Продолжение. Начало HI-END усилитель мощности F5. Часть 1
Выбор компонентов
В качестве входных JFET используются N-канальные 2SK170 или 2SK370 (Q1) и P-канальные 2SJ74 или 2SJ108 (Q2). В этом случае код выбора по IDSS (начальный ток стока или ток стока при нулевом смещении – прим.) должен быть «BL» (-6 мА … -12 мА – прим.), хотя типы «V» и «GR» также будут неплохо работать. Главный критерий при выборе этих транзисторов – крутизна 20 мСм. Многие потенциальные аналоги имеют этот параметр значительно ниже – от 4 до 10 мСм.
Выходные транзисторы N-канальный IRF240 (Q3) и P-канальный IRD9240 (Q4). Они должны иметь номинальное напряжение свыше 50 В, номинальный ток 15 – 20 А и рассеивание около 150 Вт. Похожие транзисторы широко доступны и я использую Fairchild FQA12P20 and FQA19N20C.
Остальные компоненты могут быть общего назначения или специальные, если вы считаете это нужным. Я использовал Dale RN55D 0.25W резисторы и 3-ваттные мощные резисторы Panasonic, купленные в Digikey, где вы так можете приобрести 4.7 кОм термисторы и триммеры.
Аудиофилы часто обеспокоены влияниями конденсаторов в аудио схеме, но быстрое рассмотрение схемы должно их успокоить.
Источник питания
Питание тестируемого усилителя составляет +/- 24 В при токе непрерывной работы 6 А, а также более 10 А пикового значения на канал. Обычное нерегулируемое питание вполне подойдет, и если Вы нуждаетесь в рекомендациях, то ознакомьтесь с Zen Variations #5 (AudioXpress, октябрь 2003) и Zen Variations #3 (AudioXpress, август 2002) – оба содержат неплохие примеры регуляторов напряжения и нестабилизированных источников питания. Я бы рекомендовал уровни напряжения от 23 до 25 В.
Рис. 6. Схема источника питания
Термисторы, включенные последовательно с линией переменного тока, также используется для выбора сети напряжения 120 В или 240 В переменного тока. Их можно наблюдать на переднем крае макета печатной платы.
Охлаждение
При токе 1.3 А на канал вы увидите тепловыделение 62 Вт в режиме покоя. Вам необходимо держать рост температуры на уровне 20 0С относительно окружающей среды. В этом случае нужен радиатор с сопротивлением 0.6 0С/Вт на каждый транзистор. Примером может быть ребристый алюминиевый радиатор с 2-дюймовыми ребрами на основании 8 x 6 дюймов с толщиной монтажной поверхности не менее 6 мм. Вам понадобиться два таких радиатора на канал. Выходные транзисторы должны быть тщательно установлены к теплоотводу. Место установки должно быть гладким и блестящим. Можете использовать силиконовые изолирующие подложки, но слюда с силиконовой смазкой наилучший вариант.
Начальная настройка
Перед подачей питания на усилитель нужно установить триммеры P1 и P2 на минимальное сопротивление (проверьте омметром). При первом запуске усилителя, если у вас под рукой есть ЛАТР – используйте его. Вставьте в блок питания плавкий предохранитель быстрого типа на ток 1 А. ЛАТРом медленно повышайте напряжение, и если предохранитель не сгорел – проверяйте уровни напряжения питания на каналах.
Каждый из каналов при настройке не нуждается в нагрузке. Если в качестве нагрузки у Вас есть только громкоговорители, я бы советовал отказаться от их использования при настройке. Для каждого канала регулируются P1 и P2 для получения 0 В постоянного напряжения на выходе и 0.59 В падения напряжения на R11 и R12. Каждый раз, подстраивая P1 вы, скорее всего, будете подстраивать и P2, поэтому я советовал бы Вам подстраивать «области между измерениями», иначе говоря – устанавливать области полуоборота их значений напряжения и измерять значения постоянного напряжения на выходе. Все будет в порядке, когда на выходе постоянного напряжения не будет, а падения напряжений на R11 и R12 будут равны.
Несмотря на схемную температурную компенсацию, вы должны допускать, что температурный дрейф все равно будет, когда охладитель нагреется, и вы будете корректировать значение в течении часа или двух. Обычно лучше начать регулировку смещения с низкого значения, возможно 0.4 В через R11 и R12 пока усилитель немного не нагреется.
Вы должны получить выходное напряжение на уровне 10 мВ или около того и я допускаю это значение до 50 мВ при прогретом усилителе. После нескольких недель работы усилителя было бы неплохо проверить и подстроить уровень постоянного выходного напряжения снова.
Характеристики
Усиление схемы составляет 15.15 дБ. Входное сопротивление 101 кОм, выходное – 0.1 Ом, коэффициент демпфирования около 80.
Собственные шумы схемы составляют 30 мкВ при условии тщательно отфильтрованного питания. При нестабилизированном питании с двумя конденсаторами общей емкостью 29000 мкФ и пульсациями 70 мВ схема даст шум 100 мкВ (измерено в полосе 20 – 20000 Гц).
На рис. 7 изображен график зависимости THD+N от уровня выходной мощности измеренное на частоте 1 кГц и 8-омной нагрузке. Это самые низкие искажения все же достигнутые в усилителях Zen и First Watt, достигая значения 0.001% ниже 1 Вт.
Рис. 7. График зависимости THD+N от выходной мощности RLOAD = 8 Ом
Рисунок 8, распределение спектра искажений при выходной мощности 1 Вт. Вы можете увидеть доминирующую 3-ую гармонику, а также 2-ую, 4-ую и 5-ую. Вертикальная шкала в децибелах относительно 1 Вт. В этой картине, вы также можете увидеть шум системы и усилителя на уровне -135 дБ.
Рис. 8. Спектральный состав выходного сигнала
Рисунок 9 показывает зависимость THD+N от выходной мощности на 4-омной нагрузке, достигая 0.2% при 40 Вт.
Рис. 9. Зависимость THD+N от выходной мощности RLOAD = 4 Ом
На рисунке 10 показана зависимость THD+N от выходной мощности на 2-омной нагрузке, где у усилителя начинается клиппинг (ограничение сигнала) на 0,3% при 50 Вт.
Рис. 10. Зависимость THD+N от выходной мощности RLOAD = 2 Ом
Рисунок 11 показывает зависимость THD+N от частоты при выходной мощности 2 Вт на нагрузке 8 Ом.
Рис. 11. Зависимость THD+N от частоты
Рисунок 12 показывает АЧХ усилителя, плоскую, начиная с постоянного напряжения и спадом –0.25 дБ на 200 кГц.
Рис. 12. АЧХ усилителя
Рисунок 13 иллюстрирует реакцию усилителя на прямоугольный сигнал 200 кГц при 1 Вт выходной мощности.
Рис. 13. Осциллограма выходной сигнала
Имея соответствующее оборудование, вы можете увидеть, что при различных коэффициентах усиления будет небольшой пик в районе 1 МГц. Я определил, что возможно его срезать подбором номиналов R13 и R14, но как только их значения приблизятся к нулю – готовьтесь к паразитным возбуждениям.
Также вы можете ограничить полосу частот, установив входной конденсатор параллельно R10, а также в обратной связи параллельно R5 и/или R8. Как видите – я так не стал делать.
На рисунке 14 показано поведение усилителя при клиппинге на нагрузку 1 Ом при токе +/- 10 А.
Рис. 14. Осциллограма выходного сигнала
Copyright 2008 First Watt www.firstwatt.com