Усилитель Stonecold

[Boss]

Здравствуйте, форумчане! Я не очень опытный радиолюбитель и решил собрать вот эту схему. Смотрите вложение.

Принципиальная схема усилителя Stonecold

Эта схема достаточно простая и я думаю, что мне под силу. Правда у меня несколько вопросов по ней, которые я не понимаю.
1. Почему выход DA1 ОУ никуда не подключен? Нет ли ошибки в схеме?
2. Посоветуйте, пожалуйста, более современные комплектующие, думаю, что операционник TL071 уже устарел и, вполне, можно найти что-нибудь поинтереснее. Всем спасибо заранее!

[BASkow]

УРА!!! Я его победил! Усилитель - СУПЕР!

Предыстория
Я проводил замеры на RMAA и результаты странно говорили о неуклонном завале частот начиная с 10 кГц (-0,3 dBA) до 10 Гц (-5,5 dBA).
Предом добавляешь низких, и они как-то слабо добавлялись (по результатам RMAA) - расчетно подъем частот должен быть +12 dBA, а по факту где-то +7 dBA. Когда решили с другом прослушать усилитель на более мощных колонках на полную громкость, и друг сразу заметил что маловато баса, я выкрутил низкочастотную ручку на максимум и один из каналов тут же затих, через пару секунд и второй...
Сгорели все предохранители и ... шунтирующие диоды выходных транзисторов! на схеме в первом посте VD7, VD8 у меня стояли не выпрямительные 1n4007, а шоттки 1n5819.
Я специально поставил шоттки, так как они меньше шумят. И хотел было заменить на "положенные" 1n4007, как до меня дошло, что возможно на низких частотах через них проходил обратный ток, и они не давали усилителю раскрыться. Тем более, у меня ведь не дарлингтоны, а обычные транзисторы на выходе. Убрал эти диоды.

Появились низкие частоты. Они не выпирают как обычно это бывает на муз.центрах или сабвуферах, а наполняют всю комнату.
Теперь усилитель просто ураган! TDA7293 что в обычном включении, что в схеме ИТУНа отдыхает! по мощности и динамичности наверное можно сравнить с советским усилителем Амфитон. Звук не только слушаешь, но и ощущаешь!

Так же провел сравнительное прослушивание с конденсатором локальной ООС и без него. Вначале если быстро включить и выключить разница не уловима. Но когда слушаешь одну и туже композицию в разных вариантах, то становится ясно, что без конденсатора звук приобретает объем, с закрытыми глазами легко представить расположение инструментов в пространстве! А когда слушал саксофон, то было ясное впечатление, что он не за колонкой, а прямо перед ней, будто нет АС, а это саксофонист стоит играет в комнате!

Сравнивал с музыкальными центрами Technics (триампинг), AIWA - звук стоунколда на порядок лучше!
Усилитель супер!

[Алаев Ян]

Я проводил замеры на RMAA

что в схеме ИТУНа

Некоторые участники форума точно не понимают, что это.

А на какой акустике проводилось прослушивание усилителя???

[BASkow]

RMAA - Тест RMAA предназначен для тестирования качества аналоговых и цифровых трактов любой звуковой аппаратуры - звуковых карт, портативных mp3-плееров, бытовых cd/dvd-плееров, а также акустических систем.

ИТУН - источник тока (усилитель с высоким выходным сопротивлением)
Ссылка на подобную схему здесь

Акустика - моя собственная (целый год над ними трудился ), двухполосная, фото могу чуть позже выложить. А также пробовались "старые" добрые колонки S-90.

[BASkow]

Вот моя акустика. Динамики Visaton W130S + Vifa BC25TG. Фазоинвертор в виде щели настроен на 31 Гц.
Корпус 22мм МДФ, облагорожен натуральным шпоном, покрыт белым лаком на 3 слоя.
Высота акустики 0,9 метра.

