Гибридный усилитель на полевых транзисторах. Схема гибридного усилителя класса А с полевым выходным каскадом

ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Многие слышали и наверное делали ламповые УНЧ, кто-то говорит их звук самый лучший, а кто-то скажет транзисторы ни в чём им не уступают и по параметрам гораздо круче.

Я делал и те и эти и готов сделать окончательный вывод: в классном усилителе звука - и лампы и транзисторы, каждому своё:

Лампы отлично работают на входе, а как стильно смотрятся!, а полевые транзисторы на выходе - и не надо огромных выходных трансформаторов.

Вот схемы которые я испытывал в процессе экспериментов и все они прекрасно себя зарекомендовали!

А вот пример практической реализации одного из гибридных УНЧ по схеме, приведённой ниже:

Для этого усилителя использовал схему на N-канальных полевых транзисторах из журнала радиохобби, Нижняя часть корпуса размерами 15х20 см из сантиметрового алюминиевого листа, используется как общий радиатор для транзисторов. Питание последних получается через обычный диодный мост и две ёмкости по 10000 мкф. Фона переменного тока не слышно. 200 В для анода берётся с помощью 12-вольтового маленького транса на 10 Вт включенного наоборот к вторичке основного трансформатора. Для индикации положения уровня громкости - ставим синий светодиод через кусочек оргстекла. Для красоты - лампы снизу подсвечиваем красными светодиодами. Разница на слух между 6Н6П и 6Н2П практически не заметна. Налаживание заключается в установке нужного тока покоя (в пределах 0.3 - 1 А). И последнее: не экономьте на радиаторе! Для класса "А" потребуется очень приличное охлаждение. К примеру радиатор для 100 ваттного УНЧ макинтош класса "А" весит 8кг! В качестве источника питания для такого усилителя можно использовать электронный трансформатор как в

И так. Как я уже раньше писал у меня есть желание сделать усилитель для бас гитары. Я перебрал несколько вариантов и принял решение. От варианта чисто лампового усилителя я отказался из за больших размеров и большой стоимости за выходной трансформатор. Принято решение собирать гибридный усилитель .

Вот примерная блок схема. Все будет собираться в одном небольшом корпусе.

« » на Яндекс.Фотках

Это смесь лампового каскада предварительного усиления (в моем случае) и транзисторного или микросхемного оконечного усилителя
Ламповый пре-амп выполнен по классической схеме, одна лампа (двойной триод) на 2 каскада. 2 крутилки громкости (геин и мастер) между ними тон блок.
Продолжение следует.

« » на Яндекс.Фотках


« » на Яндекс.Фотках

Пересмотрев немного принципы попробуем сделать пред усилитель взяв за основу вот эту схемы.

Ламповый пред усилитель

Разрабатываем плату, так как реально легче вытравить чем что то навесом изобретать.

Вот наглядная схема предварительного усилителя мы немного отступили от первоночального плана. Так как я решил попробовать вот таку схема предварительных усилителей. Собственно пред усилитель закнчивается (если смотреть по схемае) там где от ножки 8 идет контакт на 2 конденсатора по 6,8 мКф. Собственна в этой статье мы будем разсматривать только сам ламповый пред усиилитель .

Плата разработана в программе layout 5 так что и файл к ней можно скачать .

В файле фложен шаблон схемы и сама программа, в программе layout 5 в макросах в папке user есть 2 шаблона для ламп, макрося сделаны моим другом но они подходят для обычных пальчиковых ламп и второй для октальной панельки.

Вернемся к нашему пред усилителю. Я предпологаю использовать лампы 6н2п (6н2п-ев), на 9тую ножку выведена разделительная сетка. Которую по логике можно об землю и наверно! Подчеркиваю - наверно будет меньше наводок. Но в реальности пока я не проверял.

Качество ламповых усилителей в очень большой степени определяется качеством выходного трансформатора (конечно, если сама схема и другие компоненты на должном высоком уровне). И если для относительно маломощных усилителей (примерно до 10 Вт) размеры и стоимость выходного трансформатора ещё укладываются в разумные пределы, то для мощных конструкций это становится реальной проблемой.

