Wiele osób uważa, że stare i prawie zapomniane schematy wzmacniacza mają dobre i czyste brzmienie. Oczywiście nie dotyczy to wszystkich z epoki analogowego dźwięku. Jednak pewne z nich są wykonane tak prosto i niezawodnie, że nadal są popularne wśród radioamatorów. Według fanów analogowego dźwięku niektóre z tych aparatów brzmią szczególnie pięknie. W pełni dotyczy to wzmacniacza HITACHI z lat 70. z układem wyjściowym opartym na tranzystorach polowych, pracującym w klasie AB z nieco podwyższonym prądem spoczynkowym. Na szczególną uwagę zasługują tu jego dobre, miękkie basy. Na pewno jest to subiektywne spojrzenie, ale fakt, że ten schemat jest stale udoskonalany, przeprojektowywany i używany przez radioamatorów od około 50 lat mówi wiele.
Modyfikacja schematu wzmacniacza pod współczesny użytek
Całość opracowana przez japońskich fachowców jest prosta, niezawodna i stabilna, ale w obecnych warunkach trudna do realizacji. Problem polega na tym, że w oryginale zastosowano specyficzne części, które albo już nie są produkowane i ciężko je znaleźć, albo są dość drogie. A ponadto istnieje spore ryzyko trafienia na podróbki, które, nawet gdy są sprawne, nie gwarantują jakiejkolwiek jakości. Dotyczy to pary wyjściowej japońskich tranzystorów 2SK134/2SJ49, a także dobrze dobranych wysokonapięciowych układów różnicowych o dużym wzmocnieniu opartych na tranzystorach 2SA872/2SD756.
Niestety, zwykła wymiana tych części na mniej lub bardziej odpowiednie, nowoczesne analogi, pogarsza jakość wzmacniacza. Dlatego w obwodzie zaproponowanym na rysunku nie zastąpiono ich, ale wprowadzono pewne modyfikacje. Dzięki temu te analogi zapewniają charakterystykę przybliżoną do oryginału. W sumie parametry powstałego wzmacniacza (przedstawione w tabeli) były nawet nieco lepsze od pierwowzoru, zachowując przy tym dobre brzmienie. Ceną tego jest niewielka komplikacja oryginalnego obwodu, chociaż sam schemat został powiększony tylko o jeden tranzystor, podłączony zgodnie z układem o wspólnej bazie.
Parametry wzmacniacza wg schematu HITACHI:
* Moc wyjściowa (z zasilaniem ±40 V):
- 100 W (4 Ohm);
50 W (8 omów);
* Czułość 1 V (0,75 V rms);
* Poziom szumu –90 dB;
* Szerokość pasma:
–3 dB 8 Hz-300 kHz;
- 0 dB 16 Hz-50 kHz;
* Zniekształcenia harmoniczne:
przy 1 kHz 0,001%;
- 20 kHz – 0,006%;
- 50 kHz – 0,033%.
Analiza spektrum wykazuje w przybliżeniu ten sam poziom drugiej i trzeciej harmonicznej w widmie wzmacniacza. Poziom kolejnych harmonicznych jest zauważalnie niższy. Prąd spoczynkowy tranzystorów wyjściowych można zwiększyć 1,5 raza. Jednocześnie parametry wzmacniacza nieco się poprawią, chociaż będzie się bardziej nagrzewać.
Schemat ten był wielokrotnie realizowany w makiecie i wykazał dobrą powtarzalność. Jego dane w paśmie do 20 kHz uzyskano poprzez pomiar prototypu pod obciążeniem przy użyciu karty dźwiękowej i programu pomiarowego RMAA6.4.5. Natomiast te w paśmie powyżej 20 kHz są jedynie danymi symulacyjnymi. (Wykorzystano symulator Multisim14.01.).
Wzmacniacz charakteryzuje się dobrą liniowością (prawie całkowicie płaskie pasmo do 50 kHz) i wydajnością.
