Гибридные усилители на лампах. Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

Компанию Magnat сложно назвать новичком на аудиорынке, но периодически она удивляет своей смелостью – берется за совершенно неведомые ей направления. И добивается успеха.

Бульдог - собака добродушная, но непреклонная. Именно бульдожья морда красовалась на логотипе Magnat с самого начала ее существования (правда, десять лет назад бульдог ушел с логотипа). Компания была основана в 1973 г. в Кельне инженером-энтузиастом Райнером Хаасом (Rainer Haas) и количество его сотрудников в то время не превышало 60 человек. В течение 70-х Magnat вошел в ряды ведущих производителей акустических систем, а в 1983-м вышел на рынок Car Audio. Автомобильная электроника - это то, с чем долгое время ассоциировался этот бренд, но в 2007-м спокойствие Hi-Fi-игроков было потревожено неожиданным дебютом.

Ламповый дебют

Двухтактный усилитель Magnat RV 1 унаследовал все лучшее от ламповой классики 60-70 гг. Топология строилась на малошумных двойных триодах 12AX7EH и лампах 12AU7 в предварительной секции, а также на пентодах EL34 в выходном каскаде. Даже имелся MM/MC-корректор на 4-х 12AX7EH. Идею о разработке полноценного лампового усилителя подсказал конструкторам экспорт-менеджер Audiovox Марио Лоде (Mario Lode), влюбленный в группу AC/DC. Вслед за RV 1 последовал удачный 50-ваттный усилитель RV 2 с тщательно отобранными в пары двойными триодами-драйверами 12AX7 (ECC82), 12AU7 (ECC82) и выходными тетродами 6550. Примечательно, что все лампы для усилителей были произведены в Саратове.

Еще одним смелым решением «магнатовцев» стала мысль о внедрении предварительного контура с двойными триодами ECC88 (6922) в выходные цепи SACD-проигрывателя, что привело к созданию модели MCD 850 с ЦАПом Burr-Brown PCM1796 и трансформатором с R-образным сердечником в блоке питания. Двойные триоды 6922 здесь не выступают в роли усилителей, а отвечают за преобразование сопротивления, позволяя получить низкий импеданс на выходе. То же самое относится и к CD-проигрывателю MCD 1050, использующему аналогичные лампы. Модель оснащена апсемплером, ЦАПом Burr-Brown и может работать как внешний ЦАП с входами S/PDIF и USB (24 бит/192 кГц).

Magnat RV 3: слушать часами

К 40-летнему юбилею Magnat в 2013-м появился флагман RV 3 (его обзор на сайте - ). Сандро Фишер (Shandro Fischer), руководитель по технической части (R&D), комментирует: «На самом деле мы обсуждали все возможные варианты, включая импульсное усиление. В какой-то момент нужно было принять решение, и тут сыграла роль персональная любовь к ламповой технике одного из наших руководителей. Но у нас не было иллюзий по поводу ламп: на них, также как и на транзисторах, можно сделать как хороший, так и плохой звук. Нам нравится гибридный дизайн, когда лампа используется в предусилителе. Возможно, она определяет всего 20% звукового характера, зато аппаратура с малосигнальными вакуумными приборами получается простой и надежной, и если все сделать правильно, музыку слушать часами приятно. А для нас это один из важнейших критериев».

Модель RV 3 стала абсолютным воплощением концепции «гибридов» в линейке компании. Усилением на ее входе занимается секция SRPP (каскад с динамической анодной нагрузкой), обладающая мизерными искажениями и высокой линейностью. Здесь используется тщательно подобранная по характеристикам пара двойных триодов ECC82 российского производства, благодаря чему обеспечивается идеальная идентичность каналов с минимальным разбросом характеристик. Дискретный выход RV 3 собран на сильноточных транзисторах Toshiba. Открытый дизайн модели выполнен в индустриальном стиле и внешне похож на двигатель американских масл-каров, которые так нравятся шефу компании Шандро Фишеру. Веерообразные ребра двух симметрично расположенных на верхней панели радиаторов охлаждения напоминают иглы ощетинившегося ежа. Там же установлены ECC82, окруженные защитными кольцевыми башенками, кожух с силовым тороидальным трансформатором в 650 Вт и цилиндр, скрывающий набор конденсаторов БП.

Фрезерованную 8 мм алюминиевую панель RV3 делит пополам отполированная до блеска ручка моторизованного аттенюатора громкости ALPS, тоже выполненная из алюминия. В левой части фасада находится кнопка питания и регулятор баланса, в правой - селектор входов на герконовых реле, круглый OLED-дисплей, отображающий вход, и гнездо для наушников. Усилитель выдает 150 Вт на канал (8 Ом), а высокий коэффициент демпфирования позволяет ему работать фактически с любыми спикерами. Управлять RV 3 можно с помощью металлического пульта ДУ.

Преимущества гибридной конструкции заключаются в том, что ламповый предварительный каскад помогает достичь естественного аналогового звучания, а транзисторный выход обеспечивает стабильность, точность, динамику и позволяет лояльней отнестись к выбору колонок. Вакуумные триоды RV 3 обладают линейной передаточной характеристикой, отличаются коротким спектром гармоник и высоким сопротивлением на входе, что помогает оптимизировать входной импеданс усилителя. В итоге удается получить натуральный оттенок звучания, вплетенный в паттерн характерной звуковой подачи современных усилителей с мощным транзисторным «выхлопом», гарантирующим точный и динамичный саунд. Кстати, Сандро Фишер убежден, что именно ламповые технологии станут «приманкой» для молодежи, поскольку даже сжатые файлы, пропущенные через триод, обретают шарм и благородство.

Гибридная демократия

Реализовать идею гибридных конструкций немецким инженерам также удалось в классической Hi-Fi-линейке усилителей (MA400, МА600, МА800, МА1000) и даже в более «демократичных» моделях - аудиосистеме МС 2, CD-ресивере МС 20 и SACD-ресивере MC 1.

