Падик Б - это улучшенная версия усилителя Падик с выходным каскадом на биполярных транзисторах. Усилитель Падик Б предназначен для озвучивания мест, где не требуется особо высокого качества аудиосигнала: дача, гараж, подвал, сарай, сельский туалет :)
Первая версия усилителя Падик появилась на свет в конце 2013 года, она имела выходной каскад на MOSFET-транзисторах IRFP240/9240.
В 2017 году была сделана и собрана в трех экземплярах модифицированная версия усилителя Падик с выходным каскадом на биполярных транзисторах КТ864А/865А.
Показанные на фотографиях три платы усилителя 2017 года на протяжении уже нескольких лет успешно эксплуатируются в дачной 2.1 аудиосистеме.
В 2022 году автор решил занять несколько свободных дней построением новой версии усилителя Падик. Было внесено несколько изменений в схему и печатную плату усилителя, дабы насколько это возможно улучшить характеристики схемы, не выхода при этом за габариты печатной платы образца 2017 года. Далее подробнее о том, что из этого вышло.
Схема усилителя Падик Б образца 2022 года:
Схема усилителя имеет встроенную защиту от перегрузки и короткого замыкания по выходу, путем ограничения тока. Усилительная часть схемы - стандартна, поэтому разбирать ее работу не имеет никакого смысла. Перейдем сразу к техническим характеристикам.
Технические характеристики. Моделирование схемы в симуляторе NI Multisim 14, обещает нам следующие технически характеристики:
Выходная мощность (+/- 40 В, 4 Ом, 1 кГц) = 150 Вт;
Но не стоит этому верить - одна пара выходных транзисторов КТ818ГМ/КТ819ГМ не способна на такие подвиги. Уже после 100 Вт им станет плохо и они отправятся в мир иной. Поэтому при работе на нагрузку 4 Ом, не стоит эксплуатировать усилитель при напряжении питания более +/- 35 В (при не стабилизированном источнике питания), а при наличии стабилизации выходного напряжения в источнике питания - не более +/- 32 В. При этом выходная мощность на нагрузку 4 Ом составит:
Выходная мощность (+/- 32 В, 4 Ом, 1 кГц) = 90 Вт;
Выходная мощность (+/- 40 В, 8 Ом, 1 кГц) = 85 Вт;
Вот это уже более-менее близкие к реальности значения выходной мощности для данного усилителя с одной парой КТ818ГМ/КТ819ГМ на выходе.
Диапазон питающих напряжений +/- 20... 40 В.
Поднимать питающее напряжение выше +/- 40 В - недопустимо!
В плане качественных параметров, ситуация следующая:
КНИ (+/- 40 В, 8 Ом, 1 кГц, 50 Вт) = 0,06 %;
КНИ (+/- 40 В, 8 Ом, 1 кГц, 5 Вт) = 0,03 %;
КНИ (+/- 40 В, 8 Ом, 10 кГц, 5 Вт) = 0,09 %;
КНИ (+/- 40 В, 8 Ом, 10 кГц, 50 Вт) = 0,07 %;
КНИ (+/- 32 В, 4 Ом, 1 кГц, 5 Вт) = 0,07 %;
КНИ (+/- 32 В, 4 Ом, 1 кГц, 50 Вт) = 0,14 %;
КНИ (+/- 32 В, 4 Ом, 10 кГц, 5 Вт) = 0,19 %;
КНИ (+/- 32 В, 4 Ом, 10 кГц, 50 Вт) = 0,15 %;
Достаточно не плохие качественные параметры для тех задач, для которых создавалась данная схема усилителя мощности.
Частотный диапазон (-1 дБ) = 7 - 50 000 Гц;
Частотный диапазон (-3 дБ) = 4 - 95 000 Гц;
Скорость изменения выходного напряжения = 12 В/мкс;
С частотным диапазоном и скоростью изменения выходного напряжения - все тоже в полном порядке.
Что касается "железных" измерений, то с ними тоже все в порядке:
Изменение проводилось при выходной мощности 5 Вт на нагрузку 8 Ом и напряжении питания +/- 40 В. Как можно видеть, полученный "в железе" результат полностью соответствует полученным в симуляторе значениям.
Несколько осциллограмм:
Как можно видеть из осциллограмм - сигнал чистый как перед клиппингом, там и в глубоком клиппинге. Паразитных артефактов не наблюдается.
На этом о технических характеристиках схемы - все, переходим к обсуждению элементной базы.
Элементная база. Данная схема усилителя спокойно относится к многочисленным заменам в части элементной базы, ее можно собрать буквально из того, что валяется под ногами. Все допустимые замены будут указаны ниже по тексту.
Все используемые в схеме резисторы, кроме R22 и R23, должны быть рассчитанными на рассеиваемую мощность не менее 0,25 Вт. Резисторы R22 и R23 - на мощность 2 Вт.