Konstrukcja i szczegóły
Jako część wejściową autor zastosował układ różnicowy (Q1, Q2) na tranzystorach BC556C o wysokim wzmocnieniu, ale niskim dopuszczalnym napięciu. Aby osiągnąć pożądany tryb i zmniejszyć zniekształcenia wprowadzane przez układ różnicowy, konieczne było zasilenie go niskoszumowym źródłem stabilnego prądu 2 mA na tranzystorze wysokiego napięcia (Q3) z własnym źródłem napięcia opornego na czerwonej diodzie LED HL1. Niezbędnym okazało się też wprowadzić do obwodu rezystory R4 i R5, które wyrównują charakterystyki tranzystorów, a także zmniejszają zniekształcenia. Aby wyrównać prądy ramion stopnia różnicowego (i dodatkowo zmniejszyć zniekształcenia), został on obciążony (również w przeciwieństwie do oryginału) na lustrze prądowym (Q4, Q5), także wykonanym na tranzystorach wysokiego napięcia.
Jako wzmacniacz napięcia zastosowano podwójny układ różnicowy (Q7, Q8 i Q6, Q9), także obciążony na symetrycznym (w przeciwieństwie do oryginalnego) lustrze prądowym (Q10, Q11). Układ ten był wprowadzony z dwóch powodów — wzrostu: „wysokiego napięcia” i prędkości. W ten sposób wzmacniacz zapewnia parametry nawet nieco lepsze od pierwowzoru (dobry dźwięk i 0,006-0,007% zniekształceń przy 20 kHz wobec 0,04-0,05% dla oryginału).
Wzmacniacz sprawnie pracuje przy napięciu zasilania ±25 V, co oczywiście wiąże się z odpowiednią utratą mocy. Powiększenie napięcia zasilania spowoduje również wzrost mocy wyjściowej. W tym przypadku, aby nie przeciążać tranzystorów wyjściowych podczas pracy przy obciążeniu 4 omów przy maksymalnej dopuszczalnej mocy dla tego typu urządzeń, można zduplikować układ wyjściowy. Dodawane są tylko tranzystory polowe, podłączone równolegle do istniejących, z rezystorami w ich bramkach i źródłach. Nie ma potrzeby dokonywania dalszych zmian. (W takim przypadku należy dobrać nowo wprowadzone i istniejące tranzystory na to samo napięcie odcięcia i zwiększyć wartości rezystorów R23 i R24 do 0,2-0,33 oma). Trzeba jednak zaznaczyć, że zwiększenie wartości tych rezystorów może skutkować nieznacznym wzrostem zniekształceń.
Aby zneutralizować małą indukcyjność rezystancji wyjściowej, na wyjściu zainstalowano cewkę L1. Nawinięta jest bezpośrednio na rezystorze R26 jednożyłowym lakierowanym drutem miedzianym o średnicy 0,8 mm w jednej warstwie i zawiera 13 zwojów. Jego końce są przylutowane do zacisków rezystora. Można go umieścić na płytce, ale lepiej przylutować go bezpośrednio do złącza wyjściowego.
Rezystory R23, R24 — 5 W każdy, R25 i R26 — 2 W, a reszta — 0,25 W każdy. Kondensatory C1, C2, C5 — dla 25 V, reszta — dla napięcia nie mniejszego niż napięcie zasilania. Diody LED — czerwone AL307B.
Poszczególne komponenty i optymalizacja wydajności
Do zasilania wzmacniacza dobry okaże się transformator z odczepem w uzwojeniu wtórnym i konwencjonalny prostownik, zaprojektowany na odpowiednią moc z niewielkim zapasem. Kondensatory filtrujące muszą mieć pojemność co najmniej 12,000-15,000 µF w każdym ramieniu na kanał. Równolegle z kondensatorami elektrolitycznymi należy zamontować foliowe lub ceramiczne o pojemności 100-150 nF (po jednym w każdym ramieniu). Poszczególny kanał musi mieć własny bezpiecznik.
Regulacja głośności R27 może mieć wartość znamionową 22-51 kOhm. Wskazane jest wybieranie dobrej jakości potencjometrów wieloobrotowych R10 i R18.
Wszystkie tranzystory BC użyte w obwodzie muszą mieć na końcu literę: „C”, ponieważ tylko one mają duże wzmocnienie prądowe.
