Усилитель ланзар на полевых транзисторах схема. Мощный усилитель “Lanzar”. Другая полезная информация и возможные варианты устранения неисправностей

Намотана на сверле 10мм и состоит из 10 витков провода 0,8мм, для жесткой фиксации витков можно на готовую катушку намазывать суперклей.

Эмиттерные резисторы выходных транзисторов подбираются с мощностью 5 ватт, в ходе работы они перегреваются. Номинал этих резисторов не критичен и может быть от 0,22 до 0,39 Ом.

После окончания сборки усилителя преступаем к стадии проверки. Тщательно прозваниваем выводы транзисторов и проверяем наличие замыканий 0 их не должно быть. Дальше еще раз смотрим на монтаж, проверяем плату на глаз - особое внимание уделяем правильности подключения транзисторов и стабилитронов, если некоторые транзисторы заменили аналогичными, то смотрите справочники, поскольку выводы используемых в схеме транзисторов и аналогов могут отличаться.

Сами стабилитроны при неправильном подключении работают как диод и есть вероятность угробить всю схему из-за неправильно подключенного стабилитрона.

Переменный резистор для настройки тока покоя выходных каскадов - желательно использовать (очень даже желательно) многооборотные резисторы с сопротивлением 1кОм, при этом сопротивление во время монтажа должно быть максимальным - 1кОм. Многооборотный резистор позволит с очень большой точностью настроить ток покоя выходного каскада.

Все электролитические конденсаторы желательно брать с рабочим напряжением 63, а еще лучше 100 Вольт.

Перед сборкой усилителя тщательно проверяем все компоненты на исправность, независимо то того, новые они или Б/У.

Иметь мощный, высококачественный сабвуфер желание каждого автолюбителя, который ценит качественный и громкий звук и глубокие низкие частоты (басс). Проект был реализован летом 2012 года и отнял целых 3 месяца, такая задержка связана дефицитом многих компонентов, которые использовались в проекте. Устройство из себя представляет комплекс усилителей с суммарной мощностью порядка 750-800 ватт. В нескольких статьях я попытаюсь подробно пояснить конструкцию сабвуферного усилителя по схеме Ланзара.

Преобразователь напряжения, фильтр-сумматор, блок стабилизаторов и защита динамической головки - комплектующие блоки для работы такого усилителя. Преобразователь напряжения развивает мощность 500 ватт, и все эти 500 ватт направлены для запитки основного усилителя. Мощность ланзара может доходить до 360-390 ватт, хотя максимальная мощность получается с повышенным питанием и достаточно опасна для отдельных частей усилителя.

Такой усилитель питает мощный самодельный сабвуфер на основе динамической головки SONY XPLOD с номинальной мощностью 300-350 ватт, максимальная (кратковременная мощность) до 1000 ватт. В отдельной статье мы рассмотрим процесс изготовления ящика для сабвуфера и все тонкости связанные с ним. Корпус для использован от DVD-проигрывателя, он отлично подошел по размерам. Для охлаждения основного усилителя использован громадный теплоотвод от советского усилителя радиотехника. Имеется также высокоскоростной кулер от ноутбука для того, чтобы вывести теплый воздух из корпуса.

Начнем рассматривать конструкцию с преобразователя напряжения, поскольку именно его нужно будет сделать в первую очередь. От точной работы преобразователя зависит вся работа конструкции. Он обеспечивает на выходе двухполярное напряжение 60 вольт на плечо - именно столько нужно для обеспечивания указанной выходной мощности усилителя.

Преобразователь напряжения, не смотря на простую конструкцию развивает мощность в 500 ватт, в форс-мажорных ситуациях до 650 ватт. TL494 - двухканальный ШИМ контроллер, генератор прямоугольных импульсов настроенный на частоту 45-50кГц является двигателем этого преобразователя, именно с него и начинается все.

Для усиления выходного сигнала собран драйвер на маломощных биполярных транзисторах серии ВС556(557).

Предварительно усиленный сигнал через ограничительные резисторы подается на затворы мощных силовых ключей. В этой схеме использованы мощные N-канальные полевые транзисторы серии IRF3205, в схеме их 4.

Трансформатор преобразователя вначале был намотан на двух сердечниках (Ш-образных) от блока питания АТХ, но потом конструкция изменилась, и был намотан новый трансформатор. Кольцо от электронного трансформатора для питания галогенных ламп (мощность 150-230 ватт). Трансформатор содержит две обмотки. Первичная обмотка мотается сразу 10-ю жилами провода 0,5-0,7мм и содержит 2Х5 витков. Намотку делают так. Для начала берем пробный провод и мотаем 5 витков, витки растягиваем по всему кольцу. Отматываем провод и измеряем ее длину. Измерения делаем с запасом 5 см. Дальше берем 10 жил такого же провода - кончики проводов скручиваем. Делаем две такие заготовки - 2 шины по 10 жил. Дальше стараемся как можно равномерно мотать по всему кольцу, получится 5 витков. Затем нужно отделить шины, в итоге получим две равноценные половинки обмотки.

