Foxiss Усилитель мощности 2×250 Вт, в самодельном аудио усилителе часто встречается навесной монтаж, когда блоки соединяются пучком проводов. Это не только трудоёмко, но и чревато проблемами с землёй.
Начинающий конструктор легко может создать земляную петлю, из-за которой появится гул или усилитель мощности потеряет стабильность. Поэтому при создании новой серии искалось максимально простое решение — как в схемотехнике, так и в механике.
После долгих поисков оптимальным вариантом оказался односторонний ребристый радиатор шириной 100 мм и высотой рёбер 50 мм. Он достаточно массивен (около 6,5 кг/м), чтобы быстро накапливать тепло, и обладает удачным соотношением площади и толщины рёбер.
Слишком тонкие рёбра плохо передают тепло, а чрезмерно толстое основание утяжеляет конструкцию и удорожает её и неактуально при активном охлаждении. Отдельная проблема — расположение оконечных транзисторов.
Если плата стоит перпендикулярно задней стенке радиатора, выводы транзисторов оказываются в опасной близости к краю платы, из-за чего не хватает места для широких токоведущих дорожек. Я полностью отказался от выноса транзисторов на отдельный радиатор с проводами.
Также стоял вопрос: делать один общий радиатор на два канала или по отдельному на каждый? С инженерной точки зрения выгоднее два радиатора: тогда силовой трансформатор можно разместить по центру, сохранив равномерное распределение веса. Правда, для этого потребуется минимум два вентилятора (по одному с каждой стороны корпуса).
Предложенный профиль позволяет закрепить силовые транзисторы с обеих сторон радиатора — то есть по одному каналу усилителя с каждой стороны. Платы устанавливаются вертикально. Если они немного выступают спереди (на 10–20 мм), на них удобно разместить регуляторы громкости.
А в перспективных версиях — светодиодные индикаторы, что избавляет от лишних проводов. Нижний край платы выступает за радиатор на 15 мм, обеспечивая пространство для монтажа силовых шин (общей земли коллекторов и питания одной полярности).
Разумеется, для этого нужна двусторонняя печатная плата. При высоте радиатора 50 мм и зазоре в 15 мм до основания общая высота модуля получается 65 мм. Для текущего варианта используется 160-мм радиатор, а в выходном каскаде работают по два транзистора параллельно.
Ради простоты блок питания встроен прямо в модуль. Из-за концепции «плавающего» питания для каждого канала нужен отдельный симметричный источник, поэтому трансформатор должен иметь 4 вторичные обмотки (либо 2 с отводом от середины). «Плавающее питание» — это когда блок питания не привязан к корпусу, а его средняя точка используется как выход на колонку.
Несмотря на солидный радиатор, при длительной работе на высокой мощности рекомендуется принудительный обдув. Вентилятор лучше закрепить сзади, а спереди сделать вентиляционные отверстия (между ручками громкости).
Два канала собираются в единый блок на радиаторе, который крепится ко дну корпуса на четырёх стойках. Вторичные обмотки трансформатора и выходы на акустику подключаются напрямую к платам через разъёмы.
Вход симметричный, поэтому достаточно соединить разъёмы XLR (или стерео джек) с платами — по сути, это единственный «провод», который понадобится для сборки полноценного усилителя своими руками.
Схемотехника: Усилитель мощности 2×250 Вт только правый канал
Каналы электрически идентичны, но из-за «зеркального» исполнения плат (выводы транзисторов и ОУ смотрят в разные стороны) нумерация деталей отличается. На готовых платах элементы пронумерованы автоматически для удобства. Рассмотрим правый канал.
Входной каскад
Вход выполнен по балансной схеме. Сигнал через разъём K1 поступает на операционный усилитель IC1A, который обеспечивает балансный приём. С его выхода через разделительный конденсатор C1 и потенциометр громкости P1 сигнал идёт на резистор R6 и далее на вход второго ОУ (IC1B).
Из-за особенностей «плавающего» выходного каскада (который переворачивает фазу на 180°), сигнал подаётся на инвертирующий вход IC1B, а обратная связь снимается с неинвертирующего. Выход IC1B через диоды D7 и D10 и резистор R41 формирует напряжение смещения для транзисторов драйвера T3 и T5. Ток драйвера ограничен резисторами R23 (R24) и стабилитронами D5 (D12), питающимися от шин ±15 В.
Ток покоя и защита
Ток покоя драйверов и выходных транзисторов стабилизируется транзистором Дарлингтона T4, закреплённым на радиаторе между силовыми ключами. Регулировка тока покоя осуществляется подстроечником P3.
Защита от перегрузки здесь реализована через ограничение тока возбуждения транзисторов T3 и T5. Ток драйвера ограничен резистором R23 примерно на уровне 11 мА. Если ток через выходные транзисторы растёт, увеличивается падение напряжения на их эмиттерных резисторах и резисторах R19 (R40), что повышает ток через T3.
Когда напряжение на базе T3 превышает порог, заданный диодом D8 и подстроечником P2, транзистор закрывается, останавливая рост тока. Предельный ток на нагрузку настраивается отдельно для положительной (P4) и отрицательной (P2) полуволн.
Питание и фильтрация
Для упрощения на модуле установлен свой выпрямитель D15 и пара фильтрующих конденсаторов C17, C18 (10000 мкФ / 63 В). Если усилитель будет работать на нагрузку 2–4 Ом при напряжении питания не выше 50 В, можно ставить конденсаторы на 50 В. Для работы на 8 Ом напряжение питания не должно превышать номинал конденсаторов (63 В).
Питание ±15 В для операционных усилителей формируется из основного напряжения и стабилизируется стабилитронами D3 и D9. При высоких напряжениях питания (до 63 В) гасящие резисторы R20, R21, R28 и R30 сильно греются, поэтому их ставят парами. При более низком напряжении можно оставить только один резистор на 820 Ом.
Выход усилителя оснащён стандартным LC-фильтром, повышающим стабильность при работе на сложную нагрузку. Схема правого канала — на рисунке ниже.
Сборка усилитель мощности 2×250 Вт
Как уже говорилось, усилитель спроектирован под радиатор шириной 100 мм с высотой рёбер 50 мм. Платы крепятся вертикально вдоль боковых рёбер. Регуляторы громкости находятся спереди, а выпрямитель и конденсаторы фильтра — сзади.
Снизу платы фиксируются выводами транзисторов, а сверху — двумя винтами к рёбрам радиатора. Получается компактный моноблок, который крепится ко дну корпуса через четыре стойки. Расположение элементов на плате правого канала показано на рисунке ниже, и вид со стороны деталей.
Итог
Описанный усилитель мощности 2×250 Вт — это базовый модуль серии стереоусилителей. Цель была максимально простую конструкцию с точки зрения и электрики, и механики, требующую минимум соединений.
Вся серия базируется на концепции «плавающего центра питания», хорошо известной по усилителям QSC. Несмотря на простоту, модуль демонстрирует отличные электрические характеристики.