Лампово-транзисторный MA 1000 мощностью 80 Вт на канал имеет более традиционный, в отличие от RV 3, дизайн. Его предварительный каскад построен на двух двойных триодах ECC82, прошедших 60-часовой фабричный прогрев. На выходе стоят транзисторы Toshiba. В БП установлены 4 электролита по 10000 мкФ и «тороидальник». В пару к MA 1000 рекомендуется соответствующий ему по параметрам CD-проигрыватель MCD 1050.

Усилители MA 800, MA 600 и MA 400 используют аналогичную лампово-транзисторную базу. Интегральник MA 800 отличается от MA 1000 мощностью (2 х 75 Вт при 8 Ом), имеет топологию схем типа «двойное моно», «пред» на лампах ECC82 и выход на сильноточных транзисторах Sanken. Каждый канал питается от отдельной обмотки тороидального трансформатора. На алюминиевой панели имеются окна для ламп и такие же элементы управления, как у MA 1000. Круглый OLED-дисплей оснащен парой индикаторов, указывающих на использование одного из входов MM/MC-фонокорректора. Модель MA 800 получила аналогичную коммутацию, но не имеет выхода предусилителя.

Младшие «гибриды» MA 600 (2 х 55 Вт, 8 Ом) и MA 400 (2 х 32 Вт, 8 Ом) отличаются другим дизайном, используют только одну лампу ECC82 в предварительном каскаде и тоже имеют полупроводниковый выход. В MA 600 встроен ЦАП Burr-Brown и модуль Bluetooth с поддержкой aptX для lossless-форматов. Присутствует полный набор аналоговых и цифровых входов, включая разъемы для MM-фонокорректора и асинхронный USB-порт (24 бит/192 кГц). Замыкающий серию MA 400 получил MM-фонокорректор с малошумными ОУ и инфразвуковым фильтром. В БП имеются два конденсатора по 10000 мкФ.

В линейку Magnat входит гибридный CD-ресивер MC 20 с одной лампой ECC88 во входном каскаде и микросхемами Thomson Audio на выходе. Модель собрана в алюминиевом корпусе с деревянными боковинами, имеет CD-привод, AM/FM-тюнер с RDS и развитую коммутацию, включая USB-порт, входной мини-джек, выход под сабвуфер и др. Встроенный усилитель развивает 30 ватт на канал. Доступен комплект MC 2, включающий в себя MC 20 и два полочных спикера. Гибридный SACD-ресивер MC 1 мощностью 2 х 60 Вт, оснащен аналогичной лампой на входе, а на выходе имеет транзисторы Sanken.

Ставка компании Magnat на гибридные усилители принесла ей вполне заслуженный успех. В настоящее время Magnat выпускает компоненты для Car Audio, ДК, Hi-Fi и даже налаживает производство наушников - судя по последним данным из тестовой лаборатории в г. Пульхайм-Браувейлер недалеко от Кельна. Этот бульдог еще поучит молодых новым фокусам.

1. Мягкое, детальное и чистое звучание
2. Прекрасная передача вокала, сцены и объема
3. Простая конструкция, не требует настройки
4. Полный комплект защит, реализованный на кристалле микросхемы
5. Высокая концептуальность – в роли токового буфера выступает вакуумный двойной триод. Достигнута максимальная линейность ФЧХ и АЧХ, использовано инвертирующее включение с Т-ООС.
6. Основа – популярная МС LM3886 производства National Semiconductors
7. Средняя мощность – 68 Вт/4 Ом. Пиковая – 135 Вт.

Усилительные микросхемы серии LM обладают наилучшим звучанием среди аналогов. Это относится и к флагманским моделям разного уровня, таких как LM1875, LM3876 и ее логическому продолжению – LM3886. В авторской статье продолжена полемика на тему схемотехники и разработок Thorsten-а. Рассматривается усилитель на основе LM3875. Ее наилучшее звучание, стабильность и линейность достигается при инвертирующем включении. Однако это включение при работе на классическое выходное сопротивление источника обладает рядом минусов. Вкратце: с увеличением частоты растет нелинейность АЧХ и фазы. Это обусловлено тем, что при инвертирующем включении сигнал должен поступать от источника тока, а CD-плееры и звуковые карты имеют выходное сопротивление около 200 Ом. Источник тока на полевых транзисторах тоже отпадает ввиду высоких потерь, высокой входной емкости и выраженной нелинейности. С этой задачей удачно справляется токовый буфер на триоде.

Кроме того, такого рода буфер имеет коэффициент усиления по напряжению меньше 1. Виду этого глубина ООС самой микросхемы уменьшена, что также крайне благоприятно сказывается на качестве звучания. Известно, что глубокая ООС, реализованная классическим делителем, огрубляет и мертвит звук. В схеме, предложенной Расмуссеном (рис.1 ), введена Т-образная ООС, которая увеличивает входное сопротивление по инвертирующему входу и позволяет уменьшить заземляющее сопротивление по прямому входу. Минусом такого подхода является увеличение шумов и наводок, но это первое впечатление. Если разводка и экранирование усилительного блока выполнены должным образом, наводки будут практически незаметны.

Теперь рассмотрим, что меня лично не устроило в оригинальной схеме.

В качестве УМ у автора установлена LM3875. Ее недостатки – несовершенная защита, работа только на 8-Омную нагрузку, малая мощность. Вместо нее была выбрана МС LM3886 с полным комплектом защит, мощным выходным каскадом, позволяющим отдавать долговременную мощность 68 Вт и кратковременную 135 Вт в 4-Омную нагрузку. Кроме того, усилитель оснащен полным комплектом защит и встроенным режимом mute.

На выходе рис.1 присутствует ограничитель тока – проволочный SQP резистор. Система SPiKe, реализованная в LM3886, позволяет от него отказаться.