Начало одной обмотки присоединяем с концом второй обмотки или наоборот - конец первой с началом второй. Таким образом, мы сфазировали обмотки и схему можно проверить. Для этого подключаем трансформатор в схему, а на кольце мотаем пробную обмотку (вторичную). Обмотка может содержать любое количество витков, лучше мотать 2-6 витков провода 0,5-1мм.
Первый запуск преобразователя лучше всего сделать через лампу (галогенка) на 20-60 ватт.

После намотки пробной вторичной обмотки запускаем преобразователь. К пробной обмотке подключаем лампу накаливания с мощностью в пару ватт. Лампа должна светиться, при этом транзисторы (если пока без теплоотводов) должны незначительно греться в ходе работы.
Если все нормально, то можно намотать настоящую обмотку, если схема работает не должным образом или вообще не работает, то нужно отключить затворы транзисторов и осциллографом проверить наличие прямоугольных импульсов на выводах 9 и 10. Если генерация есть, то проблема скорее всего в транзисторах, если они тоже в норме, то неправильно сфазирован трансформатор, нужно поменять начало-конец обмоток (о фазировке говорилось во 2-ой части).

Вторичная обмотка мотается по тому же принципу, что и первичная, фазируется тоже так. Обмотка содержит 2Х18 витков и мотается сразу 8-ю жилами провода 0,5мм. Обмотку нужно растянуть по всему кольцу. Отвод средней точки будет корпусом, поскольку с нас требуется получить двухполярное напряжение. Выходное напряжение получается с повышенной частотой, поэтому мультиметр не способен измерять его.
Диодный выпрямитель в моем случае был собран из мощных отечественных диодов серии КД213А. Обратное напряжение диода 200Вольт, при токе до 10А, Эти диоды могут работать на частотах до 100кГц - отличный вариант для нашего случая. Можно также использовать и другие мощные импульсные диоды с обратным напряжением не менее 180 Вольт.

В этой статье я покажу свой усилитель Ланзар. Усилитель собирался пол года назад под заказ, но под конец заказчик передумал и я забросил работы по нему.

Вспомнил про него лишь сейчас, когда начался конкурс. Усилитель практически доделан, не хватает лишь пары полевиков в преобразователе и нужно добиться адекватной работы защиты, а так всё готово. К сожалению тесты усилителя в видео проводить я не буду, две основные причины это отсутствие мощного источника питания 12 вольт и вторая – тестовый динамик на 100 ватт при прошлых тестах приказал долго жить, диффузор просто выпрыгнул вместе с катушкой, теперь я без динамика:) за то замерил мощность, на 5 – почти 6 омах она была 300-310 ватт.

В этом усилителе меня удивляет один момент, при снимаемой мощночти 300 вт, выходные транзисторы не выгорают, хотя покупались на ибее за 100 рублей/пара.

Ниже приведена схема усилителя

Схема была взята в интернете, так же как и печатная плата.

Теперь посмотрим на схему преобразователя

Схему рисовал сам, тут мы видим преобразователь напряжения на IR2153, частота преобразователя 70 кГц, в качестве силовых транзисторов примененыIRF3205, по 2 штуки на плечо.

И – питания преобразователя можно кидать (через предохранитель конечно же) напрямую на аккумулятор, ведь включение преобразователя произойдёт только при подаче 12 вольт с магнитолы на контакт REM, а именно на ногу питания микросхемы. Вот такая хитрая схема запуска. Кстати кулер запитывается не напрямую от аккумулятора, а от отдельного выхода преобразователя специально, чтобы он включался только при включении самого усилителя, а не крутился бесконечно, что не слабо сократило бы ему жизненный ресурс.

Трансформатор намотан на двух сложенных кольцах проницаемостью 2000

Первичная обмотка содержит 5 витков на каждое плечо проводом 0.8мм в 10 жил. Основная вторичная обмотка имеет 26+26 витков тем же проводом в 4 жилы. Обмотка питания ФНЧ содержит 8+8 витков тем же проводом. Обмотка для питания кулера – 8 витков.

На выходе имеем двухполярное напряжение +- 60 вольт для питания самого усилителя и блока защиты, двухполярное стабилизированное +-15 вольт для питания ФНЧ и однополряное стабилизированное 12 вольт для питания кулера. Все напряжения выпрямляются диодными мостами. Основной выход – это 4 диода FCF10A40 10 Ампер 400 Вольт, они усаживаются на радиатор. Остальные мосты построены из ультрабыстрых 1 амперных диодов UF4007.

Схемы ФНЧ и защиты нет, но есть печатные платы со всеми номиналами компонентов.

Вот что в итоге у меня получилось

Усилитель мощности Ланзар имеет две базовых схемы - первая полностью на биполярных транранзисторах (рис.1), вторая с использованием полевых в предпоследнем каскаде (рис. 2). На рисунке 3 приведена схема этого же усилителя, но выполненная в симмуляторе МС-8. Позиционные номера элементов практически совпадают, поэтому можно смотреть любую из схем.