Wzmacniacz będzie działał dobrze bez dodawania części, ale aby uzyskać lepsze wyniki, należy dobrać tranzystory parami według wzmocnienia:Q1 i Q2, Q8 i Q9, Q10 i Q11. Reszty nie można dobierać, ale jeśli to możliwe, można spróbować z Q4 i Q5, Q6 i Q7. Przy użyciu prostego testera z konektorem do sprawdzania tranzystorów, ta procedura zajmuje kilka minut, ale daje zauważalne rezultaty.
Rezystory w obwodach bramki tranzystorów polowych (R19, R20) należy zainstalować w pobliżu odpowiednich zacisków lub przylutować.
Tranzystory układu końcówego 2SK1058/2SJ162 można zastąpić odpowiednio: 2SK1057 (1056)/2SJ161 (160) lub zastosować inne: „boczne”. Jeśli ich nie ma, można wykorzystać pionowy MOSFET IRFP140/IRFP9140 bez żadnych zmian w obwodzie. Przy spożytkowaniu tego ostatniego moc wyjściowa ULF wzrośnie do 120 W, ale zniekształcenia przy 20 kHz również skoczą do 0,009-0,01%, głównie przez trzecią harmoniczną.
Należy pamiętać, że często można spotkać podróbki z nową etykietą i nieprawidłowym umiejscowieniem pinów.
Stabilizacja termiczna i regulacja
Tranzystory wyjściowe montowane są na radiatorze o powierzchni 1600-2000 cm² poprzez izolatory mikowe smarowane obustronnie pastą termoprzewodzącą. Tranzystor Q6 jest również nią smarowany i szczelnie włożony do radiatora we wcześniej wywiercony otwór o odpowiedniej średnicy w pobliżu tranzystorów końcówki.
Łańcuch R17, C4 zapobiega możliwemu samowzbudzeniu wzmacniacza. W razie potrzeby można zmniejszyć o połowę rezystancję rezystora i podwoić pojemność kondensatora.
Wzmacniacz nie jest podatny na samowzbudzenie, ale jak wiadomo, wiele zależy od topologii płyty i stosowanych elementów. Na przykład zdarzają się przypadki, w których za samowzbudzenie odpowiedzialne są rezystory z drutem spiralnym. W takiej sytuacji wystarczy je po prostu zastąpić innymi, na przykład węglowymi, łącząc kilka sztuk o odpowiedniej wartości i mocy.
Kondensator C2 eliminuje drobne emisje z dolnej: „półki” meandra. W przypadku wystąpienia samowzbudzenia, jego wartość nominalną można nieznacznie zwiększyć, a wobec braku generacji, można je zmniejszyć lub całkowicie zlikwidować. Wyłączenie C2 zwiększy przepustowość.
Kondensator C3 eliminuje niewielkie przekroczenia górnej: „półki” fali sinusoidalnej w trybie silnego ograniczenia sygnału. W razie potrzeby jego nominał można zwiększyć nawet 10-krotnie. Wszystko zależy od rodzaju zastosowanych tranzystorów polowych. Czasami najlepszy efekt uzyskuje się, podłączając końcówkę górną kondensatora C5 do kolektora Q8, lecz nie Q9.
Kondensatory C1 i C15 tłumią tło o niskiej częstotliwości. W razie potrzeby można je zwiększyć 5-10 razy.
Przed pierwszym włączeniem należy ustawić potencjometr RP1 w pozycji środkowej, a RP2 w pozycji minimalnego oporu. Wtedy bez podłączania obciążenia i przy regulatorze głośności PR3 pozostawionym na: „zero” zasilanie jest dostarczane. Rezystor RP1 ustawia: „zero” na wyjściu wzmacniacza, a RP2 prąd spoczynkowy na około 100-150 mA.
Podsumowanie
Wygodny jest pomiar prądu spoczynkowego na podstawie spadku napięcia na odpowiednim pięciowatowym rezystorze. Na przykład, jeśli na R13 (0,1 oma) napięcie spada o 10 mV (0,010 V), to oznacza, że prąd spoczynkowy wynosi 100 mA (0,1 A).
