Жизнь, веб, XMPP, TAS, электронные самоделки

УМЗЧ на транзисторах

Внимание: читайте продолжение

Начало 2013 года для меня выдалось достаточно напряжённым, поэтому бóльшую часть времени я был занят программированием, связанным с работой. На электронику, являющуюся далеко не первым занятием в списке моих хобби, попросту не было времени. В результате к концу февраля я почувствовал, что всё это грозит мне тем, что я могу попросту разучиться держать в руках паяльник. Поэтому я решил что-то сконструировать.

Выбор устройства для конструирования был крайне сложным. Если ещё лет 10 назад я мог взяться за то или иное устройство просто потому что у меня были для него все детали, то сейчас это уже не мотивировало меня. Даже тот факт, что число имеющихся в моём распоряжении деталей многократно выросло, не мог скомпенсировать чувство банального нежелания собирать что-то, что потом не понадобится. А что реально могло мне понадобиться? Электроники дома и без того чуть более чем дофига, а она ещё и стоит нынче копейки. И мой взор пал на стоявший у меня на столе самодельный усилитель на двух TDA2005. «Вот она, рыба моей мечты» — подумалось тогда мне — «необязательно собирать что-то новое, достаточно просто попробовать сконструировать замену тому, что уже имеется».

Решено было собирать транзисторный усилитель, отставив подальше возможности для читёрства в виде микросхем и готовых печатных плат. Например, по схеме с сайта «радиокот». Дифференциальный каскад на входе, режим AB, питание ±25В — то, что нужно!

Принципиальная схема

Из форумного треда был добыт файл с чертежом печатной платы. Правда, я решил его немного переделать на свой вкус. В частности, поменять цоколевки некоторых транзисторов. Мне не хотелось ставить на вход транзисторы КТ315 из-за их ужасающей сферической вакуумности, о которой достаточно сказано на лурке. Но когда я начал работу над печатной платой, я заметил, что её автор тоже намеревался ставить не КТ315 — базовые выводы транзисторов VT1 и VT2 у него были посередине. В итоге я ограничился проделыванием этой нехитрой манипуляции лишь для транзисторов VT5 и VT6. Также я немного разредил все элементы, так как печатные платы до сих пор делаю «дедовским способом» — нанося дорожки при помощи маркера, а также переместил резистор R13, чтобы он не пересекался со стороны деталей с мощным проволочным резистором. По понятным причинам все эти манипуляции проводились мной на листке бумаги.

Подготовленная плата была просверлена и вытравлена на следующий день. К сожалению, на этапе травления я допустил небольшую ошибку, приготовив раствор недостаточной концентрации. Пока плата травилась, маркер на паре дорожек успел сойти, в результате эти дорожки получились плохо и мне пришлось поставить в этих местах «костыли»-перемычки.

По поводу монтажа говорить особо нечего. Обычная установка деталей в плату с последующим припаиванием. Кому-то это кажется романтичным, а кому-то — унылой рутиной. Я не отношу себя ни к тем, ни к другим.

При сборке, кстати говоря, я обнаружил ошибку в lay-файле. Устанавливая конденсатор C5, я заметил, что на плате он подключён одним из выводов к «земле», а на принципиальной схеме включён по-другому. Бага была исправлена путём просверливания дополнительного отверстия в уже готовой плате, благо, дорожка «массы» проходила поблизости.

Пришло время настройки усилителя. Резистор R11 был выкручен в такое положение, чтобы база VT4 была замкнута на коллектор, вход был замкнут накоротко (необязательная процедура для усилителя с таким невысоким входным сопротивлением). Нагрузку не подключаем, включаем питание, включив по амперметру в цепи +25 и -25 вольт. Всё замечательно, нигде нет существенных превышений по току. Это обрадовало меня, и я решил измерить напряжение на выходе. И тут-то меня ждала первая проблема: на выходе была большая постоянка, причём не просто большая, а очень большая — минус 25 вольт. В совокупности с отсутствием превышения по потребляемому току это означало то, что верхнее (по схеме) плечо было в стельку закрыто, в то время как нижнее так же в хлам открыто. Измеренные мной падения напряжений на транзисторах подтверждали такой дисбаланс.