Рисунок 1 Схема усилителя мощности ЛАНЗАР полностью на биполярных транзисторах.
УВЕЛИЧИТЬ

Рисунок 2 Схема усилителя мощности ЛАНЗАР с использованием полевых транзисторов в предпоследнем каскаде.
УВЕЛИЧИТЬ

Рисунок 3 Схема усилителя мощности ЛАНЗАР из симмулятора МС-8. УВЕЛИЧИТЬ

ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ УСТАНОВЛЕННЫХ В УСИЛИТЕЛЕ ЛАНЗАР
ДЛЯ БИПОЛЯРНОГО ВАРИАНТА	ДЛЯ ВАРИАНТА С ПОЛЕВИКАМИ
C3,C2 = 2 x 22µ0 C4 = 1 x 470p C6,C7 = 2 x 470µ0 x 25V C5,C8 = 2 x 0µ33 C11,C9 = 2 x 47µ0 C12,C13,C18 = 3 x 47p C15,C17,C1,C10 = 4 x 1µ0 C21 = 1 x 0µ15 C19,C20 = 2 x 470µ0 x 100V C14,C16 = 2 x 220µ0 x 100V R1 = 1 x 27k R2,R16 = 2 x 100 R8,R11,R9,R12 = 4 x 33 R7,R10 = 2 x 820 R5,R6 = 2 x 6k8 R3,R4 = 2 x 2k2 R14,R17 = 2 x 10 R15 = 1 x 3k3 R26,R23 = 2 x 0R33 R25 = 1 x 10k R28,R29 = 2 x 3R9 R27,R24 = 2 x 0.33 R18 = 1 x 47 R19,R20,R22 R21 = 4 x 2R2 R13 = 1 x 470 VD1,VD2 = 2 x 15V VD3,VD4 = 2 x 1N4007 VT2,VT4 = 2 x 2N5401 VT3,VT1 = 2 x 2N5551 VT5 = 1 x KSE350 VT6 = 1 x KSE340 VT7 = 1 x BD135 VT8 = 1 x 2SC5171 VT9 = 1 x 2SA1930 VT10,VT12 = 2 x 2SC5200 VT11,VT13 = 2 x 2SA1943	C3,C2 = 2 x 22µ0 C4 = 1 x 470p C6,C7 = 2 x 470µ0 x 25V C5,C8 = 2 x 0µ33 C11,C10 = 2 x 47µ0 C12,C13,C18 = 3 x 47p C15,C17,C1,C9 = 4 x 1µ0 C21 = 1 x 0µ15 C19,C20 = 2 x 470µ0 x 100V C14,C16 = 2 x 220µ0 x 100V R1 = 1 x 27k R2,R16 = 2 x 100 R8,R11,R9,R12 = 4 x 33 R7,R10 = 2 x 820 R5,R6 = 2 x 6k8 R4,R3 = 2 x 2k2 R14,R17 = 2 x 10 R15 = 1 x 3k3 R26,R23 = 2 x 0R33 R25 = 1 x 10k R29,R28 = 2 x 3R9 R27,R24 = 2 x 0.33 R18 = 1 x 47 R19,R20,R22 R21 = 4 x 2R2 R13 = 1 x 470 VD1,VD2 = 2 x 15V VD3,VD4 = 2 x 1N4007 VT8 = 1 x IRF640 VT9 = 1 x IRF9640 VT2,VT3 = 2 x 2N5401 VT4,VT1 = 2 x 2N5551 VT5 = 1 x KSE350 VT6 = 1 x KSE340 VT7 = 1 x BD135 VT10,VT12 = 2 x 2SC5200 VT11,VT13 = 2 x 2SA1943

Для примера возьмем напряжение питания равным ±60 В. Если монтаж выполнен правильно и нет не исправных деталей то получим карту напряжений, показанную на рисунке 7. Токи, протекающие через элементы усилителя мощности показаны на рисунке 8. Рассеиваемая мощность каждого элемента показана на рисунке 9 (на транзисторах VT5, VT6 рассеивается порядка 990 мВт, следовательно корпусу TO-126 требуется теплоотвод ).

Рисунок 7. Карта напряжений усилителя мощности ЛАНЗАР УВЕЛИЧИТЬ

Рисунок 8. Карта токов усилителя мощности УВЕЛИЧИТЬ

Рисунок 9. Карта рассеиваемых мощностей усилителя УВЕЛИЧИТЬ

Несколько слов о о деталях и монтаже:
Прежде всего следут обратить на правильность монтажа деталей, поскольку схема симметричная, то бывают довольно частыми ошибки. На рисунке 10 показано распложение деталей. Регулировка тока покоя (тока, протекающего через оконечные транзисторы при замкнутом на общий провод входе и компенсирующего вольт-амперную характеристику транзисторов) производится резистором Х1. При первом включении движок резистора должен находиться в верхенм по схеме положении, т.е. иметь максимальное сопротивление. Ток покоя должен составлять 30...60 мА. Ставить выше не имеет мысла - ни приборы, ни на слух ощутимых изменений не происходит. Для установки тока покоя производится измерение напряжения на любом из эмиттерных резисторов оконечного каскада и выставляется в соответствии с таблицей:

НАПРЯЖЕНИЕ НА ВЫВОДАХ ЭМИТТЕРНОГО РЕЗИСТОРА, В	СЛИШКОМ МАЛЕНЬКИЙ ТОК ПОКОЯ, ВОЗМОЖНЫ ИСКАЖЕНИЯ "СТУПЕНЬКА", НОРМАЛЬНЫЙ ТОК ПОКОЯ, ВЕЛИКОВАТ ТОК ПОКОЯ - ЛИШНИЙ НАГРЕВ, ЕСЛИ ЭТО НЕ ПОПЫТКА СОЗДАТЬ КЛАСС "А", ТО ЭТО АВАРИЙНЫЙ ТОК .
	ТОК ПОКОЯ ОДНОЙ ПАРЫ ОКОНЕЧНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ, мА

Рисунок 10 Расположение деталей на плате усилителя мощности. Показаны места, где возникают наиболее часто ошибки монтажа.