В позицию R1 допускается устанавливать резисторы с номиналами от 1 до 10 Ом.
От фактических номиналов резисторов R2, R3, R4 и R5, будет зависеть уровень сигнала на выходе усилителя, по-другому говоря - громкость. Поэтому рекомендуется данные резисторы устанавливать с допуском 1%, либо подобрать четыре пары резисторов с той же точностью, для установки в каждый из каналов стереоусилителя, с целью получения одинаковой громкости обоих каналов. Однако делать это не обязательно, на работоспособность усилителя это не повлияет. Разница в усилении каналов при самом плохом раскладе составит не более 1,7 дБ.
Допускает менять коэффициент усиления усилителя в широком диапазоне.
В качестве резисторов R6 и R7 рекомендуется использовать резисторы с допуском 1%, либо подобрать эти резисторы по сопротивлению с такой же точностью. Это необходимо для более точной балансировки дифференциального каскада по постоянному току. В позиции R6 и R7, допускается устанавливать резисторы номиналом 43, 47, 51 или 56 Ом.
Схема не критична к номиналу резистора R10, его номинал может быть любым в диапазоне от 15 до 33 кОм.
К номиналу R9 схема так же не критична. Данный резистор может быть установлен с номиналом от 1 до 100 Ом, либо вообще заменен на перемычку.
Резистор R13 допустимо устанавливать с любым номиналом в диапазоне от 43 до 56 Ом.
От сопротивления резистора R15 зависит величина тока покоя выходного каскад усилителя. При указанных на схеме номиналах и R15=910 Ом, ток покоя выходного каскада будет приблизительно равен 25 мА. Для точной подгонки значения тока покоя, можно и нужно, в качестве R15 использовать сборку из двух последовательно соединенных резисторов (что вы можете видеть на фотографиях собранных авторский плат усилителя).
В позиции R16 и R17 допускается устанавливать резисторы с любым номиналом в диапазоне от 33 до 56 Ом.
Резистор R19 может иметь номинал от 100 до 200 Ом.
Номиналы резисторов, позиционные обозначения которых не упомянуты выше, должны быть такими, какими они указаны на принципиальной электрической схеме.
Емкость входного конденсатора C1 может находиться в диапазоне от 470 до 2200 нФ (от 0,47 до 2,2 мкФ). От емкости входного конденсатора зависит нижняя граница частотного диапазона: 0,47 мкФ - 8 Гц, 2,2 мкФ - 3 Гц (по уровню -3 дБ, при емкости C3 = константа). Допустимое рабочее напряжение роли не играет. Желательно чтобы входной конденсатор был пленочным.
Конденсатор C2 - керамический или пленочный, с любым значением допустимого рабочего напряжения. Емкость допускается от 1,0 до 1,5 нФ. От данной емкости будет зависеть верхняя граница частотного диапазона усилителя.
Конденсатор C3 - электролитический, неполярный (допускается полярный). При использовании в качестве конденсатора C3 полярного электролита, его необходимо устанавливать минусом к земле. Допустимое рабочее напряжение конденсатора роли не играет. Емкость конденсатора C3 может находиться в диапазоне от 10 до 100 мкФ. От емкости данного конденсатора будет зависеть нижняя граница частотного диапазона: 10 мкФ - 11 Гц, 100 мкФ - 3 Гц (по уровню -3 дБ, при емкости C1 = константа).
Конденсаторы C4 и C5 - корректирующие. Номиналы их должны быть такими, какими они указаны на схеме. Изменять их номиналы допускается при наличии признаков самовозбуждения усилителя. Данные конденсаторы должны быть керамическими, рассчитанными на рабочее напряжение не менее 50 В.
Номинал конденсатора C6 может быть выбран любым в диапазоне от 100 до 1000 нФ (от 0,1 до 1,0 мкФ). Конденсатор может быть как пленочным, так и керамическим. Допустимое рабочее напряжение данного конденсатора роли не играет.
В качестве конденсаторов C7 и C8 допускается применять конденсаторы с емкостью от 1 до 2,2 нФ. Данные конденсаторы могут быть керамическими или пленочными. Допустимое рабочее напряжение роли не играет.
Конденсаторы C9 и C11 - электролитические, полярные. Их емкость может находиться в диапазоне от 100 до 470 мкФ. Допустимое рабочее напряжение конденсаторов должно быть выше, чем напряжение питания усилителя. При напряжении питания от 20 до 30 В, допускается использовать конденсаторы с допустимым рабочим напряжением от 35 В. При напряжении питания более 30 и до 40 В, необходимо использовать конденсаторы с допустимым рабочим напряжением 50 В.
В качестве конденсаторов C10 и C12 допускается применять конденсаторы с емкостью от 100 до 1000 нФ (от 0,1 до 1,0 мкФ). Допускается использовать пленочные или керамические конденсаторы. Данные конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение не менее 50 В.
