Самодельный усилитель звука 2 х 100 Вт (м/с TDA7498): ОБЗОР, СБОРКА и ТЕСТ

Простой усилитель «Torchibas» (100 Вт/4 Ом)

Параметры усилителя:

Выходная мощность на нагрузке 4 Ом, не менее: 100 Вт

Полоса пропускания: 10 – 400000 Гц

Скорость нарастания: 60 В/мкс

Искажения: – не к ночи будут упомянуты, но весьма малы

Однажды попытался измерить стандартными путями. Г3-102 на 1 кГц давал порядка 0,02%. После усилителя получилось 0,005%. Очевидно весьма широкий спектр гармоник генератора фильтровался выше 20 кГц входной цепочкой R1C2, а своих искажений усилитель практически не добавлял. Вот и получил, что получил. За неимением Брюль&Кьеровских спектроанализаторов решил тему закрыть и объявить параметры достаточными, как это успешно делает Роллс-Ройс.

Схема

Вначале хрестоматийный дифкаскад (Т1, Т2) с хрестоматийным же генератором тока (Т3). Ничего необычного. Частота среза (С3R4) выбрана слегка за 20 кГц, благо хорошие частотные свойства следующих каскадов это позволяют. Усилитель напряжения (Т4) дополнен эмиттерным повторителем (Т5). Насколько это улучшает частотные свойства, можете убедиться сами, сравнив осциллограммы крутых фронтов с ним и без него. Полоса пропускания усилителя (в разумных пределах) практически линейно зависит от тока через этот каскад. Так что, хотите иметь полмегагерца – задавайте ток не менее 20 мА, что и сделано. Поэтому Т5 и Т6, рассеивающие каждый около 1 Вт, крепите на радиаторах. Достаточно простейших, пластинчатых по 10 см2. Следующая особенность – С5, С6. Дело в том, что емкость коллектор-база Т7 и Т8 при работе на больших амплитудах гуляет где-то от 10 до 100 пФ, так же гуляет вслед за сигналом частота среза. Это не полезно. 200 пФ, включенных параллельно база-коллекторному переходу заведомо ухудшает частотные свойства каскада на малых амплитудах, но стабилизирует частоту среза, а благодаря большому току предыдущего каскада она остается достаточно высокой (порядка 400 кГц). Начальный ток этих транзисторов с помощью D3-D5, R11 и R12 выбран порядка 20 мА. Это много, но это правильно. Сравнительно большой ток плюс низкие номиналы R11 и R12 при запертых оконечных транзисторах на малых амплитудах сигнала позволяет не прерываться общей обратной связи, что делает ненаблюдаемыми искажения типа «ступенька» что на 20, что на 100 кГц. Опять же, 20 Ом в базовых цепях Т9 и Т10 позволяют быстро рассасываться базовым зарядам, и даже на больших уровнях ВЧ-сигнала сквозной ток перестает быть угрозой. Естественно, для этих транзисторов нужны радиаторы аналогичные предыдущим. База-эмиттерные напряжения Т9 и Т10 выбраны порядка 20 Ом*20 мА=400 мВ, т.е. за 200-300 мВ до начала отпирания, что радикальным образом решает проблему термостабилизации начального тока. Нет тока – нет проблемы. Это также повышает общий к.п.д. усилителя. На громкостях, когда у усилителя Audiolab 8000S (заявленная выходная мощность 60 Вт) через 15-20 мин срабатывала тепловая защита, данный усилитель работал, особо не перегреваясь.

Детали

..

–
..
– КД521 или любые им подобные.

Т1

,
Т2
– КТ3102А, желательно отобрать с близкими коэффициентами усиления и напряжениями база-эмиттер, хотя это и не критично.

Т3

– КТ817Г без особых претензий. Почему КТ817, а не КТ815? Потому, что 817-е у нас, в отличие от 815-х, умеют делать. Их можно ставить куда угодно без отбора, а у 815-х встречаются партии с аномально низким пробивным напряжением коллектор-эмиттер.

Т4

– КТ3107И, КТ3108, КТ313. И его надо отобрать по пробивному напряжению. Закоротите базу с эмиттером и подайте относительно них на коллектор отрицательные 200 В через резистор 100-200 кОм. Измерьте высокоомным вольтметром или осциллографом напряжение коллектор-эмиттер. Желательно получить не менее 120 В. Меньше 90 В – прямой путь к выгоранию усилителя.

Т5

,
Т6
– КТ602 с любой буквой без отбора и это, пожалуй, лучший выбор для данного каскада.

В фазоинверторе Т7

и
Т8
в пару к приличному КТ817Г (Т7) вместо полагающегося КТ816 (опять безобразное исполнение) включен КТ639Е, Ж (Т8). Его тоже желательно отобрать по пробивному напряжению не менее 120 В. Для полноты счастья можно отобрать эту парочку еще и по коэффициентам усиления не менее 50, но среди 90% из любой партии они и так заведомо лучше.

