Пролог. История усилителя, речь о котором пойдет в этой статье, началась в 2012 году, когда автору потребовался мощный усилитель для сабвуфера. Такой усилитель был автором разработан. Были разработаны: электрическая схема, печатная плата и модель для симулятора. Однако, по каким-то уже хорошо забытым причинам, проект был заброшен и в железе не был собран. В 2023 году все наработки по данному проекту были опубликованы в сообществе автора В Контакте. Удивительно, но факт - нашелся человек, который воспользовавшись опубликованными наработками, собрал усилитель в железе, зовут этого человека - Вадим Крохин. Именно это событие вдохновило автора на то, чтобы дать вторую жизнь данному проекту.
И да, как вы уже поняли, в статье речь пойдет не о новом проекте и не о революции в области построения аудио усилителей, речь в статье пойдет о старом проекте получившим вторую жизнь спустя 12 лет.
В хронологии работ автора, усилитель R6 мог занять место между усилителем ОМ2.0, опубликованным в 2011 году, и усилителем ОМ2.5, опубликованным в 2013 году. Другими словами, усилитель R6 был разработан и забыт еще до появления своего идеологического приемника - усилителя мощности "Простой Усилитель Без Лишних Понтов" (ПУБЛП). Оба этих усилителя: R6 и ПУБЛП, разрабатывались как мощные усилители для сабвуфера, поэтому во многом они схожи. Ключевое между ними различие заключается даже не в схеме, а в конструктивном исполнении: выходные транзисторы усилителя ПУБЛП расположены под платой (хотя позже появились альтернативные версии печатных плат с иным расположением выходных транзисторов), тогда как авторская плата усилителя R6 имеет рядное расположение выходных транзисторов. Отсюда и пошло название данного усилителя.
Название. Название усилителя - "R6", расшифровывается - "рядная шестерка", по аналогии с рядными, шестицилиндровыми двигателями внутреннего сгорания. Такое название для усилителя было выбрано из нескольких вариантов, предложенных подписчиками сообщества Nem0 в ВК, в ходе проведенного там опроса. Вариант названия "R6 - рядная шестерка", по итогу опроса ставший названием усилителя, был предложен подписчиком сообщества - Артуром Галяутдиновым.
Результат опросы, а также другие варианты названий, представлены на следующем изображении:
Всего в опросе участие приняли 186 подписчиков сообщества Nem0 в ВК.
Благодарность всем тем, кто принял участие в обсуждении названия для данного усилителя!
Схема усилителя. Теперь переходим непосредственно к самому усилителю и его схеме, точнее - схемам, которых две. Ниже показана оригинальная схема усилителя 2012 года:
На схеме 2012 года не показаны конденсаторы, установленные в шинах питания усилителя, которые присутствуют на печатной плате 2012 года.
Схема стандартная, не представляет из себя ничего нового о чем стоило бы дополнительно пояснять сверх того, что уже ранее было изложено в моих многочисленных статьях и в профильной литературе, такой как например книга Дугласа Селфа "Проектирование Усилителей Мощности Звуковой Частоты".
В рамках работ по приданию усилителю второй жизни, в схему 2012 года были внесены некоторых корректив (печатная плата также подверглась изменениям - об этом далее), таким образом, появилась схема усилителя 2024 года:
Глобально схема не изменилась, изменения коснулись лишь номиналов некоторых резисторов и конденсаторов, также немного был изменен узел защиты усилителя от перегрузки и короткого замыкания на выходе. Новая схема стала иметь более презентабельный вид. Кроме того, на схеме теперь показаны конденсаторы, установленные в шинах питания.
Варианты исполнения усилителя. В зависимости от минимального значения сопротивления нагрузки, подключаемой к выходу усилителя, предусмотрено три варианта его исполнения:
Вариант 1 - минимальное сопротивление нагрузки 8 Ом;
Вариант 2 - минимальное сопротивление нагрузки 4 Ом;
Вариант 3 - минимальное сопротивление нагрузки 2 Ом.
