ВСКРЫВАЕМ УСИЛИТЕЛЬ

Опубликовано в журнале "Мастер 12вольт" № 24(апрель 2000)

© А.И.Шихатов 2000

ВСКРЫВАЕМ УСИЛИТЕЛЬ

    Эту процедуру мы проводим намеренно. Цель одна - познакомить хотя бы вкратце наших читателей с внутренним строением современного мощного усилителя. Чтобы для тех, кому усилитель представляется "черным ящиком" с набором входов и выходов, процесс его вскрытия и оценки схемотехники и элементной базы был не столь страшен, а помогал на основе "визуального контроля" сделать выводы о качестве изготовления и, соответственно, рабочих возможностях.
    В качестве препарируемого объекта был выбран современный мощный усилитель Lanzar OptiDrive 500.2, впервые показанный на WCES'2000 в январе нынешнего года.
    Далее слово специалисту.

    Сначала - общее впечатление. Очень солидно снаружи (фирма есть фирма). Большой и увесистый. Все накладки и крышки закреплены винтами "под шестигранник". Возьмем этот шестигранник из комплекта усилителя, откроем крышки и посмотрим, что внутри.

    Монтаж производит прекрасное впечатление. На плате нанесены не только позиционные обозначения элементов, но и функциональное назначение отдельных участков схемы. Это не лишнее, если учесть, что весь усилитель вместе с предварительными каскадами и блоком питания выполнен на одной печатной плате. Отсутствие межплатных разъемов повышает надежность конструкции. Нет на печатной плате и перемычек, обычных для большинства моделей "ускоренного проектирования". Это сразу говорит о тщательной разводке проводников на плате и проработке конструкции в целом. Об этом же свидетельствует надпись на плате - "сконструировано вручную", если дословно. То есть программе разводки печатных плат слепо не доверяли, а проверили и заставили сделать без перемычек. Монтаж всех транзисторов на общем радиаторе через теплопроводящие прокладки достаточно типичен для современных усилителей. Транзисторы использованы в пластиковых корпусах, поэтому они прижаты к радиатору не винтами, а пружинными клипсами. Способность металлических корпусов отводить тепло несколько выше, но монтаж их намного сложнее, поэтому используют их очень редко.

    RCA-разъемы позолочены - без этого в сигнальных цепях нельзя. Золоченые клеммы питания и выходов выполнены из сплошного металла, а не отштампованы из жести, как это часто бывает в недорогих моделях. При максимальной мощности 900 Вт потребляемый ток будет не менее 100 ампер, поэтому сечение клемм должно быть максимальным, чтобы предотвратить потери энергии. Насчет пользы золочения в данном случае можно спорить, толщина покрытия - микроны, и оно никак не влияет на электрические характеристики. Защита от окисления - да, но такой усилитель вряд ли поставят в "мокрое" место. Впрочем, золото пусть остается...

    Эффективный массивный алюминиевый радиатор сразу производит впечатление. Масса усилителя 10 кг, из них как минимум 8 приходится на радиатор. Размеры корпуса-радиатора 500х277х75 мм, площадь только наружной поверхности составляет более 2000 см2, поэтому неглубокое оребрение носит скорее декоративный характер. Тем не менее даже небольшие ребра увеличивают охлаждающую поверхность по крайней мере до 3000 см2. И это только с наружной стороны! С учетом внутренних ребер площади радиатора этого вполне достаточно, чтобы при работе с мощностью до 100 Вт на канал нагрев корпуса практически не воспринимался "на ощупь". При непродолжительной (до 5-10 минут) работе с максимальной мощностью массивный корпус будет поглощать тепло, выделяемое транзисторами, и лишь затем начнется ощутимый нагрев.

    Заявлено, что усилитель способен работать с нагрузкой 2 ома. Выяснить это без приборов, как и максимальную мощность, невозможно. Но можно оценить правдоподобность таких заявлений. Несложный подсчет показывает, что для этого выходной каскад должен обеспечить в нагрузке импульсы тока амплитудой не менее 20 ампер. Если учесть, что реальная нагрузка - это не активное сопротивление, а индуктивность и емкость пассивных кроссоверов, то эта величина увеличивается минимум в 5 раз. Чтобы без искажений пропустить такой ток через выходной каскад, требуется не только "правильная" схема и детали, но и выполнение определенных требований к монтажу выходного каскада.

    Что же мы имеем? В описании указано, что в усилителе использованы комплементарные транзисторы с максимальной рабочей частотой 30 МГц. Проверить без справочника справедливость этого заявления нелегко. Однако даже без этого известно, что транзисторы серий SA и SC образуют комплементарные пары. Разглядеть обозначения через "клипсы" вполне возможно. Будем считать, что это проверено.

    Симметричная конструкция, разводка платы, расположение деталей и комплементарные транзисторы выходного каскада позволяют предположить, что схемотехника тоже "симметричная", обеспечивающая высокие характеристики. Можно, конечно, детально рассмотреть рисунок печатной платы и восстановить принципиальную схему, но это уже излишне. В каждом плече выходного каскада использовано 4 параллельно включенных транзистора, что и позволяет получить от него такие рекордные токи.