[Алаев Ян]

Вот пожалуйста схема, я ее только в программе тестировал, в железе еще не проверял. Если реализуете, отпишитесь!

У себя вместо данной защиты, я на плате установил:
- вместо резисторов 0,075 5W - дроссели с ферритовыми сердечниками
- вместо диодов 1N4937 - предохранители, можно самовосстанавливающиеся с рабочим током не менее 3 ампер.

[poty]

Посмотрел схему быстро, но не всё "вкурил". Прошу прощения, если что-то не то говорю.
Я так понимаю, что сенсором является сопротивление 0,075Ом, установленное в цепи база-эмиттер биполяров. При среднем напряжении открывания биполяров примерно 0,65-0,7В, игнорируя пока падение напряжения на резисторе 5,6 кОм имеем, что схема будет срабатывать при 8,7-9,3А тока. Будем считать, что усиление биполяров велико, значит, при этом напряжении замкнётся Gate на Source у полевика и он, по идее, должен закрыться. Но тогда пропадает ток через сенсор, биполяр закрывается, полевик открывается снова. Это я как бы процесс "установления" в защиту описываю. В результате (имея в виду идеальность компонентов), ток в нагрузке (и через полевик) будет ограничиваться этим самым моментом срабатывания (т.е. 8,7-9,3А), при этом на биполяре будет примерно пороговое напряжение полевика (4-5В), ток через биполяр будет ограничиваться резистором 10к (примерно 3,3мА), напряжение Drain-Source полевика максимально (при коротком замыкании в нагрузке) будет равно 37В минус падение напряжения на 0,075 (то есть, 37-0,7В=36,3В, примем для простоты =36В), мощность, рассеиваемая на полевике - 36*9=324Вт. В данном случае, полевик просто сгорит, то есть выполнит роль плавкого предохранителя. Или я ошибаюсь?

[Алаев Ян]

Владислав, вы все карты раскрыли! Шутка!

Все верно заметили, максимальная мощность рассеивания на полевике может достигать 320-340 Вт.
Однако, указанные полевые транзисторы на схеме способны работать до мощностей в 200 Ватт. поэтому предполагалось транзисторы устанавливать парами (по 2 штуки на каждое плечо), монтируя на плату проводами, а транзисторы крепить к металлическому шасси корпуса (под платой).
В паре их предельно возможная мощность, даже если КЗ будет сразу за ними (например, конденсатор закоротит) - 188 ватт.
Более того, трансформатор, по крайней мере в моем усилителе способен выдать 70-80 ватт мощности, при увеличении которой будет просто падать напряжение. Таким образом, и указанные 188 ватт, это теоретический предел, который в железе никогда не будет возможен. К тому же на первичной обмотке трансформатора тоже должен быть предохранитель, то есть если трансформатор и выдаст импульс в 10 ампер при напряжении 37 вольт, то предохранитель в первичке (или гнезде сетевой розетки корпуса) перегорит.

Резистор, 5,6 кОм - по сути подстроечный - от него зависит сколько теоретической мощности (или просто в %) пойдет в нагрузку в зависимости от ее сопротивления. То есть, на 4 Омной нагрузке при резисторе 5,6 кОм теоретический предел 259 ватт, а уже на 2 Омной - 218 ватт. А так как динамическая головка НЧ звена имеет разное сопротивление на разных частотах, то возможно на 3 Ом громкость будет ограничиваться из-за частичного включения защиты. То есть, если нужно чтобы на 3 Ома, или даже 2 Ома, приходилось как можно больше мощности, и защита не вмешивалась, то это (5,6кОм) сопротивление нужно увеличить, например, до 20 кОм. При номинале менее 50 Ом защита подключается уже на 4 Омах нагрузки.

Как Вы правильно заметили, схема при КЗ скорее всего не четко отключит нагрузку, а создаст так называемый "дребезг", и какая-то частота все равно будет проникать далее в схему. Но надежда на конденсаторы и все-же низкое напряжение этого "дребезга". Поэтому и интересно как в железе эта схема работает.