Транзисторы VT1 и VT2 могут быть любыми PNP-транзисторами с допустимым напряжением коллектор-эмиттер от 50 В. В качестве замены BC556 в позициях VT1 и VT2 подойдут: 2N5401, MPSA92, КТ502Д, КТ502Е. Следует принять во внимание тот факт, что расположение выводов у транзисторов-аналогов может отличаться. Желательно подобрать транзисторы, устанавливаемые в позиции VT1 и VT2, по коэффициенту усиления, с точностью 1%. Подбор выполнять не обязательно, на работоспособность схемы это не повлияет, но может привести к слегка завышенному постоянному напряжению на выходе усилителя (в пределах 0,1 В).
В качестве транзистора VT3 так же можно использовать любой PNP-транзисторами с допустимым напряжением коллектор-эмиттер от 50 В. На замену ему подойдут все те же транзисторы, что и в предыдущем абзаце.
Пара транзисторов VT6 и VT7 может быть заменена на другую комплементарную пара транзисторов с допустимым напряжением коллектор-эмиттер от 80 В и выше, а также допустимой рассеиваемой мощностью от 0,5 Вт. В качестве замены подойдут пары транзисторов: 2N5400/2N5550, BF421/BF422, MPSA92/MPSA42, ZTX753/ZTX653, КТ6116А/КТ6117А, КТ6116Б/КТ6117Б. Не стоит забывать о возможном отличии расположения выводов транзисторов-аналогов.
В качестве транзистора VT4 может использовать любой PNP транзистор, а в качестве транзистора VT5 - любой NPN транзистор. Возможные замены для VT4: BC557, BC558, BC559, BC560, 2N5401, 2N5400, 2N3906, MPSA92, КТ502, КТ3107, КТ6116 и многие другие. В качестве замены VT5: BC547, BC548, BC549, BC550, 2N5551, 2N5550, 2N3904, MPSA42, КТ503, КТ3102, КТ6117 и многие другие.
Транзисторы VT9/VT10 допускается заменять на любые NPN/PNP транзисторы соответственно. В качестве замены подойдут все те же самые транзисторы, что указаны в предыдущем пункте.
В качестве транзистора VT8 допускается установка любого NPN транзистора в подходящем корпусе, например: BD135, BD137, MJE340, KSE340, 2SD669, HSD669, КТ815, КТ817 и других.
Пару транзисторов VT11 и VT12 допускается заменять на другую комплементарную пару с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее 80 В и током коллектора от 0,5 А. В качестве замены подойдут пары транзисторов: MJE340/MJE350, KSE340/KSE350, 2SD669/2SB649, HSD669/HSB649, КТ815Г/КТ814Г, КТ817Г/КТ816Г. В авторском варианте усилителя, в качестве данных транзисторов установлена пара HSD669/HSB649.
В качестве выходных транзисторов VT13 и VT14, кроме указанных в схеме КТ819ГМ/КТ818ГМ, допускается применять пару транзисторов КТ864А/КТ865А, КТ827А/КТ825Г, 2Т827/2Т825А.
Осуществлять подбор предвыходных и выходных транзисторов в пары - не требуется.
Диоды VD1-VD4 могут быть заменены на любые диоды с допустимым обратным напряжением от 50 В и допустимым прямым током от 0,1 А.
Из выше написанного следует то, что данная схема усилителя допускает многочисленные замены, способна работать почти на любых транзисторах.
Об охлаждении усилителя. Выходные транзисторы (VT13 и VT14), а также предвыходные (VT11 и VT12) и транзистор-термодатчик (VT8), устанавливаются на общем алюминиевом профиле П-образного сечения, который выполняет роль переходной детали между греющимися полупроводниками и основным радиатором. В авторском варианте используются готовые отрезки профиля, позаимствованные из усилителя Корвет 100У-68С, которые там выполняют роль полноценного радиатора.
На следующей иллюстрации схематично показан способ установки и закрепления платы усилителя на основном радиаторе:
Такой способ установки и охлаждения усилителя, обеспечивает достаточный отвод тепла для работы усилителя с реальным музыкальным сигналом. Однако при использовании переходного профиля из усилителя Корвет, такого способа охлаждения уже недостаточно для эффективного отвода тепла при долговременной работе усилителя с синусоидальным сигналом максимальной амплитуды. Поэтому при повторении усилителя лучше использовать профиль аналогичных размеров, но выполненный из более толстого металла для ускорения теплообмена между греющимися транзисторами и основным радиатором.
Печатная плата усилителя:
Перечень радиоэлементов:
Файлы:
Модель усилителя для NI Multisim 14 - https://disk.yandex.by/d/bj8exT2WnWXzuA
Авторская печатная плата для усилителя Падик Б образца 2022 года - https://disk.yandex.by/d/rhDNJ6RDB_Yqxw
Дата первой публикации: 16 апреля 2022