Все варианты исполнения усилителя, их основные технические характеристики и переменные данные, сведены в таблицу:
Обращаю особое внимание на то, что номиналы резисторов R14, R22 и R23, зависят от напряжения питания и выбираются согласно таблице выше. От номинала резистора R14, зависит ток источника опорного напряжения, а от номиналов резисторов R22 и R23, зависит порог срабатывания токовой защиты, который задается исходя из минимального сопротивления нагрузки.
Другие технические характеристики. Указанные в таблице технически характеристики зависят от варианта исполнения усилителя, далее будут приведены технические характеристики, которые не зависят от значения питающего напряжения, поэтому справедливы для всех вариантов исполнения усилителя.
Скорость изменения вых. напряжения (с входным фильтром) = 7 В/мкс;
Скорость изменения вых. напряжения (без входного фильтра) = 10 В/мкс;
Диапазон воспроизводимых частот (-1 дБ, с входным фильтром) = 1 - 40 000 Гц;
Диапазон воспроизводимых частот (-3 дБ, с входным фильтром) = 1 - 80 000 Гц.
По части технических характеристик - все.
Печатная плата. Вместо того, чтобы ограничиться незначительной переделкой существующей печатной платы 2012 года с учетом всех изменений принципиальной схемы, автор предпочел почти полностью переделать печатную плату, ведь за прошедшие 12 лет автор значительно повысил уровень своего мастерства по трассировке печатных плат, а старая плата была уж совсем плоха.
Печатная плата 2012 года выглядела следующим образом:
А печатная плата, сделанная в 2024 году, так:
Габариты печатной платы 2012 года - 132х65 мм;
Габариты печатной платы 2024 года - 131х69 мм.
Выводы на печатной плате:
+U - положительная шина питания усилителя;
-U - отрицательная шина питания усилителя;
GND - силовая земля и выходная земля усилителя;
OUT - сигнальный выход усилителя;
IN - сигнальный вход усилителя;
sGND - сигнальная (входная) земля усилителя.
Элементная база, сборка и настройка. Все требования к элементной базе, а также возможные варианты замены радиоэлементов, указаны в перечне используемых радиоэлементов, который находится в конце статьи.
Все радиоэлементы, применяемые при сборке усилителя, перед их установкой на плату, должны быть проверены на работоспособность и соответствие необходимым параметрам (сопротивлению, емкости, ESR, коэффициенту усиления, и так далее). Необходимо использовать только исправные и оригинальные комплектующие, особенно это касается транзисторов средней и большой мощности, а также электролитических конденсаторов. Использование некачественных и/или поддельных комплектующих чревато тем, что собранное устройство как минимум не будет соответствовать заявленным техническим характеристикам, а как максимум - не заработает вовсе.
Подбирать какие-либо элементы схемы по сопротивлению, ёмкости или коэффициенту усиления - нет необходимости.
Перед установкой на печатную плату подстроечного резистора R12, необходимо установить его движок в среднее положение, таким образом, чтобы сопротивление между выводами 1 и 2, 2 и 3 - было приблизительно одинаковым. Тоже самое необходимо сделать для подстроечного резистора R21 перед его установкой на плату, с той лишь разницей, что для резистора R21, значение сопротивления между выводами 2 и 3 должно быть максимальным, а между выводами 1 и 2 - стремящимся к нулю.
Усилитель, собранный правильно, из качественных и исправных деталей, начинает работать сразу же после первого включения.
После успешного первого запуска усилителя, необходимо произвести его настройку: выставить нулевое значение постоянного напряжения на выходе усилителя и настроить ток покоя выходного каскада.
Нулевое значение выходного напряжения выставляется при замкнутом входе усилителя, нагрузка на выходе усилителя при этом не требуется. Путем вращения движка подстрочного резистора R12, добиваются того, чтобы постоянного напряжение на выходе усилителя укладывалось в +/- 5 мВ.
