Схема плавного запуска усилителя jlh: Всё об усилителе JLH. Часть V — продолжение следует?

alexxlabСхем

Содержание

Всё об усилителе JLH. Часть V — продолжение следует?

Усилитель мощности звука JLH, работающий в классе «А», с момента своего рождения в далёком 1969 году успешно дожил до наших дней. Ряд модификаций был направлен на улучшение его параметров, а также замену устаревшей элементной базы на более современную.

Но вариантом схемы версии 1996 года всё не закончилось. Позднее появились новые модификации и доработки, с которыми мы вас и познакомим в этой части статьи.

Большую работу по совершенствованию усилителя JLH провел друг самого Джона Линсли Худа музыкант (классический пианист), меломан и по совместительству радиолюбитель Тим Брен.

И вот что получилось в результате…

Версия усилителя мощности JLH образца 2003 года:

Увеличение по клику

Регулировка выходного напряжения.

Использовать интегральные стабилизаторы для регулировки нулевого выходного напряжения (при двухполярном питании) было не самой лучшей идеей. Во-первых, такие стабилизаторы имеют довольно высокий уровень собственных шумов (которые абсолютно лишние в первом каскаде!), во-вторых, как показала практика, микросхемы некоторых фирм-изготовителей имеют свойство возбуждаться при работе с малыми токами.

Поэтому в модификации 2003 года Тим заменил интегральный стабилизатор на активный источник тока (Q5 / Q6). И помимо снижения уровня шума получил ещё один интересный эффект — значительно снизился дрейф выходного напряжения при прогреве усилителя.

Регулировка тока покоя выходного каскада усилителя.

На форумах часто писали, что усилитель с вариантом регулировки тока покоя выходного каскада версии 1969 года звучит лучше, чем с вариантом 1996 года. В симуляторе искажения тоже были меньше для варианта 1969 года! В результате многократных прослушиваний и измерений Тим выяснил, что версия 1996 года всё же звучит лучше.

Джон предложил Тиму организовать регулировку тока покоя так же с помощью активного источника тока (Q7 / Q8). Кроме того, что смоделированные искажения для такого варианта были в два раза ниже, чем для схемы 1996 года, так ещё отсутствовал рост искажений на низких частотах из-за влияния конденсатора. В дополнение выросла выходная мощность усилителя, так как с такой доработкой увеличился размах выходного напряжения.

Тим реализовал предложенную доработку и после прослушивания согласился, что второй источник тока также весьма полезное усовершенствование.

Источник питания.

Теме источника питания для усилителя JLH по просьбам наших читателей мы посвятим отдельную (следующую) статью. Здесь же заметим, что в ходе экспериментов Тим заменил «классический» блок питания на интегральных стабилизаторах  типа LM317 на дискретные стабилизаторы с умножителем ёмкости.  Это дало небольшое улучшение качество звучания. Гораздо более значительного эффекта удалось достигнуть при питании каждого канала усилителя от отдельного стабилизатора.

Конденсатор цепи обратной связи.

На многих форумах многие повторившие усилитель JLH писали о весьма заметном улучшении качества звучания при удалении электролитического конденсатора в цепи обратной связи (С4).

К такой модификации следует относиться ОЧЕНЬ ОСТОРОЖНО!!! При удалении конденсатора глубина общей ООС по постоянному току существенно уменьшается (против 100% при наличии конденсатора в цепи), в результате чего повышается дрейф выходного напряжения.

Тим провел необходимые эксперименты и вот что получилось. Снизить дрейф при нагреве усилителя можно путём оптимального размещения транзисторов входного каскада (Q4, Q5, Q6). Их требуется разместить как можно ближе друг к другу, в идеале — прижать друг к другу. Во-вторых, в первый источник тока можно ввести ещё одну регулировку (VR3):

Увеличение по клику

Этим резистором минимизируется дрейф постоянного напряжения на выходе усилителя при прогреве. Причём сделать это придётся несколько раз! Путём тщательной регулировки Тиму удалось добиться смещения на выходе порядка 50 мВ.

Мы в редакции «РадиоГазеты» тоже на макете пытались избавиться от конденсатора в цепи обратной связи, но как бы ни старались, в нашем варианте дрейф напряжения на выходе усилителя при прогреве достигал 800 мВ, что является довольно опасной величиной. В любом случае при двухполярном питании (и как следствие отсутствии разделительного конденсатора на выходе) для собственного спокойствия следует использовать систему защиты акустических систем.