Из-за нелинейного намагничивания железа и возможного насыщения выходной трансформатор имеет высокие нелинейные искажения , а также весьма неважные частотные и фазовые характеристики. Это всё, конечно, можно исправить путём введения отрицательной обратной связи , но, как известно, она улучшает параметры, но портит звук.

В последнее время у радиолюбителей большую популярность приобрели гибридные конструкции , где выходной трансформаторный каскад заменяется транзисторным каскадом . Это позволяет обеспечить согласование выхода усилителя с низкоомной нагрузкой и в тоже время избавляет схему от трансформатора и, как следствие, от искажений, вызванных нелинейностью железа.

Кроме того, такое построение схемы позволяет использовать усилительные приборы с наибольшей эффективностью — как известно, лампы являются высоколинейным усилителем напряжения и отлично подходят для входных каскадов. В тоже время транзисторы гораздо лучше усиливают ток и оптимально подходят для выходных каскадов усилителя. За счёт высоковольтного питания ламповые каскады позволяют получить сигнал большой амплитуды для раскачки выходного каскада, что существенно упрощает предварительную часть усилителя.

Схема гибридного усилителя Герхарда Хааса представлена на рисунке:

Увеличение по клику

Характеристики усилителя:

• Максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом — 70Вт,
• Диапазон воспроизводимых частот 20Гц...100 кГц (-0,6 дБ),
• Входное сопротивление — 47кОм,
• Чувствительность — 1,5В,
• Уровень шумов - 185 мкВ,
• Уровень гармоник:

Лампы и их режимы работы были выбраны так, чтобы обеспечить небольшое усиление с разомкнутой петлёй ООС. Дело в том, что для стереофонического варианта в усилителе без обратной связи довольно сложно обеспечить равенство усиления каналов. Здесь для упрощения этой задачи введена неглубокая отрицательная обратная связь, чтобы она не сказывалась негативно на звучании.

Так как ламповые каскады не очень любят режим «холостого» хода и уж тем более режим короткого замыкания, для безопасной эксплуатации усилителя в схеме предусмотрена защита выходного каскада.

Ламповая и транзисторная части схемы довольно типичны. Так как выходной каскад является относительно низкоомной нагрузкой, то для его согласования со входным дифференциальным каскадом используется мощный пентод, способный обеспечить требуемый выходной ток с минимальными искажениями сигнала.

Для того, чтобы получить от входного каскада максимальное усиление при минимальной нелинейности и высокое подавление синфазных помех, в катодах лампы должен стоять линейный резистор бесконечного сопротивления. Обычно, это решается применением источника стабильного тока. Но, чтобы сильно не усложнять схему, для питания катодных цепей первой лампы автор использовал дополнительный источник питания с напряжением -68В. Полученное при этом значение номинала резистора R3 вполне достаточно для достижения высоких параметров входного дифференциального каскада. Компенсировать различие в параметрах триодов лампы Ro1 можно с помощью триммера P1.

Выходной каскад усилителя построен по симметричной двухтактной схеме на транзисторах Дарлингтона. Ток покоя (65мА) можно контролировать по падению напряжения на резисторах R34,R35, которое при указанных на схеме номиналах должно составлять 22мВ. Транзистор Т1 является стабилизатором тока покоя и должен быть закреплен на радиатор вместе с выходными транзисторами.

Так как выходные транзисторы имеют очень большой коэффициент усиления по току, то специальных мер для балансировки каскада не предусмотрено. За время эксплуатации усилителя выходное напряжение в режиме покоя не превышало 100мВ, что, как считает автор, абсолютно не критично для низкоомной нагрузки.

Из-за значительного различия напряжений питания ламповой и транзисторной частей усилителя реализовать общую отрицательную обратную связь по переменному и постоянному токам не представляется возможным. Как уже отмечалось ранее, в схеме присутствует лишь неглубокая ООС по переменному току для выравнивания коэффициента усиления каналов, которая не сказывается на звучании усилителя.