Для удобства сведения параметров каналов и уменьшения габаритов усилителя в качестве буфера использован популярный вакуумный двойной триод 6Н23П-ЕВ. Его отличают низкое напряжение питания, актуальное в данной схеме, и вместе с тем, неплохое звучание. Хотя приходится признать – в данном случае его применение далеко от классического.

Из собственных соображений в плату были внесены следующие особенности:

С учетом всех вышеизложенных соображений, схема приняла следующий вид (рис.2 ):

Здесь элементы C 1 , C 3 , C 4 а также клеммы CN 1.. CN 6 – общие для обоих каналов. На каждый канал также приходится по половине двойного триода 6Н23П-ЕВ .

Здесь на несколько секунд отвлечемся от схемотехники УМ и рассмотрим блок питания, чтобы больше к этой теме не возвращаться.

Для питания всей схемы служит четырехполярный блок питания с общей землей и независимой обмоткой нагрева, схема которого представлена на рис.3:

Диодные мосты выбираются либо готовые, либо собираются из диодов импонирующих вам типов, все от Д213 до диодов Шоттки. Для ±36 V 0,2 A – D 1 на напряжение не менее 200 В и ток не менее 4 А. Для ±27V 4 A – D 2 на напряжение не менее 100 В и ток не менее 8 А. Для накала – D 3 на любое напряжение и ток не менее 4 А. Такое, казалось бы завышение параметров неслучайно. Дело в том, что, несмотря на пиковый запас у диодов, ток во время зарядки емкостей превышает номинальный в разы. А вот цена у диодов или готовых мостов уже различается несильно, поэтому для собственного спокойствия экономить не советую.

Емкости C 1, C 2 (на напряжение не менее 50 В), C 5, C 6 (на напряжение не менее 35 В), C 9 (на напряжение не менее 16 В)– импортные электролитические типа К50-35. C 3, C 4, C 7, C 8, C 10 – типа К73-17 на 63 В.

В качестве трансформатора может использоваться любой силовой с габаритной мощностью не менее 200 Вт, удовлетворяющий указанным на схеме параметрам токов и напряжений во вторичных обмотках (ток накала не менее 0,8 А на одну лампу).

Кроме того, возможно использование двух отдельных трансформаторов. Одного – мощного для питания УМ, и другого для питания лампы. Второй может выбираться из ряда унифицированных ламповых «Т рансформаторов А нодно-Н акальных». У меня используется ТАН1 .

Итак, оба канала удалось уместить на одну печатную плату размером 130х80 мм. Собранный модуль (без дополнительных блокировочных емкостей C 8, C 9 ) выглядел так (рис.4 ).

Симпатично, правда?

Оригинальная раскладка элементов приведена на рис.5:

Теперь несколько слов о деталях и тонкостях сборки.

Резисторы

Большинство резисторов требуют подбора в пары по каналам с точностью хотя бы 1%. Этим условиям вполне удовлетворяют резисторы серии С2-23. Итак, подбора требуют R 1 , R 3.. R 9 . Причем R 1 , R 3 и R 4 лучше использовать металлопленочные типа МЛТ, ОМЛТ или импортные аналоги.

Резисторы R 2 и R 10 подбора не требуют. Могут быть типа МЛТ-0,25, С1-4 или С2-23 на 0,125/0,25 Вт. R 11 и R 12 – импортные на 2 Вт. Выходная индуктивность мотается поверх R 11 , одетого в изоляционный кембрик, проводом в эмалевой или эпоксидной изоляции диаметром 0,6-0,8 мм до заполнения и припаивается к ножкам резистора. Хотя я в данном случае резистор R 11 не устанавливал. Вместо него была запаяна катушка, намотанная на ручке надфиля и содержащая 15 витков провода диаметром 0,8 мм.

VR 1 , VR2 – сдвоенный переменный резистор. В моем случае – Тайвань на 44 клика, подобранная с точностью 0,5% из 5 штук.

Конденсаторы

C 1 , C 3 , C 8 , C 9 , C 10 – полярные электролитические типа К50-35, лучше импортные известных марок. Однако схема не содержит электролитов в звуковой цепи, что значительно улучшает звучание, уменьшает критичность элементарной базы и увеличивает надежность системы в целом.

С1 – 16 В, С3 – 100 В, С8-С10 – 50 В.

C 4 , C 5 , C 7 , C 11 – металлопленочные типа К73-17. C 4 – на 250 В, остальные – на 63 В.

С2 – металлопленочный или металлобумажный максимально доступного качества, желательно не хуже полипропиленового. Допустимое напряжение также не ниже 63 В. Хотя и с конденсатором типа К73-17 эта схема звучит отлично.

С6 – керамика, желательно без пьезо-эффекта. Типа КМ или дисковые. На крайний случай, конечно, и К10-17Б подойдут, но худший вариант представить сложно.

Активные компоненты

Усилительная ИМС LM3886 может быть заменена на аналогичные по цоколевке, с учетом особенностей каждой. Чисто теоретически, схема работает с любой МС, построенной по принципу мощного ОУ. Внимание! На корпусе МС – минус питания!

Лампа RO 1 6Н23П-ЕВ меняется на 6Н23П или импортный аналог ECC88. Устанавливается в керамическую или любую другую панельку, предназначенную для монтажа на печатной плате, либо на шасси УМЗЧ и соединяется с платой медными проводниками.

Кроме того, учитывая современные веяния в дизайне, были разработаны отдельные усилительные блоки на LM 3886 , которые устанавливаются на радиатор внутри корпуса УМЗЧ, а лампа устанавливается в специальную панельку, располагаемую на крышке корпуса. В таком варианте вся обвязка ламы (R 1 , R 2 , 2xR 3 , C 3 , C 4 ) выполняется навесным монтажом прямо на выводах панельки. А затем уже экранированным сигнальным кабелем присоединяется к блокам усиления мощности. Не забудьте заземлить экран лампы.