Возможно, у Тима были радиаторы более внушительных размеров или другая компоновка элементов, хотя наш макет был без корпуса и охлаждение было довольно эффективное. Тем не менее, по нашим результатам мы категорически не рекомендуем избавлять от этого конденсатора.

Конечно, можно для стабилизации выходного напряжения использовать интегратор. Но многим такое решение не нравится в плане звука. Хотя как показывает практика, чаще всего все претензии к интегратору имеют корни от «кривых» рук. Его просто надо уметь готовить, не забывая, что это  апериодическая цепь второго порядка. Но это тема для отдельного разговора. Сейчас не об этом.

Удаление конденсатора из цепи обратной связи также повышает уровень фона. Помним, что усилитель однотактный! Фон становится особенно заметен при использовании высокочувствительной акустики и нестабилизированного блока питания. Без конденсатора усилитель становится очень чувствителен к качеству питающего напряжения!!!

Существенно снизить уровень фона при использовании  нестабилизированного блока питания даже при наличии конденсатора в цепи обратной связи можно путём введения дополнительного конденсатора в источник тока первого каскада как показано на рисунке:

Усилитель с повышенной выходной мощностью.

В принципе выходной мощности исходного варианта усилителя JLH вполне достаточно для озвучивания на разумной громкости обычной жилой комнаты. Однако всегда найдутся те, кому мало! Мало мощности, мало громкости, мало чувствительности акустических систем и так далее.

Для таких меломанов была разработана схема с повышенной выходной мощностью:

Увеличение по клику

При использовании совместно с обычными динамиками, эта схема может выдать более 40 Вт выходной мощности при условии, что блок питания сможет обеспечить необходимые ток и напряжение для вашей нагрузки.

Таблица ниже поможет выбрать вам необходимые значения напряжения и токов под конкретную мощность и сопротивление нагрузки:

Увеличение по клику

Столбцы в таблице (значения измерены для резистивной нагрузки):

  • пиковое напряжение на выходе,
  • напряжение на выходе блока питания,
  • потребляемый ток,
  • выходная мощность на нагрузке 8 Ом,
  • выходная мощность на нагрузке 6 Ом,
  • выходная мощность на нагрузке 4 Ом.

Мощность, рассеиваемая в каждом выходном транзисторе, должна быть ограничена примерно от 40 до 45 Вт, предполагая, что каждый транзистор снабжён радиатором соответствующего размера.

Конструкция усилителя.

Как написал один радиолюбитель, повторивший эту конструкцию, в этом усилителе греется ВСЁ! Начиная с трансформатора и диодов блока питания и заканчивая выходными транзисторами. Поэтому, при повторении данного усилителя мощности необходимо обеспечить эффективный теплоотвод от элементов конструкции. То есть обязательно придётся использовать радиаторы соответствующих (внушительных) размеров, внутри корпуса обеспечить циркуляцию воздуха для чего в корпусе следует предусмотреть вентиляционные отверстия.

Использовать такой усилитель в небольших комнатах, особенно в жару, следует с осторожностью ввиду возможного перегрева. Рекомендуется применять устройства тепловой защиты. При невозможности обеспечить достаточно эффективное пассивное охлаждение нужно использовать дополнительный обдув. Особенно это касается любителей задрать ток покоя.

Настоятельно рекомендуется при монтаже элементов к радиатору не использовать силиконовые прокладки. Только тонкая слюда или керамика. По отзывам того же радиолюбителя нормальная температура корпуса прогретого усилителя JLH составляет около 60°С (внутри около 55°С). Так что слушать музыку в знойные летние дни…

Вариации на тему.

Наш рассказ будет  не полным, если не упомянуть его  различные клоны. Разумеется, были попытки сделать тоже самое на полевых транзисторах. И занимался этим небезызвестный Нельсон Пасс.

На рисунке представлена топология его усилителя, который он назвал PLH (полевой Линсли Худ):

Принципиальная схема усилителя мощности PLH:

При той же выходной мощности, по уверениям автора, этот усилитель имеет вчетверо лучшую линейность, чем усилитель JLH, при примерно таком же выходном сопротивлении и гораздо меньшей глубине общей отрицательной обратной связи, что обеспечивает ещё более качественное и натуральное звучание.

Также в Интернете обсуждаются, повторяются, а на АлиЭкспрессе продаются как в виде наборов, так и в виде готовых конструкций усилители JLH для наушников.

Версий много, для примера приведём такую:

Увеличение по клику

Как видим, китайцы поставили на поток схему 1996 года, немного изменив цепи смещения первого каскада. Да и номиналы некоторых элементов вызывают вопросы…

На этом историю развития усилителя мощности JLH мы заканчиваем, но точку не ставим — популярность схемы не ослабевает. В следующий раз поговорим о блоке питания для усилителя мощности JLH.

