От оригинальной схемы данный усилитель отличается и элементной базой и режимами работы элементов в усилителе, что позволило не только значительно увеличить выходную мощность, а так же снизить THD. Принципиальная схема усилителя приведена на рисунке 1, краткие технические характеристики сведены в таблицу. Сразу следует оговориться, что собственный коэффициент усиления довольно высок (31 дБ) и при желании снизить уровень THD необходимо увеличить номинал резистора R9 до 680 Ом.
В этом случае собственный коэффициент усиления будет составлять 26 дБ, поскольку соотношение номиналов резисторов R9-R14 как раз определяет собственный коэффициент усиления усилителя. Уровень THD при использовании резистора на 680 Ом снизиться до 0,04 % для полностью биполярного варианта и до 0,02 % для варианта с полевыми транзисторами в предпоследнем каскаде на нагрузке 4 Ома и выходной мощности 100 Вт.
Схемотехника усилителя практически полностью симметрична, что позволяет добиться минимальных искажений и довольно высокой термостабильности. Сигнал с источника звукового сигнала подается на составной проходной конденсатор С1-С3. Подобное решение о выполнении проходного конденсатора вызвано тем, что электролитические конденсаторы при приложении обратной полярности имеют токи утечки.
В данном же случае два последовательно соединенных конденсатора С2-С3 позволяют полностью избавиться от этого эффекта. Кроме этого электролитические конденсаторы на частотах свыше 10 кГц уже довольно сильно увеличивают свое реактивное сопротивление и конденсатор С1 компенсирует этот уход параметров.
Далее сигнал входной переменный сигнал разделяется на два, практически идентичных, усилительных тракта - для положительной и отрицательной полуволн. После дифференциального усилителя на транзисторах TV1, VT3 (VT2, VT4) сигнал поступает на усилительный каскад на транзисторе включенным по схеме с общим эмиттером (VT5 и VT6) и уже окончательно приобретает необходимую амплитуду.
По сути усиление входного сигнала уже закончено - он уже приобрел достаточно большую амплитуду и осталось лишь усилить сигнал по току, для чего используются обычно эмиттерные повторители из мощных транзисторов. Однако токи баз мощных транзисторов имеют достаточно большие величины и без промежуточного повторителя подавать сигнал означает получить огромные нелинейные искажения.
В данном усилителе в качестве «промежуточного» усилителя тока могут использоваться как биполярные транзисторы так и полевые (VT8, VT9). Назначение этого каскада по возможности разгрузить предыдущий каскад, нагрузочная способность которого не велика. Использование в качестве VT8, VT9 полевых транзисторов довольно сильно разгружает каскад на VT5, VT6 что снижает уровень THD практически в 2 раза.
Однако снижается и общее КПД усилителя - при одном и том же напряжении питания усилитель с полевыми транзисторами выдаст меньше мощности не искаженного киплингом сигнала (ограничение выходного сигнала сверху и снизу), чем полностью биполярный вариант.
Так же было бы не справедливым умолчать и тот факт, что на слух эти усилители несколько отличаются, хотя и приборы этого не фиксируют, но все же звуковой окрас у каждого варианта свой, поэтому рекомендовать использовать именно полностью биполярный вариант или же с полевыми транзисторами было бы глупо - на вкус и цвет...
После предварительного усилителя тока, нагруженного на резистор R22 (нагрузка этого каскада не привязана ни к общему проводу, ни к нагрузке, т.е. является плавающей нагрузкой, что позволяет минимально изменяться току протекающему через этот каскад и ведет к дополнительному снижению THD) и уже подается на базу оконечного каскада.
В данном варианте используется по два транзистора включенных параллельно. Однако количество этих транзисторов может быть уменьшено при необходимости создания усилителя мощность до 150 Вт и увеличено до трех пар, при необходимости сборки усилителя на 450 Вт.
Параллельное включение оконечных транзисторов позволяет получить большую суммарную мощность, но следует обратить внимание на некоторые особенности такого решения. Транзисторы включенные в параллель должны быть не только одного типа, но и еще одной партии, т.е. выпущены за одну смену изготовления на заводе изготовителе.
