Field Beast PDF Печать E-mail
05.02.2009 21:44
Несмотря на многочисленные недостатки ламповых усилителей мощности (наличие опасных для жизни напряжений, высокая стоимость ламп и трансформаторов, низкий кпд и как следствие - высокое тепловыделение, низкий срок службы ламп, большие габариты и вес), они пользуются заслуженной популярностью за свой мягкий звук с ощутимой компрессией, характерным быстроспадающим спектром гармоник и плавным входом в ограничение. Также нельзя не отметить изящную простоту и достаточную степень симметрии ламповых схем.

С другой стороны, классические транзисторные схемы, обладая рядом неоспоримых массогабаритных и энергетических преимуществ, не получили широкого распространения в гитарной среде. Причины банальны: ориентация на высокую линейность и популярность принципа «мощного ОУ» с глубокой общей ООС ставят крест на возможности плавного ограничения сигнала. Ограничение подобных схем резкое, с широким спектром медленно спадающих гармоник. Поэтому, общепринятой практикой стало использование транзисторных УМ с огромным запасом по мощности, что сводит на нет большинство их преимуществ перед ламповыми аналогами и добавляет новые проблемы с надежностью таких монстров. Специфика гитарного сигнала с резкой высокоамплитудной атакой и фазой относительно долгого затухания с практически стабильной, но небольшой амплитудой требует не просто огромного, а отчасти безумного, запаса по мощности такого транзисторного УМ. Только вдумайтесь: на чистом звуке атака имеет амплитуду в 2-4 раза выше, чем затухание. Если же вспомнить, что мощность квадратично зависит от амплитуды, то получаем, что линейный усилитель должен обеспечивать пиковую мощность в 4-16 раз большую, чем ту, которую он обычно отдает на затухании ноты! А ведь слушаем-то мы именно затухание и субъективную громкость оцениваем по нему же. Вот и получается, что достаточно часто каждый из нас сталкивается с утверждением о том, что, мол, ламповые 15вт «играют» громче 30-40вт транзисторных. А если еще вспомнить сложность и некоторую капризность дискретных транзисторных схем, то неизбежно всплывает вопрос: «Что же делать?»

Параллелить ТДАхи, клеймить отстойность транзисторов и восхвалять светящиеся баллончики, или же немного подумать - каждый сам выбирает свой путь. Тем, кто выбрал один из первых двух, вряд ли будет интересно дальнейшее действо, а остальным предлагаю налить себе бодрящего ароматного кофе, удобнее устроиться в кресле и продолжить чтение…

Часть основная. УМ на полевых транзисторах с мягким ограничением без ОООС.

Еще на рубеже 2005/06 годов я задумался над всем тем, что описано выше, и начал шерстить Интернет в поисках информации на тему твердотельных гитарных усилителей мощности. Каково же было мое удивление, когда я не нашел ни одной конкурентоспособной схемы! Будучи человеком пытливым, я принялся думать, мучить симулятор и заваливать умных людей разнообразными вопросами. Результатом этой деятельности стала схема:

Схема УМ

T1, T3, T4: n-канальные JFET'ы с напряжением отсечки -6..-4В (bf245c)
T2, T5: латеральные (горизонтальные) n-канальные MOSFET'ы (2П904а, 2sk1056..58)
D1, D6: кремниевые диоды (КД521A)
D2-D4: стабилитроны с напряжением стабилизации 10..15В (2с212ж)
R10, R12: MF-1W R1-R9, R11, R12-R17: MF-0.25W
C1-C4: пленочные конденсаторы (К71-7, MKP, FKP) 

Начну, пожалуй, с ТТХ: 
Мощность, отдаваемая на нагрузку 8ом с мягким ограничением… 20вт 
Мощность, отдаваемая на нагрузку 8ом с меандром на выходе… 30вт 
Рабочая полоса частот по уровню -3дб, минимум… 5гц-170кгц 
КПД в ограничении… 70-80% 
Максимальное входное напряжение… 10в (20в двойной амплитуды) 
Выходное сопротивление… 2-4Ом 
Ток покоя… 60-80ма 