Чтобы разобраться в причине дисбаланса, я подключил друга. Вместе мы исследовали всю схему, начиная с выхода и двигаясь ко входу, пока не подобрались к транзистору VT4, отвечающему за начальное смещение плеч. Обнаружилось, что по какой-то причине я подпаял его неправильно, перепутав местами коллектор и эмиттер. Это удивило меня, так как по идее после такого включения выходные транзисторы должны были эффектно взорваться, учитывая мощность источника питания. Тот факт, что этого не произошло, как бы намекал на наличие ещё одной неисправности. Так и оказалось — после изменения включения транзистора VT4 на правильное (с выкручиванием резистора в противоположную сторону, чтобы база была замкнута на коллектор) ситуация не изменилась. Подозрения перекинулись на транзистор VT3, который, как оказалось, был намертво закрыт (о чём говорило падение напряжения на нём в 50 вольт). После доброго часа геморроя удалось найти проблему: база VT3 была подключена к коллектору транзистора VT2, а не VT1! Эта проблема не была моей ошибкой — она присутствовала в оригинальном lay-файле с форума (уже вторая ошибка в этом файле). Багу пришлось исправлять удалением дорожки при помощи скальпеля и заменой на перемычку (ещё один костыль, хехе). После этого всю постоянку на выходе словно сняло рукой. Облегчённо вздохнув, я продолжил настройку.

Теперь можно было отрегулировать ток покоя выходных транзисторов. Я начал крутить подстроечник, следя за током. Проблема, с которой я столкнулся, заключалась в следующем: очень маленький угол поворота движка подстроечника очень сильно сказывался на токе через транзюки. Видимо, из-за их достаточно высокого h21Э. При этом если случайно довести этот ток миллиампер до 200, выходные транзисторы постепенно нагревались, что вызывало рост их h21Э и дальнейший рост тока через них. Это (по идее) должно компенсироваться обратной связью между выходниками и транзистором VT4 по температуре, но температура, как известно, не передаётся так же быстро, как электричество. В итоге я кое-как подобрал ток покоя, чтобы транзисторы не начинали греться, но в то же время усилитель работал в режиме AB, а не B.

Всё было готово для подачи реального сигнала под реальной нагрузкой. Нагрузка была подключена, сигнал был подан и… Усилитель заработал. Звук вполне сносный (собственно, настолько сносный, насколько вообще можно судить с такими колонками, как у меня), всё работает. Вот только чувствительность маловата оказалась, к сожалению. Но это уже, как говорится, мелочи.

В этом месте нужно сделать небольшую оговорку: при сборке усилителя я допустил одну достаточно нехорошую ошибку: задействовал в схеме транзисторы S9014 и S9015. Связано это было с тем, что их у меня было как говна и мне было их не жалко. Однако, как я потом обнаружил, предельное напряжение коллектор-эмиттер у этих транзисторов составляет 45 вольт, а в этой схеме может достигать и 50. Разница небольшая, но, вероятно, вполне достаточная, чтобы транзисторы могли выйти из строя. Поэтому если я соберусь реально эксплуатировать этот усилитель, помимо сборки второго канала мне предстоит ещё заменить все 9014-е и 9015-е транзисторы на какие-либо другие, допускающие такое высокое напряжение между коллектром и эмиттером. Склоняюсь к A42 и A92, так как их у меня тоже достаточно много, а их характеристики позволят в случае необходимости и нарастить напряжение питания. Главное, чтобы не возникло проблем, связанных с тем, что их h21Э меньше, по крайней мере, в той партии, которая есть у меня.

При повторении усилителя следует обратить внимание на следующие не отмеченные в данной статье факты:

  • Включение усилителя с неудачным положением R11 или неправильным включением VT4 грозит быстрым (и, вероятно, даже эффектным) выходом из строя выходных транзисторов. Меня спасло наличие другой проблемы.
  • Следующие пары транзисторов нужно подбирать по близкому h21Э: (VT1, VT2), (VT5, VT6), (VT7, VT8), (VT9, VT10). В противном случае может быть нежелательная постоянка на выходе или всякие искажения

Детали

Как уже было сказано выше, я позволил себе лишь несколько замен активных элементов.

ПозицияЭлемент
VT1, VT2, VT4, VT5A42
VT3, VT6A92
VT7, VT8КТ815Г
VT9, VT10КТ805ИМ

Возможные варианты продолжения

  1. Выпустить lay-файл с фиксами;
  2. Собрать второй канал (а то и первый переделать заново, учитывая, сколько в нём теперь костылей и затычек);
  3. Опробовать ЛУТ, возможно, именно на этой схеме, в контексте (2).

Внимание: читайте продолжение