Для максимального разделения каналов желательно использовать моноблочную конструкцию для каждого канала. Источники питания, описанные ниже, позволяют это легко реализовать.

Схемы высоковольтного стабилизатора для питания ламп и стабилизатора цепей накала (для снижения уровня фона питающей сети) показаны на рисунке:

Увеличение по клику

Для повышения напряжения на выходе микросхемы 7805 до необходимого уровня используется «подпорка» из светодиода. Эта схема хорошо зарекомендовала себя за долгие годы эксплуатации.

Блок питания транзисторной части усилителя:

Увеличение по клику

Все блоки усилителя (кроме блока питания транзисторной части) монтируются на печатных платах. «Общие» выводы источников питания должны быть соединены вместе. На плате усилителя под резисторами R14-R16 для лучшего их охлаждения предусмотрены отверстия. Выходные транзисторы и транзистор стабилизации тока покоя (Т1) крепятся на радиатор через изолирующие прокладки.

Увеличение по клику

Настройка усилителя достаточно проста. После подачи напряжения накала и прогрева ламп можно подключать высокое напряжение. При этом конденсаторы С8 и С11 должны быть отключены!!! На вход усилителя подают сигнал с генератора и, повышая его амплитуду, добиваются ограничения сигнала (в районе 50В) на выходе ламповой части. Триммером Р1 регулируют симметрию ограничения, так как триоды в одном баллоне никогда не бывают идентичны на 100%. При наличии анализатора спектра регулировку ламповой части можно осуществить с его помощью, добиваясь триммером Р1 минимальных гармонических искажений.

Следующим шагом является проверка транзисторной части. Для этого отключаем питание ламповых каскадов, подаём низковольтное питание и замеряем напряжение на резисторах R34,R35. Оно должно составлять около 22 мВ, что соответствует току покоя в 65мА.

Если всё прошло успешно, восстанавливаем соединение ламповой и транзисторной частей усилителя — запаиваем С8 и С11 на свои места. Подключаем на выход в качестве нагрузки резистор номиналом 4 Ома и включаем усилитель. Подаём на вход сигнал от генератора и проверяем, что на выходе при амплитуде сигнала в 16 В нет видимых искажений. Это соответствует выходной мощности в 60 Вт. Как видно из приведенных данных, в спектре сигнала доминирует вторая гармоника, а сам спектр является быстроспадающим, что говорит о ламповом звучании схемы и доминировании триодов.

Транзисторные схемы малочувствительны к сопротивлению нагрузки, поэтому к выходу усилителя можно подключать нагрузку от 4 до 16 Ом. Правда, при нагрузке в 16 Ом выходная мощность составит немного больше 16 Вт, так как просадка напряжения питания транзисторной части из-за уменьшения токовой нагрузки также уменьшится. Это недостаток транзисторных схем по сравнению с ламповыми, где за счёт выходного трансформатора (с отводами вторичной обмотки) обеспечивается равная выходная мощность для нагрузок в 4, 8 и 16 Ом.

Так как транзисторные усилители не переносят короткого замыкания в нагрузке или длительные токовые перегрузки, в усилителе предусмотрена система защиты. За основу взята схема, разработанная компанией Siemens ещё в 1970 году.

Принцип работы системы защиты от короткого замыкания поясняет рисунок:

При указанных на схеме номиналах ток короткого замыкания ограничивается на уровне 8,8А.

Принцип работы схемы защиты от пиковых токов показан на рисунке:

Конденсатор С14 обеспечивает временную задержку срабатывания защиты, чтобы исключить ложные срабатывания на пиках музыкального сигнала и ограничивать только долговременные превышения. Диод D10 (D9) для снижения потерь должен быть диодом-Шоттки.

Применение такой системы защиты резко повышает надёжность усилителя.

Рисунки печатных плат и схемы расположения элементов забираем

Статья подготовлена по материалам журнала «Электор» (Германия)

Удачного творчества!

Главный редактор «РадиоГазеты»

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.