Схема гибридного усилителя. Гибридный усилитель: сочетание ламп и транзисторов для лучшего звучания

Что такое гибридный усилитель. Как он сочетает преимущества ламповой и транзисторной схемотехники. Какие особенности конструкции позволяют получить высокое качество звука. Для каких целей лучше всего подходят гибридные усилители.

Содержание

Что такое гибридный усилитель и в чем его особенности

Гибридный усилитель — это устройство, в котором сочетаются ламповые и транзисторные каскады усиления. Такая конструкция позволяет объединить преимущества обоих типов усилительных элементов:

  • Теплое и мягкое звучание ламп
  • Мощность и надежность транзисторов
  • Широкий динамический диапазон
  • Низкий уровень шумов и искажений

Обычно в гибридных усилителях лампы используются во входных каскадах, а транзисторы — в выходных. Это позволяет получить характерный ламповый окрас звука при сохранении высокой мощности и стабильности работы.

Преимущества гибридной схемотехники

Использование гибридной схемотехники дает ряд важных преимуществ:

  • Более музыкальное и естественное звучание по сравнению с чисто транзисторными усилителями
  • Меньшие габариты и вес по сравнению с полностью ламповыми конструкциями
  • Высокая надежность и долговечность
  • Возможность получить большую выходную мощность
  • Низкий уровень фона и шумов

При этом сохраняются основные достоинства как ламповой, так и транзисторной схемотехники.


Особенности конструкции гибридных усилителей

Типичная конструкция гибридного усилителя включает следующие основные элементы:

  1. Ламповый входной каскад на двойном триоде (например, 6Н23П)
  2. Промежуточный каскад усиления на биполярных или полевых транзисторах
  3. Мощный выходной каскад на транзисторах
  4. Блок питания с раздельным питанием ламповой и транзисторной части

Важную роль играет правильное согласование ламповых и транзисторных каскадов. Для этого используются специальные схемы связи и корректирующие цепи.

Для каких целей лучше всего подходят гибридные усилители

Гибридные усилители отлично подходят для следующих применений:

  • Домашние High-End аудиосистемы
  • Студийное оборудование
  • Усилители для электрогитар
  • Высококачественные наушники

Они позволяют получить теплое ламповое звучание при сохранении высокой надежности и достаточной мощности. Гибридные усилители особенно хороши для воспроизведения джаза, рока и акустической музыки.

Сравнение гибридных усилителей с другими типами

Чтобы лучше понять особенности гибридных усилителей, сравним их с другими распространенными типами:


ПараметрГибридныйЛамповыйТранзисторный
Качество звукаВысокоеОчень высокоеХорошее
МощностьСредняя/высокаяНизкая/средняяВысокая
НадежностьВысокаяСредняяОчень высокая
СтоимостьСредняяВысокаяНизкая

Как видно, гибридные усилители сочетают преимущества обоих типов, занимая промежуточное положение по основным параметрам.

Схемотехника гибридных усилителей

Рассмотрим типичную схему гибридного усилителя на примере двухтактного выходного каскада:

  1. Входной каскад на лампе 6Н23П
  2. Драйверный каскад на полевом транзисторе
  3. Выходной каскад на комплементарной паре MOSFET
  4. Цепь обратной связи с коррекцией АЧХ

Такая схема позволяет получить следующие характеристики:

  • Выходная мощность: 50-100 Вт на канал
  • Коэффициент гармоник: менее 0.1%
  • Соотношение сигнал/шум: более 100 дБ
  • Полоса пропускания: 10 Гц — 100 кГц

При этом сохраняется характерный «ламповый» окрас звучания благодаря входному каскаду.

Как выбрать гибридный усилитель

При выборе гибридного усилителя стоит обратить внимание на следующие параметры:


  • Тип используемых ламп во входном каскаде
  • Мощность выходного каскада
  • Качество блока питания
  • Наличие защитных цепей
  • Входные и выходные разъемы
  • Возможность апгрейда (например, замена ламп)

Важно также прослушать усилитель с вашими акустическими системами, чтобы оценить их совместимость и качество звучания.