Т9

– КТ864, Т10 – КТ865 – очень достойная пара. Можно с некоторым (не фатальным) ухудшением частотных параметров применить нашу классику – КТ819Г, КТ818Г в пластмассе или в металле в зависимости от желаемой выходной мощности. Кстати, снижение питающих напряжений в 2-3 раза при пропорциональном уменьшении R8 не влияет на параметры усилителя за исключением, естественно, максимальной выходной мощности, которая снижается приблизительно пропорционально квадрату снижения напряжения питания.

С1

– лучше металлопленочный типа К10-17 или ему подобный.

С4

– лучший выбор – неполярный BlackGate, но 10$ за конденсатор – не для всех удачная покупка, так что ставьте советские неполярные электролиты. Если найдете. Если не найдете – тогда Ваш выбор – К50-16 плюсом на землю, напряжение желательно не менее 50 В. Все равно будет работать.

..

мотается обмоточным проводом 0,6 – 0,8 мм диаметром на двухваттном R17 в один слой, но, если длина Ваших колоночных проводов меньше 1 км, можете вообще отказаться от этой (L1, R17) цепочки.

Сборка

Уместны все стандартные требования, предъявляемые к монтажу ВЧ устройств. Четыре «земляных» точки – не прихоть, а жестокая необходимость. Каждую из них тяните отдельным проводом к средней точке конденсаторов фильтра питания. Туда же придет и нижний провод нагрузки. Попытка объединения на печатной плате упомянутых четырех «земель» и соединение их с блоком питания одним проводом как правило приводит к неустранимому ВЧ свисту. Питать в стереоварианте каждый усилитель от своего блока питания, конечно, хорошо, но слишком роскошно. Достаточно иметь на каждый канал свой двухполярный мост с парой конденсаторов не менее 4700 мкФ х 50 В, двухполярной обмотки на трансформаторе достаточно одной. Такой вариант дает развязку по питанию лучше 60 дБ, что для Hi–Fi более чем достаточно.

Включение

Первое включение желательно проводить без нагрузки, включив в + и – питающие провода по двухваттному резистору Ом на 50. Если при сборке допущена ошибка – пусть лучше сгорят они. Если сразу не сгорели – смотрим постоянную составляющую на выходе. Должно быть не более 15 мВ. Если больше – скорее всего проблема в неподобранности транзисторов дифкаскада. Можно слегка поварьировать R4, добиваясь минимума сдвига. Далее контролируем напряжения на базах выходных транзисторов. Должны быть: +400 мВ для Т9 и –400 мВ для Т10. 50 мВ туда-сюда роли не играют. Затем подаем на вход синус 1-10 кГц и плавно увеличиваем, контролируя осциллографом амплитуду на выходе вплоть до ограничения. При правильной сборке ни свиста, ни присвиста, ни на одном участке синусоиды во всем диапазоне амплитуд быть не должно. Если это так, убирайте резисторы в питании и проверяйте все то же самое на эквиваленте нагрузки. Если усилитель не свистит и не выгорает – подключайте колонки и слушайте музыку.

Печатная плата и еще немного информации по данному усилителю в архиве

.

Автор: Ковпак Александр Александрович

Разработка и изготовление печатных плат

Определившись ранее со свободным пространством для размещения печатных плат, которое обозначено штриховыми линиями, я приступил к их непосредственной разработке. Но при этом преждевременно нужно продумать размещение функциональных узлов на отдельных платах для удобства их последующего соединения между собой, ограничиваясь небольшими промежутками для коммутации. В моём случае необходимо разработать 4 печатных платы, каждая из которых будет выполнять свои ограниченные функции. Таким образом, одна из плат предназначена для размещения на ней 2-ух симметричных оконечных каналов усиления мощности и будет располагаться на задней панели корпуса. На двух следующих платах будут расположены стабилизаторы напряжения, которые займут свое место поверх радиаторов охлаждения по крайней левой и правой сторонам корпуса рядом с трансформаторами. На оставшейся 4-ой плате будут находиться следующие узлы: предварительные усилители, пятиполосный стереоэквалайзер, 2-ух канальная индикация мощности, а также стабилизированное питание для всех указанных узлов. Последняя же плата будет располагаться в передней части корпуса, с которой будут завязаны органы управления и индикации на передней панели усилителя. Каждой из печатных плат я поочередно присвоил свое наименование: SS001, SS002 1, SS002 2, SS003. Помимо этого понадобится ещё 1 плата, на которой будут располагаться линейки светодиодов для индикации мощности и индикация аварии SS004.

Окончательно определившись с размерами и расположением печатных плат, придерживаясь особых требований схемотехники, я приступил к их непосредственному созданию, используя тот же самый Sprint-Layout 5.0.