Печатная плата одного канала УМ дана на рисунке 6:

Поскольку на прогрев лампы уходит около 5 с, все эти 5 с вход усилителя “висит в воздухе”. В это время на выходе присутствую все мыслимые наводки и весьма ощутимый рокот. Избежать этого можно двумя способами – задействовав для задержки включения цепь mute или реле. В обоих случаях управляющим сигналом будет биполярный транзистор с RC-делителем в базе. Если задержка недостаточна, просто увеличьте номинал R 1 .

Схема такой задержки дана на рисунке 7:

Кроме того, на момент моделирования у меня под рукой валялись реле TR 81 фирмы TTI . Под них была разведена печатная плата. Ее рисунок также можно использовать в качестве ориентировочного для разводки под любое понравившееся вам реле с нормально разомкнутой контактной группой. Компоновка платы дана на рис.8.

Детали:

VR 1 – на напряжение питания обмотки реле. Можно брать чуть выше (примерно на 2 В – падение на транзисторе). В моем случае 12 В, т.е. стабилизатор 7812..7815 .

С2 – на напряжение плеча питания УМ.

С1 – выше напряжения стабилизации VR 1

Данная защита подключается к положительному плечу питания УМ (мощный трансформатор). К реле подключается отрицательный вывод питания и соединенные вместе цепи mute обоих каналов усилителя (или всех, если каналов больше).

Итак, наконец, ЗВУЧАНИЕ

Этот усилитель очень понравится поклонникам “лампового звука”. Сразу в глаза бросается отличный вокал, проработка сцены и ее невероятная для транзисторных усилителей глубина. В отличие от типичного звука LM3886, в данном включении ВЧ не замылены. Звучат очень тонко и точно. Серебро и хрусталь не размазываются, как в неинвертирующем включении. Также нельзя не отметить наличие плотного, собранного и мощного, но чрезвычайно проработанного баса, чего так трудно всегда было добиться от LM-ки. Джаз и Блюз звучат настолько проникновенно, что при прослушивании не раз ловили себя на том, что по спине бегают мурашки.

Звучание этого усилителя нельзя назвать абсолютно точным при многочастотном сигнале, однако это звучание намного приятнее слуху, чем различные “сверхлинейные” конструкции с коэффициентами искажений в тысячные доли процента.

Подытожив: Этот усилитель предназначен для музыки, а не для измерительных комплексов. Его объективные свойства сомнительны, однако его звучание и динамический диапазон настолько завораживают, что при слове “векторный измеритель нелинейных искажений” хочется плеваться.

Москва 2006 (Lincor _ nobox @ inbox . ru )

Гибридный УНЧ своими руками

По многочисленным просьбам радиолюбителей, привожу усовершенствованную и более полную схему гибридного УНЧ с подробным описанием , списком деталей и схемой блока питания. Лампу на входе схемы гибридного УНЧ 6Н6П - заменил на 6Н2П . Так же можно поставить в этот узел и более распространённую в старых лампачах 6Н23П. Полевые транзисторы заменимы на другие аналогичные - с изолированным затвором и ток стока от 5А и выше.

Переменник R1 - 50 кОм это качественный переменный резистор на регулятор громкости. Можно поставить его вплоть до 300кОм, ничего не ухудшится. Обязательно проверить регулятор на отсутвие шорохов и неприятных трений при вращении. В идеале стоит использовать РГ ALPS - это японская фирма по производству качественных регуляторов. Не забываем про регулятор баланса.

Подстроечным резистором R5 - 33 кОм вставляется ноль напряжения на динамике в режиме молчания УНЧ. Другими словами подав питание на транзисторы и вместо динамика (!) подключив мощный резистор на 4-8 Ома 15 ватт, добиваемся на нём нуля напряжения. Меряем чувствительным вольтметром, так как должен быть абсолютный ноль.

Схема одного канала гибридного УНЧ приведена ниже.

Остальные резисторы 0,125 или 0,25 ватт. Короче любые маленькие. Конденсатор 10000мкФ можно смело уменьшить до 100мкФ, а нарисован он так по старому обозначению. Все конденсаторы по анадному питанию ставим на 350В. Если трудно достать на 6,8мкФ - ставим хотя бы на 1мкФ (я так и сделал). Транзистор управления током покоя, заменим на КТ815 или КТ817. На звуке это не отразится, он там просто ток корректирует. Естественно нужна ещё одна нужна копия гибридного УНЧ и для второго канала.

Для питания транзисторов нужен двуполярный источник +-20 (35)В с током 4А. Можно на обычном трансформаторе. Так как большая мощность не требовалась - поставил 60-ти ваттный транс от видеомагнитофона с соответствующим снижением выходной мощности. Фильтрация простая - диодный мост и конденсатор. При токе покоя 0,5А - хватит ёмкости 10000мкф на канал. Конденсаторы С3, С4, С5 по 160В, не меньше. Или на всякий случай больше. R8 небольшой подстроечный резистор - крутится отвёрткой. Он задаёт ток покоя выходных транзисторов (в отсутствии сигнала). Выставить ток надо от 0,3А - режим АВ до 2А - режим А. Во втором случае качество звука гораздо лучше, но вот греться будет не слабо. Можно задействовать для питания и электронный трансформатор с дополнительным кольцом и обмотками 12витков - на неё идёт 12В с трансформатора, и двумя по 20В - это вторичка. В этом случае диоды моста должны быть высокочастотными, простые КД202 сгорят в момент.

Накал питаем 12-ю вольтами соединив накалы обеих ламп последовательно. Анодное напряжение 300В я брал с помощью маленького трансформатора (5 ватт) от китайского многонапряжительного адаптера. Питать от той пародии, кроме светодиода, ничего нельзя, а вот в этом гибридном унч он пришёлся к месту. На его 15-ти вольтовую вторичку подаём 12В с электронного (или обычного) трансформатора, и с 220-ти вольтовой сетевой снимаем напряжение. Ток конечно не ахти, но обе лмпы 6Н2П тянут по аноду всего 5мА, так что большего им и не надо.