Перспективы развития гибридных усилителей

Гибридная схемотехника продолжает развиваться. Основные направления совершенствования:

  • Применение новых типов ламп (например, на основе наноматериалов)
  • Использование цифровых схем обработки сигнала
  • Улучшение характеристик выходных транзисторов
  • Оптимизация цепей связи между каскадами
  • Применение высококачественных пассивных компонентов

Это позволит еще больше улучшить качество звучания гибридных усилителей при сохранении их основных преимуществ.


Гибридный усилитель по-американски



Недавно, пытаясь найти описание устройства, произведенного одним из наших творцов радиотехники (о нем в конце), наткнулись на интересную схему усилителя, аналог которого мы и попытались изготовить. Схема с англоязычного сайта, обитают там нормальные аудиофилы.

Вот скрины их сайта, статьи об усилителе и фото работ.



Название статьи: « L’Amp: A Simple SIT Amp: Part 1», в переводе от Google-переводчика — «L’Amp: простой усилитель для сидения: часть 1».
Автор статьи — Michael Rothacher, United States. Перевода не будет, будет краткое изложение, для желающих есть ссылка на оригинал. Автор описывает, как ему попались описание и параметры редкого транзистора 2SK82.

Он загорелся желанием изготовить на его основе усилитель, супер простой и супер же качественный. Что ж, понять его можно. После долгой преамбулы он начал описание работы с того, что «

я построил устройство, показанное на рисунке 1. ©» и снял характеристики транзистора. Скучную информацию для спецов пропустим, вот здесь без подробностей схема и характеристики.


Далее автор моделирует рабочую схему, при этом в качестве стоковой нагрузки транзистора использует лампы накаливания в режиме, близком к режиму бареттера, т.е. генератора тока, пробует разные режимы и останавливается на таком: «2SK82 рассчитан на 95 Вт, и в идеале мы могли бы захотеть увидеть запас прочности 4: 1, чтобы гарантировать, что наши детали прослужат долго… увеличим мощность до 45 Вт или около того… для каждого значения Vgs нарисуем точку, в которой рассеиваемая мощность равна 45 Вт, и соединим их кривой, как на рисунке…©» И т.д. Результаты на графиках.

Теоретические изыскания он заканчивает фразой: «Однако я хотел бы отметить, что поиск золотого пятна на бумаге действительно полезен только в качестве приблизительной отправной точки. В реальной жизни… они редко похожи друг на друга, и если вы когда-либо…, вы уже понимаете, что это правда.
»

Далее автор статьи советует: «отступите на ближайшую вершину горы, медитируйте на них (работы его любимого автора), пока не достигнете просветления, затем вернитесь к своему рабочему столу и используйте настоящие детали с настоящим электричеством ©». Вот схема первого макета его усилителя.


Почему-то автор назвал ее «моя тестовая установка «брось науку в стену и посмотри, что прилипнет». ©». В процессе работы схема слегка меняется, см. следующий рисунок. «…Входное сопротивление равно значению R1, а выходное сопротивление примерно равно общему сопротивлению лампочек. Я использовал две лампочки мощностью 300 Вт (американские бытовые сети 120 В 60 Гц), параллельное сопротивление которых находится в диапазоне 11-13 Ом…©»

Далее он пишет о нелинейных искажениях и их измерении: «
Я использую
(ИНИ) HP8903, который нетрудно достать, и его показатели ниже 0,003%. Вот некоторые из моих выводов: ©»

И немного выдержек из дальнейшего текста: «я попробовал одну, две и три лампочки, и результаты были не очень интересными… эту область можно было бы использовать с другой нагрузкой… Коэффициент усиления этой схемы — это эффективная нагрузка, деленная на обратную крутизну полевого транзистора. Возвращаясь к нашей характеристической кривой, мы видим, что крутизна в рабочей области составляет около 0,4 А на входное напряжение, или 0,4 Сименса. Эффективная нагрузка — это сопротивление нашей лампочки, подключенной параллельно нашему динамику на 8 Ом, или около 5 Ом. Это не так много усиления, но характеристики искажения выглядят довольно неплохо… (Схема на) рисунок 11 не требует какой-либо регулировки или отдельного источника смещения, и он поможет вам довольно близко. ©» Итак, конечная схема.