Поднимался вопрос о целесообразности использования в эмиттерных цепях оконечных транзисторов керамических резисторов. Можно использовать и МЛТ-2, по два штуки, включенных параллельно с номиналом 0,47...0,68 Ома. Однако вносимые керамическими резисторами искажения слишком малы, а вот тот факт, что они обрывные - при перегрузке они обрываются, т.е. их сопротивление становиться бесконечным, что довольно часто приводит к спасению оконечных транзисторов в критических ситуациях.
Площадь радиатора зависит от условий охлаждения, на рисунке 11 показан один из вариантов, крепить силовые транзисторы к теплоотводу необходимо через изоляционные прокладки . Лучше использовать слюду, поскольку она обладает довольно маленьким тепловым сопротивлением. Один из вариантов крепления транзисторов пказан нарисунке 12.

Рисунок 11 Один из вариантов радиатора для мощности 300 Вт при условии хорошей вентиляции

Рисунок 12 Один из вариантов крепления транзисторов усилителя мощности к радиатору.
Необходимо использовать изоляционные прокладки.

Перед монтажом силовых транзисторов, а так же в случае подозрений на их пробой, силовые транзисторы проверяются тестером. Предел на тестере устанавливается на проверку диодов (рис 13).

Рисунок 13 Проверка оконечных транзисторов усилителя перед монтажом и в случае подозрений на пробой транзисторов после критических ситуаций.

Стоит ли подбирать транзисторы по коф. усиления? Споров на эту тему довольно много и идея подбора элементов тянеться еще с глубоких семидесятых годов, когда качество элементной базы оставляло желать лучшего. На сегодня завод изготовитель гарантирует разброс параметров между транзисторами одной партии не более 2%, что уже само по себе говорит о хорошем качестве элементов. Кроме этого, учитывая то, что оконечные транзисторы 2SA1943 - 2SC5200 прочно обосновались в звукотехнике завод изготовитель начал выпус парных транзисторов, т.е. транзисторы и прямой, и обратной проводимости уже имеют одинаковые параметры, т.е. разницу не боле 2% (рис 14). К сожалению такие пары не всегда встречаютсяв продаже, тем не менее несколько раз нам доводилось покупать "близнецов". Однако даже имея разборос по коф. усиления между транзисторами прямой и обратной проводимости необходимо лишь следить за тем, чтобы транзисторы одной структуры были одной партии, поскольку включены они параллельно и разброс по h21 может вызывать перегрузку одного из транзисторов (у которого этот параметр выше) и как следствие - перегрев и выход из строя. Ну а разброс между транзисторами для положительной и отрицательной полуволн вполне компенсируется отрицательной обратной связью.

Рисунок 14 Транзисторы разной структуры, но одной партии.

Тоже самое относиться и к транзисторам дифкаскада - если они одной партии, т.е. куплены одновременно в одном месте, то шанс на то, что разница в параметрах будет более 5 % ОЧЕНЬ малы. Лично нам больше нравяться транзисторы 2N5551 - 2N5401 фирмы ФАИРЧАЛЬД, однако и ST звучат вполне достойно.
Однако это усилитель собирают и на отечественной элементной базе. Это вполне реально, однако давайте поправку на то, что у купленных КТ817 и найденных на полках у себя в мастерской, купленных еще в 90-х года параметры будут отличаться довольно сильно. Поэтому тут лучше все таки воспользаваться имеющимся почти во всех цифровых тестреах измерителем h21. Правда эта примочка в тестере показываетправду лишь для транзисторов малой мощности. Подбирать при ее помощи транзисторы оконечного каскада будет не совсм правильно, поскольку h21 зависит еще и от протекаемого тока. Именно поэому для отбраковки силовых транзисторов уже делают отдельные проверочные стенды. с регулируемых токо коллектора проверяемого транзистора (рис 15). Градуировка постоянного прибора для отбраковки транзисторов производиться таким образом, чтобы микроамперметр при токе коллектора 1 А отклонялся на половину шкалы, а при токе 2 А - полностью. Собирая усилитель только себе стенд можно и не делать, достаточно двух мультиметров с пределом измерения тока не менее 5 А.
Для произведения отбраковки следует взять любой транзистор из отбраковываемой партии и переменным резистором выставить ток коллектора равным 0,4...0,6 А для транзисторов предпоследнего каскада и 1...1,3 А для транзисторов оконечного каскада. Ну а далее все просто - к клемам подключаются транзисторы и по показаниям амперметра, включенного в коллектор выбираются транзисторы с одинаковыми показаниями, не забывая поглядывать на показания амперметра в базовой цепи - они тоже должны быть похожими. Разброс в 5 % вполне приемлем, для стрелочных индикаторов на шкале можно сделать метки "зеленого коридора" во время градуировки. Следует заметить, что подобные токи вызывают не плохой нагрев кристала транзистора, а учитывая то, что он без теплоотвода длительность замеров не следует растягивать во времени - кнопку SB1 удерживать в нажатом состоянии более чем 1...1,5 сек не следует . Подобная отбраковка прежде всего позвлит отобрать транзисторы с реально похожим коф усиления, а проверка мощных транзисторов цифровым мультиметром есть лишь проверка для успокоения совести - в режиме микротоков у мощных транзисторов коф усиления более 500 и даже небольшой разброс при проверке мультиметром в режимах реальных токов может оказаться огромным. Другими словами - проверяя коф усиления мощного транзистора показанаия мультиметра есть не что иное как абстрактная величина, не имеющая ни чего общего с коф усиления транзистора через переход коллектор-эмиттер протекат хотя бы 0,5 А.