Подстроечным резистором R5 - 33 кОм вставляется ноль напряжения на динамике в режиме молчания УНЧ. Другими словами подав питание на транзисторы и вместо динамика (!) подключив мощный резистор на 4-8 Ома 15 ватт, добиваемся на нём нуля напряжения. Меряем чувствительным вольтметром, так как должен быть абсолютный ноль. Схема одного канала гибридного УНЧ приведена ниже.

Остальные резисторы 0,125 или 0,25 ватт. Короче любые маленькие. Конденсатор 10000мкФ можно смело уменьшить до 100мкФ, а нарисован он так по старому обозначению. Все конденсаторы по анадному питанию ставим на 350В. Если трудно достать на 6,8мкФ - ставим хотя бы на 1мкФ (я так и сделал). Транзистор управления током покоя, заменим на КТ815 или КТ817. На звуке это не отразится, он там просто ток корректирует. Естественно нужна ещё одна нужна копия гибридного УНЧ и для второго канала.

Для питания транзисторов нужен двуполярный источник +-20 (35)В с током 4А. Можно на обычном трансформаторе. Так как большая мощность не требовалась - поставил 60-ти ваттный транс от видеомагнитофона с соответствующим снижением выходной мощности. Фильтрация простая - диодный мост и конденсатор. При токе покоя 0,5А - хватит ёмкости 10000мкф на канал. Конденсаторы С3, С4, С5 по 160В, не меньше. Или на всякий случай больше. R8 небольшой подстроечный резистор - крутится отвёрткой. Он задаёт ток покоя выходных транзисторов (в отсутствии сигнала). Выставить ток надо от 0,3А - режим АВ до 2А - режим А. Во втором случае качество звука гораздо лучше, но вот греться будет не слабо. Можно задействовать для питания и с дополнительным кольцом и обмотками 12витков - на неё идёт 12В с трансформатора, и двумя по 20В - это вторичка. В этом случае диоды моста должны быть высокочастотными, простые КД202 сгорят в момент.

Накал питаем 12-ю вольтами соединив накалы обеих ламп последовательно. Анодное напряжение 300В я брал с помощью маленького трансформатора (5 ватт) от китайского многонапряжительного адаптера. Питать от той пародии, кроме светодиода, ничего нельзя, а вот в этом гибридном он пришёлся к месту. На его 15-ти вольтовую вторичку подаём 12В с электронного (или обычного) трансформатора, и с 220-ти вольтовой сетевой снимаем напряжение. Ток конечно не ахти, но обе лмпы 6Н2П тянут по аноду всего 5мА, так что большего им и не надо.

Обсудить статью ГИБРИДНЫЙ УНЧ

Надеемся, что ваша домашняя аудиосистема пополнилась качественным из наших последних публикаций. Теперь пришло время задуматься об усилителе мощности. Сегодня мы предлагаем вам описание конструкции одного очень интересного гибридного усилителя . Автор Уим дэ Хэн назвал своё творение «MuGen». По-японски это означает бесконечность, ну а с технической точки зрения усилитель объединил в себе усилитель напряжения — Mu и усилитель тока — Gen, что и отражено в названии.

Сегодня ламповые усилители претерпевают второе рождение — появилось довольно большое количество как коммерческих, так и самодельных конструкций. К сожалению, наиболее достойные их образцы отличаются весьма нескромной ценой, которая обусловлена в частности необходимостью высокого напряжения для работы усилителя и наличием выходного трансформатора . Довольно высокое внутреннее сопротивление ламп не позволяет подключать к ним аккустическне системы непосредственно. А дешёвый выходной трансформатор посредственного качества сведет «на нет» все усилия по сборке усилителя, какими бы дорогими и качественными не были остальные комплектующие, как бы ни была хорошо проработана схема.

В гибридных усилителях выходной трансформатор заменяется транзисторным каскадом , который имеет низкое выходное сопротивление, что позволяет подключать нагрузку к выходу усилителя без каких либо ухищрений. Современные электронные приборы при этом позволяют получить весьма высокие характеристики и низкие искажения.

Параметры и схема усилителя MuGen:

• Входная чувствительность: 825 мВ (8 Ом) и 770 мВ (4Ом)
• Входное сопротивление: 300 kОм
• Усиление: 29 дБ (23 дБ с общей отрицательной обратной связью)
• Выходная мощность (при 1% THD):
  • 70 Вт на нагрузке 8 Ом,
  • 110 Вт на нагрузке 4Ом
• Коэффициент гармоник (THD) + шум:
  • при выходной мощности 1 Вт / 8 Ом: <0,1%
  • при выходной мощности 10 Вт / 8 Ом: <0,15%
• Коэффициент демпфирования: 20 (на 8 Ом нагрузки)

Схема усилителя представлена на рисунке:

Увеличение по клику

Входной каскад.

Для получения заданной выходной мощности входной каскад должен обеспечить усиление входного сигнала до амплитуды в 25В. Кроме того, из-за отсутствия общей отрицательной обратной связи этот каскад должен обладать минимальными искажениями при работе на нагрузку в 10кОм (входное сопротивление выходного драйвера).

Основываясь на своём опыте работы с лампами, автор выбрал для входной части усилителя дифференциальный каскад, что кроме всего прочего позволяет использовать его в качестве фазоинвертора и достаточно просто ввести в усилитель общую отрицательную обратную связь, если возникнет такая необходимость или желание поэкспериментировать. При этом сигнал ОООС подается отдельно от входного сигнала на сетку правого триода.

Так как катоды ламп первого каскада по переменному току соединены последовательно, это порождает местную обратную связь глубиной около 6 дБ, что снижает искажения каскада, но и снижает его усиление. Поэтому здесь необходима лампа с высоким коэффициентом усиления. Автор выбрал лампу ECC83 (аналог 6Н2П).

Источник тока в катодной цепи сделан активным, на транзисторах, что также существенно улучшает параметры каскада и позволяет простыми методами реализовать регулировку тока диф. каскада. Итоговое усиление первого каскада составляет 29 дБ.