Вклинюсь в текст статьи и приведу полную схему такого-же усилителя, с блоком питания, из более поздней публикации. Единственное, здесь вместо ламп использована катушка индуктивности, очередной эксперимент.

Далее. На основе той схемы «я собрал пару прототипов из фанеры. Затем я потащил прототипы, три регулируемых источника питания, связку зажимов и свой ноутбук на два полета наверх в свою комнату для прослушивания, чтобы посмотреть, нравится ли музыка. ©». Вот эти прототипы.

А это конечный вариант конструкции со своим собственным блоком питания и индикатором уровня сигнала.

Далее «схема блока питания для одного канала, и здесь нет ничего необычного. Я использовал трансформаторы на 400 ВА от Antek, у которых есть две вторичные обмотки на 40 В, которые подключены параллельно. Anteks также имеет две вторичные цепи на 15 В, что удобно для добавления небольшого регулируемого источника питания…©».

Тут все ясно. А вот индикаторы уровня сигнала у нас и в Америке разные. Это их вариант.

Далее автор статьи пишет: «Этот маленький усилитель измеряет неплохие характеристики, особенно если учесть его в своем классе. ©» и приводит результаты измерений. Согласен, конечно, класс А, да еще на полевике с генератором тока в нагрузке – это и у нас совсем неплохо.

Последнее от автора статьи: «я согласен с мнением, что это бизнес в сфере развлечений, и считаю, что ваше аудиооборудование должно вас радовать. Если вам нравится носить действительно неудобную обувь, потому что она хорошо выглядит, я уважаю это, но я больше люблю теннисную обувь. ©» Если по-нашему, без толерантности – я делаю так, потому что мне так нравится…

…А теперь вернемся на родную землю. Небольшая группа любителей хорошего звука (аудиофилов, «золотоухих» и т.п., далее – ребята), несмотря на полное отсутствие указанного супердефицитного транзистора, используя метод кнута и пряника принудили меня собрать

«что-то такое-же» из подручных и подножных средств. Начнем со схемы, а корпусные и слесарные работы взвалим на заказчика…

Из транзисторов, которым для управления протекающим током требуется запирающее отрицательное напряжение, как у 2SK82, у нас имеется только мелочь типа КП303 и т.п. Мощным же транзисторам типа IRF и т.п. требуется положительное отпирающее напряжение, поэтому структура схемы отличается. В оригинальной схеме резистор R3 служит для создания запирающего напряжения на затворе, в нашем варианте он не нужен, поэтому его аналог R5 для увеличения Ку можно значительно уменьшить. Положительное смещение создается с помощью стабилизатора 7812 и подстроечного резистора.


Как пример, внизу фрагмент схемы другого гибридного усилителя. Здесь напряжение питания +12 В стабилизировано.

Режим класса А, примененный в нашем усилителе, характерен высоким тепловыделением на активном элементе, поэтому на транзисторе не экономим и ставим IRFP064N с параметрами:
— максимальное допустимое напряжение между стоком и истоком — 55 В;
-отпирающее напряжение между затвором и истоком (VGS) — ±20 В;
-максимальный постоянный ток стока при температуре +25 ОС (ID) – 110 А;
-максимальный постоянный ток стока при температуре +100 ОС (ID) – 80 А;
-максимальная рассеиваемая мощность (PD) — 200 Вт;
-диапазон рабочих температур (TJ) от — 55 до +175 °C.

Слабое место здесь — максимальное допустимое напряжение между стоком и истоком, всего 55 В, поэтому ограничим напряжение питания до 45…50 В. Рисуем полную схему.


И приступаем к «железу». Начинаем с блока питания, с мостика. Используем достаточно высокочастотные диоды 2Д213Б с параметрами 100 В, 10 А, 100 кГц.

