Гибридный усилитель «Corsair» на LM3886 + 6Н23П-ЕВ

1. Мягкое, детальное и чистое звучание
2. Прекрасная передача вокала, сцены и объема
3. Простая конструкция, не требует настройки
4. Полный комплект защит, реализованный на кристалле микросхемы
5. Высокая концептуальность – в роли токового буфера выступает вакуумный двойной триод. Достигнута максимальная линейность ФЧХ и АЧХ, использовано инвертирующее включение с Т-ООС.
6. Основа – популярная МС LM3886 производства National Semiconductors
7. Средняя мощность – 68 Вт/4 Ом. Пиковая – 135 Вт.

Основой данного материала послужило опубликование на сайте  Joe Rasmussen схемы инвертирующего включения с катодным повторителем. Ниже изложу общую суть данной статьи на пальцах.

Усилительные микросхемы серии LM обладают наилучшим звучанием среди аналогов. Это относится и к флагманским моделям разного уровня, таких как LM1875, LM3876 и ее логическому продолжению – LM3886. В авторской статье продолжена полемика на тему схемотехники Gainclone и разработок Thorsten-а. Рассматривается усилитель на основе LM3875. Ее наилучшее звучание, стабильность и линейность достигается при инвертирующем включении. Однако это включение при работе на классическое выходное сопротивление источника обладает рядом минусов. Вкратце: с увеличением частоты растет нелинейность АЧХ и фазы. Это обусловлено тем, что при инвертирующем включении сигнал должен поступать от источника тока, а CD-плееры и звуковые карты имеют выходное сопротивление около 200 Ом. Источник тока на полевых транзисторах тоже отпадает ввиду высоких потерь, высокой входной емкости и выраженной нелинейности. С этой задачей удачно справляется токовый буфер на триоде.

Кроме того, такого рода буфер имеет коэффициент усиления по напряжению меньше 1. Виду этого глубина ООС самой микросхемы уменьшена, что также крайне благоприятно сказывается на качестве звучания. Известно, что глубокая ООС, реализованная классическим делителем, огрубляет и мертвит звук. В схеме, предложенной Расмуссеном (рис.1), введена Т-образная ООС, которая увеличивает входное сопротивление по инвертирующему входу и позволяет уменьшить заземляющее сопротивление по прямому входу. Минусом такого подхода является увеличение шумов и наводок, но это первое впечатление. Если разводка и экранирование усилительного блока выполнены должным образом, наводки будут практически незаметны.

Теперь рассмотрим, что меня лично не устроило в оригинальной схеме.

В качестве УМ у автора установлена LM3875. Ее недостатки – несовершенная защита, работа только на 8-Омную нагрузку, малая мощность. Вместо нее была выбрана МС LM3886 с полным комплектом защит, мощным выходным каскадом, позволяющим отдавать долговременную мощность 68 Вт и кратковременную 135 Вт в 4-Омную нагрузку. Кроме того, усилитель оснащен полным комплектом защит и встроенным режимом mute.

На выходе рис.1 присутствует ограничитель тока – проволочный SQP резистор. Система SPiKe, реализованная в LM3886, позволяет от него отказаться.

Для удобства сведения параметров каналов и уменьшения габаритов усилителя в качестве буфера использован популярный вакуумный двойной триод 6Н23П-ЕВ. Его отличают низкое напряжение питания, актуальное в данной схеме, и вместе с тем, неплохое звучание. Хотя приходится признать – в данном случае его применение далеко от классического.

Из собственных соображений в плату были внесены следующие особенности:

1. Стабилизация накала лампы
2. Установка керамической панельки прямо на плату
3. Совмещение всего стереоусилителя на одном куске текстолита
4. Проходные конденсаторы увеличены до 4,7 мкФ для лучшей передачи НЧ
5. Введены цепи Цобеля, предотвращающие самовозбуждение
6. Введена выходная индуктивность, компенсирующая паразитную емкость кабелей и ГД
7. Разводка проведена плавными обводами, что облегчает прохождение сложных сигналов (каждый угол на разводке может работать, в той или иной степени, как волновод, отражатель или резонатор).
8. Земля выполнена общей шиной. Такой подход является компромиссом, но в данном случае вполне оправдан.