Для включения в усилителе общей ООС необходимо замкнуть перемычку JP1. При этом общее усиление снизится до 23 дБ, но этого всё равно достаточно для получения заданной выходной мощности.

Напомню, что глубокая общая ООС улучшает параметры усилителя, но как показывают тесты, ухудшает его субъективное звучание. Глубина обратной связи в -6дБ является в этом случае хорошим компромиссом.

Недостатком использования ламп ECC83 во входном каскаде является их высокое выходное сопротивление — порядка 50кОм. Согласование с низкоомной транзисторной частью обеспечивает катодный повторитель на лампе ECC89 (аналог 6Н23П) с выходным сопротивлением около 500Ом.

После долгих экспериментов автор выбрал режим, обеспечивающий наименьшие искажение и позволивший согласовать оба ламповых каскада непосредственно, без разделительного конденсатора. Кроме того, это обеспечивает плавный рост напряжения (от 0 до 194 В) на катодном резисторе R7 при включении усилителя, благодаря чему конденсаторы С2 и С3 плавно заряжаются, что устраняет щелчки и негативное воздействие на транзисторную часть.

Разделительные конденсаторы.

Каскад усиления напряжения (ламповая часть) и каскад усиления тока (транзисторная часть) связаны между собой через разделительные конденсаторы. Без этого в схеме не обойтись, ведь напряжение на катоде лампы ECC88 около 194 В. К сожалению, эти конденсаторы существенно влияют на звучание усилителя.

Проведя тесты по прослушиванию данного усилителя, автор остановил свой выбор на конденсаторах ClarityCap серии SA, которые имеют очень хорошее соотношение цена/качество. Благодаря высокому рабочему напряжению (600 В), серия SA очень хорошо подходит для использования в ламповых схемах.

Топология печатной платы позволяет применить в конструкции качественные конденсаторы других производителей, в том числе Wima и Solen . Значение 3,3 мкФ выбрано для обеспечения спада АЧХ ниже 10Гц. Разделительный конденсатор совместно с входным сопротивлением транзисторного каскада составляют фильтр, частоту среза которого можно определить по формуле:

1 / (2π* 3.3 µF * 10 kOm)

Рабочее напряжение разделительных конденсаторов должно быть не менее 400В.

Выходной каскад.

Выходная ступень усилителя построена на биполярных транзисторах . Конечно, можно было бы использовать и полевые МОП транзисторы типа BUZ900P или 2SK1058, но автор намеренно их отсеял. Выбранные транзисторы довольно часто используются в звуковых усилителях и при очень хороших характеристиках для аудио-применения они имеют весьма скромную цену и высокую надёжность.

Выходной каскад является квази-комплементарным, т.е. построен на транзисторах одинаковой проводимости в обоих плечах. Подобная конфигурация имела широкое распространение в 70-80-х годах из-за отсутствия доступных p-n-p комплементарных транзисторов. И, в общем-то... заслужила плохую репутацию. Но! Автор считает, что полностью комплементарных транзисторов не бывает в принципе, а потому, используя однотипные транзисторы можно добиться большей реальной симметрии плеч каскада. Известная фирма Naim использует в своих усилителях только такую конфигурацию выходного каскада.

Значение питающего напряжения составляет 38 В, что является оптимальным для этого выходного каскада и позволяет для 4— ом или 8 — ом нагрузки эксплуатировать усилитель без проблем.

Подробнее об элементах схемы.

Резистор R1 является сеточным резистором лампы V1a. Его значение не критично, но наличие обязательно! Резистор R2 совместно с входной ёмкостью лампы образует фильтр низких частот для защиты входа усилителя от помех. Аналогичную роль выполняет резистор R5 для катодного повторителя.

Номиналы резисторов R3 и R4 выбраны для получения на анодах ламп напряжения чуть больше 190В. При этом ток через каждую лампу составляет 0,8мА. Источник тока для диф. каскада построен на транзисторах Q6, Q7 для увеличения его внутреннего сопротивления. Светодиод задаёт опорное напряжение, а триммером Р1 можно удобно и с высокой точностью установить требуемый ток источника. Для питания генератора тока используется стабилизатор на микросхеме LM337.

При желании в схему можно ввести общую отрицательную обратную связь. Её глубина зависит от номиналов резисторов R6 и R8. При указанных на схеме значениях глубина ОООС составляет 6 дБ. Для повышения устойчивости параллельно R8 можно подключить конденсатор небольшой ёмкости (56пкФ). Если Вы не любите эксперименты или ярый противник отрицательной обратной связи, то элементы R6, R8, JP1, Cfb можно не устанавливать. Даже без общей ООС этот усилитель имеет очень низкие искажения.

Ток покоя лампы катодного повторителя выбран около 9 мА. Для снижения искажений и выходного сопротивления каскада этот тот желательно задавать побольше, но это может негативно сказаться на сроке службы лампы. Автор принял компромиссное решение.

Транзистор Q1 задаёт ток покоя транзисторного выходного каскада. Для обеспечения термостабилизации он должен быть закреплён как можно ближе к выходным транзисторам на общем радиаторе. Резистор P2 должен быть многооборотный и с надёжным контактом движка.

Резисторы R11, R16, P3 определяют входное сопротивление транзисторной части усилителя (при указанных номиналах оно составляет порядка 10 кОм). При использовании полевых транзисторов номиналы этих резисторов могут быть существенно увеличены. Триммер P3 служит для настройки «0» на выходе усилителя. Автор намеренно не использовал интегратор для этих целей, так как считает, что он негативно влияет на звучание.

Элементы R12/C4 и R20/C8 являются дополнительными фильтрами питания, и исключать их из схемы крайне не рекомендуется. Ёмкости конденсаторов С4 и С8 могут быть в пределах 220мкФ-330мкФ.