Это позволит избавится от подбора транзисторов по параметрам, поскольку разброс параметров между транзисторами одной партии гарантирован менее 2% заводом изготовителем, что и на самом деле соответствует действительности. Другими словами - транзисторы для оконечного каскада следует покупать в одном месте и сразу все необходимое количество.
Так же следует обратить внимание на маркировку транзисторов - на транзисторах действительно фирмы Toshiba маркировка выполнена лазером, т.е. имеет охристый оттенок надписи и ее не очень хорошо видно. Шрифт надписей имеет некоторые особенности некоторые буквы и цифры разрезаны (рисунок 2).
Ну и наконец - в данном случае надпись 547 и значок овала, расположенный чуть левее этих цифр, есть номер партии, следовательно у всех транзисторов включенных в параллель должна быть такая же маркировка и такие же цифры и знаки. Кстати вместо овала может быть буква, цифра или цифра с буквой.
Подбор же параметров между транзисторами n-p-n и р-n-р структур желателен, но совсем не обязателен - как правило используя качественную комплектацию подобный разброс компенсируется действием отрицательной обратной связи.
На рисунке 3 приведен чертеж печатной платы усилителя, (вид со стороны дорожек, размер платы 127х88 мм), на рисунке 4-расположение деталей и схема подключения (вид со стороны деталей).
Номиналы резисторов R3, R6 зависят от используемого напряжения питания и могут колебаться от 1,8 кОм до 3 кОм. Индуктивность L1 мотается на оправке диаметром 10 мм и содержит 10 витков провода диаметром 1,2...1,3 мм.
Ток покоя оконечного каскада должен быть в пределах от 30 до 60 мА - регулировка производится подстроенным резистором R15. Выше поднимать не надо - при прогреве усилителя внутри корпуса возможно возникновение подвозбудов, т.е. возбуждение усилителя на верхушках синусоиды. На слух это не ощутимо, однако вызывает дополнительный нагрев оконечного каскада.
Ток покоя выставляют перед первым включением минимальным (движок подстроенного резистора ставится в верхнее по схеме положение). После включения выставляется необходимый ток покоя и после прогрева усилителя (примерно 2...3 минуты) производится дополнительная корректировка - транзисторы TV5, VT6 достигнут своей рабочей температуры и больше из температура подниматься не будет.
Транзисторы оконечного и предпоследнего каскадов крепятся на общий теплоотвод вместе с транзистором термокомпенсации VT7 через теплопроводящие прокладки (слюду). На транзисторы VT5, VT6 так же необходимо установить теплоотвод, который можно изготовить из листового алюминия толщиной 1...1,5 мм и размером 20x40 мм для каждого транзистора.
Установить этот теплоотвод можно сразу на оба транзистора, т.е. транзисторы зажимаются между алюминиевыми пластинами винтом, который вставляется в отверстие как раз между транзисторами.
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.
Это одна из самых качественных схем усилителей низкой частоты , который довелось мне собрать и послушать. Схема Ланзара была создана свыше 30 лет назад, но в последнее время опять стала знаменитой, благодаря своим параметрам. Схему усилителя низких частот сейчас очень легко найти в сети, я же предлагаю свою версию. Признаюсь — в схеме ничего не переделал, только заменил номиналы нескольких компонентов, по той причине, что не нашел нужные мне номиналы.
Усилитель Ланзара полностью симметричный, от входа до выхода. Используемые транзисторы имеют максимально близкие параметры. Вся схема собрана на комплиментарных парах. Выходной каскад усилителя работает в классе АВ , благодаря этому на выходе получаем минимальный уровень нелинейных искажений для усилителей такого класса. В схеме два выходных каскада, которые построены на легендарной комплиментарных парах 2SC5200 + 2SA1943. Эмиттерные резисторы служат дополнительной защитой для выходного каскада, они подбираются с мощностью в 5 Ватт.
Усилитель способен работать на нагрузку 2 Ом, что дает возможность подключать к выходу две стандартных головок по 4 Ом. Максимальная мощность усилителя как всегда, зависит от питания, при +/-75 Вольтах (ни в коем случае не подавайте такое напряжение, я просто экспериментировал) усилитель развивает почти 400 ватт! Это не просто цифры, я лично мучил тот усилитель всеми возможными способами, сейчас он играет в машине у друга, качает головку сони эксплод с максимальной мощностью 1000 ватт.
