При установке токоя покоя пришлось подбирать в термостабилизаторе R7= до 1 ком (в исх. Схеме) и R8 (в моей скорректированной схеме), иначе ток был значительно завышен. «0» (ноль) на выходе выставлен. В идеале при напряжении в сети ~220в, дрейф «0» хорошо держится, но с изменением ~220в в ту или иную сторону, соответственно, не существенно изменяется и дрейф. Переменный фон на выходе мультиметр зафиксировал 0,4 и 0,8 мВ. Пришлось применить и использовать в целях надежности эксплуатации усилителя: реле разряда анодного питания и реле ускорения разряда емкостей на затворах выходных полевых транзисторов и емкостей узлов включения задержки и защиты акустики – сразу после выключения аппарата, когда происходят физические процессы по саморазрядным, восстанавливающимся переходным процессам.

Данные с осциллографа С1-94 с использованием генератора звуковой частоты и нагрузки в виде нихромовой проволоки, т.е. амплитудные значения:

Действующие (реальные) значения:

- Синусоида ровная и чистая на частоте 1 кГц.

 

Итак, о звуке:

Звук яркий,контрастный,вследствие чего проявляется достаточно высокая детальность и глубина сцены. Бас очень сочный и очень упругий, явно выраженная середина отчетливо подчеркивает вокал. Высокие в полном достатке, абсолютно нет каких-либо ограничений. Возможный,так называемый «песок», «писки» на ВЧ сглажены,округлены, что как бы исключает «транзисторное» звучание, которое не утомляет, даже при длительном прослушивании. Он мягок,приятен,по-своему необычен в отличие от привычных стандартов.

Полагаю не последнюю роль в этом сыграли и примененные стабилизации анодного напряжения и накала ламп. В колонках абсолютная тишина, даже, если вплотную приблизить ухо. «0» на выходе выставлен и поддерживается, однако с изменением напряжения в сети, незначительно изменяется в ту или иную сторону в пределах 10-20мВ. Учитывая все примененные схемотехнические решения, усилителю необходим стабилизатор напряжения сети. Сетевой шнур: 3х1,5мм2 с «земляным» проводом.

К недостаткам можно отнести:

• чувствительность, хотя для комфортного прослушивания в комнате вполне достаточно (сред.вых.сигнал CD-плеера около 0,25-0,6в), -отсутствие интегратора, поддерживающего нулевой потенциал на выходе усилителя, -еще, может быть, отсутствие селектора входов. Некоторые доработки пришлось вносить навесным способом на контактных колодках, т.к. основные платы уже были готовы, да и места свободного просто нет. По стилям и направлениям музыки я бы сказал: усилитель действительно «всеяден», отыгрывает от души.

Изготовленным аппаратом очень доволен!

Учитывая насыщенность, определенную сложность, введение и предназначение используемых схемных решений, а также дизайн, полагаю данный «Гибридный усилитель» можно отнести к классу «HI-END»!