Транзисторы Q2 и Q4 образуют классический составной транзистор Дарлингтона , который даёт необходимое усиление по току. Транзисторы Q3 и Q5 образуют составной транзистор Шиклаи , имитируя комплементарный PNP транзистор. Так как Q4 и Q5 являются однотипными, то по мнению автора и комплементарность здесь достигается более полная. Для снижения искажений каскада Шиклаи обычно в него добавляют диод Баксандалла. Автор заменил его транзистором в диодном включении (на схеме обозначен Qbax), что позволило ещё больше снизить искажения выходного каскада. Измеренные искажения при 1 Вт выходной мощности с диодом составили 0,22%, а с транзистором 2SC1815, включенным диодом, всего 0,08%. При больших уровнях выходной мощности разница между диодом и транзистором уменьшается. Печатная плата позволяет установить транзисторы типов 2SC1815 или 2SC2073 или просто диод 1N4007.

Благодаря наличию местных отрицательных обратных связей, выходной каскад имеет низкие искажения и хорошую термостабильность. Резисторы R21 и R22 должны быть безындукционные и возможно меньших габаритов.

Элементы R23 и C7 формируют цепь Цобеля для обеспечения стабильности усилителя на частотах выше 100 кГц. Базовые резисторы R13, R17, R14, и R18 также предотвращают возможные возбуждения на высоких частотах. При ёмкостной нагрузке данного усилителя для повышения его устойчивости можно последовательно с выходом подключить индуктивность (как это часто делается). Катушка содержит 16 витков медного провода диаметром 0,75-мм, намотанных на оправке диаметром 6.3-мм или на резисторе 15 Ом мощностью 2 Вт.

Схема устройства защиты и задержки включения акустических систем показана на рисунке:

Увеличение по клику

Она обеспечивает задержку подключения АС через 30 секунд после включения усилителя и отключения их при появлении на выходе опасного постоянного напряжения. Для минимизации влияния на звук реле для этого блока необходимо выбрать с надёжными и качественными контактами.

Блок питания

Высоковольтная часть схемы питается от стабилизатора, построенного на микросхеме TL783. Входное напряжение должно составлять порядка 360В. Микросхема установлена на небольшом радиаторе и надёжно изолирована от корпуса. Выходное напряжение 315В устанавливается резисторами делителя R39/R40. Резистор R41 служит для разряда конденсаторов после выключения усилителя.

R42 / C27 и R43 / C28 являются дополнительными фильтрами для левого и правого каналов. После них выходное напряжение блока питания составляет 310В.
Если вы не сможете найти для C23 конденсатор типа Wima FKP1 (см. спецификацию) то лучше его исключите из схемы!

Увеличение по клику

Вторичная обмотка трансформатора Т1 с напряжением 30В используется для питания устройства защиты АС (не стабилизировано).

Напряжение накала соединяется с общим проводом (для уменьшения фона) через конденсатор . Оно не может быть непосредственно соединено с «землёй» так как на катоде лампы ЕСС88 напряжение составляет 194В, что больше предельно допустимого напряжение катод-сетка. Конденсатор легко решает эту проблему. Резистор R36 подбирается экспериментально, чтобы напряжение накала составляло ~6.3В.

Выходной каскад усилителя питается нестабилизированным напряжением 38В. Все трансформаторы в конструкции автора — тороидальные.

Конструкция.

Все блоки усилителя собраны на печатных платах. Каждый канал усилителя собирается на отдельной плате, так что для стерео-варианта их понадобится две штуки.

Автор гарантирует, что вы получите наилучшие результаты, если будите использовать именно те элементы, которые указаны в перечне (см. ниже). Между тем, ничто не мешает заменить их на другие аналогичные - имеющиеся в наличии или в плане эксперимента.

Увеличение по клику

Печатные платы усилителя рассчитаны на крепление транзисторов на радиаторы или основание усилителя (которое будет служить радиатором):

Увеличение по клику

Все соединительные провода должны быть соответствующего сечения и как можно короче.

На фото показан вариант крепления выходных транзисторов и транзистора термостабилизации:

Увеличение по клику

Обратите внимание, что все транзисторы изолированы от корпуса/радиатора. Для достижения наилучших результатов автор советует сначала закрепить транзисторы на радиаторы, затем согнуть их выводы под прямым углом, после чего вставить выводы в отверстия платы и закрепить её. Пропаивать выводы следует в самую последнюю очередь, когда транзисторы и плата будут окончательно спозиционированы относительно друг друга и закреплены.

В конструкции автора два больших радиатора используются как боковые стенки корпуса усилителя, на которых закреплены печатные платы каждого канала. В центральной части расположены тороидальные трансформаторы питания, плата блока питания и плата защиты АС:

Увеличение по клику

Для экономии места плата блока питания закреплена над трансформаторами:

Увеличение по клику

Для снижения уровня фона и помех все «общие» провода должны соединяться в одной точке, как показано на схеме:

Увеличение по клику

Налаживание усилителя.

Перед включением убедитесь, что транзисторы надёжно изолированы от радиатора/корпуса и друг от друга, полярность электролитических конденсаторов не перепутана, а лампы стоят на своих местах (они не взаимозаменяемы!)

Как отмечалось выше, усилитель имеет три органа регулировки:

• P1 устанавливает рабочий ток лампы ECC83.
• P2 контролирует ток покоя выходных транзисторов.
• P3 регулирует уровень постоянного напряжения на выходе усилителя.

Перед включением движок Р2 необходимо поставить в верхнее по схеме положение (замкнуть на коллектор Q1). Этим мы обеспечим минимальный ток покоя транзисторов после включения.

Триммер Р1 нужно выставить примерно на 800 Ом (выставляется перед запайкой в плату).

После включения усилителя без подачи входного сигнала и без подключения нагрузки, отрегулируйте триммером Р1 напряжение в контрольной точке ТР3, которое должно составлять 1,6В. При этом напряжение на катоде V2a должно быть 195 V (± 5%). Эти напряжения взаимосвязаны. Если какое-то напряжение сильно отличается от указанных, какую-то из ламп придётся заменить.

