Так получилось, что некоторое время назад мне потребовался достаточно компактный усилитель мощности для полочных колонок. Ограничение накладывалось размером ниши (32 см в ширину и высоту), в которую предполагалось установить усилитель. Новые усилители заслуживающих доверие брендов сразу отпали по соображениям стоимости, а рынок б/у предлагал только мутные варианты о которых я ничего не знал, и продавцы не спешили ничего рассказывать.
Был еще вариант китайских усилителей класса D: обещана огромная мощность, околонулевые искажения и компактный корпус. И при всем при этом цена на уровне нескольких тысяч рублей! В отзывах сплошь похвала и одобрение. В результате купил усилитель фирмы S.M.S.L. На следующий день сдал обратно в магазин: казалось, что слушаешь скрежет стекла. Короче, звук был очень неприятным.
Тогда и возникла идея самосбора. Схема должна была быть простой в сборке и настройке, широко распространенной, не требовать дорого оборудования и редких деталей, а также обеспечивать хорошее качество звука в небольшой комнате. В качестве такой схемы остановился на широко известном классическом усилителе Джона Линсли-Худа от 1969 года (он же "JLH 1969"). На самом деле схем, удовлетворяющих заданным критериям, множество, и у каждой свои приверженцы, свои плюсы и минусы. Основные минусы JLH: требовательность к компонентам, постоянное высокое потребление электроэнергии и, как следствие, сильный нагрев, невысокая выходная мощность (раскачать более 10 ватт на канал надо очень постараться). Указанные недостатки меня не смутили и я начал изучать теорию. Вот примерный список:
За 20-30 долларов на Али продаются готовые комплекты для сборки (плата + детали россыпью), но так как хороший звук будет только при хороших деталях, имеет смысл заказывать там только печатные платы, а детали добывать в местах, вызывающих больше доверия. Я заказал две платы (правый и левый каналы для симметричного расположения в корпусе).
Пока ждал платы, спроектировал корпус из фанеры под размеры ниши. Фанеру 10 мм купил и раскроил в Леруа, отобрал куски без сучков. Боковыми стенками корпуса должны были служить солидные алюминиевые радиаторы типа АВМ-053-150 (123x38х150 мм), по две штуки на правую и левую стенку.
Вот, собственно, схема, скопированная со странички продавца печатных плат, на которой указал красным шрифтом детали, которые запланировал использовать:
В сравнении с предлагаемой схемой, увеличены емкости конденсаторов, а транзисторы заменены на те, которые удалось достать. Маломощные транзисторы подбирались по коэффициенту усиления на выдаче в магазине (за что большое спасибо сотрудникам), получилось подобрать транзисторы 2N2907A с коэффициентом усиления порядка 170 и около 200 для 2N1711. Мощными выходными транзисторами TESLA KD 3055 (1980 г. выпуска) поделился товарищ, у которого они были из источника, не подлежащего разглашению. Среди них удалось отобрать две пары с коэффициентами усиления 55/57 и 67/68. Для схемы очень важна идентичность параметров транзисторов выходного каскада, потому один из каналов получается чуть громче, но это несложно скомпенсировать при дальнейшей настройке. Более того, просто перемещение головы слушателя приводит к гораздо большему перепаду воспринимаемой громкости, чем такая разница коэффициентов усиления выходных пар транзисторов.
Несмотря на то, что транзисторы TESLA заведомо оригинальные, с некоторых из них при мойке спиртом начисто стерлась маркировка. Хорошо, что успел заранее пронумеровать маркером. Маркер спиртом не смылся.
Для измерения коэффициента усиления мощных транзисторов собрал вот такую схему с двумя амперметрами и питанием от двух батареек АА (2 х 1.5 вольта):
Очень удобно подобрать ток базы равным 1 мА, в этом случае показания второго амперметра покажут коэффициент усиления. В показанной на рисунке схеме он равен 60. Кстати, все схемы, которые требовали моделирования, проверял через Falstad Circuit Simulator, скриншот из него. Рекомендую.
Мелочевку на плату тоже старался подбирать качественную: конденсаторы EPCOS и Panasonic, подстроечные резисторы Bourns, маломощные сопротивления не 0.125 Вт, а на 0.25 Вт.