Похожие статьи:

  • Всё об усилителе JLH. Часть IV — немного эзотерики.
  • Всё об усилителе JLH. Часть I — рождение легенды.
  • Всё об усилителе JLH. Часть III — второе пришествие.
  • Всё об усилителе JLH. Часть II — после сборки обработать напильником.
  • Всё об усилителе JLH. Часть VI — Правильное питание — залог здоровья!

Всё об усилителе JLH.

Часть IV — немного эзотерики.

Усилитель мощности JLH из разряда тех конструкций, в которых качество звучания зависит практически от каждого элемента. Поэтому для получения достойного результата настоящему меломану к этому вопросу стоит отнестись очень серьёзно. Ну а для аудиофилов с последней неизлечимой стадией болезни (когда отслушиваются направления проводов, конденсаторы одного типа, но разных производителей, ставятся позолоченные разъёмы и т.д.) здесь для экспериментов просто поле не паханное.

Между тем, за долгие годы популярности и, благодаря большому количеству повторений этой конструкции, наработались вполне осмысленные и обоснованные рекомендации по выбору элементной базы и улучшению усилителя мощности JLH. Ниже представлены основные рекомендации, хотя даже среди них попадаются советы «холиварного» уровня. Имейте это в виду!

Ниже речь пойдёт о двух вариантах усилителя JLH.

Первый вариант — это оригинальная схема 1969 года. Она до сих пор пользуется популярностью из-за своей простоты и высокого качества звучания:

Второй вариант — это версия 1996 года. Здесь автор изменил цепи смещения и типы транзисторов для повышения стабильности и облегчения процесса настройки усилителя.

Увеличение по клику

Доработки.

Для расширения полосы частот в области НЧ можно увеличить ёмкость входного конденсатора до 1мкФ…2,2мкФ. И самое место тут полипропиленовому конденсатору. Для аналогичных целей, а также снижения искажений в низкочастотной области следует увеличить ёмкость и в цепи отрицательной обратной связи. Здесь можно поставить конденсатор на 470 мкФ…1000 мкФ. Эксперименты, проведенные с оригинальной схемой 1969 года, показали, что оптимальной является ёмкость в

470 мкФ. При больших значения бас становился жирным, но терялся объём и при этом смазывалась детальность на высоких частотах. Так что всё хорошо в меру!

Как-то стало считаться хорошей практикой шунтирование электролитических конденсаторов плёночными конденсаторами ёмкостью около 100 нФ. Подразумевается, что это улучшает передачу высоких частот и быстродействие таких цепей. Есть и противоположное мнение — хорошая топология не нуждается в каких-либо дополнительных ухищрениях. «Холивары» на эту тему могут вестись бесконечно, но многие, повторившие усилитель мощности JLH, отмечают, что подобное шунтирование в данной конструкции действительно вредно! Качество звучания страдает — снижается «натуральность». Здесь вполне достаточно использовать качественные электролитические конденсаторы.

Были замечания по версии 1996 года: в некоторых случаях наблюдалось возбуждение интегрального стабилизатора 7815, добавленного для организации смещения первого каскада. Скорее всего, это вызвано малой нагрузкой стабилизатора, и появление возбуждения зависит от производителя используемой микросхемы. Для устранения этого явления надо:

  1. увеличить ёмкость на выходе стабилизатора до 100 мкФ.
  2. добавить резистор между выходом стабилизатора и «землёй» для обеспечения минимального рабочего тока микросхемы. Значение резистора может быть в диапазоне 3 кОм — 4,7 кОм.
  3. как показывает практика, микросхемы 78L15 более склонны к самовозбуждению, чем 7815. Хотя первые более миниатюрны и их мощности вполне достаточно для данной схемы, автор настоятельно рекомендует использовать микросхемы
    7815     для исключения возможной нестабильности в работе.
  4. можно интегральный стабилизатор заменить активным источником тока (по любой схеме: на двух транзисторах, на полевом транзисторе, транзистор плюс светодиод). Выходной ток должен регулироваться в пределах 0,4-0,5 мА.

Следует обратить внимание на номиналы и мощность рассеивания резисторов токозадающей цепи выходного каскада R1 / R2 (для версии 1969 года) или R1 / RV1 (для версии 1996 года). На схемах указаны значения в случае использования транзисторов с коэффициентом передачи тока базы 100 и более. При пониженных значениях через эти резисторы ток будет протекать больше, соответственно будет выделяться большая мощность. Учитывайте это при повторении конструкции. Кроме того, большая выделяемая мощность может создать трудности при попытке установить в эту цепь подстроечный резистор. Обычные типовые подстроечники чаще всего рассчитаны максимум на 0,5 Вт. При желании можно найти более мощные варианты, но встречаются они довольно редко.