Затем триммером Р3 установите нулевое напряжение на выходе усилителя. Оно может находиться в пределах от -50мВ до +50 мВ. Это нормально. После этого триммером Р2 установите ток покоя усилителя в районе 100-150 мА. Для этого можно контролировать напряжения на резисторах R21 или R22, которые должны лежать в диапазоне 22 мВ-33 мВ.

После прогрева усилителя в течение получаса проверьте установленные значения и если нужно откорректируйте их.

В усилителе используется высокое рабочее напряжение. Помните о технике безопасности при работе с электричеством!!!

Заключение.

Несмотря на отсутствие общей отрицательной обратной связи, усилитель обеспечивает низкие искажения сигнала на малых уровнях мощности и хороший коэффициент демпфирования, что обычно является проблемой для усилителей без общей ООС.

Усилитель обладает великолепным звучанием с хорошей динамикой и высокой детальностью. Особенно бережно он обращается с микродеталями (сигналами малого уровня). При этом в звучании отсутствует ярковыраженный ламповый окрас.

MuGen воплотил в себе лучшее из двух миров — транзисторную динамику и ламповую теплоту звука (в пределах разумного, без транзисторной жёсткости).

Надо заметить, что этот усилитель эксплуатируется автором аж с 2007 года и пока ни один другой усилитель не превзошёл его по музыкальности!

Увеличение по клику

Перечень элементов.

Усилитель и блок питания
(Для стерео-вариант все детали надо взять в двойном количестве)

Резисторы
(1% металлоплёночные, мощностью 0,5Вт, если не указано особо)
R1 = 392 kОм
R2,R5,R12,R20,R32 = 1 kОм
R3,R4 = 150 kОм 2W (BC PR02 series)
R6,R15,R19,R45 = 100 Ом
R7 = 22 kОм 3W (BCPR03 series)
R8 = 2,43 kОм
R9 = 274 Ом
R10 = 560 Ом
R11 = 18 kОм
R13,R17 = 392 Ом
R14,R18 = 2,2 Ом
R16 = 20 kОм
R21,R22 = 0,22 Ом 4W (Intertechnik MOX)
R23 = 10 Ом 2W
R24,R26 = 182 Ом
R25 = 1,5 кОм
R27 = 3,3 кОм
R28,R29 = 1 MОм
R30 = 330 kОм
R31 = 10 MОм
R33, R34, R35 = 100 kОм
R36 = подбирается (примерно 0.22 Ом)
R37,R38 = 100 Ом 1W
R39 = 330 Ом
R40 = 82 kОм 3W
R41 = 150 kОм 3W
R42,R43 = 1 kОм 1W
R44 = 4,7 Ом
P1 = 2 kОм, многооборотный
P2,P3 = 5 kОм, многооборотный

Конденсаторы:
C1 = 100nF 400VDC
C2,C3 = 3.3мкФ 400VDC (ClarityCap SA 630V аудиофильского качества)
C4,C6,C8,C10 = 270 мкФ 50V (Panasonic FC)
C5,C9,C12,C14,C22 = 100nF 50V
C7 = 100nF (Vishay MKP-1834)
C11,C16,C17 = 10мкФ 50V
C13 = 47мкФ 50V
C15 = 1мкФ 250V (типа Wima)
C18 = 22мкФ 63V
C19,C20 = 47мкФ 25V
C21 = 220мкФ 50V
C23 = 2n2 (Wima FKP-1/700 VAC)
C29,C30,C31,C35 = 2n2 (Wima FKP-1/700 VAC)
C24 = 150мкФ 450V
C25 = 100n 450 VDC
C26 = 10мкФ 400V
C27,C28 = 22мкФ 400V
C32,C33,C34,C36,C37,C38 = 4700 мкФ63V (BC056, 30×40 mm, Conrad Electronics)
C39 = 10мкФ 25V
Cfb = 56pF (optional)

Активные элементы:
D2,D3 = UF4007 (при отсутствии можно поставить — 1N4007)
D4,D5 = 1N4001
D6,D7,D8 = 1N4148
D9,D10,D11,D12 = BY228
D13 = 1N4007
LED1 = LED, 5mm, красный светодиод
Z1 = стабилитрон 110V 1.3W
Q1 = BD139
Q2 = 2SC2073
Q3 = 2SA940
Q4,Q5 = 2SC5200
Q6,Q7 = BC550B
Q8 = BS170
Q9,Q10 = BC547B
Qbax = 2SC1815BL
U1 = LM337
U2 = LM317
U3 = TL783

Лампы:
V1 = ECC83 (pref. JJ Electronics), 6Н2П
V2 = ECC88 (pref. JJ Electronics), 6Н23П

Разное:
B1 = мостовой выпрямитель 600 V, 1A (DF06M)
B2,B3 = мостовой выпрямитель 400V, 35A
T1 =трансформатор с вторичными напряжениями: 30V + 250V +6.3V (Amplimo type 3N604)
T2 = трансформатор со вторичными напряжениями: 2×28 VAC, 300VA (Amplimo type 78057)
RLY1 = реле 24V (например Amplimo type LR)
Радиаторы U3 Fischer SK104 25,4 STC-220 14K/W
Радиаторы U1 и U2, FischerFK137 SA 220, 21K/W
Радиаторы для Q4 и Q5, с тепловым сопротивлением 0.7K/W или лучше.
9-контактная панель для ламп - 2шт.

Чертежи печатных плат (оригинал в формате pdf ) качаем .(rar-архив, 186 kb)

Последнюю версию чертежей печатных плат в формате Sprint-Layout от наших читателей (редакцией «РадиоГазеты» НЕ ПРОВЕРЯЛИСЬ!) качаем (rar-архив 117 kb).

Статья подготовлена по материалам журнала «Электор».

Вольный перевод — главный редактор «РадиоГазеты».

Удачного творчества!