Схема в работе во вложении.


Я бы еще немного изменил схему, а именно номиналы датчика тока с 0,075 Ом на 0,2 Ом, только мощность резистора скорее всего придется повысить до 10 Ватт, хотя если транзисторы будут отдавать мощность более 100 Ватт в режиме КЗ, то на их фоне немного перегретый резистор в 5 Ватт не такой уж горячий будет.
И тогда еще подстроечный резистор в 5,6 кОм заменил бы на 56 кОм.
При таких номиналах защита начнет включаться уже при потреблении тока усилителем более 3,5 Ампер, и при этом не будет вмешиваться в работу при нагрузке от 3 Ом и выше (то есть 8 Омная акустика будет работать в полную мощность). Это также обеспечит "плавный" заряд емкостей в момент включения усилителя.
Еще возможно как-нибудь прикрутить емкость параллельно резистору 10 кОм, возможно это позволит избежать "дребезга" в работе схемы.

Что плохо в этой схеме - датчики тока будут выдавать шум в работу усилителя, поэтому лучше набирать составной резистор из двух-трех резисторов. чтобы площадь сечения датчика тока была большой и они меньше грелись.

Схема в симуляторе с информацией о мощностях и напряжениях

[poty]

Владислав, вы все карты раскрыли!

Нет, ну нужно же предупредить потенциальных повторителей этой схемы от выжигания всего их запаса полевиков.
Прежде всего, хочу заметить следующее. Насколько я понимаю, Вы предполагаете использование для каждого канал отдельной защиты? Тогда давайте посчитаем. Предполагается, что усилитель имеет 200Вт на 8 Ом и 100Вт на 4 Ом, т.е. предельный выходной ток (P=I*I*R => I=(P/R)^0,5) в обоих случаях предполагается в районе 5А RMS, независимо от нагрузки. Сейчас не будем мелочиться по поводу токов предварительных каскадов, потому что даже в этом случае пиковое значение тока на синусоидальном сигнале будет составлять 7А. Музыкальный же сигнал далёк от синусоидального и соотношение пикового тока к RMS может достигать 10 или даже 20. Это я к тому, что изначально предполагается, что защита будет срабатывать даже в случае нормальной работы усилителя, что не есть хорошо и вот почему.
В реальности, мы рассчитываем на то, что усилитель будет нормально работать хотя бы до 10 Гц (период - 0,1сек). Ток - это заряд в единицу времени (I=q/t). Мы вынуждены ориентироваться на то, что в момент срабатывания при нормальной работе нам необходимую энергию предоставят конденсаторы. Итак, заряд, который нам нужно компенсировать - q=I*t=5*0,1=0,5Кл. С другой стороны - ёмкость равна C=Q/U. Посмотрим, на сколько "просядет" напряжение на конденсаторе после такой потери заряда (будем исходить из 35В номинального напряжения и ёмкости в 5000мкФ). "Обычный" уровень заряда Qnom=0,005*35=0,175Кл. Упс! Он уже меньше 0,5Кл, которые "уходят" на компенсацию периода в 10Гц. Конечно, можно надеяться, что в этот момент всё же будет какой-то ток через полевик, который "поддержит" нас в трудную минуту, с другой стороны,

трансформатор, по крайней мере в моем усилителе способен выдать 70-80 ватт мощности, при увеличении которой будет просто падать напряжение

не даёт мне оснований надеяться, что такой ток вообще будет, учитывая все потери и реальное внутреннее сопротивление источника питания. Т.е., с моей точки зрения, очевидно, что напряжение просядет капитально. Не примите за критику, просто тупой расчёт.

Все верно заметили, максимальная мощность рассеивания на полевике может достигать 320-340 Вт.Однако, указанные полевые транзисторы на схеме способны работать до мощностей в 200 Ватт.