Отдельного внимания потребовал блок питания. При изучении цен и наличия в магазинах вышло, что качественный импульсный блок питания выйдет дороже, чем трансформаторный. А использовать фонящий дешевый китайский БП или курочить хороший компьютерный не выглядело хорошей идеей. Потому был выбран самый обычный классический трансформаторный блок питания с фильтрующими конденсаторами, разделенными резистором. Расчет показывал, что даже такой фильтр гасит колебания питающего напряжения очень и очень эффективно. Убедиться в этом можно смоделировав БП и измерить уровень пульсаций: они составляют доли процента (и действительно, 50 Гц в колонках не слышны даже в полной тишине):
Трансформатор использован тороидальный,18 вольт, 6 ампер, с одной вторичной обмоткой. Фильтрующие конденсаторы EPCOS на 35 вольт, 22 тыс. мкФ, включены в две группы по две штуки. Сопротивление - цементное, на 20 ватт, 0.44 Ома. Выпрямитель - диодный мост на 50 ампер 100 вольт, установлен на теплоотводе. Можно использовать радиатор от старого процессора типа 486 и т.п. Можно купить выпрямитель подороже, с меньшим падением напряжения на диодах, и он будет греться меньше.
Результирующее напряжение на выходе блока питания на холостом ходу - 26 вольт. Под нагрузкой снижается до 22 вольт.
При желании можно поэкспериментировать с питанием каждого канала от отдельной обмотки трансформатора, через отдельный выпрямитель, но я решил не усложнять схему. Полагаю, лучше иметь питание двух усилителей от двойной емкости в фильтре, чем каждого от одинарной.
По прибытии плат занялся монтажом схемы. Вот как выглядела собранная плата одного из каналов:
Для крепления платы к радиатору потребовалась диэлектрическая прокладка (на плате присутствуют металлизированные переходные отверстия для силовых транзисторов). О ней почему-то не пишет никто из собиравших данную схему. Пришлось вырезать из обложки файла для бумаг.
От самого радиатора транзисторы отделены керамическими прокладками. Изоляторы для ножек найти в продаже не удалось, пришлось кропотливо подбирать положение ножек так, чтобы не было замыкания на радиатор.
Далее поженили плату и радиатор. Вот так выглядит собранный усилитель одного канала
Согласно рекомендациям, выставил половину питающего напряжения на плюсовой клемме С6 (для этого предусмотрена специальная контактная площадка на плате) и настроил ток потребления равным 1.2 А, на этом настройка завершена. В таком режиме в открытом корпусе через час транзисторы достигли устойчивой температуры 47 градусов
В итоге все было расположено в корпусе (прошу прощения за топорный дизайн а-ля дикобраз из Икеи)
А что по звуку? Я бы охарактеризовал его так: он не утомляет. Проверено на длительном прослушивании спокойного джаза.
В целом проект напомнил то, как было принято собирать схемы радиолюбителями в СССР, кому это нравится, рекомендую к повторению.
Комментарии (31)
akhkmed
30.06.2022 23:55+1Поздравляю с завершением интересного проекта. Можете измерить, какое тепловое сопротивление алюминиевого уголка? Это толстый уголок? Мне тоже нужно будет сделать тепловой интерфейс без прямого контакта транзистора и теплоотвода.
Кстати, h21e мощных транзисторов лучше тут измерять в режиме стабилизации тока коллектора на рабочем токе как в схеме. И после прогрева. Получится совсем другой результат.
Didimus Автор
01.07.2022 07:18Как измерить тепловое сопротивление в домашних условиях, не знаю
Это декоративный уголок из леруа, выбрал самый дорогой, самый толстый из наличия: Профиль алюминиевый угловой 40х40х3x1000 мм. Второй радиатор в сборке ощутимо прохладнее, но через час прогревается вполне хорошо
К моменту измерения h21e у меня ещё не был готов источник питания, были только батарейки. Принципиально для проекта было использование подручных средств, купил из специального только паяльник Goot
Shura_m
01.07.2022 17:46Может не "тепловое сопротивление " а "теплопроводность" ?
Тут ведь не дом строят.
akhkmed
01.07.2022 17:59Именно тепловое сопротивление. Хочу знать отношение рассеиваемой мощности к разнице температур основания радиатора и корпуса транзистора готовой конструкции.
Didimus Автор
02.07.2022 06:23Смотрите, через транзисторы идёт ток 1.2 А при напряжении 22 вольта, то естьи выдаётся где-то 30 ватт. Температура транзистора 47 градусов, радиатор по ощущениям около 37 (как вода, когда моешь руки, чуть горячее и будет неприятно). Второй радиатор градусов на пять ниже по ощущениям. Надеюсь, этих данных достаточно для оценки в первом приближении.
Scratch
01.07.2022 08:40+2RMAA бы прогнать
Didimus Автор
01.07.2022 10:39Я не электронщик ни разу, потому мне важно осознание, что сделано своими руками. Это примерно как ребенок, он радует просто потому что свой.