Рисунок 15 Отбраковка мощных транзисторов по коф усиления.

Проходные конденсаторы С1-С3, С9-С11 имеют не совсем типовое включение, по сравнению с заводскими аналогами усилителей. Связанно это с тем, что при таком включении получается не полярный конденсатор довольно большой емкости, а использование плленочного конденсатора на 1 мкФ компенсирует не совсем корректную работу электролитов на высоких частотах. Другими словами эта реализация позволила получить более приятный звук усилителя, по сравнению с одним элетролитом или одним пленочным конденсатором.
В старых версиях Ланзар вместо диодов VD3, VD4 использовались резисторы на 10 Ом. Смена элементной базы позволила немного улучшить работу на пиках сигнала. Для более подробного рассмотрения этого вопроса обратимся к рисунку 3 .
В схеме смоделирован не идеальный источник питания, а более приблежонный к реальному, имеющему свое сопротивление (R30, R31). При воспроизведении синусоидального сигнала напряжение на шинах питания будет иметь вид, показанный на рисунке 16. В данном случае емкость конденсаторов фильтра питания составляет 4700 мкФ, что несколько маловато. Для нормальной работы усилителя емкость конденсаторов питания должна составлять не менее 10000 мкФ на один канал , можно и больше, но существенной разницы уже не заметно. Но вернемся к рисунку 16. Синией линией показано напряжение непосредственно на коллекторах транзисторов оконечного каскада, а красной линией - напряжение питания усилителя напряжения в случае использования резисторов вместо VD3, VD4. Как видно из рисунка напряжение питания оконечного каскада просело с 60 В и распологается между 58,3 В в паузе и 55,7 В на пике синусоидального сигнала. Благодарая тому, что конденсатор С14 не только заражается через развязывающий диод, но и разряжается на пиках сигнала напряжение питания усилителя напряжение приобретает вид красной линии на рисунке 16 и колебается от 56 В до 57,5 В, т.е имеет размах порядка 1,5 В.

Рисунок 16 форма напряжения при использовании развязывающих резисторов.

Рисунок 17 Форма напряжений питания на оконечных транзисторах и усилителе напряжения

Заменив резисторы на диоды VD3 и VD4 мы получаем напряжения, представленные на рисунке 17. Как видно из рисунка амплитуда пульсаций на коллекторах оконечных транзисторах почти не изменилась, а вот напряжение питания усилителя напряжения приобрело совсем другой вид. Прежде всего амплитуда уменьшилась с 1,5 В до 1 В, а так же в тот момент когда проходит пик сигнала напряжение питания УН проседает лишь до половины амплитуды, т.е. примерно на 0,5 В, в то время как при использовании резистора напряжение на пике сигнала проседает 1,2 В. Другими словами - простой заменой резисторов на диоды удалось уменьшить пульсации питания в усилителе напряжения в 2 с лишним раза.
Однако это теоритические выкладки. На практике эта замена позволяет получить "халявных" 4-5 Ватт, поскольку усилителя наступает при более высоком выходном напряжении и уменьшает искажения на пиках сигнала.
После сборки усилителя и регулировки тока покоя следует убедиться в отсутствии постоянного напряжения на выходе усилителя мощности. Если оно выше 0,1 В, то это уже однозначно требует корректировки режимов работы усилителя. В данном случае наиболее простым способом является подбор "подпирающего" резистора R1. Для наглядности приведем несколько вариантов этого номинала и покажем иземения постоянного напряжения на выходе усилителя на рисунке 18.

Рисунок 18 Изменение постоянного напряжения на выходе усилителя в зависимости от номана R1

Не смотря на то, что на симмуляторе оптимальное постоянное напряжение получилось лишь при R1 равным 8,2 кОм в реальных усилителях этот номинал составляет 15 кОм...27 кОм, в зависимости какого производителя используются транзисторы дифкаскада VT1-VT4.
Пожалуй стоит сказать несколько слов об отличиях усилителей мощности полгостью на биполярных транзисторах и с использованием полевиков в предпоследенм каскаде. Прежде всего при использовании полевых транзисторов ОЧЕНЬ сильно разгружается выходной каскад усилителя напряжения, поскольку затворы полевых транзисторов практически не имеют активного сопротивления - только емкость затвора является нагрузкой. В этом варианте схемотехника усилителя начинает наступать на пятки усилителям класса А, поскольку во всем диапазоне выходных мощностей ток протекающий через выходной каскад усилителя напряжения почти не изменятеся. Увеличение тока покоя предпоследнего каскада, работающего на плавающую нагрузку R18 и базы эмиттерных повторителей мощных транзисторов тоже меняется в небольших пределах, что в итоге привело к довольно заметному снижению THD. Однако в этой бочке меда есть и ложка дегтя - снизился КПД усилителя и уменьшилась выходная мощность усилителя, за счет необходимости подавать на затворы полевиков напряжение более 4 В для их открытия (для биполярного транзистора этот параметр составляет 0,6...0,7 В). На рисунке 19 показан пик синусоидального сигнала усилителя, выполненого на биполярных транзистора (синяя линия) и полевиках (красная линия) при максимальной амплитуде выходного сиганала.