В настоящее время довольно проблематично найти транзисторы не только для версии усилителя 1969 года, но и для более поздней — 1996 года. Чтобы помочь радиолюбителям, в таблице ниже представлены различные типы транзисторов, пригодные для использования в усилителе JLH. Как отмечают радиолюбители, повторившие эту конструкцию, тип используемых транзисторов заметно сказывается на звучании усилителя.

Примечания к таблице:

  • 2N3055 должны иметь граничную частоту не ниже 4 МГц. (Может различаться в зависимости от производителя)
  • 2-х TIP3055 включаются параллельно. При этом в эмиттер каждого транзистора следует включить резисторы по 0,1 Ом.
  • BD139 желательно отобрать с максимальным коэффициентом усиления для минимизации искажений.

Использование более современных транзисторов с пометкой «для аудио» с высокой граничной частотой от 300 МГц и выше вызывает большой фазовый сдвиг, который приводит к снижению стабильности усилителя и требует введения корректирующих цепей.

В такой простой схеме, как усилитель JLH, введение дополнительных цепей приводит чаще всего к росту искажений. Поэтому в данном случае лучше не гнаться за модными тенденциями, а постараться найти пусть не новые, но относительно низкочастотные транзисторы. В этом случае вы получите гарантированный качественный результат.

Конечно, всегда найдут любители экспериментов. Вот что получилось при использовании более современных транзисторов (для версии 1996 года):

  • При установке в выходной каскад транзисторов MJL3281A возбуждение усилителя наблюдалось в звуковом диапазоне, то есть было чётко слышно.
  • Транзисторы MJ21194 дали заметное улучшение качества звучания, но в низкочастотном диапазоне прослушивался довольно заметный гул, причину которого выявить не удалось.
  • Значительное улучшение качества звука, аналогично MJ21194, но без побочных эффектов, дало применение транзисторов MJ15003. Эти транзисторы по сравнению с 2N3055 дали более быстрый и собранный бас, а ВЧ-диапазон при прежней чёткости и детальности стал как бы менее выпяченным.

Экспериментаторы остались очень довольны вариантом усилителя с транзисторами MJ15003, заметив при этом, что резисторы в их варианте были танталовые, конденсаторы бумаго-маслянные, а на входе был установлен конденсатор с медными обкладками. С указанными транзисторами, как заметили многие, даже у акустических систем с металлическими твиттерами пропала жёсткость в звучании (обычная болезнь таких ВЧ-динамиков).

В ходе экспериментов транзисторы 2N3055 менялись на MJ15003 без какой-либо дополнительной настройки или регулировки схемы. И во всех случаях был отмечен существенный прирост качества звучания усилителя.

Найти доступную замену для 2N1711 (ТР3) довольно трудно, но широко распространённый и дешёвый BD139 вполне сюда подходит. Если удастся найти 2N1711 или 2N3019, то следует отдать предпочтение им (против BD139) из-за их более высокого усиления.

В качестве TR4 можно использовать BC212L, BC556, BC557 и 2SA872, но более предпочтительны малошумящие приборы типа BC559 BC560, и 2SA872.

Обращаем ваше внимание, что рекомендованные на замену транзисторы могут иметь другое расположение выводов. Если усилитель собран на печатной плате, при замене транзисторов могут возникнуть проблемы с монтажом!

Следующая таблица показывает напряжения, токи, а также среднюю и максимальную мощности для каждого транзистора усилителя JLH. (Данные снимались на версии 1996 года с двухполярным питанием ±22В и токе покоя 2А):

Эти данные помогут при необходимости выбрать транзистор на замену или рассчитать необходимые габариты радиаторов охлаждения.

В следующих двух таблицах представлены напряжения на выводах транзисторов усилителя. Очень полезная информация для сборки, настройки и поиска неисправностей! В первой таблице приведены значения для схемы 1969 года при напряжении питания 27В и токе покоя 1,2А. Во второй таблице данные для схемы 1996 года с двухполярным питанием ±22В и токе покоя 2А:

В последних трёх колонках таблиц приведены значения или формулы для расчёта под другие напряжения питания усилителя (Vs) и ток покоя (Iq). Vbe при расчётах можно принять равным 0,7В.