Некоторый набор тестов производили по приведенным мной ссылкам, не думаю, что будет большая разница
Scratch
01.07.2022 11:09Я не электронщик ни разу
Вот поэтому и надо прогнать, чтоб понять, что оно соответствует заявленным характеристикам. А то весь ваш результат - это "ну вроде на джазе играет нормально". Вы же на хабре как никак
ABOMETP
01.07.2022 09:49Несколько глупых вопросов, я так понял что это класс А, тогда почему питание однополярное? Каким-нибудь образом производился подбор транзисторов в паре? АЧХ не интересно, слушаем не генератор а музыку, однако хочется узнать что является источником джаза (музыки)? Если компьютер, имхо просто хобби, цифровой звук ничем не вылечить, он мёртвый
Jury_78
01.07.2022 11:05Каким-нибудь образом производился подбор транзисторов в паре?
Написано ж...
Среди них удалось отобрать две пары с коэффициентами усиления 55/57 и 67/68.
Didimus Автор
01.07.2022 11:23Да, важно иметь доступ к большому количеству транзисторов для подбора. Или сразу к устройствам, где они подбирались на заводе
Didimus Автор
01.07.2022 11:23Не знаю, как точно называется, тут возникает виртуальная земля (половина питающего напряжения). В принципе, это работает как биполярное питание
ivan_ivanovich_ivanov
01.07.2022 12:01Здравствуйте, а почему Вы выбрали схему JLH именно 1969 года? Ведь есть доработанная версия этой схемы, сделанная самим Лесли Худом в 2003 году (и вроде ещё в 2005). На Алиэкспрессе 2003 и 1969 одинаково доступны,что Вас не устроило в 2003?
Хватает ли схеме 1969 года динамики и низких частот? Подойдёт ли она для прослушивания электронной музыки?
Didimus Автор
01.07.2022 14:02Начал её изучать и решил остановиться на ней, заказал платы. Параллельно, читая теорию и форумы, наткнулся на версию 2003-го года, было поздно перезаказывать
На моих колонках ENERGY RC-10 низких ни много, ни мало, сабвуферного баса нет, но в целом упругость чувствуется. Звучание нейтральное. Для электроники, полагаю, общей мощности усилителя не будет хватать.
ivan_ivanovich_ivanov
01.07.2022 15:13А если бы сейчас начинали делать, то какую схему выбрали? Какие преимущества в звучании на Ваш взгляд у 1969, а какие у 2003?
Просто я тоже хочу собрать усилитель А класса и сейчас думаю какую схему выбрать 1969 или 2003.
Didimus Автор
01.07.2022 19:46Есть такой персонаж, дед пентод на вегалабе, чуть ли не каждый день придумывает улучшения в схему (но не реализует их на практике, как я помню). Можно у него поспрашивать
Didimus Автор
01.07.2022 19:44К пункту 2: для электроники нужен тяжёлый динамик, а этот усилитель очень любит наоборот, чувствительную акустику
ionicman
01.07.2022 11:13Можно вопрос?
А почему вместо всего этого не сделать современный усилитель класса D, который и жрал бы меньше, и про размеру был бы меньше и по качеству бы точно не уступал? 21 век на дворе уж давно.
Вот только не надо про то, что класс D хуже - могу поспорить что на слух вы хороший D не отличите ни от A ни от B ни от AB.
Тот-же Tripath в слепых тестах респонденты от лампового уся отличить не могут.
Didimus Автор
01.07.2022 11:49По ощущениям показалось, что собрать годный усилитель класса D сложнее. Плюс захотелось воспроизвести классическую схему, до чего в детстве руки не дошли
ionicman
01.07.2022 12:07Есть готовые собранные платы на али по вполне заслуживающим доверия и отлаженным схемам, причём на практически любой кошелек от 1500 за 2 канала до 10000 за 1.
Так что собрать годный усилитель D класса очень просто.
Didimus Автор
01.07.2022 13:05В этом случае:
Лишаете себя удовольствия от красивой пайки. Кстати, поэкспериментировал с новомодными флюсами и припоями. Вышло, что сочетание припоя ПОС-61 и ЛТИ-120 в качестве флюса самое лучшее из доступного. И тряпочки для паяльника отличное изобретение (лайфхак: целлюлозная губка для посуды тоже самое и намного дешевле)
Не доверяют полупроводникам с Али
ionicman
01.07.2022 16:39Нет проблем - там продаются не только собранные, но и конструкторы, и просто платы - можно купить их там, а детали там, где считаете нужным - и будет вам и удовольствие и эксперименты, и доверять никому не нужно.
eimrine
01.07.2022 13:38Одно дело собирать обвязку для проприетарной микрухи (которую нужно еще постараться купить не подделку - лично мой опыт начинающего любителя) и другое дело протоптать своими усилиями всю дорогу от input к output, со всеми промежуточными регулировками - лично у меня во втором случае был гораздо больший обучающий момент.