Переходная плата, слюда для изоляции от радиатора, паста КПТ-8 — ничего особенного. Работа пошла.

Между тем прибыли трансформаторы, тороидальные. Не от дядюшки Ляо, из старых советских запасов. На общей с ними шпильке закрепили и сетевой фильтр.

Ставим конденсаторы на мостик. Транзистор и терморезистор через слюду, стабилизатор 7812 и термопредохранитель прямо на радиатор.

Как-то постепенно установились все компоненты.

И вот что же мы нагородили. Все внешние соединения через клеммник, кроме входного сигнала.

Это собственно усилитель. Соберем в кучу и все остальное.

1 – усилитель;
2 – трансформаторы с сетевым фильтром;
3 – конденсаторы питания с индуктивным фильтром;
4 – сетевой шнур, выключатель, предохранители, фильтр;
5 – выходные конденсаторы;
6 – подкова;
7 – патроны для ламп нагрузки;
8 – регулятор входного сигнала;
9 – входное гнездо с предусилителем.

Немного подробнее о каждом элементе.


Схема платы стабилизатора +12 В и термостабилизации.

Стабилизатор +12 В особенностей не имеет. Работа платы термостабилизации заключается в следующем: при прогреве до определенного подстроечником порога открывающийся транзистор VТ2 шунтирует С9 и уменьшает напряжение смещения полевика, ток через него и, соответственно, тепловыделение уменьшаются.

Трансформаторы тороидальные, мощность не указана, 2×14 В с отводами, 6 А. Немного неудобно, будут использованы не все обмотки, один трансформатор будет недогружен.

Конденсаторы питания – 3 шт. 10000 мкФ×63 В, индуктивность – из фильтра от автомагнитолы. Переходные конденсаторы – 2 шт. 4700 мкФ×50 В. Гнездо под джек 6,3 мм. Резистор СП-3-30С, сдвоенный, использована одна секция, тонкомпенсация будет установлена (или нет) после испытаний. Патроны Е27, карболит.

Далее – окончательная сборка и прогонка.


Испытываем с разными лампами на эквиваленте нагрузки.

Подключение на настоящую нагрузку.

Конечно, для бытовой техники с ее уровнями межблочных сигналов порядка 250 мВ эта схема «туповата», но сигнала стандартного уровня 0,775 В, а тем более профессионального 1,55 В вполне должно хватит. Также не проблема добавить предварительный усилитель, тем более что здесь он уже есть, смонтирован на входном гнезде. Но мы его обошли, т.к. этот усилитель предназначен для работы с ламповыми предварительными усилителями, у которых выходной сигнал достаточно велик.

И напоследок. Мне приходилось иметь дело с разными усилителями, не профессионально, но достаточно много. Этот при прослушивании никаких особых эмоций не вызвал, звук как звук, на осциллографе синусоида как синусоида. Выходная мощность зависит от примененных ламп, S-30 явно на полную не раскачивает, на слух ватт 10…12, вряд ли больше.

Послушал его, пока не надоело (жене, не мне), и отдал ребятам. (Напоминаю, корпусные и слесарные работы – за ними.) Где-то там у себя в своем громадном подвале они поклоняются «новому божеству», подключая к нему винил и разную акустику, от простеньких 4А-32 до навороченных JBL. Похоже, будет заказ на серию. Примерная компоновка в будущем корпусе. Патроны будут прямые.

…Прошла неделя, наступила череда праздников, обещанных ребятами снимков изделия в корпусе пока нет. Когда появятся, добавлю. И еще, немного юмора, с чего все это началось. Со статьи, которая называется так: «Ламповый супермегастереоусилитель, собранный по схеме Коли Тесло, способен раскачать не только S400, но и публику …!!!©» на сайте Оnliner.by, https://baraholka.onliner.by/viewtopic.php?t=1521561&start=0.