Po rozgrzaniu radiatorów wzmacniacza należy powtórzyć ustawienia jeszcze raz. Aby uniknąć uszkodzenia części w przypadku jakichkolwiek błędów, radzę wykonać pierwsze zasilanie ULF przez żarówkę. Autor zaleca uzupełnienie wzmacniacza układem zabezpieczającym głośniki.
Źródło: https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=666315
Modyfikacja schematu wzmacniacza pod współczesny użytek
Całość opracowana przez japońskich fachowców jest prosta, niezawodna i stabilna, ale w obecnych warunkach trudna do realizacji. Problem polega na tym, że w oryginale zastosowano specyficzne części, które albo już nie są produkowane i ciężko je znaleźć, albo są dość drogie. A ponadto istnieje spore ryzyko trafienia na podróbki, które, nawet gdy są sprawne, nie gwarantują jakiejkolwiek jakości. Dotyczy to pary wyjściowej japońskich tranzystorów 2SK134/2SJ49, a także dobrze dobranych wysokonapięciowych układów różnicowych o dużym wzmocnieniu opartych na tranzystorach 2SA872/2SD756.
Niestety, zwykła wymiana tych części na mniej lub bardziej odpowiednie, nowoczesne analogi, pogarsza jakość wzmacniacza. Dlatego w obwodzie zaproponowanym na rysunku nie zastąpiono ich, ale wprowadzono pewne modyfikacje. Dzięki temu te analogi zapewniają charakterystykę przybliżoną do oryginału. W sumie parametry powstałego wzmacniacza (przedstawione w tabeli) były nawet nieco lepsze od pierwowzoru, zachowując przy tym dobre brzmienie. Ceną tego jest niewielka komplikacja oryginalnego obwodu, chociaż sam schemat został powiększony tylko o jeden tranzystor, podłączony zgodnie z układem o wspólnej bazie.
Parametry wzmacniacza wg schematu HITACHI:
* Moc wyjściowa (z zasilaniem ±40 V):
- 100 W (4 Ohm);
50 W (8 omów);
* Czułość 1 V (0,75 V rms);
* Poziom szumu –90 dB;
* Szerokość pasma:
–3 dB 8 Hz-300 kHz;
- 0 dB 16 Hz-50 kHz;
* Zniekształcenia harmoniczne:
przy 1 kHz 0,001%;
- 20 kHz – 0,006%;
- 50 kHz – 0,033%.
Analiza spektrum wykazuje w przybliżeniu ten sam poziom drugiej i trzeciej harmonicznej w widmie wzmacniacza. Poziom kolejnych harmonicznych jest zauważalnie niższy. Prąd spoczynkowy tranzystorów wyjściowych można zwiększyć 1,5 raza. Jednocześnie parametry wzmacniacza nieco się poprawią, chociaż będzie się bardziej nagrzewać.
Schemat ten był wielokrotnie realizowany w makiecie i wykazał dobrą powtarzalność. Jego dane w paśmie do 20 kHz uzyskano poprzez pomiar prototypu pod obciążeniem przy użyciu karty dźwiękowej i programu pomiarowego RMAA6.4.5. Natomiast te w paśmie powyżej 20 kHz są jedynie danymi symulacyjnymi. (Wykorzystano symulator Multisim14.01.).
Wzmacniacz charakteryzuje się dobrą liniowością (prawie całkowicie płaskie pasmo do 50 kHz) i wydajnością.
Konstrukcja i szczegóły
Jako część wejściową autor zastosował układ różnicowy (Q1, Q2) na tranzystorach BC556C o wysokim wzmocnieniu, ale niskim dopuszczalnym napięciu. Aby osiągnąć pożądany tryb i zmniejszyć zniekształcenia wprowadzane przez układ różnicowy, konieczne było zasilenie go niskoszumowym źródłem stabilnego prądu 2 mA na tranzystorze wysokiego napięcia (Q3) z własnym źródłem napięcia opornego na czerwonej diodzie LED HL1. Niezbędnym okazało się też wprowadzić do obwodu rezystory R4 i R5, które wyrównują charakterystyki tranzystorów, a także zmniejszają zniekształcenia. Aby wyrównać prądy ramion stopnia różnicowego (i dodatkowo zmniejszyć zniekształcenia), został on obciążony (również w przeciwieństwie do oryginału) na lustrze prądowym (Q4, Q5), także wykonanym na tranzystorach wysokiego napięcia.