Рисунок 19 Изменение амплитуды выходного сигнала при использовании разной элементной базы в усилителе.

Другими словами снижение THD заменой полевых транзисторов приводит к "недополучению" примерно 30 Вт, а уменьшение уровня THD примерно в 2 раза, так что именно ставить уже решать каждому персонально.
Так же следует помнить, что уровень THD зависит и от собственного коф усиления усилителя. В данном усилителе коф усиления зависит от номиналов резисторов R25 и R13 (при используемых номиналах коф усиления составляет почти 27 дБ). Расчитать коф усиления в дБ можно по формуле Ku =20 lg R25 / (R13 +1) , где R13 и R25 - сопротивление в Омах, 20 - множитель, lg - десятичный логарифм. Если необходимо расчитать коф усиления в разах, то формула приобретает вид Ku = R25 / (R13 + 1) . Этот расчет бывает необходим при изготовлении предварительного усилителя и вычисления амплитуды выходного сигнала в вольтах, чтобы исключить работу усилителя мощности в режиме жесткого клиппинга.
Снижение собственного коф. усиления до 21 дБ (R13 = 910 Ом) приводит к снижению уровня THD примерно в 1,7 раза при той же амплитуде выходного сигнала (увеличена амплитуда входного напряжения).

Ну а теперь несколько слов о самых популярных ошибках при сборке усилителя самостоятельно.
Одной из самых популярных ошибок является монтаж стабилитронов на 15 В не правильной полярностью , т.е. эти элементы работают не в режиме стабилизации напряжения, а как обычные диоды. Как правило такая ошибка вызывает появление на выходе постоянного напряжения, причем полярность может быть как положительной, так и отрицательной (чаще отрицательной). Величина напряжения базируется между 15 и 30 В. При этом ни один элемент не греется. На рисунке 20 показана карта напряжений при не правильном монтаже стабилитронов, которую выдал симмулятор. Ошибочный элементы выделены зеленым цветом.

Рисунок 20 Карта напряжений усилителя мощности с неправильно запаянными стабилитронами.

Следующей популярной ошибкой является монтаж транзисторов "вверх ногами" , т.е. когда путают коллектор и эмиттер местами. В этом случае так же наблюдается постоянное напряжение, отсутствие каких либо признаков жизни. Правда обратное включение транзисторов дифкаскада может привести к выходу их из строя, ну а дальше как повезет. Карта напряжений при "перевернутом" включении показан на рисунке 21.

Рисунок 21 Карта напряжений при "перевернутом" включении транзисторов дифкаскада.

Довольно часто транзисторы 2N5551 и 2N5401 путают местами , причем могут попутать так же и эмиттер с коллектором. На рисунке 22 показана карта напряжений усилителя при "правильном" монтаже попутанных местами транзисторов, а на рисунке 23 - транзисторы не только поменяны местами, но и перевернуты.

Рисунок 22 Транзитсторы дифкаскада попутаны местами.

Рисунок 23 Транзисторы дифкаскада попутаны местами, кроме этого попутаны местами коллектор и эмиттер.

Если попутаны местами транзисторы, а эмиттер-коллектор запаяны правильно, то на выходе усилителя наблюдается небольшое постоянное напряжение, регулируется ток покоя окнечных транзисторов, но звук либо отсутствует полностью, либо на уровне "кажется он играет". Перед монтажом на плату запаянных таким образом тразисторов их следует проверить на работоспособность. Если транзисторы поменяны местами, да еще и поменяны местами эмиттер-коллектор, то тут ситуация уже довольно критическая, поскольку в этом варианте для транзисторов дифкаскада полярность приложенного напряжения является правильной, а вот рабочие режимы нарушены. В этом варианте наблюдается сильный нагрев оконечных транзисторов (протекающий через них ток равен 2-4 А), небольшое постоянное напряжение на выходе и едва слышный звук.
Попутать цоколевку транзисторов последнего каскада усилителя напряжения довольно проблематично, при использовании транзисторов в корпусе ТО-220, а вот транзисторы в корпусе ТО-126 довольно часто впаивают "вверх ногами", меняя местами коллектор и эмиттер . В этом варианте наблюдается сильно искаженный выходной сигнал, плохая регулировка тока покоя, отсутствие нагрева транзисторов последнего каскада усилителя напряжения. Более подробная карта напряжения для этого варианта монтажа усилителя мощности показана на рисунке 24.

Рисунок 24 Транзисторы последнего каскада усилителя напряжения запаяны "вверх ногами".

