Очерки о модернизации модуля УНЧ-50-8

Вводная часть

Перед началом модернизации уточню некоторые детали:

  1. мои знания в аналоговой схемотехнике ограничены;
  2. работы по изменению схемотехники будут вестись согласно исследовательской работе Селфа Дугласа о проектировании УМЗЧ;
  3. все промежуточные выводы и принимаемые схемотехнические решения основываются так же на этом труде, включая прогнозируемые числовые показатели УМЗЧ;
  4. моё решение не истина в последней инстанции, эта модернизация один из возможных вариантов;
  5. где нужно, я буду указывать, что принятое мной решение или возникшая проблема не полностью мне понятны;
  6. постараюсь написать текст как можно проще.

Постановка задачи

Блок УНЧ-50-8 (далее просто блок УНЧ) весьма распространенная конструкция в советское время и является вполне типовым схемотехническим решением проблемы построения УМЗЧ для того времени.  Если посмотреть показатели, например, усилителя Радиотехника-101-стерео, то заявляется коэффициент гармоник не более 0,3%, что вообще-то многовато для транзисторной техники. Я намерено здесь заостряю внимание на этом показателе, да я знаю, что есть ламповые усилители, которые специально спроектированы с нужными искажениями  (пресловутый «ламповый» звук, т.е. по большей части наличие большой второй гармоники), так же я в курсе, что есть и транзисторные усилители, спроектированные с аналогичным подходом к искажениям. Исходя из выше сказанного, будет рассматриваться только тот вариант, когда УМЗЧ вносит как можно меньшие искажения в звуковой сигнал, если надо «ламповый» звук, то достаточно подключить предварительный усилитель с нужными «искажениями».  Обозначим планку гармонических (негармонических тоже) искажений в звуковом диапазоне как число менее или сопоставимое с 0,01%, что кстати, как я помню, значимо меньше, чем общие требования к аппаратуре Hi-Fi в 0,1%. Дуглас в своей работе добивается чисел в 0,001% и менее, нам для простоты задачи такие значения не обязятельны, да и есть подозрения, что разницу услышать будет невозможно. Так же поясню, что состав спектральный искажений рассматривать не будем, т.к. при таких маленьких значениях искажений услышать их обычному человеку невозможно, если возможно вообще.

Информация для размышления. Я где-то в старой книге 50-х годов читал, что обычный, нетренированный человек начинает хорошо различать гармонические искажения начиная с 0,5%.

Теперь можно перейти к разбору основных претензий к родному блоку УНЧ. Таких блоков, как я видел, есть два варианта. Будем рассматривать один из них (рис.1).

Рис. 1. УНЧ-50-8

Итак, в схемотехнике блока две основные проблемы:

  1. дифференциальный каскад хоть и питается источником тока, но токи в плечах на практике неодинаковы (например токи в коллекторах транзисторов VT2,VT4);
  2. наличие эффекта Эрли (по-простому, ток базы не постоянен и меняется сам вследствие изменения коллекторного напряжения) в нужном нам транзисторе усилителя напряжения VT10 в) отсутствие источника тока в дифференциальном каскаде VT7, VT10, хотя и там есть токовое зеркало (вот тут я не уверен, на указанное схеме это не токовое зеркало, но в некоторых источниках там включение транзистора VT3 другое и получается токовое зеркало, посему тут не ясно, что да как, моя колокольня говорит – что там зеркало).

Решение этих проблем значительно снизит искажения в УМЗЧ (в десятки раз). Более подробно и причинах и следствиях этих проблем можно почитать в книге Селфа Дугласа на нашем диске, я по возможности где-то буду приводить его соображения при принятии мной схемотехнических решений.

Вариант решения указанных проблем приведен на рис. 2. Сразу скажу, что это только один из вариантов, есть и другие.

Рис. 2. Вариант модернизации УНЧ-50-8

Теперь попробуем разобраться что, как и зачем было изменено. Все изменения, если не оговорено специально, я пометил разными цветами.


Зеленая «зона»

Для выравнивания токов в плечах дифф. каскада VT2,VT4 было введено токовое зеркало. По Дугласу такое решение резко снижает вторую гармонику в спектре искажений и последующие гармоники так же. Дополнительным плюсом такого решения является стабилизация постоянной составляющей на выходе УМЗЧ. Я добивался значений в 20 мВ на выходе без дополнительных усилий. Если постоянное напряжение на выходе работающего нормально блока больше 50 мВ, то возможно один из транзисторов в токовом зеркале сильно отличается по коэфф. h21э, стоит их подобрать и заменить.


Номиналы деталей следующие:

R5, R8 от 100 до 200 Ом, мощность > 0,125 Вт.

VT5, VT6 любой n-p-n с Uкэ > 50 В и h21э > 40.

Я для простоты монтажа на родной плате блока брал КТ961Б.


Бирюзова «зона»

Здесь используется классическая каскодная схема на VT7,VT10. Генератор тока обычный на VT8.

Информация для размышления. В усилителе Бриг-У-001, которые очень хвалят за хороший звук, так же используется каскодная схема в усилителе напряжения. Правда, там нет токового зеркала в дифф. каскаде, но есть подстроечный резистор, который выставляет уровень постоянной сост. на выходе УМЗЧ (выравнивает токи плеч каскада).

Я изменил номинал резистора R16 так, чтобы ток покоя в каскаде был равен току покоя в исходной схеме на рис. 1 (номинал можно набрать соединив параллельно резисторы, думаю можно воткнуть и 160 Ом без проблем).


Номиналы деталей следующие:

VD7, VD8 – любые диоды, например серии КД522 или 1N4148.

VD9 – стабилитрон на 4,7-5,1 В и стартовый ток стабилизации от 5 мА. Я точно не знаю нижнюю границу этого напряжения, опыт симулирования данной схемы в Мультисим показал, что мин. значение напряжения стабилизации где-то в этом районе. Если кто знает, скажите.

R10 – 30-51 кОм или около того, не сильно важно, мощность от 0,125 Вт.

R11 – можно рассчитать как (31 – 4,7) / (5 + 2) = 3,7 кОм, мощность как (5 + 2)*(5 + 2)*3,7 = 180 мВ (2мА тока «запаса»), мощность от 0,25 Вт.

VT7, VT10 – высоковольтные, например, КТ940А, КТ961А.

С4 – емкость Миллера, трудно сказать какая лучше, мой вариант в 33-47-51 пФ вполне работоспособен.


Красная «зона»

В этой «зоне» все изменения практически косметические. Резисторы в эмиттерах выходных транзисторов в 0,5 Ом – многовато, можно уменьшить до 0,33 Ом запаяв параллельно (со стороны дорожек платы) еще один резистор в 1 Ом. Дуглас рекомендует еще меньше, но сильно разбежаться не дает сама плата. Выходная цепочка Цобеля (R41, C13) – заменил на более обычную и привычную.

Неотмеченные изменения

Рекомендую конденсатор С3 в цепи обратной связи увеличить в два раза как минимум и поставить туда неполярный электролит. Более приемлемый вариант – увеличить ёмкость до 470-500 мкФ и соединить параллельно ему любой пленочный или керамический конденсатор с ёмкость от 0,1 мкФ.

Вот собственно и все изменения. Теперь некоторые мои замечания практического характера:

  1. все указанные изменения вполне можно смонтировать на плате блока УНЧ, с трудом, но помещается;
  2. качество печатной обычно так себе, по этому аккуратнее с пайкой, дорожки быстро отклеиваются;
  3. есть проблемная дорожка в разводке блока, это дорожка между эмиттерами выходных транзисторов  и выходом блока, которая слишком тонкая для текущих по ней токов, надо ее усилить (можно проводом МГТФ);
  4. аналогично лучше усилить дорожки в плате релейной защиты;
  5. токи покоя выходного каскада не стоит превышать (указан диапазон) и выходные транзисторы, например КТ805, не подобраны по близким характеристикам на заводе, поэтому токи покоя у них могут сильно различаться.

Измерения уровня искажений

Формально такая доработка, даже на таких транзисторах, должна спокойно привести к уменьшению уровня гармонических искажений к 0,01% или сопоставимым значениям. Измерения я пока не проводил – лень. Вот если кто-то их проведет, будет круто (вдруг скажет, что я тут наврал с три короба!), но могу сказать следующее, в Мультсиме 13 на аналогах отечественных транзисторов я получал на частоте 20 кГц 25 Вт на 4 Ом гармонических искажений в 0,022 %.

П.С. Я знаю, что есть целая ветка на форуме Вегалаб, эта модернизация вполне себе работающая, но в представленной искажений заведомо будет меньше.

Автор: Сидоров Дмитрий, г. Томск.


24 комментария: Очерки о модернизации модуля УНЧ-50-8

  1. null_device пишет:

    Как бы схема с подобием токового зеркала спокойно гуглится. И кроме, иного включениня vt3 там еще и vt1 другой проводимости (в силу чуть иной схемотехники). Ну и в целом, в ряде моментов, использованы иные схемные решения.

  2. Влад пишет:

    К автору этого эссе: без каких-либо “левых” модернизаций”, а просто приведя схему к изначальному виду, с теми комплектующими, которые в ней и должны били стоять, я без проблем получил уровень гармонических искажений почти на порядок ниже указанных здесь 0,022%. RRR-овцы(точнее бараны) банально не смогли переварить то, что им в начале 80-ых случайно попало в руки,

    • Arsenius пишет:

      Добрый день, Влад! Можете поделиться той изначальной схемой УНЧ, которую профукали рижане?

  3. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    схема собрана на приличных деталях тех лет, ничего не имею против 3107, КТ629, кт961, П308, проверенные и надёжные транзисторы. Другое дело, как всегда, не обошлось без наворотов, взять ту же защиту выходных транзисторов, от которой вреда больше. И все эти токовые зеркала выкинул бы тоже. Надежность только выиграет. Сейчас смотрю схемы Рода Эллиотта , проще некуда, классика, казалось, бери и делай, нет, у нас свой путь, нам – непременно помучиться .

  4. AVB пишет:

    Делал такую модернизацию несколько лет назад, используя эти модули от колонок S-70. Предварительный усилитель удален, регулируемый сигнал ЭМОС подавал через корректирующий каскад (собранный на 157УД2) на базу VT4, диоды VD1-2 убрал, заменен входной конденсатор. Добавлены конденсаторы по питанию. Вся эта конструкция вместе с задней стенкой S-70 была установлена в корпус S-90, в которой был убран ФИ и установлена горизонтальная перегородка для изоляции НЧ-бокса. Из динамиков был заменен СЧ и переделаны фильтры по совету Александра Бокарева. Сигнал подается непосредственно на УНЧ. Звук весьма порадовал. Сохранилось благотворное влияние ЭМОС.

  5. Ёшкин Кот пишет:

    Главная проблема подобных схем не абстрактный КНИ, за который так бьётся автор статьи, а динамические искажения и переключательные искажения выходного каскада.
    Без расширения широкополосности ООС с введением правильной коррекции этих проблем не решить. И этому “Мюллеру” даже Штирлиц не помощник.
    Без осциллограмм меандра, снятых в ключевых точках схемы, статья ни о чём. Я сделал по-другому, стало лучше, всем верить.
    Всё ИМХО.

    • Александр Ростов-на-Дону пишет:

      Вы железно правы. Битва за запятые в цифрах искажений давно неактуальна, как песня про зайцев. Главное- как звучит эта штука.
      Клячин забавно сказал, неважно на чем усилитель, хоть на соленых огурцах, главное, чтобы звучал прилично.
      К тому же. нам небезразлично, из чего состоят эти самые искажения, ведь цифра может быть впечатляющая одновременно с паскудным звуком, мало что ли примеров из жизни, всякие там NADы , не к ночи сказано.

  6. Сергей пишет:

    Друзья,а вас не смущает тот факт,что у кт805 f20мгц,а у кт837 1мгц!Ну это же бред!Вместо них кт864 кт865 без всяких доработок.

    • Влад пишет:

      Очень интересно, как ты себе представляешь замену без всяких доработок транзисторов ВК в корпусах КТ-28(ТО-220) на транзисторы в корпусах КТ-9(ТО-3). )))
      Если кого-то смущает указанное различие между КТ805 и КТ837(почему-то инженеров-рижан это нисколько не смутило :) – да потому, что оконечник в закорректирован намертво), то можно без каких-либо доработок заменить их парами 3-МГц-вых КТ818/819 в корпусах КТ-28 (ТО-220)

  7. Victor пишет:

    Смысл токового зеркала в коллекторных цепях дифкаскада непонятен, да простит меня Дуглас Селф. Ведь коллекторные токи должны изменяться там в противофазе, а токовое зеркало копирует ток одного плеча во второе плечо. Абсурд-с.

  8. Игорь пишет:

    Если поднять питание оконечника до 52 вольт, на сколько поднимется выходная мощность? И есть ли смысл от такой модернизации?

    • Влад пишет:

      До +/-52В что ли? Интересно, чем(каким транзисторами в ВК), и на каких радиаторах ты собрался рассеивать мощность порядка 150- 180 Ватт. ))) Рассчитывать-то или хотя бы в симуляторе моделировать подобные схемы можешь, или всё “на шорох”, как бог послал, делаешь? ;)

    • Андрей пишет:

      О, да! смысл – есть, видимо, если для вас главное – борьба за выходную мощность, но действие в данном усилителе… бессмысленное и беспощадное, ИМХО.
      Как и данная статья, пожалуй. Взять и “выпилить” второй дифкаскад – сомнительная идея. Я ставил вместо VT5, VT8 – токовое зеркало на трёх транзисторах, его называют именем Вильсона, это хорошо помогает выровнять токи коллектора транзисторов второго ДК.
      А почему путь беспощадный – угробите вы экспериментами оригинальную схему с высокой вероятностью, и затем купите наборы на микросхемах и замените на них оконечные УНЧ.

  9. Роман пишет:

    Здравствуйте! Какой номинал у резистора R41, выгорел не прочитать?

    • Инженер пишет:

      2,7 или 10 ОМ – в зависимости от модификации . Но его спалить невозможно! Он включен через конденсатор,который сгорит первым(смотри из за чего возбуждается усилитель на ВЧ частоте).

  10. Юрий Робертович пишет:

    Сделал бы на LM3886 даже китайской, и НЕ МУЧИЛСЯ.
    Никакого пОнта в УНЧ-50-8 нету.

    • А.Б. пишет:

      Судя по количеству примененных транзисторов , у авторов была задача из трех никудышних транзисторов сварить один кудышний. Либо на складе неликвидов затоварились и дали команду сверху – не жалеть транзисторы , любыми путями.
      Либо дефицит резисторов толкнул на путь впихивания во все узлы схемы источников тока, начитавшись Горовица-Хилла. Печальное зрелище.

      • Андрей Н пишет:

        Как прокомментировал в ветке форума “Паяльник” про УМЗЧ с супер-А один известный в кругах ламповиков толковый конструктор , “как же может сигнал остаться неискажённым, пройдя через 40 полупроводниковых переходов” , и его же фраза “усилитель на одном транзисторе всегда лучше, чем на 15ти.. “.
        У каждого своя религия, свои мантры… и свои заблуждения, не без этого!
        На самом деле нагруженный на правильно сгороженный источник тока второй ДК будет развивать полную амплитуду без риска искажений или ограничения сигнала.

  11. Иван пишет:

    Несколько совершенно незамеченных аналитиками странностей:
    1) зачем в токовом зеркале нужны КТ961Б при среднем токе через каждый транзистор в 1мА?
    2) зачем в качестве VT10 использовать КТ940А или КТ961А, если подводимое к нему напряжение менее 10-ти вольт? Я здесь чаще всего использую 2N2222 или BC547, в зависимости от задаваемого максимального тока каскада.
    3) зачем точку между R10 и R11 заземлять?
    4) почему VD9 выбран аж под 5-ть вольт? Достаточно 3-3,3В. Чрезмерное увеличение напряжения стабилитрона в итоге снижает выходное напряжение.
    5) почему убран резистор из эмиттера VT10?
    Заданные мною вопросы определяют безусловные ошибки а не желание услышать ответ.
    Странно, что автор переделки не начал вводить изменения в схему с выходных транзисторов. Самое простое – это использовать неоднократно рекомендованную Александром Бокаревым пару BD911 и BD912 или используемую мною в настоящее время D44H11G и D45H11G. В последнем случае очень большой разброс по усилению – разумный подбор необходим.
    КТ626 заменить на BD140.
    Еще большие проблемы у самой печатной платы. “Гуляющие” дорожки для высокоскоростной схемы совершенно неприемлемы.

  12. Виктор пишет:

    Прочитал опус автора доработок – загнал в микрокап, в итоге результат получился на порядок хуже, чем в стоковой без каких либо доработок версии..))..особенно сильно упала глубина ООС в области ВЧ из-за более низкого первого полюса АЧХ на диаграмме Боде – у УНЧ-50-8 это значение находится в области 25..30кГц, что автоматически обеспечивает выполнение условия динамической линейности вплоть до мощностей 50Вт. Именно это и обеспечивает этому усилителю комфортное звучание в ВЧ части спектра – никая ТДА с ним не сравнится…я испытывал УНЧ-50-8 вплоть до частоты 200 (!!!) кГц в полосе полной выходной мощности, при этом THD на FFT анализе “железного” анализатора спектра был 0,3% – найдите мне второй такой усилитель, который сможет это повторить..для устранения сквозных токов параллельно резисторам в эмиттерах первой и второй ступени ВК были включены форсирующие конденсаторы в 0,1мкФ.

    Я считаю, что дорабатывать надо узел защиты ВК (именно он вносит львиную долю искажений) оставив в покое все остальное…

    И еще один момент – усилитель выдерживает работу на нагрузку 2 Ом (ВК D44H11/D45H11, эмиттерные резисторы 0,22Ом)

  13. Эндрю КУ! пишет:

    посоны, простой вопрос: хочу тупо поменять электролиты, есть вопрос к номиналам, легко можно их увеличить, но надо- ли? Скажем с14- с15 указаны 5u возможно они используются как шунтирующие? то- же касается и с16, с17. Короче, кто умный подскажите, есть ли смысл впринципе их ставить, и увеличивать номиналы?

    • Инженер пишет:

      К названным конденсаторам в блоке питания усилителя должны стоять конденсаторы большОй емкости. А с14- с15 и с16, с17 просто шунтируют длинные провода питания. Но если позволяет место – то можно и добавить по 2000мк к каждому с напряжением не ниже 40В. (увеличится “глубина” НЧ частот).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.