И еще на других сайтах описание, надо же, какой популярный аппарат:
https://trinixy.ru/49964-samodelnyj-lampovyj-stereousilitel-7-foto.html
https://prikol.i.ua/view/544648/
https://fishki.net/31738-lampovyj-stereousilitel-svoimi-rukami-7-foto.html

Посмеялись с ребятами, а потом в комментах попалась ссылка на упомянутый в начале статьи сайт Diyaudio.com и описанный там «гибридный» усилитель…
https://www.diyaudio.com/forums/diyaudio-com-articles/200460-amp-simple-sit-amp-1-a.html
А вот теперь все, комментируйте! Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Гибридный усилитель — Страница 2 — Полупроводники и гибридная схемотехника

Уважаемые радиолюбители, Вашему вниманию представляю гибридный усилитель без ООС В.Петрушишина в некотором усовершенствованном мной варианте. Может быть, кому-то этот материал будет полезен, в т.ч. и для повторения. В схемотехнике усилителя применены: устройство плавного («мягкого») пуска (подачи сетевого напряжения) и фильтрации помех, плавная стабилизированная подача анодного напряжения ламп(полные +300в — через 2 мин) и реле разряда питания, стаб. питание нитей накала (+6,2в,ток ламп 1,5А=2х0,75А), хорошая фильтрация питания оконечного каскада с использованием качественных диодов Шоттки (падение напряжения питания связано с параллельным соединением двойных диодов в одном корпусе), задержка включения и защиты акустики по мере разогрева ламп (вкл.~через 3 мин в совокупности одновременного включения всех каскадов и элементов усилителя, за это время на выходе УМЗЧ устаналивается «0»), реле разряда затворов ПТ и задержки включения АС, принудительное охлаждение радиаторов, площадь каждого из которых = 1100 см2, стрелочные индикаторы уровня входного сигнала.

Итак, о звуке:

Звук яркий,контрастный,вследствие чего проявляется достаточно высокая детальность и глубина сцены. Бас очень сочный и очень упругий, явно выраженная середина отчетливо подчеркивает вокал. Высокие в полном достатке, абсолютно нет каких-либо ограничений. Возможный,так называемый «песок», «писки» на ВЧ сглажены,округлены, что как бы исключает «транзисторное» звучание, которое не утомляет, даже при длительном прослушивании. Он мягок,приятен,по-своему необычен в отличие от привычных стандартов. Полагаю не последнюю роль в этом сыграли и примененные стабилизации анодного напряжения и накала ламп. В колонках абсолютная тишина, даже, если вплотную приблизить ухо.Переменный фон зафиксирован мультиметром в виде 0,4-0,8 мВ. «0» на выходе выставлен и поддерживается, однако с изменением напряжения в сети, незначительно изменяется в ту или иную сторону в пределах 10-20мВ.Учитывая все примененные схемотехнические решения, усилителю необходим стабилизатор напряжения сети.Уровень шума от кулеров не мешает прослушиванию и не отвлекает.

К недостаткам можно отнести:

-малую чувствительность, хотя для комфортного прослушивания в комнате вполне достаточно (сред.вых.потенциал CD-плеера около 0,25-0,7в), -отсутствие компаратора, поддерживающего нулевой потенциал на выходе усилителя(в предыдущих своих моделях я использовал), -еще, может быть, отсутствие селектора входов. Некоторые доработки пришлось вносить навесным способом на контактных колодках, т.к. основные платы уже были готовы, да и места свободного просто нет. Печатные платы всю жизнь делаю от «руки». По стилям и направлениям музыки я бы сказал: усилитель «всеяден», отыгрывает от души.

Действующие (реальные) значения:

Входное напряжение,В Выходное напряжение,В Выходная мощность,Вт

0,35 3,9 2,5

0,7 9,1 14

1,05 12,6 26,5

1,4 17,5 51

1,75 21 73

2 22,4 80

 

— Синусоида ровная и чистая на частоте 1 кГц.

Усилитель смонтирован в большом корпусе от ресивера «PIONEER», вес 15 кг.

 

Дополнение:Просадка напряжения питания оконечного каскада одного канала при 80 Вт составила 1,5в на одно плечо БП или же 3в в целом.

Изменено

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *