Твикаем усилитель

ТВИКАЕМ УСИЛИТЕЛЬ Одна из проблем современной электроакустики, вполне сознательно игнорируемая производителями - совместимость акустических систем и усилителей. Динамическая головка в акустическом оформлении представляет собой достаточно сложную колебательную систему, взаимодействующую с усилителем. При наличии пассивного кроссовера появляется еще один "фактор неопределенности" в виде индуктивностей и емкостей, к тому же демпфирование динамика ухудшается. В итоге процесс подбора хорошо звучащей пары "усилитель-акустика" может затянуться на неопределенный срок. Для установщика фактор немаловажный, "время - деньги" (предполагаем, что основной выбор - две или три полосы - уже сделан). В случае двухполосной акустики проблема совместимости с усилителем обычно не возникает - частота раздела с пищалкой достаточно высока, и пассивные кроссоверы не содержат емкости и индуктивности больших номиналов. Однако кроссоверы трехполосных акустических систем уже представляют собой достаточно сложную нагрузку с выраженной реактивной составляющей. Импеданс такого кроссовера обычно имеет резкие максимумы и минимумы, поэтому результат может быть самым неожиданным. Возрастание искажений, перегрев усилителя, ограничение максимальной мощности - вот далеко не полный перечень проблем, подстерегающих на этом пути. Это не обязательно должно произойти, но к этому надо быть готовым. Переход к многополосному усилению не только снимает эту часть проблемы, но и увеличивает гибкость системы, облегчая ее настройку. Однако принцип "каждому динамику - свой усилитель" достаточно сложен в реализации, поэтому массовым пока не стал, и вряд ли станет. Многоканальные усилители с неравномерным распределением мощности по каналам и развитым кроссовером, а, тем более, "теплая компания" из нескольких усилителей - вещь далеко не бюджетная. В настоящее время наиболее перспективна компромиссная схема "2,5 полосы" на основе четырехканального усилителя. Она сохраняет почти все достоинства "полной поканалки", но существенно проще и дешевле. Полосы НЧ и СЧ-ВЧ разделяются встроенным кроссовером усилителя, а раздел полос СЧ и ВЧ производится уже пассивным кроссовером на выходе. Как правило, частота раздела НЧ и СЧ-ВЧ выбирается в области 200…600 Гц. В этом случае мощность распределяется между полосами усиления равномерно. Еще один, неочевидный, плюс такого решения - появляется приличный резерв мощности блока питания, что улучшает качество звучания. В четырехканальных усилителях блок питания проектируют с расчетом на то, что пара каналов (или даже обе) будут работать в мостовом включении, поэтому заранее закладывают запас по току. Итак, берем четырехканальный усилитель - и вперед. Однако реализация этой, казалось бы, простой идеи встречает немало препятствий. Большинство усилителей бюджетных линеек предназначены для установок по классической схеме "фронт+саб", поэтому встроенные кроссоверы оптимизированы для решения именно этой задачи. Для работы с трехполосной акустикой по схеме "2,5 полосы" такой кроссовер придется доработать. Как правило, все кроссоверы выполнены по типовым схемам из учебника, и отличаются друг от друга лишь типом и номиналами используемых элементов (дополнительные функции здесь не рассматриваем). Поэтому процесс переделки не представляет сложности, достаточно лишь изменить номиналы частотозадающих элементов. Естественно, при наличии принципиальной схемы или сервисной инструкции процедура заметно упрощается, но и без этого восстановить схему фильтра с монтажа не так уж сложно. Проще всего менять емкости фильтров. Это удобно не только по схемотехническим соображениям - не меняются режимы работы микросхем, но и с позиции монтажа. В отличие от резисторов, маркированных цветными полосами, номиналы конденсаторов обычно указаны по-человечески - цифрами. К тому же перепаивать их легче, меньше риск повредить плату. Для увеличения частоты среза нужно уменьшить емкости конденсаторов фильтра, а для ее уменьшения - наоборот, увеличить. Зависимость обратно пропорциональная. Для сохранения исходной добротности фильтра нужно выдержать заданное соотношение номиналов как можно точнее. При другом соотношении емкостей или сопротивлений добротность фильтра изменится, это обстоятельство