Схема усилителя мощности «ЛАНЗАР» 310Вт на транзисторах

Подобная схемотехника используется довольно давно, однако имя «Ланзар» приобрела благодаря статье А.И. Шихатова в журнале «мастер 12 вольт» №43. В этой статье была описана схемотехника автомобильных усилителей на основе усилителя LANZAR RK-1200C, откуда собственно и взялось имя.

От оригинальной схемы данный усилитель отличается и элементной базой и режимами работы элементов в усилителе, что позволило не только значительно увеличить выходную мощность, а так же снизить THD.

Принципиальная схема усилителя приведена на рисунке 1.

1. Максимальная выходная мощность - 310 Вт
2. Максимальное напряжение питания для нагрузки 4 Ома (8 Ом) - ±60 В (±75 В)
3. Входное сопротивление не менее - 22 кОм
4. Отношение сигнал/шум более - 90 дБ
5. THD с биполярным предпоследним каскадом при выходной мощности 100Вт - 0,06 %
6. THD с полевым предпоследним каскадом при выходной мощности 100 Вт - 0,03 %
7. Не равномерность АЧХ не более - 2 дБ
8. Собственный коэф. усиления - 31 дБ

Сразу следует оговориться, что собственный коэф. усиления довольно высок (31 дБ) и при желании снизить уровень THD необходимо увеличить номинал резистора R9 до 680 Ом. В этом случае собственный коэф. усиления будет составлять 26 дБ, поскольку соотношение номиналов резисторов R9-R14 как раз определяет собственный коэф. усиления усилителя. Уровень THD при использовании резистора на 680 Ом снизиться до 0,04 % для полностью биполярного варианта и до 0,02 % для варианта с полевыми транзисторами в предпоследнем каскаде на нагрузке 4 Ома и выходной мощности 100 Вт.

Схемотехника усилителя практически полностью симметрична, что позволяет добиться минимальных искажений и довольно высокой термостабильности. Сигнал с источника звукового сигнала подается на составной проходной конденсатор С1-СЗ.

Подобное решение о выполнении проходного конденсатора вызвано тем, что электролитические конденсаторы при приложении обратной полярности имеют токи утечки. В данном же случае два последовательно соединенных конденсатора С2-СЗ позволяют полностью избавиться от этого эффекта. Кроме этого электролитические конденсаторы на частотах свыше 10 кГц уже довольно сильно увеличивают свое реактивное сопротивление и конденсатор С1 компенсирует этот уход параметров.

Далее установлен RC фильтр R2-C8, который помогает избавиться от импульсных и СВЧ помех, наводимых в соединительных сигнальных проводах.

Далее сигнал входной переменный сигнал разделяется на два, практически идентичных, усилительных тракта — для положительной и отрицательной полуволн. После дифференциального усилителя на транзисторах TV1, VT3 (VT2, VT4) сигнал поступает на усилительный каскад на транзисторе включенным по схеме с общим эмиттером (VT5 и VT6) и уже окончательно приобретает необходимую амплитуду.

По сути усиление входного сигнала уже закончено — он уже приобрел достаточно большую амплитуду и осталось лишь усилить сигнал по току, для чего используются обычно эмиттерные повторители из мощных транзисторов. Однако токи баз мощных транзисторов имеют достаточно большие величины и без промежуточного повторителя подавать сигнал означает получить огромные нелинейные искажения.

В данном усилителе в качестве «промежуточного» усилителя тока могут использоваться как биполярные транзисторы так и полевые (VT8, VT9). Назначение этого каскада по возможности разгрузить предыдущий каскад, нагрузочная способность которого не велика. Использование в качестве VT8, VT9 полевых транзисторов довольно сильно разгружает каскад на VT5, VT6 что снижает уровень THD практически в 2 раза. Однако снижается и общее КПД усилителя — при одном и том же напряжении питания усилитель с полевыми транзисторами выдаст меньше мощности не искаженного киплингом сигнала (ограничение выходного сигнала сверху и снизу), чем полностью биполярный вариант.

