Усилитель JLH 1969: опыт сборки на досуге
Так получилось, что некоторое время назад мне потребовался достаточно компактный усилитель мощности для полочных колонок. Ограничение накладывалось размером ниши (32 см в ширину и высоту), в которую предполагалось установить усилитель. Новые усилители заслуживающих доверие брендов сразу отпали по соображениям стоимости, а рынок б/у предлагал только мутные варианты о которых я ничего не знал, и продавцы не спешили ничего рассказывать.
Был еще вариант китайских усилителей класса D: обещана огромная мощность, околонулевые искажения и компактный корпус. И при всем при этом цена на уровне нескольких тысяч рублей! В отзывах сплошь похвала и одобрение. В результате купил усилитель фирмы S.M. S.L. На следующий день сдал обратно в магазин: казалось, что слушаешь скрежет стекла. Короче, звук был очень неприятным.
Тогда и возникла идея самосбора. Схема должна была быть простой в сборке и настройке, широко распространенной, не требовать дорого оборудования и редких деталей, а также обеспечивать хорошее качество звука в небольшой комнате. В качестве такой схемы остановился на широко известном классическом усилителе Джона Линсли-Худа от 1969 года (он же «JLH 1969»). На самом деле схем, удовлетворяющих заданным критериям, множество, и у каждой свои приверженцы, свои плюсы и минусы. Основные минусы JLH: требовательность к компонентам, постоянное высокое потребление электроэнергии и, как следствие, сильный нагрев, невысокая выходная мощность (раскачать более 10 ватт на канал надо очень постараться). Указанные недостатки меня не смутили и я начал изучать теорию. Вот примерный список:
За 20–30 долларов на Али продаются готовые комплекты для сборки (плата + детали россыпью), но так как хороший звук будет только при хороших деталях, имеет смысл заказывать там только печатные платы, а детали добывать в местах, вызывающих больше доверия. Я заказал две платы (правый и левый каналы для симметричного расположения в корпусе).
Пока ждал платы, спроектировал корпус из фанеры под размеры ниши. Фанеру 10 мм купил и раскроил в Леруа, отобрал куски без сучков. Боковыми стенками корпуса должны были служить солидные алюминиевые радиаторы типа АВМ-053–150 (123×38х150 мм), по две штуки на правую и левую стенку.
Вот, собственно, схема, скопированная со странички продавца печатных плат, на которой указал красным шрифтом детали, которые запланировал использовать:
Схема усилителя
В сравнении с предлагаемой схемой, увеличены емкости конденсаторов, а транзисторы заменены на те, которые удалось достать. Маломощные транзисторы подбирались по коэффициенту усиления на выдаче в магазине (за что большое спасибо сотрудникам), получилось подобрать транзисторы 2N2907A с коэффициентом усиления порядка 170 и около 200 для 2N1711. Мощными выходными транзисторами TESLA KD 3055 (1980 г. выпуска) поделился товарищ, у которого они были из источника, не подлежащего разглашению. Среди них удалось отобрать две пары с коэффициентами усиления 55/57 и 67/68. Для схемы очень важна идентичность параметров транзисторов выходного каскада, потому один из каналов получается чуть громче, но это несложно скомпенсировать при дальнейшей настройке. Более того, просто перемещение головы слушателя приводит к гораздо большему перепаду воспринимаемой громкости, чем такая разница коэффициентов усиления выходных пар транзисторов.
Несмотря на то, что транзисторы TESLA заведомо оригинальные, с некоторых из них при мойке спиртом начисто стерлась маркировка. Хорошо, что успел заранее пронумеровать маркером. Маркер спиртом не смылся.
Для измерения коэффициента усиления мощных транзисторов собрал вот такую схему с двумя амперметрами и питанием от двух батареек АА (2×1.5 вольта):
Измеритель коэффициента усиления мощных транзисторов
Очень удобно подобрать ток базы равным 1 мА, в этом случае показания второго амперметра покажут коэффициент усиления. В показанной на рисунке схеме он равен 60. Кстати, все схемы, которые требовали моделирования, проверял через Falstad Circuit Simulator, скриншот из него. Рекомендую.
Мелочевку на плату тоже старался подбирать качественную: конденсаторы EPCOS и Panasonic, подстроечные резисторы Bourns, маломощные сопротивления не 0.125 Вт, а на 0.25 Вт.
Отдельного внимания потребовал блок питания. При изучении цен и наличия в магазинах вышло, что качественный импульсный блок питания выйдет дороже, чем трансформаторный. А использовать фонящий дешевый китайский БП или курочить хороший компьютерный не выглядело хорошей идеей. Потому был выбран самый обычный классический трансформаторный блок питания с фильтрующими конденсаторами, разделенными резистором. Расчет показывал, что даже такой фильтр гасит колебания питающего напряжения очень и очень эффективно. Убедиться в этом можно смоделировав БП и измерить уровень пульсаций: они составляют доли процента (и действительно, 50 Гц в колонках не слышны даже в полной тишине):
Моделирование блока питания
Трансформатор использован тороидальный,18 вольт, 6 ампер, с одной вторичной обмоткой. Фильтрующие конденсаторы EPCOS на 35 вольт, 22 тыс. мкФ, включены в две группы по две штуки. Сопротивление — цементное, на 20 ватт, 0.44 Ома. Выпрямитель — диодный мост на 50 ампер 100 вольт, установлен на теплоотводе. Можно использовать радиатор от старого процессора типа 486 и т.п. Можно купить выпрямитель подороже, с меньшим падением напряжения на диодах, и он будет греться меньше.
Результирующее напряжение на выходе блока питания на холостом ходу — 26 вольт. Под нагрузкой снижается до 22 вольт.
При желании можно поэкспериментировать с питанием каждого канала от отдельной обмотки трансформатора, через отдельный выпрямитель, но я решил не усложнять схему. Полагаю, лучше иметь питание двух усилителей от двойной емкости в фильтре, чем каждого от одинарной.
По прибытии плат занялся монтажом схемы. Вот как выглядела собранная плата одного из каналов:
Как видно, конденсатор C6 не уместился и был подключен проводами на обратной стороне платы, а разъемы с нужным шагом отверстий не встали на свои места
Для крепления платы к радиатору потребовалась диэлектрическая прокладка (на плате присутствуют металлизированные переходные отверстия для силовых транзисторов). О ней почему-то не пишет никто из собиравших данную схему. Пришлось вырезать из обложки файла для бумаг.
Зеленое — пластик из обложки папки для бумаг. Дополнительно была проверена его теплостойкость, чтобы не расплавился во время работы устройства
От самого радиатора транзисторы отделены керамическими прокладками. Изоляторы для ножек найти в продаже не удалось, пришлось кропотливо подбирать положение ножек так, чтобы не было замыкания на радиатор.
Вот и сам радиатор, одновременно выполняющий функцию боковой стенки. Собран из двух отдельных радиаторов, соединенных на винтах толстым алюминиевым уголком. Щель между радиаторами для поступления охлаждающего воздуха внутрь корпуса
Далее поженили плату и радиатор. Вот так выглядит собранный усилитель одного канала
В таком виде можно подключать питание и начинать отладку и настройку
Питание подано, вход закорочен. Можно отлаживать
Согласно рекомендациям, выставил половину питающего напряжения на плюсовой клемме С6 (для этого предусмотрена специальная контактная площадка на плате) и настроил ток потребления равным 1.2 А, на этом настройка завершена. В таком режиме в открытом корпусе через час транзисторы достигли устойчивой температуры 47 градусов
Через час работы. Транзисторы покрашены в черный для лучшего считывания температуры
В итоге все было расположено в корпусе (прошу прощения за топорный дизайн а-ля дикобраз из Икеи)
На верхней крышке планируются отверстия для вентиляции. На задней стенке три разъема для подключения колонок, держатель предохранителя, провод питания. Дополнительно будут расположены RCA-разъемы для входного сигнала. На нижней поверхности резиновые ножки.
На передней стенке только выключатель и индикатор питания, лампочка на 6 вольт и 0.12 ампер. Она помогает разрядить конденсаторы фильтра после выключения питания. Иначе усилитель еще некоторое время «поет», переходя в хрипы и искажения. Для ограничения тока через лампочку необходимо использовать резистор мощностью не менее 2 ватт, я подобрал 180 Ом .
А что по звуку? Я бы охарактеризовал его так: он не утомляет. Проверено на длительном прослушивании спокойного джаза.
В целом проект напомнил то, как было принято собирать схемы радиолюбителями в СССР, кому это нравится, рекомендую к повторению.