Для стационарного усилка потребление и размер не имеет никакого значения.
-
В любом топике "собираем усилитель класса X" обязательно должен появиться поклонник усилителей класса Y, который задаст абсолютно резонный вопрос.
P.S. Спасибо за наводку про Tripath, о таком я пока не слышал. Но не понимаю как можно не отличить ламповый усь - в выходном трансформаторе обязательно теряются низы, современную туц-туц музыку слушать через трансформатор не представляется резонным, а безтрансформаторных ламповых УНЧ я не видал даже на картинках.
P.P.S Хоть вы и просили не писать про качество звука, но в усилителях класса D, по крайней мере на некоторых микросхемах TDA и в некоторых mp3-плейерах, саб-басс дублируется высокочастотным пищанием, что в отдельных композициях может раздражать.
ionicman
01.07.2022 14:10Если D-шка дешёвая - то да, будет и пищать и не только, если D современный с нормальной обвязкой и обратной связью - там нет ничего постороннего на слух воообще. Если будет возможность послушать качественный D - попробуйте - удивитесь, я понимаю что на слово сложно поверить - по этому и говорю про послушать. Отличить в слепом тесте реально не возможно, но при этом отсутствует куча проблем, связанных с усилителями AB.
R7R
01.07.2022 18:07+1Вы довольно качественно собрали хороший усилитель, поздравляю.
(и не слушайте скептиков :)
Единственный вопрос — чисто фанерный корпус, я бы не рисковал и собрал бы всю конструкцию на металлическом шасси (фанерной крышкой можно сверху прикрыть)
(в наше время было сложнее — платы рисовали и травили сами, радиаторы отдавали в работу знакомым фрезеровщикам, радиодетали… детали были разными :)Я бы охарактеризовал его так: он не утомляет. Проверено на длительном прослушивании спокойного джаза.
Верный признак низких гармонических искажений. Проверенно опытным путем :)
sim2q
01.07.2022 18:27+1Cпасибо за статью, интересно почитать на досуге.
Несмотря на то, что транзисторы TESLA заведомо оригинальные, с некоторых из них при мойке спиртом начисто стерлась маркировка. Хорошо, что успел заранее пронумеровать маркером. Маркер спиртом не смылся.
У меня MAA7805 стабилизаторы Tesla (LM7805) в таком же корпусе и тоже стираются спиртом. Стабы кстати - так себе... напряжение падает под нагрузкой.
А использовать фонящий дешевый китайский БП
Добавить ёмкостей и 1-2 звена LC фильтра - думаю было бы достаточно.
А с APFC будет совсем хорошо в силу, что не надо будет заряжать вот эти громадные ёмкости как в статье на пиках амплитуды максимальным током, что ещё надо бы проверить - на сколько это вносит помех.Изоляторы для ножек найти в продаже не удалось, пришлось кропотливо подбирать положение ножек так, чтобы не было замыкания на радиатор.
кембрик, термоусадка, кусок изоляции с провода подходящего диаметра на крайний случай.
Как вариант - можно было бы распилить "П"-пластину на две и поставить транзисторы без прокладок, а уже эту пластину изолировать прокладкой от радиатора.
Хотя ниже вы пишите о +47С нагрева, не особо имеет смысл.Didimus Автор
02.07.2022 07:40Слышал мнение, что восточноевропейские детали по качеству сравнимы с советскими, довольно нестабильные. В моей выборке TESL тоже были большие разбросы характеристик. Современные же транзисторы были гораздо ближе по характеристикам
Moraiatw
03.07.2022 16:13Cхема питания с последовательным резистором, имхо, что то не то.... Резистор увеличивает внутреннее сопротивление источника напряжения, что не есть хорошо для БП. Имхо, нужно его исключить или в крайнем случае заменить дросселем.
atd
Простите, но что-то какой-то кринж...
Особенно аудиофильский конденсатор на километровых проводах
Didimus Автор
Какой же EPCOS аудиофильский? Самый что ни на есть добротный досуговый DIY. Вся конструкция собрана "на коленке", проектировалась на бумажке "на глазок", из специального оборудования шуруповерт, свёрла, ножовка по металлу, паяльник, кусачки, отвертки, два мультиметра. Найдется почти в каждом доме.