Усилитель Филин без общей обратной связи. Открываю схему.

 Усилитель без общей обратной связи Филин

Петрухин Илья 2012-2021

В 2012 году я придумал и изготовил этот усилитель с целью сравнить, насколько метод полного акустического диссонанса имеет связь с качеством звучания, оцениваемым на слух.

Этот усилитель имел не меньше восьми тщательно смоделированных итераций, с различными вариантами выходного каскада, различными системами управления током покоя и так далее... Однако, в конце концов, победила простота и изящество схемы с минимумом деталей. А это значит, что в цепи сигнала стоит минимум искажающих элементов.

Отправной точкой при проектировании усилителя являлся режим работы без общей отрицательной обратной связи. Я действительно знаю, что ступенчатые искажения выходного каскада, подаваемые в цепь обратной связи, вызывают деградацию звучания усилителя. Прошу вас поверить мне без длинного теоретического обоснования и сравнительного прослушивания. Именно поэтому выходной каскад усилителя многократно изменялся и тщательно моделировался в программе MicroCap. На мой выбор, наиболее линейный выходной каскад получается на комплементарной паре транзисторов 2SK1058 и 2SJ162.

У этого выбора есть свои достоинства и недостатки. Слабая нагрузочная характеристика этих транзисторов заставила использовать их в параллельном включении двух транзисторов в плечо. Поэтому их нужно подбирать в пары. Причём оптимальной нагрузкой для этого усилителя всё равно является 8 Ом, хотя он неплохо работает и на нагрузку в 4 Ома . Вторым недостатком этого выбора является недостаточный контроль баса, особенно на сложной низкоомной нагрузке.

Однако достоинства, на мой взгляд, перевешивают недостатки сторицей. Это отличная макро- и микродинамика, отсутствие компрессии сигнала, прекрасная передача ширины, глубины и высоты сцены, лёгкость подачи звукового материала и разборчивость отдельных инструментов при воспроизведении симфонического оркестра или большого хора.

Усилитель трёхкаскадный, построенный по классической схемотехнике. Входной дифференциальный каскад построен на JFET транзисторах VT1, VT4 типа 2SK246 с PN переходом, имеющих малую крутизну. Вдобавок, применена местная обратная связь на резисторах истоков R7, R11. Для симметричного режима работы транзисторов дифференциального каскада транзистор VT4 нагружен на повторитель тока на транзисторе VT2. Питается дифференциальный каскад от генератора тока на таком же JFET транзисторе VT3. Транзисторы VT1 и VT4 нужно обязательно подбирать в пару с одинаковым напряжением отсечки. Раньше Toshiba выпускала согласованные пары этих транзисторов в одном корпусе, но теперь они доступны только в платах старых японских усилителей.

Каскад усиления напряжения на транзисторе VT5 также имеет цепь местной обратной связи – резистор R13. Этот каскад нагружен на генератор тока VT6. Конденсаторы C7 и C8 – небольшая частотная коррекция. Транзистор VT7 – источник напряжения смещения для выходного каскада. Ему не обязателен тепловой контакт с радиатором, так как выходные транзисторы не биполярные, а полевые.

Сигнал обратной связи может подключаться либо к выходу второго каскада, либо к выходу всего усилителя. Выбор точки подключения ООС определяется с помощью перемычки на плате (FB->PreOut или FB->OUT). Величина обратной связи небольшая – около 10дб, поэтому усилитель может кратковременно работать даже при разомкнутой цепи ООС.

Усилитель имеет дифференциальный вход. Для подключения к несимметричному источнику лучше использовать инвертирующий вход. Если нужно не инвертирующее включение усилителя, то инвертирующий вход нужно закоротить.

 Опытный экземпляр собран в корпусе промышленного усилителя Орбита УМ-002 стерео. Оставлен только корпус, трансформатор, диодный мост и конденсаторы питания. Питание +-30В – основное, +-35В – питание предвыходного каскада. Для питания предвыходного каскада поверх изоляции трансформатора намотано 2 обмотки по 45 витков провода ПЭВ2-0,3мм (по 8 вольт) и эти обмотки подключены последовательно к основным.

 Схема источника питания и блока защиты приведена на отдельном рисунке. Для улучшения качества звучания выход усилителя напрямую соединён с акустической системой, а защита отключает питание усилителя.

Настройка усилителя производится в три этапа. Перед первым включением нужно установить подстроечный резистор RP2 в положение минимального сопротивления. Сигнал обратной связи подключить к предвыходному каскаду (перемычка FB->PreOut).

После включения, резистором RP3 установить напряжение в точке обратной связи FB, максимально близкое к нулю, не более 10-30 мВ. Напряжение контролировать после прогрева усилителя.

После этого установить номинальный ток покоя выходного каскада резистором RP2, контролируя ток выходных транзисторов по напряжению на уравнивающих резисторах R20 – R25. Ток покоя каждого транзистора может быть выставлен в пределах 100-300мА. Окончательно его лучше настраивать по соотношению второй и третьей гармоники в выходном сигнале при уровне сигнала на выходе 3-4В и номинальной нагрузке 8 Ом. Третья гармоника должна быть на 3-6дБ меньше второй. 

В последнюю очередь балансируют выходной каскад – резистором RP1 добиваются минимальной разницы напряжений между точками PreOut и Out, не более 5-10мВ после полного прогрева усилителя.

Настроенный усилитель имеет коэффициент гармоник около 0,2% с присутствием в спектре практически только второй и третьей гармоник. Это очень хорошее значение для усилителя без общей обратной связи.

Зависимость уровня гармоник от частоты:

АЧХ готового усилителя:

Результаты прослушивания этого усилителя полностью оправдали теорию оценки качества звучания по уровню полного акустического диссонанса, а сам усилитель исправно трудится в составе домашнего аудио комплекса уже десятый год.