Охо-хо! (... и бутылка рома ) Я, конечно. прошу прощения, но всё гораздо грустнее. Указанная мощность - это так называемая предельная реактивная мощность, которую могут выдержать внутренние элементы конструкции. Я долго этого понять не мог, пока на одном из семинаров компании Linear в Москве (огромное спасибо им за такие подарки! без доли сарказма говорю!) мне не продемонстрировали это воочию. Вы это можете сделать сами в своей программе-симуляторе (мне это, естественно, демонстрировали в их LTspiceIV): на закрытый транзистор подайте сигнал предельного для сток-истока напряжения и очень высокой частоты (гигагерц, например). Вы увидите гигантские токи, которые вдруг начали протекать и мощность получается фантастической! При этом, через сам транзистор ничего не протекает и никакая мощность на нём не рассеивается!
При реальном применении, всё ограничивается возможностями теплового рассеяния. Не поленился, загрузил даташит на IRF5210 в корпусе TO-220:
PD @TC = 25°C Power Dissipation 200 W
Linear Derating Factor 1.3 W/°C
RqJC Junction-to-Case 0.75 °C/W
RqCS Case-to-Sink, Flat, Greased Surface 0.50 °C/W
От этого уже можно отталкиваться для расчёта максимальной мощности. Принимаем тепловое сопротивление радиатора = 0,25°C/W (это очень большой радиатор, поверьте). Итак, для любой температуры выше 25°C предельная мощность рассчитывается как P=200-1,3*(T-25). С другой стороны, температура корпуса (ориентируемся на максимальную температуру окружающей среды 40°C) будет равна T=40+P*(0,75+0,5+0,25)=1,5*P+40. Подставляем в предыдущую формулу и решаем относительно P: P=61W. Вот и все "пироги".
Этот расчёт можно найти практически везде.

Резистор, 5,6 кОм - по сути подстроечный - от него зависит сколько теоретической мощности (или просто в %) пойдет в нагрузку в зависимости от ее сопротивления.

Это я не очень понимаю... Вы используете ток базы, чтобы отрегулировать порог срабатывания? Ну... Я бы так делать не стал. Во-первых, он нестабилен, во вторых - это ещё один осцилляционный механизм, в третьих... Мне кажется, проще поставить детектор выходного напряжения в параллель с нагрузкой, чтобы решить проблему раз и навсегда.
Этот резистор нужен, чтобы защитить биполяр от пробоя при импульсном повышении тока - не более того.

[Алаев Ян]

Ну значит в топку эту схему..
сейчас читаю книгу Дугласа Селфи он вообще предлагает всю защиту делать от отдельного источника питания и на реле, а ток если и ограничивать, то только в самом УМЗЧ используя датчики тока на выходных транзисторах (и то даже такая защита имеет массу проблемных мест).
Видимо лучше разработать релейную защиту. Тем более такую защиту можно сделать универсальной - навесить детекторов перегрева, например, детектора сигнала для автоматического отключения/включения, логику... и т.д., и т.п. А со всем остальным справятся обычные предохранители.

[poty]

Нет, ну так кардинально нет смысла поступать!
Любая защита имеет кучу мест и ситуаций, где она не действует. Реле - известное дело, но они срабатывают со значительной задержкой, имеют дребезг контактов, мощными реле трудно управлять... Универсальная защита должна строиться на микроконтроллере, вместе с системой управления устройством. Тогда возможно предусмотреть всё. Однако, я считаю, если дополнить Вашу схему системой удержания полевика в закрытом состоянии после обнаружения перегруза, то она вполне может применяться в данном конкретном случае.

[Cretu72]

Есть готовый Stonecold, настроенный.
Выходы - 2SA1943 2SC5200, предвыход 2SA1837 2SC4793, операционник NE5534 дополнительно сбалансированный.
Предварительный на AD823, индикаторы выходной мощности на неоновых лампах ИН-13.
Защита АС. Трансформатор тороидальный, в выпрямителе ультрафасты SR30100.

[Cretu72]

Представляю нашумевший в сети усилитель Stonecold (Холодный камень).
Является законченным изделием, имеющим предварительный усилитель и отключаемый темброблок. В выпрямителе применены диоды Шоттки SR30100 в удобном корпусе ТО-220. Емкости по 22 000 мкф в плечо. Отдельный стабилизатор, питающий предварительный усилитель. Тороидальный трансформатор небольшой высоты, позволивший сделать аппарат очень невысоким - 60 мм, при этом развивающий мощность 60 Ватт на канал. Кроме того, надо отметить логарифмический индикатор выходной мощности на газоразрядных трубках ИН 13, какие стояли в Олимпах 004 и Электрониках. Смотрятся очень красиво.
Верхняя крышка из дерева, обтянутая декоративной немецкой пленкой под благородные породы дерева. Звук очень достойный - темброблок его не портит.

Индикатор на ИН -13

Мой Stonecold

[Cretu72]

Схема такова:
Только применены транзисторы вместо VT1 VT2 2N5551 и 2N5401 соответственно;
вместо VT3 VT4 2SA1837 2SC4793 соответственно;
вместо TIP142 TIP147 (составные) Тошибовские 2SC5200 и 2SA1943.
Диоды D1 D2 в базах выходных транзисторов у меня стоят Шоттки 1N5819 с падением 0,3 вольта.
Это предохраняет транзисторы выхода. Джампер JP1 замкнут.
C2 - 1000 pF C3 - 47 pF хорошая керамика.
Операционники NE5534,сбалансированные в "0" (хотя в принципе без балансировки было где то 17мВ).
Ну еще перфекционистский подход к делу и все заиграло! Детализация действительно исключительная.
И еще... надо обязательно разделить силовую и сигнальную входную землю резистором 5 - 10 омиков.

[poty]

надо обязательно разделить силовую и сигнальную входную землю резистором 5 - 10 омиков

Этот момент непонятен. В силовом блоке "земля" представлена конденсаторами С8-С11 и выводом динамика. Если между этим блоком и другими "землями" поставить резистор, то получится, что в цепь ОС будет включено дополнительное сопротивление, уменьшающее open-loop усиление. Большое open-loop в этой схеме используется для компенсации ступенек при работе в классе B, значит, по идее, это сопротивление повысит КНИ?

[Cretu72]

Я ставил резистор на 3,3 Ома на входе ( разделение земель), нелинейные искажения на слух не возросли,а вот фон исчез совсем.
Так что надо выбирать одно из двух зол.

Привожу немалоизвестную схему предварительного усилителя с темброблоком,примененного в моей конструкции.
Я использовал ОУ NE5532 - больше по звуку понравились.
В последующих конструкция я темброблок совсем исключил.

Предварительный усилитель

Предварительный усилитель 2 часть

p97-f400.gif (6.28 КБ) 2890 просмотров

[poty]

Я ставил резистор на 3,3 Ома на входе ( разделение земель), нелинейные искажения на слух не возросли,а вот фон исчез совсем. Так что надо выбирать одно из двух зол.

На входе - это между входными RCA и землёй?

[Алаев Ян]

Я ставил резистор на 3,3 Ома на входе ( разделение земель), нелинейные искажения на слух не возросли,а вот фон исчез совсем.

Покажите прямо на схеме место установки этого резистора!

[Cretu72]

Точка соединения R1, R3, C12 через резистор 3,3 Ома соединена с землей.
Это реализовано прямо на печатной плате усилителя.
(Номера деталей соответствуют приведенной выше схеме усилителя мощности).

[poty]

Защёлка

Ну, хотя бы так.

[poty]

Ян попросил меня добавить этот скан статьи!

Схема усилителя раскачки очень похожа на StoneCold, но выходной каскад у них отличается значительно.