при необходимости можно использовать. Для ускорения работы и оптимизации результатов можно использовать различные моделирующие программы - Electronic WorkBench, MicroCap, и специализированные программы по расчету фильтров. Рассмотрим возможный вариант переделки на примере усилителя Prology PAS-4100. Дано: • Частота среза фильтра НЧ второго порядка перестраивается от 40 до 160 Гц. Это прекрасный вариант для сабвуфера, но для мидбаса диапазон явно мал. • Частота среза фильтра ВЧ переменного порядка перестраивается от 60 до 1200 Гц. Для пищалки низковато, для среднечастотника - чересчур широко. Добротность и крутизна при перестройке заметно изменяются, поскольку частота среза фиксированного звена 2 порядка составляет примерно 70 Гц. Требуется: • Довести верхнюю границу диапазона перестройки фильтра НЧ до 500-600 Гц. Этого вполне достаточно для стыковки полосы НЧ как с диффузорными, так и с купольными среднечастотными головками. • Уменьшить диапазон перестройки фильтра ВЧ до 600 Гц и увеличить частоту среза фиксированного звена до 180 Гц. Крутизна АЧХ в области ниже 200 Гц при этом будет сохраняться постоянной - 18 дБ/окт. На рисунке 1 изображены амплитудно-частотные характеристики кроссовера до и после переделки, на рисунке 2 - принципиальная схема (восстановлена с монтажа). Нумерация элементов условная, введена исключительно для удобства изложения. На плате усилителя нанесены номиналы элементов, это облегчило задачу. Хуже, когда наоборот, указаны позиционные обозначения, - приходится измерять номиналы деталей непосредственно на плате. Для переделки произведем следующие манипуляции: • Демонтируем плату из корпуса усилителя • Конденсаторы C3,C4 удаляем, они не понадобятся. • Резисторы R11,R12 заменяем перемычками. • Снятые резисторы R11,R12 устанавливаем вместо R15,R16 • Удаляем конденсаторы C11-C16 (аккуратно, они еще пригодятся) • Устанавливаем конденсаторы C11-C16 новых номиналов • Заменяем резисторы R29,R30 на новые номиналы (старые резисторы тоже пригодятся). Вскоре после журнальной публикации R7, R8, R25, R26 были удалены, и входные каскады превратились в повторители. В результате чувствительность усилителя снизилась примерно до 0,8 В, что только пошло на пользу - перегрузочная способность по входу возросла.(авт.) В результате переделки диапазон перестройки ФНЧ расширился до 600 Гц, на частотах выше 200 Гц добротность в процессе перестройки изменяется мало. Нижний предел перестройки (40 Гц) немного низковат, но его изменение требовало замены переменного резистора VR2, и поэтому было признано нецелесообразным. Диапазон перестройки ФВЧ сузился до необходимых пределов, а участок АЧХ с крутизной 18 дБ/окт. расположился более удачно, обеспечивая надежное подавление резонанса диффузорных СЧ-динамиков (100-130 Гц). Для купольных головок, возможно, понадобится и пассивный кроссовер из комплекта. Поскольку усилитель уже вскрыт, посмотрим, что еще можно доработать. Главное - не увлекаться, чтобы средство не стало целью. Во многих бюджетных усилителях операционные усилители (ОУ) используют не только в каскадах предварительного усиления, но и для "раскачки" транзисторов выходного каскада. Не является исключением и данный усилитель (рис.3). Внимательное изучение показало, что сходная схемотехника использована в ряде моделей усилителей Hifonics, Clarion и им подобных, поэтому приведенные ниже рекомендации можно использовать достаточно широко. Особенность этого усилителя - применение многопетлевой отрицательной обратной связи. Первый каскад усилителя выполнен на ОУ DA1 и через цепь R3R5 охвачен местной ООС, снижающей его усиление до 35 дБ. Для возможности работы усилителя с мостовым включением нагрузки во втором канале использовано инвертирующее включение ОУ первого каскада. Остальная часть схемы отличий не имеет. Второй и третий каскады усиления выполнены двухтактными на комплементарных парах транзисторов VT1VT2 и VT3VT4, включенных по схеме с общим эмиттером. Для обеспечения работы транзисторов VT1VT2 на линейном участке характеристики их базовые цепи подключены к цепочке сдвига уровня из последовательно включенных диодов VD1-VD4. Эти каскады УМЗЧ также охвачены местной ООС, снижающей их усиление до 15 дБ. Напряжение обратной связи подается с выхода усилителя