Что-то мы увлеклись сухим языком схем и цифр. Надо добавить обещанной аудиофильской эзотерики. Поможет нам в этом профессиональный музыкант, радиолюбитель, меломан и аудиофил Тим Эндрю. Вот что он пишет о своих экспериментах с усилителем JLH:

Входной конденсатор.

Когда я заменил дешёвый конденсатор на входе усилителя на аудиофильский полипропиленовый 470nF MCAP, это привело к улучшению передачи басового регистра — бас стал более собранный и чёткий. Но партии скрипичных инструментов стали звучать менее ярко. Позже я заменил MCAP 470nF на Audio Note бумаго-маслянный тоже на 470nF, и звучание разительно изменилось — стало более тёплым и открытым с лучшей текстурной проработкой, причём качество баса сохранилось. Наблюдается некоторая потеря фокуса по сравнению с лучшими видами полипропилена и позиционирование инструментов не такое точное, как это могло быть. Однако, ни один из типов полипропиленовых конденсаторов, что я пробовал, не дал такой естественности и открытости звучания (особенно на высоких частотах) как бумаго-маслянные конденсаторы. Ну а некоторые их недостатки можно простить на фоне замеченных улучшений.

Это, пожалуй, была самая эффективная модификация в плане качества звучания. Также был испробован полистирольный конденсатор ёмкостью 330nF, который звучал более точно и собрано, чем что-либо другое, но в некоторых случаях придавал звучанию какую-то «скрипучесть». Шунтирование бумаго-маслянным конденсатором небольшой ёмкости значительно снижало этот эффект. Тем не менее, я предпочёл бы такой вариант большинству полипропиленовых конденсаторов, которые придают жёсткость звучанию и размывают сцену.

Резисторы.

В своём усилителе я заменил все металло-плёночные резисторы на танталовые. Это повысило «гладкость и текстуру» звука (прим. редакции «РадиоГазеты»: трактуйте эти аудиофильские термины сами в меру своей испорченности) и устранило характерное «бормотание».

Стабилизатор.

Интегральный стабилизатор 7815 я заменил источником стабильного тока.
Результат … чистый, гладкий и более взвешенный звук (см. наш комментарий выше). Скорее всего, какие-то детали маскируются собственными шумами интегрального стабилизатора. Стало слышно больше без увеличения громкости. Эта замена дала существенно улучшение звучания во всех отношениях!

Конденсатор цепи ООС.

Конденсатор в цепи отрицательной обратной связи (у меня установлен 470uF OSCON) был заменён… перемычкой. При этом потребовалась небольшая корректировка постоянного напряжения на выходе усилителя. Результат — звук стал более открытым, глубоким и детальным. Существенно возросла естественность скрипичных инструментов. По результатам измерений дрейф напряжения на выходе усилителя вырос до 150 мВ по сравнению с 65mВ, в случае наличия конденсатора в цепи обратной связи.

Замечание редакции «РадиоГазеты» — в наших экспериментах дрейф напряжения на выходе усилителя был гораздо больше. При нагреве усилителя, а этот усилитель греется очень сильно, напряжение уплывало до 0,8В. Конечно, в этой конструкции огромную роль играет размер радиаторов и эффективность охлаждения конструкции. По результатам наших экспериментов мы категорически не рекомендуем удалять конденсатор из цепи обратной связи. Если уж очень хочется обойтись без конденсатора, следует ОБЯЗАТЕЛЬНО использовать систему защиты акустических систем от постоянного напряжения.

Транзистор драйвера.

Транзистор драйвера 2N1711 я заменил на 2SC3421. Звук стал более открытым и прозрачным, каждая отдельная нота стала передавать больше смысла и звучать более чётко по времени. (Прим. редакции «РадиоГазеты» — таблетки тут уже не помогут, даже в эффективности курса уколов мы сомневаемся…)

Транзистор входного каскада.

Входной транзистор BC212 был заменен на 2SA970. Улучшения звучания оказались аналогичными, как и в предыдущем случае. (Прим. редакции «РадиоГазеты» — не-не-не, уколы тоже  бесполезны!)

Статья подготовлена по материалам Интернета.

Продолжение следует…

Похожие статьи:

  • Всё об усилителе JLH. Часть I — рождение легенды.
  • Всё об усилителе JLH. Часть VI — Правильное питание — залог здоровья!
  • Всё об усилителе JLH. Часть II — после сборки обработать напильником.
  • Всё об усилителе JLH. Часть III — второе пришествие.
  • Всё об усилителе JLH. Часть V — продолжение следует?

JLH 10-ваттный усилитель класса А | Страница 408

Ян Финч
Участник

17. 09.2021 00:10

# 8141