С учетом всех вышеизложенных соображений, схема приняла следующий вид (рис.2):

Здесь элементы C1, C3, C4 а также клеммы CN1..CN6 – общие для обоих каналов. На каждый канал также приходится по половине двойного триода 6Н23П-ЕВ.

Здесь на несколько секунд отвлечемся от схемотехники УМ и рассмотрим блок питания, чтобы больше к этой теме не возвращаться.

Для питания всей схемы служит четырехполярный блок питания с общей землей и независимой обмоткой нагрева, схема которого представлена на рис.3:

Диодные мосты выбираются либо готовые, либо собираются из диодов импонирующих вам типов, все от Д213 до диодов Шоттки. Для ±36 V 0,2 A – D1 на напряжение не менее 200 В и ток не менее 4 А. Для ±27V 4 A – D2 на напряжение не менее 100 В и ток не менее 8 А. Для накала – D3 на любое напряжение и ток не менее 4 А. Такое, казалось бы завышение параметров неслучайно. Дело в том, что, несмотря на пиковый запас у диодов, ток во время зарядки емкостей превышает номинальный в разы. А вот цена у диодов или готовых мостов уже различается несильно, поэтому для собственного спокойствия экономить не советую.

Емкости C1, C2 (на напряжение не менее 50 В), C5, C6 (на напряжение не менее 35 В), C9 (на напряжение не менее 16 В)– импортные электролитические типа К50-35. C3, C4, C7, C8, C10 – типа К73-17 на 63 В.

В качестве трансформатора может использоваться любой силовой с габаритной мощностью не менее 200 Вт, удовлетворяющий указанным на схеме параметрам токов и напряжений во вторичных обмотках (ток накала не менее 0,8 А на одну лампу).

Кроме того, возможно использование двух отдельных трансформаторов. Одного – мощного для питания УМ, и другого для питания лампы. Второй может выбираться из ряда унифицированных ламповых «Трансформаторов Анодно-Накальных». У меня используется ТАН1.

Итак, оба канала удалось уместить на одну печатную плату размером 130х80 мм. Собранный модуль (без дополнительных блокировочных емкостей C8, C9) выглядел так (рис.4).

Симпатично, правда?

Оригинальная раскладка элементов приведена на рис.5:

Теперь несколько слов о деталях и тонкостях сборки.

Резисторы

Большинство резисторов требуют подбора в пары по каналам с точностью хотя бы 1%. Этим условиям вполне удовлетворяют резисторы серии С2-23. Итак, подбора требуют R1, R3..R9. Причем R1, R3 и R4 лучше использовать металлопленочные типа МЛТ, ОМЛТ или импортные аналоги.

Резисторы R2 и R10 подбора не требуют. Могут быть типа МЛТ-0,25, С1-4 или С2-23 на 0,125/0,25 Вт. R11 и R12 – импортные на 2 Вт. Выходная индуктивность мотается поверх R11, одетого в изоляционный кембрик, проводом в эмалевой или эпоксидной изоляции диаметром 0,6-0,8 мм до заполнения и припаивается к ножкам резистора. Хотя я в данном случае резистор R11 не устанавливал. Вместо него была запаяна катушка, намотанная на ручке надфиля и содержащая 15 витков провода диаметром 0,8 мм.

VR1, VR2 – сдвоенный переменный резистор. В моем случае – Тайвань на 44 клика, подобранная с точностью 0,5% из 5 штук.

Конденсаторы

C1, C3, C8, C9, C10 – полярные электролитические типа К50-35, лучше импортные известных марок. Однако схема не содержит электролитов в звуковой цепи, что значительно улучшает звучание, уменьшает критичность элементарной базы и увеличивает надежность системы в целом.

С1 – 16 В, С3 – 100 В, С8-С10 – 50 В.

C4, C5, C7, C11 – металлопленочные типа К73-17. C4 – на 250 В, остальные – на 63 В.

С2 – металлопленочный или металлобумажный максимально доступного качества, желательно не хуже полипропиленового. Допустимое напряжение также не ниже 63 В. Хотя и с конденсатором типа К73-17 эта схема звучит отлично.

С6 – керамика, желательно без пьезо-эффекта. Типа КМ или дисковые. На крайний случай, конечно, и К10-17Б подойдут, но худший вариант представить сложно.

Активные компоненты

Усилительная ИМС LM3886 может быть заменена на аналогичные по цоколевке, с учетом особенностей каждой. Чисто теоретически, схема работает с любой МС, построенной по принципу мощного ОУ. Внимание! На корпусе МС – минус питания!

Лампа RO1 6Н23П-ЕВ меняется на 6Н23П или импортный аналог ECC88. Устанавливается в керамическую или любую другую панельку, предназначенную для монтажа на печатной плате, либо на шасси УМЗЧ и соединяется с платой медными проводниками.

Кроме того, учитывая современные веяния в дизайне, были разработаны отдельные усилительные блоки на LM3886, которые устанавливаются на радиатор внутри корпуса УМЗЧ, а лампа устанавливается в специальную панельку, располагаемую на крышке корпуса. В таком варианте вся обвязка ламы (R1, R2, 2xR3, C3, C4 )  выполняется навесным монтажом прямо на выводах панельки. А затем уже экранированным сигнальным кабелем присоединяется к блокам усиления мощности. Не забудьте заземлить экран лампы.

Печатная плата одного канала УМ дана на рисунке 6:

Защита

Поскольку на прогрев лампы уходит около 5 с, все эти 5 с вход усилителя “висит в воздухе”. В это время на выходе присутствую все мыслимые наводки и весьма ощутимый рокот. Избежать этого можно двумя способами – задействовав для задержки включения цепь mute или реле. В обоих случаях управляющим сигналом будет биполярный транзистор с RC-делителем в базе. Если задержка недостаточна, просто увеличьте номинал R1.

Схема такой задержки дана на рисунке 7:

Кроме того, на момент моделирования у меня под рукой валялись реле TR81 фирмы TTI. Под них была разведена печатная плата. Ее рисунок также можно использовать в качестве ориентировочного для разводки под любое понравившееся вам реле с нормально разомкнутой контактной группой. Компоновка платы дана на рис.8.

Детали:

VR1 – на напряжение питания обмотки реле. Можно брать чуть выше (примерно на 2 В – падение на транзисторе). В моем случае 12 В, т.е. стабилизатор 7812..7815.

С2 – на напряжение плеча питания УМ.

С1 – выше напряжения стабилизации VR1

Данная защита подключается к положительному плечу питания УМ (мощный трансформатор). К реле подключается отрицательный вывод питания и соединенные вместе цепи mute обоих каналов усилителя (или всех, если каналов больше).

Итак, наконец, ЗВУЧАНИЕ

Этот усилитель очень понравится поклонникам “лампового звука”. Сразу в глаза бросается отличный вокал, проработка сцены и ее невероятная для транзисторных усилителей глубина. В отличие от типичного звука LM3886, в данном включении ВЧ не замылены. Звучат очень тонко и точно. Серебро и хрусталь не размазываются, как в неинвертирующем включении. Также нельзя не отметить наличие плотного, собранного и мощного, но чрезвычайно проработанного баса, чего так трудно всегда было добиться от LM-ки. Джаз и Блюз звучат настолько проникновенно, что при прослушивании не раз ловили себя на том, что по спине бегают мурашки.

Звучание этого усилителя нельзя назвать абсолютно точным при многочастотном сигнале, однако это звучание намного приятнее слуху, чем различные “сверхлинейные” конструкции с коэффициентами искажений в тысячные доли процента.

Подытожив: Этот усилитель предназначен для музыки, а не для измерительных комплексов. Его объективные свойства сомнительны, однако его звучание и динамический диапазон настолько завораживают, что при слове “векторный измеритель нелинейных искажений” хочется плеваться.

Печтаный платы.

Автор: Лишманов Николай aka Lincor

Москва 2006 (Lincor_nobox@inbox.ru)