Мощный усилитель 1986-го года

Автор: Dr Thomas Scherer (Германия)

Ах, какие это были дни! У компонентов были ножки, на печатных платах были отверстия, и немного припоя, оставшегося от вашего последнего проекта, было все, что вам нужно, чтобы собрать свой собственный аудиоусилитель. И вы могли бы сэкономить много денег, делая это самостоятельно, а также получая массу удовольствия и в итоге чем-то уникальным. Проекты усилителей мощности стали чем-то вроде традиции Elektor, начиная с самого первого выпуска (в Германии, май 1970 г., в Великобритании, декабрь 1974 г., ред.) С «Эдвином», фантастически простым 20-ваттным дизайном для строительства дома. , Спустя годы я воссоздал его.

Вскоре после этого появилась версия с потрясающей (на то время) выходной мощностью 54 Вт! Усилитель мощности следовал за усилителем мощности, все основаны на разных идеях и с разными характеристиками и показателями выходной мощности. Я строил их один за другим, и поэтому не случайно в 1980 году я устроился на работу в том месте, где возникли эти проекты: в Elektor. Это было захватывающее время: первый домашний компьютер Elektor, работающий на BASIC и основанный на National Semiconductor SC / MP (читайте [1] и Google it!), Был вытеснен младшим компьютером, который использовал технологию MOS 6502; телефоны были только в бежевом цвете и имели странные поворотные переключатели там, где должны быть кнопки; и типичный усилитель того времени имел выходную мощность от 40 до 200 Вт. Все должно было измениться ...

Технические характеристики

• 2 x 250 Вт (8 Ом), 2 x 500 Вт (4 Ом) или 1 x 1000 Вт (8 Ом)
• Ширина полосы: от 8 Гц до 100 кГц
• Искажение: 0,1% (1 кВт); 0,01% (600 Вт)
• Коэффициент демпфирования: > 100
• Задержка включения, управление вентилятором, контроль напряжения
• Уровень входного сигнала: 0,775 VRMS для полной мощности
• Вес: лучше не знать!


Киллерватт

В 1986 году я с тяжелым сердцем решил уйти из Elektor и пойти в университет, чтобы продолжить мое образование. Это было трудное решение: в Elektor я не только был на пике технических разработок, но и был окружен коллегами и творческой аурой, не имеющей равных. И поэтому я решил подарить Elektor и его многочисленным читателям особенный прощальный подарок: дома, без ведома моих коллег, я работал над аудиоусилителем, который мог бы передавать высококачественный звук на громкоговорители в тогда еще с невообразимой мощностью 1000 Вт.


Я разработал аналоговую схему, используя только теоретические расчеты в уме (ну, может быть, я немного воспользовался программируемым калькулятором Sharp): без симулятора, без инструментов проектирования на основе ПК. Закончив проектирование и составив принципиальную схему с использованием линейки, карандаша и бумаги, я отправил свои усилия на оценку в Elektor и с нетерпением ждал решения моих коллег на следующей редакционной встрече. Конечно, я был не единственным аудиофилом в команде Elektor, и я был готов ко всему: от лучшего сценария (одобрительные кивки) до худшего (легкое постукивание пальцами по лбу и комментарии типа «это должно сработать, это?'). Вы можете расслабиться: проект был одобрен!

После просмотра множества письменных комментариев к схеме, я снова просмотрел все расчеты, а затем запустил его как проект Elektor с рабочим названием «Gigant». Процесс пошел так. Сначала отдел графики взял мой черновик схемы и сделал ее красивой, как вы можете видеть на рисунке 1. Тем временем компоненты были приобретены, и плата была разведена вручную с использованием символов рубки Seno. Плата была собрана, и я наконец-то увидел физическое воплощение своей работы. Надеюсь, что я не сделал слишком много ошибок и что все это не задымится.

Рисунок 1. Схема: полностью симметричный выходной каскад, состоящий из двух интегральных схем, 20 транзисторов, 10 диодов, 17 конденсаторов, 56 резисторов и 1 (одного) триммера. Каждый из восьми мощных полевых МОП-транзисторов при полной нагрузке рассеивает около 40 Вт.

Схема и тестирование

Первое, что бросается в глаза, когда вы смотрите на принципиальную схему, это симметрия конструкции и четкое разделение между усилением напряжения и усилением тока. Кроме того, напряжение питания ± 90 В может показаться неожиданно высоким для непосвященных. При полной выходной мощности вы можете рассчитывать на пиковые напряжения, превышающие 125 В между контактами громкоговорителя. Меня воспитывали на цепях с низким энергопотреблением, работавших при напряжении не более 48 В, поэтому такая конструкция с медной проводкой 1,5 мм2 была немного пугающей, но не было времени беспокоиться об этом, тестирование пришлось провести.


Я до сих пор помню Audio Lab, которая была оснащена четырьмя важными вещами: осциллографом Philips, генератором сигналов, набором специально настроенных силовых резисторов и, что наиболее важно, пугающе дорогим анализатором спектра Bruel & Kjae. Наконец, для питания целиком у меня было два объемных лабораторных блока питания с выходом, регулируемым до 100 В, и достаточным количеством энергии. Я готов: источники питания были подключены к усилителю, и капли пота на лбу, я медленно поднял напряжение до правильного значения. К счастью, мои опасения оказались беспочвенными: был получен только небольшой ток, и на выходе не было видно ни одного из тех страшных колебаний. Рабочая точка предусилителя была такой, как я рассчитывал, и выходной сигнал был на уровне 0 В, как и ожидалось. Уф!

Но волнение еще не закончилось: я осторожно настроил P1 на ток покоя 100 мА в каждой из пар транзисторов. По-прежнему все было гладко. При питании 150 В у меня рассеивалось около 60 Вт: я ждал и проверял, что ток остается стабильным: так и было. Преимущество непомерно дорогих полевых МОП-транзисторов Hitachi, используемых в конструкции, состоит в том, что, в отличие от биполярных транзисторов, они не имеют отрицательного температурного коэффициента и, следовательно, не страдают от теплового разгона. Еще одним преимуществом является то, что они имеют только небольшую входную емкость, даже по сравнению с современными мощными МОП-транзисторами. Ток через T11 и T12 и, следовательно мощность драйвера, может поддерживаться в разумных пределах. С другой стороны, полевые МОП-транзисторы имеют высокое сопротивление сток-исток, что дает падение напряжения почти 10 В при пиковом токе 4 А через каждый полевой МОП-транзистор. Ну что ж, не может быть все идеально.

Следующим шагом было тестирование устройства в течение длительного периода на высокой мощности. Скоро над нагрузочными резисторами образовался пар, и даже массивный радиатор усилителя быстро нагрелся, но вы все равно могли прикоснуться к нему после того, как он проработал в течение пяти минут. Все казалось стабильным. Как вы можете себе представить, я был очень рад! Все, что мне теперь нужно было сделать, это проверить работоспособность устройства на предмет искажений и сделать некоторые другие измерения его характеристик. Затем я занялся созданием прототипа с собственным трансформаторным источником питания, протестировал схему защиты и написал сопроводительную статью из двух частей [2] или [3].

Рисунок 2. Возможная конструкция с пассивным охлаждением (2a) и с активным охлаждением с использованием вентилятора (2b).

ДИСКОТЕКА

Я был очень горд, когда выпуск за май 1986 года наконец появился в киосках. Красивая обложка журнала в стиле ретро озаглавлена моей статьей, и этот факт поразил моих сокурсников!
 


Оригинальная статья содержит много подробностей о сборке устройства, включая не только схемы питания и защиты, но и механическую конструкцию. На рисунках 2a и 2b показаны эскизы, иллюстрирующие возможные схемы с пассивным охлаждением и активным охлаждением. Несколько замечаний по защите: важно было задержать подключение громкоговорителя (щелчок включения выходного каскада мощностью 1 кВт не то, что вы захотите услышать дважды) и иметь «плавный старт» для сетевого трансформатора. Это связано с тем, что при подключении нагрузки 1500 Вт всегда можно попасть в неправильную точку в форме сигнала сети: сердечник трансформатора насыщается, а сетевой предохранитель срабатывает. Даже пускового тока, необходимого для зарядки блока сглаживающих конденсаторов, достаточно, чтобы вызвать перегорание блока предохранителей. 

Все идет нормально. Киловаттный hi-fi вызвал значительный интерес: например, немецкий журнал 'Elektronik' сообщил об этом в мае 1986 года [4] как часть тематического выпуска силовой электроники. Я построил свою собственную версию схемы в огромном корпусе класса Hi-Fi, весившую более 70 кг, и провел следующие десять лет, таская его, пока я переходил от дома к дому, пока мне не удалось продать его по достойной цене: как я обнаружил, не все мои потенциальные партнеры были настолько очарованы этим, как я!

Время от времени я все еще задаюсь вопросом, кто именно хотел бы построить такой огромный усилитель мощности и почему. Один ответ пришел от друга моего младшего брата по имени Бернд Энгист, который собирался стать инженером-электронщиком. «Конечно», он был заядлым читателем Elektor с подросткового возраста и снабдил близлежащую дискотеку двумя моими усилителями. Он рассказал мне о часах непрерывной перегрузки, неправильных соединениях и разрушенных выходных транзисторах, и, более того, он также видел, как мой усилитель использовался на других дискотеках. Любые читатели, которые чувствуют необходимость напоминания о музыке из эпохи наплечников и плохих стрижек, должны перейти к [5].

Рисунок 3. Вид спереди (3а) усилителя Гюнтера Джеральда с его оригинальной патиной 80-х годов. На 3b вы можете наблюдать эффект прокачки паров тысячи сигарет через устройство. 

Воссоединение

Я почти забыл всю эту историю, когда четыре года назад я оказался в мастерской Гюнтера на собрании Клуба Segway Cloners. Он жаждал показать мне «свой» усилитель, и вот мы здесь. Я был впечатлен тем, что у него все еще была оригинальная патина 80-х годов: на рисунках 3a и 3b показана передняя панель и внутренняя конструкция.


Гюнтер является экспертом в области радио и телевизионной техники и имеет собственную мастерскую, где разрабатывает электронику для промышленного применения. Еще в 1986 году в юности он был очарован дизайном усилителя. Полный энтузиазма, он запечатлел свои собственные платы и построил версию усилителя с пассивным охлаждением 2 x 500 Вт (два канала, конечно, также можно соединить). Вместе с друзьями он организовал несколько дискотек для вечеринок в местных залах и фестивалей в сельской местности, взяв с собой собственное освещение, зеркальные шары, стробоскопы и другие атрибуты. Все это помогло поддержать его скудную зарплату в качестве стажера. Несмотря на суровые условия и то, что его таскают с шоу на шоу, Гюнтер говорит, что его подразделение хорошо держится. Всегда приятно иметь довольного клиента.

Литература

[1]    Elektor SC/MP Computer (1978), Retronics April 2005.
[2]    'High-power AF Amplifier', Elektor May and June 1986
[3]    Elektor 1980-1989 on DVD
[4]    'One Kilowatt Hi-fi', Elektronik 11/1986, page 213 (in German)
[5]    'I Feel Love', Donna Summer

Рейтинг
0
Предыдущий пост

Посмотреть

Другие статьи

Комментарии0

Оставить комментарий