Ориентировочный уровень ТХД для разных мощностей на резистивную нагрузку 8ом (из симулятора): 
1вт 1% 
5вт 1.1% 
10вт 4.8% 
15вт 8.2% 
20вт 12.2% 
25вт 23.3% 
30вт 34.1%
Схема отличается идеологической простотой, высокой симметричностью и хорошей термостабильностью. В принципе, работоспособность УМ должна сохраняться при любых исправных приборах, но может потребоваться некоторая настройка и, однозначно, вырастут искажения. Поэтому, желателен подбор транзисторов дифкаскада по напряжению отсечки (а еще лучше по напряжению затвор-исток на рабочем токе в 7-8ма) и транзисторов выходного каскада (либо по току стока на фиксированном напряжении смещения +0.6в, либо по напряжению затвор-исток на токе 60..80ма).

Внимание! Очень важное отступление по технике пайки мощных МОП транзисторов.

Все МОП транзисторы очень чувствительны к статическому электричеству. Обратите внимание на напряжение пробоя перехода затвор-исток. Оно около 25-30в, а напряжение статического разряда может достигать нескольких киловольт! Поэтому, требуется предельная осторожность при пайке этих деликатных приборов. Никаких шерстяных свитеров или носков, мохнатых домашних животных и прочих источников статического электричества! Девушек в эротичном нижнем белье подпускать к ним, пожалуй, тоже не стоит. :) По извлечению приборов из коробки нужно надежно закоротить все три вывода между собой (например, длинной тонкой жилкой из многожильного провода). 
  Если используются наши КП904А, начисто лишенные всяких средств защиты, то стенд для замера и подбора имеет смысл делать с контактами, не требующими пайки, либо замерять характеристики уже после припайки к ним затворного резистора и защитных стабилитронов. 
  Порядок монтажа КП904А такой: 
    1. Хорошо прогретый мощный паяльник (65вт, можно 40вт. 25вт даже не прогревает выводы этого транзистора) отключается от сети; 
    2. Прямо на вывод затвора припаивается противовозбудный 1кОм резистор; 
    3. Дальше припаиваются защитные стабилитроны к резистору и истоку; 
    4. Подпаиваются все остальные провода; 
    5. И только после этого можно аккуратно убрать защитную проволочку, соединяющую все выводы. 
  Так же рекомендуется соединить радиаторы выходных транзисторов с общим проводом схемы. Если все делать по этим нехитрым правилам, то все КПшки останутся целыми, их хозяева довольными, а кошельки хозяев упругими.

  Если же используются «их» 2SK1058, то они уже со встроенными защитными стабилитронами. Но правил все-таки лучше придерживаться… Мало ли чего? :)

  Итак, после сдачи экзамена на знание предыдущих пяти правил, начнем изучать схему. 
На транзисторе T1 собран тривиальный фазоинвертор, который представляет собой обычный каскад с разделенной нагрузкой. Бытует мнение, что такие каскады не «тру» и «ваще сакс», что аргументируется разным выходным сопротивлением плеч и некой «проблемой потенциалов». На самом деле, это одна из лучших фазорасщепительных схем (после схем на ОУ, конечно), симметричность которой зависит практически только от точности подбора резисторов плеч, при условии, что сопротивление нагрузки на пару порядков выше выходного сопротивления верхнего плеча (в данном случае около 1кОм). Ток покоя фазоинвертора около 3ма. 

Дальше проходные конденсаторы отсекают постоянную составляющую сигнала, а резисторы на землю выравнивают потенциалы. Резисторы R7, R14 играют очень важную роль: они ограничивают токи затворов транзисторов дифкаскада при очень больших напряжениях на входе УМ, обеспечивая "правильную" форму выходного напряжения дифкаскада, а так же "правильную" перегрузку фазоинвертора по напряжению, но исключая его перегрузку по току. 