    В настоящее время многие усилители повышенной мощности выполняются по такой идеологии. При правильном построении такая схема обеспечивает равную скорость нарастания и спада выходного напряжения, что обычно гарантирует отсутствие четных гармоник. Отсутствует при таком построении и ограничение тока. Так что заявленные мощность и уровень искажений усилителя скорее всего обеспечиваются с запасом.

    Усилитель мощности полностью выполнен на дискретных компонентах, что тоже говорит в его пользу. Обычно в бюджетных моделях каскады драйвера, осуществляющие усиление сигнала для подачи на выходные транзисторы, выполняют на микросхеме. Нередко это приводит к ухудшению ряда параметров усилителя. Все каскады усилителя мощности выполнены по схеме с непосредственной связью, что позволяет ему усиливать сигналы от постоянного тока (это не относится к усилителю в целом). Единственный в усилителе мощности электролитический конденсатор стоит в цепях защиты от перегрузки. Связь схемы защиты с блоком питания осуществляется через оптопару. Такое решение, с одной стороны, упрощает построение защиты, а с другой - устраняет влияние цепей питания на сигнал, возможное в случае гальванической связи. Заявленный уровень шумов и помех (ниже -102 дБ) также обеспечивается с запасом.

    Блок питания усилителя выполнен на общепринятой для этого узла элементной базе. Задающий генератор преобразователя - на микросхеме TL494, триггерная схема защиты - на компараторе LM324N. Защита предусмотрена как от перегрузок усилителя, так и от перегрева. Есть также защита нагрузки от постоянного напряжения в случае выхода из строя выходного каскада. Во всех случаях срабатывания защиты напряжение питания с усилителя снимается. Эта часть схемы для современных автомобильных усилителей стала практически типовой и выполняется с незначительными видоизменениями.

    Удивительно другое - в преобразователе использовано 20 (!) мощных полевых транзисторов, по 10 в каждом плече. Но и это еще не все. Повышающий трансформатор содержит 5 первичных обмоток. Каждую из них "обслуживают" 4 транзистора (по два в плече параллельно). Зачем же это сделано? Идентичных транзисторов не бывает, поэтому при параллельном включении для выравнивания нагрузки в цепи транзисторов ставятся резисторы малого сопротивления - доли ома. При большой потребляемой мощности это приводит к значительным потерям энергии и ухудшает постоянство выходного напряжения блока питания даже при наличии схемы стабилизации. Отказаться же от них нельзя: часть транзисторов из-за разброса характеристик будет "лениться", а часть - работать "за двоих". Поэтому в данной конструкции применены решения, позаимствованные из схемотехники преобразователей высокой мощности.

    На выходе преобразователя включен мощный дроссель и фильтрующие конденсаторы емкостью 4400 мкФ на плечо - вполне традиционно. При высокочастотном преобразователе с системой стабилизации выходного напряжения (обязательной при общей мощности более 100 Вт) дальнейшее увеличение этой емкости лишено смысла. Фильтрующие конденсаторы суммарной емкостью 22000 мкФ установлены и на входе преобразователя. Это не освобождает от необходимости иметь в составе аудиосистемы общий буферный конденсатор, но все равно приятно: работа блока питания становится более устойчивой. Эти конденсаторы распределены по плате в районе блока питания и установлены как можно ближе к транзисторам для лучшей фильтрации высокочастотных помех. Выводы обмоток трансформатора тоже протянуты непосредственно к транзисторам, а не впаяны в плату рядом с ним. Эти решения позволяют избежать потерь и еще раз косвенно подтверждают высокие заявленные характеристики.

    Предварительный усилитель выполнен на микросхемах, что типично для большинства усилителей. Выполнять их на дискретных транзисторах сложнее и дороже, а прибавка в качестве не стоит этих проблем. Что уже нетипично для двухканального усилителя - система регулировок. Помимо регулировки чувствительности глубиной более 32 дБ, есть и регулировка фазы сигнала. Кроме того, имеется пара линейных выходов для наращивания системы и два независимых кроссовера 4 порядка (24 дБ/окт, HP - 40...230 Гц, LP - 65...240 Гц). Это позволяет применить дополнительный усилитель без кроссовера. Сигнал на линейном выходе можно получить как с плоской АЧХ, так и после прохождения HP- или LP-фильтра. Причем если в основном тракте включен HP, то на линейный выход сигнал идет через LP (и наоборот). За счет независимой регулировки частот среза можно исправить некоторые дефекты АЧХ в области стыка полос.

    Для точной коррекции АЧХ в диапазоне "наиболее вероятных проблем" предусмотрено одно звено параметрического эквалайзера с регулируемой добротностью. Частота коррекции перестраивается от 28 до 320 Гц, поэтому эквалайзер можно использовать как бас-бустер, для подавления резонанса салона (120...160 Гц), для компенсации провала АЧХ на частотах 250...350 Гц.