Jako wzmacniacz napięcia zastosowano podwójny układ różnicowy (Q7, Q8 i Q6, Q9), także obciążony na symetrycznym (w przeciwieństwie do oryginalnego) lustrze prądowym (Q10, Q11). Układ ten był wprowadzony z dwóch powodów — wzrostu: „wysokiego napięcia” i prędkości. W ten sposób wzmacniacz zapewnia parametry nawet nieco lepsze od pierwowzoru (dobry dźwięk i 0,006-0,007% zniekształceń przy 20 kHz wobec 0,04-0,05% dla oryginału).
Wzmacniacz sprawnie pracuje przy napięciu zasilania ±25 V, co oczywiście wiąże się z odpowiednią utratą mocy. Powiększenie napięcia zasilania spowoduje również wzrost mocy wyjściowej. W tym przypadku, aby nie przeciążać tranzystorów wyjściowych podczas pracy przy obciążeniu 4 omów przy maksymalnej dopuszczalnej mocy dla tego typu urządzeń, można zduplikować układ wyjściowy. Dodawane są tylko tranzystory polowe, podłączone równolegle do istniejących, z rezystorami w ich bramkach i źródłach. Nie ma potrzeby dokonywania dalszych zmian. (W takim przypadku należy dobrać nowo wprowadzone i istniejące tranzystory na to samo napięcie odcięcia i zwiększyć wartości rezystorów R23 i R24 do 0,2-0,33 oma). Trzeba jednak zaznaczyć, że zwiększenie wartości tych rezystorów może skutkować nieznacznym wzrostem zniekształceń.
Aby zneutralizować małą indukcyjność rezystancji wyjściowej, na wyjściu zainstalowano cewkę L1. Nawinięta jest bezpośrednio na rezystorze R26 jednożyłowym lakierowanym drutem miedzianym o średnicy 0,8 mm w jednej warstwie i zawiera 13 zwojów. Jego końce są przylutowane do zacisków rezystora. Można go umieścić na płytce, ale lepiej przylutować go bezpośrednio do złącza wyjściowego.
Rezystory R23, R24 — 5 W każdy, R25 i R26 — 2 W, a reszta — 0,25 W każdy. Kondensatory C1, C2, C5 — dla 25 V, reszta — dla napięcia nie mniejszego niż napięcie zasilania. Diody LED — czerwone AL307B.
Poszczególne komponenty i optymalizacja wydajności
Do zasilania wzmacniacza dobry okaże się transformator z odczepem w uzwojeniu wtórnym i konwencjonalny prostownik, zaprojektowany na odpowiednią moc z niewielkim zapasem. Kondensatory filtrujące muszą mieć pojemność co najmniej 12,000-15,000 µF w każdym ramieniu na kanał. Równolegle z kondensatorami elektrolitycznymi należy zamontować foliowe lub ceramiczne o pojemności 100-150 nF (po jednym w każdym ramieniu). Poszczególny kanał musi mieć własny bezpiecznik.
Regulacja głośności R27 może mieć wartość znamionową 22-51 kOhm. Wskazane jest wybieranie dobrej jakości potencjometrów wieloobrotowych R10 i R18.
Wszystkie tranzystory BC użyte w obwodzie muszą mieć na końcu literę: „C”, ponieważ tylko one mają duże wzmocnienie prądowe.
Wzmacniacz będzie działał dobrze bez dodawania części, ale aby uzyskać lepsze wyniki, należy dobrać tranzystory parami według wzmocnienia:Q1 i Q2, Q8 i Q9, Q10 i Q11. Reszty nie można dobierać, ale jeśli to możliwe, można spróbować z Q4 i Q5, Q6 i Q7. Przy użyciu prostego testera z konektorem do sprawdzania tranzystorów, ta procedura zajmuje kilka minut, ale daje zauważalne rezultaty.