На транзисторах T3, T4 собран дифкаскад, который обеспечивает компрессию и мягкий вход УМ в ограничение. Ток покоя (около 7-8ма) выбирается в районе половины начального тока стока транзисторов и настраивается подстроечным многооборотным резистором P1. Начальное сопротивление выбирается около 300-310ом и подстраивается так, чтобы на стоках транзисторов дифкаскада было примерно полпитания. 

Потом идет очередная цепочка, развязывающая каскады по постоянному напряжению и задающая напряжение смещения на затворе выходного транзистора. При необходимости, постоянное напряжение на выходе можно уменьшить, регулируя ток через один из диодов. Сейчас у меня после прогрева около 1-2мв постоянки на выходе. 

И, наконец, собственно сам выходной каскад, который называется страшным словом ЦИРКЛОТРОН. В основе цирклотрона - двухтактный мостовой силовой каскад, в котором токи источников питания перекрестно замыкаются через нагрузку. Результирующий ток нагрузки равен разнице токов двух плеч. Подобная топология каскадов используется в бестрансформаторных ламповых УМ высшего класса. Выход на нагрузку (как и источники питания выходного каскада) является плавающим, потенциал обоих плеч «притягивается» к потенциалу общего провода с помощью резисторов R10 и R12. Противовозбудные 1кОм резисторы R5 и R15 припаивается непосредственно к выводам затвора выходных транзисторов.

Часть последняя, она же заключительная. О правильном питании, о дивных видах, об издаваемых звуках и проч.

 - С чего начинается хороший усилитель?
- С входного джека!?!?
- Нет! Хороший усилитель начинается с правильного блока питания!

Не стоит пугаться трех независимых источников питания этого усилителя. Изготовить такой блок питания не составляет особых проблем. Достаточно приобрести подходящий тор, например на 2*15в, 40-50вт (только нужно внимательно проверить, что вторичные обмотки действительно независимые!) и домотать недостающую обмотку для питания усилителя напряжения (всего делов на 15 минут).

На диодных мостах и фильтрующих конденсаторах рекомендую не экономить. Я собрал мосты из дискретных диодов Шоттки, продукты деятельности коих фильтруются конденсаторами по 15000мкф в каждом плече. Питание УН можно сделать стабилизированным, а можно по-ламповому сделать хороший запас по выходному напряжению с трансформатора и отфильтровать все RC фильтрами.
  Хотя, тут уж каждый сам с усам.

Единственное звено, сильно чувствительное к пульсациям питания - фазоинвертор, поэтому при использовании RC фильтрации неплохо было бы отделить фазоинвертор от дифкаскада отдельным фильтром. 

  Ну вот и все, мой увлекательный рассказ подходит к своему логическому завершению. Осталась всего парочка небольших, но очень важных дел.
  Здесь можно посмотреть на то, как все это выглядит у автора, т.е. у меня.
  Здесь можно послушать, как все это звучит.
  Цепочка записи такая: Fender USA Standard Stratocaster -> Fet Twin min. gain, max. vol. -> Field Beast -> 1*12" Celestion Vintage 30 2/3 closed back cab -> Shure 565sd -> Creative Audigy.
  Музыкального наполнения никакого, но все, что касается работы УМ, слышно хорошо.

И напоследок, хочу искренне поблагодарить Костю Мусатова, Игоря Виноградского (ИГВИН), Витю Кемпфа (xbananov), Сергея Лузана (lart) за беспрецедентный жизненный опыт, ценные советы, помощь в создании и доведении до ума этого усилителя мощности. Без них проекта бы не было. Так же благодарю своих соседей за терпение во время испытания УМ на максимальной громкости.

Егоров Артем (aka Medved) 2006

( 8 Голоса )
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

© 2017 diyfactory.ru. Все права защищены.
рулетка вещей кс го от 1 рубля