Основной упор при проектировании направлен на использование элементной базы поверхностного монтажа. Технология поверхностного монтажа обеспечивает миниатюриза­цию радиоэлектронной аппаратуры при росте ее функциональной сложности. Поверх­ностные компоненты намного меньше, чем монтируемые в отверстия, что обеспечивает более высокую плотность монтажа, уменьшает массогабаритные показатели, снижает разброс параметров, увеличивает надёжность и ремонтопригодность.

Придерживаясь установленных требований, удалось создать новые платы, которые отличались компактностью расположения элементов и меньшими габаритами. При изготовлении очередных плат была использована технология самоклеящейся пленки, рисунок которой повторял рисунок печатной платы. Немного подробнее об этом способе. Существует множество организаций, которые занимаются изготовлением наружной рекламы. В своей деятельности они практически все используют самоклеющуюся пленку и оборудование, предназначенное для её точной резки, так называемые фрезерные станки. Для того чтобы вырезать разводку платы на подобной плёнке необходимо всего лишь иметь файл в формате JPEG. Обратившись в одну из организаций за оказанием такой услуги, если конечно вам не откажут, вы потратите небольшие деньги и останетесь довольны получившимся результатом. Далее процесс кропотливый, но действует 100 %. Имеющуюся пленку наклеиваем на подготовленный стеклотекстолит и тщательно разглаживаем по поверхности проводника до её плотного прилегания. Удаляем пленку с открытых участков печатной платы, пользуясь рисунком разводки платы, оставляя защищенными наши будущие проводники. После снятия лишней пленки и уже имея рисунок нашей платы, следует всем известный процесс травления в растворе хлорного железа. По окончанию травления платы, тщательно её промываем и избавляемся от уже не нужной нам пленки, обеспечившей защиту нашим проводникам. Осталось только тщательно их залудить и плата готова к последующему монтажу. На готовые платы напаиваем элементы, собираем все в корпус, запускаем устройство. И вот он тот новый результат, к которому я стремился. Новый усилитель заиграл в превосходном качестве, от звука которого невозможно было оторваться.

И тут меня понесло. Появилась идея изготовить печатные платы на профессиональном производстве, для чего необходим только экспорт из Sprint-Layout 5.0. отдельных заготовок (слоев) в файлы форматов.gbr, файлы сверловки.drl и файлы контуров, которые используются при оформлении заказа ПП (печатных плат) на заводе изготовителе. С момента начала моей работы над усилителем прошло 4 года. За это время были заказаны 3 прототипа комплектов печатных плат, каждая из которых из года в год дорабатывалась до своего окончательного вида. Теперь я с легкостью могу сказать, что дальше уже идти некуда, все стоит на своем месте и в совокупности работает как часы. Образцы печатных плат окончательного вида приведены на рисунках ниже.

Конечные результаты проделанной работы, показаны на рисунках ниже.

Рисунок 4 – Печатная плата SS001 (сторона TOP и BOT).

Рисунок 5 – Печатная плата SS002 1 (сторона TOP и BOT).

Рисунок 6 – Печатная плата SS002 2 (сторона TOP и BOT).

Рисунок 7 – Печатная плата SS003 (сторона TOP и BOT).

Рисунок 8 – Печатная плата SS004 (сторона TOP и BOT).

Я предпочитаю заказывать платы на заводе изготовителе. Для этого необходимо лишь наличие ранее сформированных файлов из Sprint-Layout 5.0, а также заполненная форма о предпочтении используемых для изготовления плат материалов. Производство текущих плат соответствует ГОСТ 23752-79. Стеклотекстолит фольгированный КВ-6150 (тип FR4) толщиной – 2 мм, облицованный с двух сторон медной фольгой толщиной 35 мкм, с нанесением защитной маски зеленого цвета FSR8000 и белой маркировкой, покрытых финишным покрытием ПОС63 (HAL). Класс огнестойкости стеклотекстолита 94V-0.

Монтаж печатных плат

Всё что нужно на этом этапе работ, это хорошая паяльная станция с паяльником, желательно имеющим плоское жало, флюс, оловянно-свинцовый припой, пинцет, бокорезы и плоские утконосы. Монтаж стоит начать с элементов поверхностного монтажа, они имеют достаточно небольшие размеры, поэтому при дальнейшей пайке навесных компонентов абсолютно не будут создавать помех. При пайке чип элементов нужно иметь определенную сноровку и, разумеется, небольшой опыт. Я не зря уделил внимание плоскому жалу, оно способствует точному захвату необходимого количества припоя, а также обеспечивает достаточно плотное прилегание к плоской части чип элемента и участка его площадки. Как при установке навесных элементов, так и при установке элементов поверхностного монтажа нужно предельно внимательно следить за установкой элементов, имеющих полярность (конденсаторы, диоды, стабилитроны). Как говорится: — «7 раз отмерь, один раз отрежь». При формовке выводов и установке элементов навесного монтажа также необходимо ориентироваться ОСТ 4ГО.010.030. После установки всех компонентов на печатную плату необходимо очистить её от лишних загрязнений, воспользовшись спиртовым раствором, затем тщательно просушить.