Rezystory w obwodach bramki tranzystorów polowych (R19, R20) należy zainstalować w pobliżu odpowiednich zacisków lub przylutować.
Tranzystory układu końcówego 2SK1058/2SJ162 można zastąpić odpowiednio: 2SK1057 (1056)/2SJ161 (160) lub zastosować inne: „boczne”. Jeśli ich nie ma, można wykorzystać pionowy MOSFET IRFP140/IRFP9140 bez żadnych zmian w obwodzie. Przy spożytkowaniu tego ostatniego moc wyjściowa ULF wzrośnie do 120 W, ale zniekształcenia przy 20 kHz również skoczą do 0,009-0,01%, głównie przez trzecią harmoniczną.
Należy pamiętać, że często można spotkać podróbki z nową etykietą i nieprawidłowym umiejscowieniem pinów.
Stabilizacja termiczna i regulacja
Tranzystory wyjściowe montowane są na radiatorze o powierzchni 1600-2000 cm² poprzez izolatory mikowe smarowane obustronnie pastą termoprzewodzącą. Tranzystor Q6 jest również nią smarowany i szczelnie włożony do radiatora we wcześniej wywiercony otwór o odpowiedniej średnicy w pobliżu tranzystorów końcówki.
Łańcuch R17, C4 zapobiega możliwemu samowzbudzeniu wzmacniacza. W razie potrzeby można zmniejszyć o połowę rezystancję rezystora i podwoić pojemność kondensatora.
Wzmacniacz nie jest podatny na samowzbudzenie, ale jak wiadomo, wiele zależy od topologii płyty i stosowanych elementów. Na przykład zdarzają się przypadki, w których za samowzbudzenie odpowiedzialne są rezystory z drutem spiralnym. W takiej sytuacji wystarczy je po prostu zastąpić innymi, na przykład węglowymi, łącząc kilka sztuk o odpowiedniej wartości i mocy.
Kondensator C2 eliminuje drobne emisje z dolnej: „półki” meandra. W przypadku wystąpienia samowzbudzenia, jego wartość nominalną można nieznacznie zwiększyć, a wobec braku generacji, można je zmniejszyć lub całkowicie zlikwidować. Wyłączenie C2 zwiększy przepustowość.
Kondensator C3 eliminuje niewielkie przekroczenia górnej: „półki” fali sinusoidalnej w trybie silnego ograniczenia sygnału. W razie potrzeby jego nominał można zwiększyć nawet 10-krotnie. Wszystko zależy od rodzaju zastosowanych tranzystorów polowych. Czasami najlepszy efekt uzyskuje się, podłączając końcówkę górną kondensatora C5 do kolektora Q8, lecz nie Q9.
Kondensatory C1 i C15 tłumią tło o niskiej częstotliwości. W razie potrzeby można je zwiększyć 5-10 razy.
Przed pierwszym włączeniem należy ustawić potencjometr RP1 w pozycji środkowej, a RP2 w pozycji minimalnego oporu. Wtedy bez podłączania obciążenia i przy regulatorze głośności PR3 pozostawionym na: „zero” zasilanie jest dostarczane. Rezystor RP1 ustawia: „zero” na wyjściu wzmacniacza, a RP2 prąd spoczynkowy na około 100-150 mA.
Podsumowanie
Wygodny jest pomiar prądu spoczynkowego na podstawie spadku napięcia na odpowiednim pięciowatowym rezystorze. Na przykład, jeśli na R13 (0,1 oma) napięcie spada o 10 mV (0,010 V), to oznacza, że prąd spoczynkowy wynosi 100 mA (0,1 A).
Po rozgrzaniu radiatorów wzmacniacza należy powtórzyć ustawienia jeszcze raz. Aby uniknąć uszkodzenia części w przypadku jakichkolwiek błędów, radzę wykonać pierwsze zasilanie ULF przez żarówkę. Autor zaleca uzupełnienie wzmacniacza układem zabezpieczającym głośniki.
Źródło: https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=666315
Fajne? Ranking DIY