После настройки нуля на выходе, необходимо настроить ток покоя выходного каскада усилителя, значение которого должно находится в диапазоне от 40 до 70 мА на пару выходных транзисторов. Ток покоя регулируют вращая движок подстроечного резистора R21. Контроль величины тока покоя осуществляется по падению напряжения на одной из пар истоковых резисторов (R32 и R35, R33 и R36, R34 и R37).
Не стану подробно описывать процесс настройки нуля и тока покоя, поскольку данная процедура неоднократно описывалась в прошлых моих статьях и в других источниках.
После настройки нуля и тока покоя, настройка считается оконченной, а усилитель готовым к эксплуатации.
Внимание! Повседневная эксплуатация усилителя мощности допускается только совместно с устройством защиты акустической системы. Эксплуатация усилителя без устройства защиты акустической системы - не безопасна и строго не рекомендуется, так как, может привести к повреждению и/или выходу из строя акустической системы, подключенной к усилителю.
Эпилог. В завершении статьи не могу не поднять вопрос целесообразности построения данного (или любого другого), мощного усилителя в классе AB. В 2012 году, когда автор впервые задумался о создании относительно мощного усилителя, в кругах электронщиков-любителей еще не получили большой популярности усилители класса D, хотя в сфере профессионального аудио, на тот момент, такие усилители применялись уже далеко не первый год и даже не первую пятилетку. Сейчас, в 2024 году, на момент написания данной статьи, усилители класса D уже широко распространены и среди любителей электроники: известны и доступны такие популярные микросхемы как например - TPA3255 и IRS2092 (а также другие), на базе которых возможно построить мощные усилители класса D, эффективность которых гораздо выше, чем у описанного в данной статье усилителя R6, а качественные технические характеристики, как минимум - не хуже.
Ниже на фотографии показана плата усилителя класса D на базе микросхемы IRS2092 от Nem0:
Габариты платы на фото - 100х49 мм, высота платы с установленными элементами (без радиатора) - не более 30 мм.
В том виде, в котором показан усилитель на фотографии, он способен обеспечить выходную мощность до 400 Вт на 4 Ом (а в перспективе до 800 Вт на 4 Ом), при КПД не менее 90% и сопоставимых с усилителем R6 качественных характеристиках. Усилитель оснащен защитой от короткого замыкания, защитой от перегрева, защитой от постоянного напряжения на выходе (путем отключения источника питания), защитой от немузыкальных высокочастотных составляющих, балансным входом и лимитером.
Кроме того, что показанный усилитель на базе IRS2092 мощней, эффективней, компактней и функционально богаче оснащен, он также обойдется гораздо дешевле, чем усилитель мощности R6 или любой его аналог, так как, последнему для достижения выходной мощности 300 Вт, необходимо три пары мощных выходных транзисторов и огромный радиатор для отвода от них тепла, тогда как усилителю на базе IRS2092 достаточно всего одной пары транзисторов и небольшого радиатора.
Нет, это не реклама усилителя на базе IRS2092 - это лишь один из возможных примеров того, каким может быть современный усилитель класса D. На их фоне мощные усилители класса AB выглядят весьма и весьма невыгодно. Стоит ли в 2024 году повторять усилитель R6 и ему подобные усилители в классе AB - нет, не стоит. Конечно, если очень хочется, то можно, но все таки лучше не нужно.
Здесь у читателя возникает вполне закономерный вопрос: зачем же тогда автор потратил свое время на то, чтобы дать вторую жизнь давно забытому проекту, неактуальному в наше время? Ради творчества! Ради истории! И ради тех, кому быть может, данный проект все таки окажется полезным, несмотря на свою сомнительную актуальность в наше время.
Спасибо за внимание!
Перечень используемых радиоэлементов:
Файлы:
Авторская печатная плата 2024 года - https://disk.yandex.by/d/aI22M8iHVr3F7Q
Модель усилителя для NI Multisim 14 - https://disk.yandex.by/d/LnVWJPEVOCw0qQ
Дата первой публикации: 4 апреля 2024
Дата изменения: -