Иногда путают местами транзисторы последнего каскада усилителя напряжения. В этом случае наблюдается небольшое постоянное напряжение на выходе усилителя, звук если и есть, то очень слабый и с огромными искажениями, ток покоя регулируется только в сторону увеличения. Карта напряжений усилителя с такой ошибкой показана на рисунке 25.

Рисунок 25 Ошибочный монтаж транзисторов последнего каскада усилителя напряжения.

Предпоследний каскад и оконечные транзисторы в усилителе местами путают слишком редко, поэтому этот вариант расматриваться не будет.
Иногда усилитель выходит из строя, самые частые причины для этого перегрев оконечных тразисторов или перегрузка. Недостаточная площадь теплоотвода или плохой тепловой контакт фланцев транзисторов может привести к нагреву кристалла оконечных транзисторов до температуры механического разрушения. Поэтому до полного ввода усилителя мощности в эксплуатацию необходимо убедиться в том, что винты или саморезы, крепящие оконечники к радиатору затануты полностью, изолирующиепрокладки между фланцами транзисторов и теплоотводом имеет хорошую смазку термопастой (рекомендуем старую, добрую КПТ-8), а так же размер прокладок больше размера транзистора минимум на 3 мм с каждой стороны. Если недостаточна площадь теплоотвода, а другого попросту нет, то можно воспользоваться вентиляторами на 12 В, которые используются в компьютерной технике. Если собранный усилитель планируется для работы только на мощностях выше средней (кафе, бары и т.д.) то куллер можно влючить на непрерывную работу, поскольку его все равно не будет слышно. Если же усилитель собран для домашенго использования и будет эксплуатироваться и на малых мощностях, то работу куллера уже будет слышно, а необходимость в охлаждении отпадает - радиатор почти не греется. Для таких режимо работы лучше испозовать управляемык куллеры. Несколько вариантовуправления куллером можно . Предлагаемые варианты управления куллерами основаны на контрле температуры радиатора и вклюячаются лишь по достижении радиатором определенной, регулируемой температуры. Решить проблему выхода из строя окнечных транзисторов можно либо установкой дополнительной защиты от перегрузки, либо аккуратным монтажом проводов идущих на акустическую систему (например использовать для подключения АС к усилителю автомобильных безкислородных проводов, которые кроме уменьшеного активного сопротивления имеют повышенную крепость изоляции, устойчивую к ударам и температуре).
Для примера рассмотрим несколько варианов выхода из строя оконечных транзисторов. На рисунке 26 показана карта напряжений в случае выхода обратных оконечных транзисторов (2SC5200) на обрыв, т.е. переходы отгорели и имеют максимально возможное сопротивление. В этом случае усилитель сохраняет рабочие режимы, на выходе сохраняется напряжение близкое в нулю, но вот качество звука однозначно желает лучше, поскольку воспроизводится только одна полуволна синусоиды - отрицательная (рис 27). Тоже самое будет при обрыве прямых оконечных транзисторов (2SA1943), только воспроизводится будет положительная полуволна.

Рисунок 26 Обратные оконечные транзисторы выгорели до обрыва.

Рисунок 27 Сигнал на выходе усилителя в случае, когда транзисторы 2SC5200 отгорели полностью

На рисунке 27 - карта напряжений в ситуации, когда оконечники вышли из строя и имеют максимально низкое сопротивление, т.е. закорочены. Этот вариант неисправности загоняет усилитель в ОЧЕНЬ жесткие условия и дальнейшие горение усилителя ограничивает только источник питания, поскольку потребляемый в этот момент ток может превысить 40 А. Оставшиеся в живых детали мгновенно набирают температуру, в том плече, где транзисторы еще исправны напряжение немного больше, чем в том, где собственно произошло замыкание на шину питания. Однако именно эта ситуация относиться к наиболее легкой диагностике - достаотчно до включения усилителя проверит мультиметром сопротивление переходов между собой, даже не выпаивая их из усилителя. Предел измерения, установленного на мультиметре - ПРОВЕРКА ДИОДОВ или ЗВУКОВАЯ ПРОЗВОНКА. Как правило выгоревшие транзисторы показывают сопротивление между переходами в диапазоне от 3 до 10 Ом.

Рисунок 27 Карта напряжений усилителя мощности в случае перегорания оконечных транзисторов(2SC5200) на короткое замыкание

Усилитель поведет себя точно так же в случае пробоя предпоследнего каскада - при отгороани выводов будет воспроизводиться только одна полуволна синусоиды, при коротком замыкании переходов - огромное потребление и нагрев.
При перегреве, когда считают, что радиатор на транзисторы последнего каскада усилителя напряжения не нужен (транзисторы VT5, VT6) они могут так же выйти из строя, причем как уйти на обрыв, так и на короткое замыкание. В случае отгорания переходов VT5 и бесконечно большого сопротивления переходов возникает ситуация, когда поддерживать ноль на выходе усилителя не чем, а приоткрытые оконечные транзисторы 2SA1943 потянут напряжение на выходе усилителя к минусу напряжения питания. Если нагрузка подключена, то величина постоянного напряжения будет зависеть от установленного тока покоя - чем он выше, тем будет больше величина отрицательного напряжения на выходе усилителя. Если нагрузка не подключена, то на выходе будет напряжение очень близкое по величине к минусовой шине питания (рис 28).