на эмиттеры транзисторов VT1 и VT2 через независимые цепи R12R10C5 и R11R13C7. Помимо этого весь усилитель охвачен общей ООС через резистор R4. Для обеспечения устойчивости усилителя при многопетлевой ООС во всех каскадах использована частотная коррекция. Выходной каскад построен по весьма интересной схеме на составных эмиттерных повторителях. Первая ступень VT5VT6 работает в режиме A, напряжение смещения для нее формируется цепочкой из последовательно включенных диодов VD5-VD7 и составляет примерно 2 В. Напряжение смещения второй ступени VT7VT8 образуется на резисторе R22 и составляет всего по 0,3 В на транзистор. Как известно, напряжение открывания для кремниевых транзисторов составляет примерно 0,6 В, поэтому выходные транзисторы работают в глубоком режиме B. В режиме малого сигнала они заперты, и сигнал на выход усилителя поступает с первой ступени через резисторы R24R25. В результате термостабильность и экономичность режима B сочетается с низкими искажениями режима A. Примененные решения позволяют получить низкий коэффициент гармоник усилителя - менее 0,05% при выходной мощности 2х50 Вт на нагрузке 4 Ом. Однако параметры усилителя (и так неплохие) можно еще немного улучшить, не прибегая к серьезным переделкам. Выходная мощность при таких доработках остается неизменной, что существенно для участия в соревнованиях (правила есть правила). Потенциальный источник нелинейности в транзисторных усилителях - цепочки смещения, задающие режим работы выходного каскада. Для снижения искажений их шунтируют конденсаторами, что и сделано проектировщиками (оксидный конденсатор C9). Однако частотные свойства массовых "электролитов" оставляют желать лучшего, и это нарушает симметрию каскада на частотах уже в несколько килогерц. Для улучшения симметрии каскада оксидный конденсатор можно заменить на качественный, но можно поступить и проще. Достаточно включить параллельно оксидному конденсатору еще один конденсатор небольшой емкости, но другого типа (керамический, майларовый, и т.д.). Такой же конденсатор стоит установить и параллельно диодной цепи на входе второго каскада, но емкость его может быть небольшой - импеданс цепи там заметно больше. Другой источник нелинейности - разделенные цепи ООС R12R10C5 и R11R13C7. Естественный разброс номиналов приводит к тому, что глубина обратной связи для верхней и нижней "половин" выходного каскада окажется разной. На низких частотах этой асимметрией можно пренебречь - с погрешностями справится общая ООС, но для средних и высоких частот нелинейность окажется выше. Это приводит к росту интермодуляционных искажений и потере прозрачности звучания. Чтобы устранить этот недостаток, цепи ООС по переменному току нужно включить параллельно. Для этого достаточно установить конденсатор между эмиттерами транзисторов первого каскада. Доработка усилителей мощности намеренно "несимметричная", поскольку требования к каждой паре каналов отличаются. Для низкочастотных каналов "ловля блох" лишена смысла, поэтому там установлены только конденсаторы C' параллельно диодным цепочкам на входе усилителя. В каналах СЧ-ВЧ, где требования к качеству сигнала выше, дополнительно установлены симметрирующие конденсаторы C'' и C'''. Кроме того, номинал резистора R17 в этих каналах увеличен с 470 Ом до 1,2 кОм. В результате ток покоя возрос примерно на 15%, звучание на малой громкости стало естественнее. Можно пойти и дальше, но лучше вовремя остановиться. Замена транзисторов и микросхем при данном уровне схемотехники мало что даст, а надежность может пострадать. Для переделки произведем следующие манипуляции (используем детали, снятые при модернизации кроссовера): • Конденсаторы C' аккуратно подпаиваем между выводами резисторов R7 и R9 со стороны деталей. • Конденсаторы C'' аккуратно подпаиваем между выводами резисторов R10 и R11 со стороны печатных проводников. • Резистор R17 выпаиваем. • На его место впаиваем C''' • Новый резистор R17 аккуратно подпаиваем между выводами резисторов R19 и R20 со стороны печатных проводников. • Устанавливаем плату в корпус усилителя, не забываем изолирующие прокладки и теплопроводящую пасту для транзисторов. • Проверяем транзисторы и установленные под платой элементы на замыкание с корпусом. Источник: bluesmobil.com/shikhman