Ланзар — схема, которая достойна уважения, поскольку я пока не нашел равную ей, которая имела бы такое высокое качество звучания и выходную мощность. Я делал усилитель для автомобильного сабвуфера и для питания использовал мощный преобразователь на пол киловатта (максимальная мощность ПН до 600 ватт, номинал — 350Вт.).
Усилитель Ланзар: схема
- L1 — состоит из 10-12 витков провода 0,8-1мм (эту катушку можно вообще убрать).
- VD1, VD2 стабилитроны на 15 вольт. Они обеспечивают нужное напряжение для питания дифференциальных каскадов усилителя (именно в этом каскаде «образуется звук»).
- R17 — подстроечный резистор, которым регулируют ток покоя выходного каскада.
- Резисторы R4 и R13 обеспечивают токогашение, без них вмиг полетят стабилитроны, а вместе с ними и весь дифференциальный каскад. Номинал этих резисторов нужно подобрать исходя от напряжения питания.
- Питание ±70 В — 3,3 кОм…3,9 кОм
- Питание ±60 В — 2,7 кОм…3,3 кОм
- Питание ±50 В — 2,2 кОм…2,7 кОм
- Питание ±40 В — 1,5 кОм…2,2 кОм
- Питание ±30 В — 1,0 кОм…1,5 кОм
Сборка усилителя низких частот своими руками
Lanzar
После того, как у вас уже куплены все компоненты схемы и готова печатная плата (изготовление печатных плат: ЛУТ, фоторезист), можно приступить к монтажным работам. Печатная плата имеет специальные метки для монтажных отверстий. Сначала нужно просверлить отверстия, затем залудить плату (лужение защитит дорожки от окисления).
Вначале на плате запаиваются резисторы, и стабилитроны. Затем уже конденсаторы и в последнюю очередь — транзисторы. Как видите собрать усилитель своими руками не сложно, главное лишний раз не ленитесь проверять правильность монтажа, я проверял аж 7 раз. Когда усилитель был полностью собран, я поторопился и чуть не спалил его. А над сборкой я работал почти неделю (работы затянулись из-за дефицита компонентов). По неосторожности (толь от радости) я перепутал провода питания и после первого включения услышал хлопок, хотя он был очень тихим. Сразу понял, в чем дело, но найти причину этого хлопка не удалось и по сей день. Ланзар оказался стойким усилителем, после второй попытки он заработал. Удивительно то, что с НЧ головкой усилитель не дает никаких писков без подачи входа, мертвая тишина в динамике. Это лишний раз доказывает качество схемы. Но все меняется, как только на вход подается звуковой сигнал. Схема превращается в зверя, и с хорошим питанием будет реветь как тигр. Да, именно такие впечатления были у меня после запуска.
Схема усилителя низких частот была повторена и ранее, но никогда не использовались указанные компоненты, все крутым образом переделывал, используя только один каскад и то на отечественных-КТ818/19. Лишь после этого случая стало ясно, почему все так любят эту схему. По качеству, ланзар уступает только одному усилителю — ультралинейной схеме класса А по схеме Джона Линсли-Худа. Разумеется, на практике ланзар лучше, ведь он в 40 раз мощнее ультралинейника и качество неплохое, но ультралинейный А класс звучит лучше.
Примечание:
Перед запуском схемы обратите строгое внимание на правильность подключения транзисторов, заранее проверяйте цоколевки по справочникам. Еще одна особенность — подключение стабилитронов. При неправильном подключении последние будут работать как диод. Желательно использовать стабилитроны с мощностью 1ватт.
Схема работает достаточно «спокойно» даже при долговременной работе не наблюдал серьезных перегревов.
Транзисторы предвыходных каскадов (усилители по току и напряжению) нуждаются в теплоотводах. Нужно учесть еще один важный фактор — исключительно все транзисторы (кроме маломощных транзисторов дифференциальных каскадов) прикреплены к теплоотводам только через изолирующие (теплопроводящие) прокладки и шайбы. Выводы транзисторов проверяйте на замыкание с теплоотводом, если никаких замыканий нет, то все нормально и можно включать.
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.