Рисунок 28 Транзистор усилителя напряжения VT5 "оборвался".

Если же транзистор в последнем каскаде усилителя напряжения VT5 вышел из строя и его переходы замкнулись, то при подключенной нагрузке на выходе будет довольно большое постоянное напряжение и ппротекающий через нагрузку постоянный ток, порядка 2-4 А. Если же нагрузка отключена, то напряжение на выходе усилителя будет почти равно положительной шине питания (рис. 29).

Рисунок 29 Транзистор усилителя напряжения VT5 "замкнулся".

На последок осталось только предложить несколько осцилограмм в наиболее координальных точках усилителя:

Напряжение на базах транзисторов дифкаскада при входном напряжении 2,2 В. Синия линия - базы VT1-VT2, красная линия - базы VT3-VT4. Как видно из рисунка и амплитудат и фаза сигнала практически совпадают.

Напряжение в точке соединения резисторов R8 и R11 (синяя линия) и в точке соединения резисторов R9 и R12 (красная линия). Входное напряжение 2,2 В.

Напряжение на коллекторах VT1 (красная линия), VT2 (зеленая), а так же на верхенм выводе R7 (синяя) и нижнем выводе R10 (сиреневая). ПРовал напряжения вызван рабтой на нагрузку и небольшим уменьшением питающего напряжения.

Напряжение на коллекторах VT5 (синим) и VT6 (красным. Входное напряжение уменьшено до 0,2 В, чтобы было наглядней видно, по по постоянному напряжению имеется разница примерно в 2,5 В

Осталось лишь пояснить на счет блока питания. Прежде всего мощность сетевого трансформатора для усилителя мощности в 300 Вт должна быть не менее 220-250 Вт и этого будет достаточно для воспроизведения даже очень жестких композиций.Более подробно о мощности блока питания усилителей мощности можно . Другими словами, если у вас есть трансформатор от лампового цветного телевизора, то это ИДЕАЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР для одного канала усилителя позволяющего без проблем воспроизводить музыкальные композиции мощностью до 300-320 Вт.
Емкость конденсаторов фильтра блока питания должна быть не менее 10 000 мкФ на плечо, оптимально 15 000 мкФ. При использовании емкостей выше указанного номинала Вы попросту увеличиваете стоимость конструкции без какого либо заметного улучшения качества звука. Не следует забывать, что при использовании таких больших емкостей и напряжении питания выше 50 В на плечо мгновенные токи уже критически огромны, поэтому настоятельно рекомендуется использовать ситемы софт-старта.
Прежде всего настоятельно рекомендутеся перед сборкой какого либо усилителя скачать на ВСЕ полупроводниковые элементы описания заводов производителей (даташиты). Это даст возможность ознакомиться с элементной базой поближе и в случае отсутствия в продаже какого либо элемента найти ему замену. Кроме этого у вас будет под рукой правильная цоколевка транзисторов, что значительно увеличит шансы на правильный монтаж. Особо ленивым предлагается ОЧЕНЬ внимаетльно ознакомиться хотя бы с расположением выводов транзисторов, используемых в усилителе:

.
На последок осталось добавить, что далеко не всем требуется мощность 200-300 Вт, поэтому печатная плата была переработана под одну пару оконечных танзисторов. Данный файл выполнен одним из посетителей форума сайта "ПАЯЛЬНИК" в программе СПРИНТ-ЛАЙОУТ-5 (СКАЧАТЬ ПЛАТУ). Подробности о данной программе находяться .

Итак, все началось в прошлом году, когда захотел собрать мощный усилитель для автомобильного сабвуфера. Проект был начат летом 2012 года и длился 3 долгих и кропотливых месяца, а затянулось все из-за отсутствия финансов и времени.

Со схемой усилителя тоже долго думал, что выбрать? Среди моря схем высококачественных усилителей выбор впал на усилитель по схеме ланзара.

Почему именно ланзар? По сути, ланзар самая простая из всех аналогичных схем, с нее можно получить довольно высокую мощность (до 350 ватт).

Схема имеет относительно простую конструкцию и малое количество комплектующих компонентов, Только после сборки и настройки усилителя было решено приобрести сабвуферную головки. Коробку для сабвуфера делал вручную, получилось очень даже неплохо.

С тех пор прошло чуть больше года и было решено изготовить усилительный комплекс разряда HI-Fi. На общей плате было решено собрать целых 11 высококачественных усилителей!

Со схематикой и платами долго не возился, нужно было только протравить плату и начать сборку.

С реагентами для травления у нас проблема, поэтому раствор был изготовлен из 11 бутылок перекиси водорода, 8-и пакетиков лимонной кислоты и 5 чайных ложек поваренной соли. Все компоненты тщательно нужно смешивать, чтобы до полного растворения соли и лимонной кислоты.

Перекись водорода - был приобретен в аптеке. Они продаются в бутылках по 100мг, 3-х процентный перекись водорода.

Лимонная кислота - приобретена в ближайшем продуктовом магазине.

Поваренная соль - обыкновенная пищевая соль, думаю, найдется у каждого в доме.

Такой раствор травит плату очень быстро, на все про все ушло 35 минут, хотя раствор поставил на солнце.