Так же было бы не справедливым умолчать и тот факт, что на слух эти усилители несколько отличаются, хотя и приборы этого не фиксируют, но все же звуковой окрас у каждого варианта свой, поэтому рекомендовать использовать именно полностью биполярный вариант или же с полевыми транзисторами было бы глупо — на вкус и цвет…

После предварительного усилителя тока, нагруженного на резистор R22 (нагрузка этого каскада не привязана ни к общему проводу, ни к нагрузке, т.е. является плавающей нагрузкой, что позволяет минимально изменяться току протекающему через этот каскад и ведет к дополнительному снижению THD) и уже подается на базу оконечного каскада.

В данном варианте используется по два транзистора включенных параллельно. Однако количество этих транзисторов может быть уменьшено при необходимости создания усилителя мощность до 150 Вт и увеличено до трех пар, при необходимости сборки усилителя на 450 Вт.

Параллельное включение оконечных транзисторов позволяет получить большую суммарную мощность, но следует обратить внимание на некоторые особенности такого решения. Транзисторы включенные в параллель должны быть не только одного типа, но и еще одной партии, т.е. выпущены за одну смену изготовления на заводе изготовителе. Это позволит избавится от подбора транзисторов по параметрам, поскольку разброс параметров между транзисторами одной партии гарантирован менее 2% заводом изготовителем, что и на самом деле соответствует действительности. Другими словами — транзисторы для оконечного каскада следует покупать в одном месте и сразу все необходимое количество.

Так же следует обратить внимание на маркировку транзисторов — на транзисторах действительно фирмы TOSHIBA маркировка выполнена лазером, т.е. имеет охристый оттенок надписи и ее не очень хорошо видно. Шрифт надписей имеет некоторые особенности -некоторые буквы и цифры «разрезаны» (рисунок 2). и наконец — в данном случае надпись 547 и значок овала, расположенный чуть левее этих цифр, есть номер партии, следовательно у всех транзисторов включенных в параллель должна быть такая же маркировка и такие же цифры и знаки. Кстати вместо овала может быть буква, цифра или цифра с буквой.

Подбор же параметров между транзисторами п-p-n и p-n-р структур желателен, но совсем не обязателен — как правило используя качественную комплектацию подобный разброс компенсируется действием отрицательной обратной связи.

На рисунке 3 приведен чертеж печатной платы усилителя, (вид со стороны дорожек, размер платы 127 х 88 мм), на рисунке 4-расположение деталей и схема подключения (вид со стороны деталей).

Номиналы резисторов R3, R6 зависят от используемого напряжения питания и могут колебаться от 1,8 кОм до кОм.

Индуктивность L1 мотается на оправке диаметром 10 мм и содержит 10 витков провода диаметром 1,2…1,3 мм.

Ток покоя оконечного каскада должен быть в пределах от 30 до 60 мА — регулировка производится подстроенным резистором R15. Выше поднимать не надо. Ток покоя выставляют перед первым включением минимальным (движок подстроечного резистора ставится в верхнее по схеме положение).

После включения выставляется необходимый ток покоя и после «прогрева» усилителя (примерно 2…3 минуты) производится дополнительная корректировка -транзисторы TV5, VT6 достигнут своей рабочей температуры и больше их температура подниматься не будет.

Транзисторы оконечного и предпоследнего каскадов крепятся на общий теплоотвод вместе с транзистором термокомпенсации VT7 через теплопроводящие прокладки (слюду). На транзисторы VT5, VT6 так же необходимо установить теплоотвод, который можно изготовить из листового алюминия толщиной 1… 1,5 мм и размером 20×40 мм для каждого транзистора. Установить этот теплоотвод можно сразу на оба транзистора, т.е. транзисторы зажимаются между алюминиевыми пластинами винтом, который вставляется в отверстие как раз между транзисторами.