Подготовка и сборка отдельных узлов

На очередном этапе происходит расстановка всех комплектующих по своим местам. Сборка изделия представляет собой совокупность технологических операций механического соединения деталей и электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в изделии.

В данном изделии используются как разъемные, так и неразъемные соединения деталей. Резьбовые соединения являются основным видом разъемных соединений. Для его осуществления в данном случае используется ручное и полуавтоматическое оборудование.

Пайка является видом неразъемного соединения – это процесс соединения металлов в твердом состоянии с помощью введения в зазор расплавленного припоя, который взаимодействует с основным металлом и образует жидкий металлический слой, кристаллизация которого производиться до образования паяльного шва. Паяные электрические соединения очень широко используются во время монтажа электронной аппаратуры через низкое и стабильное электрическое сопротивление. Примером неразъемных соединений, которые встречаются в процессе сборки изделия, являются клеммы на концах проводов, ЭРЭ монтируемые к проводам и т.п.

Конструкторская схема сборки, показанная на рисунке 9, позволяет увидеть состав, иерархическую структуру и связь конструктивных составляющих технологического объекта.

Рисунок 9 – Конструкторская схема сборки.

Объединение всех блоков в одно целое устройство

Имея уже конструктивно собранное устройство, необходимо создать электрические соединения между функциональными узлами. Для этого обычно используются провода, назначение которых в конкретных узлах определяет их основные характеристики, которые и должны быть учтены при их выборе. Осуществив выбор проводов, можно приступить к их подготовке для последующей коммутации отдельных блоков в устройстве. При этом необходимо использовать заранее подготовленные общую электрическую принципиальную схему (рисунок 10) и электромонтажный чертёж (рисунок 11), на котором собственно и показаны основные электрические соединения. Этот этап, как в принципе и остальные требует предельной внимательности, так как в продолжение за этой процедурой подразумевается работа с электрическим током. В случае неправильного подключения возможны замыкания, которые приведут к дальнейшей неработоспособности устройства.

Рисунок 10 – Общая электрическая принципиальная схема.

Рисунок 11 – Электромонтажный чертёж.

Первый запуск, проверка работоспособности устройства, контроль характеристик, электропрогон

Самым тревожным и волнительным моментом в процессе всей работы над проектированием, является первое включение собранного нами же оборудования. С чего следует начать?! Прежде всего, перед включением готового устройства, необходимо лишний раз убедиться в правильности подключения всех внутренних блоков между собой, а также особое внимание уделить полярности подключенного питания. Только после этого можно с осторожностью включить питание устройства, при этом, не далеко убирая палец от кнопки, чтобы в случае каких-либо непредвиденных неполадок успеть нажать её обратно. Это позволит избежать больших неприятностей, если что-то всё-таки пойдёт не так. Если же первый пуск прошёл успешно и нет никакого повода для волнения, то можно приступить к проверке работоспособности нашего оборудования. Первое, что нужно проверить, это наличие питания устройства и его стабильность. При наличие необходимого питания, дальнейшая работа устройства должна зависеть от его назначения. Но при этом визуально, либо используя тыльную часть ладони или органы обоняния определить отсутствие возможных скрытых дефектов элементов или неправильность их подключения. Визуально можно определить такие отклонения, как потемнение корпусов элементов, либо коррозию проводов под действием высокой температуры, появление дыма и т.д. Тыльной частью можно проверить доступные элементы с не оголенными участками проводников на наличие перегрева, что говорит о неправильности режимов работы схемы, если конечно таковые элементы не предусматривают таких режимов. С помощью органов обоняния также можно почувствовать запах гари, либо оплавления оплетки проводов и другие подобные казусы. Если всего этого удалось избежать, то можно приступать к проверке основных характеристик, которые характеризуют ваше устройство и осуществить длительный электропрогон на выявление возможных скрытых дефектов во время работоспособности устройства.

Что касается моего проекта, то при правильном монтаже и сборке, он не нуждается в дополнительной настройке, за исключением регулировки чувствительности по входу, которая осуществляется подстроечным резистором на плате предварительного усилителя. Но перед тем как подключить все блоки между собой, нужно установить на холостом ходу выходные напряжения каждого стабилизатора в пределах заданной нормы, следя при этом за сетевым напряжением, оно должно соответствовать 220 В.

На данный момент помимо готовых печатных плат к усилителю имеется вся сопутствующая для производства техническая документация и все комплектующие.

Почта автора Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.