Часть1. Маленькое вступление или чего нам надо?

Итак, вот и настало время наконец-то немножко попаять. Я долго выбирал схемные решения, варианты УМ. Сначала хотел просто усовершенствовать уже опробованный вариант, описанный вот здесь - доработки: некоторое изменение усилителя напряжения, введение дополнительной третьей ступени в выходной каскад, заменить резисторы смещения в каскаде термостабилизации на источник стабильного тока. Необходимые характеристики усилителя как и прежде: - мощность около 100Вт на 16Ом, т.к. АС у меня на 16-омных динамиках 75гдш-33-16; но так же необходима возможность надежной работы на нагрузку 4Ома, следовательно требуется установка не менее 4-х пар мощных выходных транзисторов при питании +-75-80В.

После достаточно длительных вопрос-ответов на форуме в ветке "Схемотехника: Усилители высокой мощности" я решил попробовать реализовать широкоприменяемый в современных профессиональных усилителях принцип ступенчатой коммутации питания выходных транзисторов. Все преимущества и более-менее полное описание принципа работы с примерами схем есть в статье "Повышение КПД мощных усилителей".

Схемы всех узлов, которые планируется собрать в единый УМЗЧ предоставлены как и прежде Владимиром Перепелкиным.

У меня к сожалению нет возможности проверять каждую схему в "железном макете", поэтому приходится пользоваться симулятором электронных схем - Electronic Worcbench 5.0. Симулятор штука конечно глючная и не претендует на 100% истину, но раз уж все, описанные ниже, схемы запустились в программулине - то уж и в железе работать будет. Тем более, что автор проверял все в железе ...

Итак, приступим.

Часть 2. Описание схемных решений.

Полную схему усилителя я разбил на следующие логически завершенные узлы:

1. Входная часть - симметричный вход, несимметричный вход, усилитель с управляемым Кус (клиплимитер), буферный ОУ, а так же схема плавного нарастания уровня сигнала при включении усилителя.
2. Усилитель напряжения с датчиками ограничения сигнала.
3. Выходной усилитель тока с высокоэффективной защитой от перегрузок.
4. Схема задержки подключения нагрузки и защита АС от постоянного напряжения.
5. Основное нововведение - коммутатор питания выходных транзисторов.
6. Схема источника питания.

Обо всем по порядку.

2.1. Входная часть.

На рисунке 1 показана схема входной части.

На ОУ DA1 реализован симметричный вход. Резистор R9 служит для балансировки подавления синфазного сигнала. ОУ DA2 - усилитель с переменным Кус (клиплимитер). Переменное усиление реализовано на опторезисторе U1. Схема управления: транзисторы VT103 - VT105 схема выделения модуля, на VT101 ключ индикатора перегрузки, VT102 источник тока управляемый напряжением с интегрирующей цепи для управления оптроном. VT6-VT8 - плавное увеличение уровня сигнала при включении. Светодиод HL1 - индикатор ограничения.

Контакты XP6-XP8 - подключение регулятора громкости. Джамперы J1 J2 служат для переключения входов баланс/небаланс - сделано это для того, чтобы можно было обойти дополнительный ОУ и электролитические конденсаторы на симметричном входе. Возможно потом поставлю коммутатор на реле или просто переключатель на задней панели усилителя. Питание ОУ и транзисторов VT1-VT8 от стабилитронов VD3 VD4.

2.2. Усилитель напряжения.

На рисунке 2 показана схема усилителя напряжения.

Структура усилителя напряжения: симметричный диффкаскад, каскад ОБ + ОК + ОЭ. Резистор R37 служит для установки нуля на выходе. Как и в предыдущем варианте - инвертирующее включение, индуктивная коррекция. Входное сопротивление - 2.2кОм. Транзисторы VT13 VT16 датчики ограничения сигнала для положительной и отрицательной полуволны соответственно, так же они предотвращают насыщение VT19 и VT20. Через резисторы R46 R47 и диоды VD7 VD8 сигнал ошибки поступает на схему управления лимитером. Цепи +V2_un -V2_un - на питание входной части. +V2 -V2 - к источнику верхней ступени питания, NFB - цепь обратной связи, out_un - выход усилителя напряжения, GND - земля. Транзисторы VT19 VT20 необходимо установить на радиаторы, т.к. на них рассеивается мощность в несколько Вт. Размеры и расположение радиаторов будут зависеть от конструктива - возможна установка на один общий радиатор вместе с выходными транзисторами.

2.3. Выходной усилитель тока.

На рисунке 3 показана схема выходного каскада.

Выходной каскад усилителя почти не изменился. Отличия от предыдущего варианта: применение тройки повторителя вместо двойки (2SA1837/2SC4793 + 2SA1943/2SC5200 + MJL21193/MJL21194), а так же применение ступенчатой коммутации напряжения питания выходных транзисторов. Как и прежде, защита выполнена на транзисторах VT23 VT24 и диодах VD19-VD21, VD24-VD29.

+V2 -V2 - цепи питания входной части усилителя тока и питание усилителя напряжения.
out_un - к выходу УН, NFB - обратная связь.
+V_out -V_out - подача питания на выходные транзисторы с коммутатора.
OUT_ut - выход повторителя, к компараторам коммутатора питания и к схеме защиты АС
OUT - выход усилителя

2.4. Защита АС от постоянного напряжения.

На рисунке 4 показана схема релейной защиты.

Схема полностью позаимствована из "Усилителя выходного дня" Дмитрия Андронникова (Lynx'audio). При появлении на выходе усилителя постоянного напряжения выше 1,5В в зависимости от полярности открывается VT33 или VT34 и с помощью оптопар U2 U3 блокируется транзистор VT35, управляющий реле. Светодиод VD32 сигнализирует о подключении нагрузки к усилителю. Реле можно применить на любое напряжение срабатывания, достаточно пересчитать резисторы R119 R120. С помощью резистора R117 и конденсатора C47 можно регулировать время задержки подключения нагрузки. Так же реле отключится при пропадании любой из половинок напряжения питания.

2.5. Коммутатор питания выходных транзисторов.

На рисунке 5 показана схема управления ключами питания.

Схема управления питанием работает следующим образом. Рассмотрим работу положительной полуволны, отрицательная работает аналогично.
Компаратор DA3 сравнивает мгновенное значение выходного напряжения с опорным (опорное напряжение берется с первой ступени питания через резистивный делитель), и при достижении им заданного порога переключается на высокий уровень на выходе. Открывается транзистор VT38, через резисторы R136 R137 протекает ток. На резисторе R137 появляется уровень +15В и драйвер IR2110 открывает транзистор VT40, работающий в ключевом режим. VT40 в свою очередь переключает цепь питания с уровня +47В на уровень +94В, диод VD38 запирается и выходные транзисторы работают от источника +94В. При снижении уровня выходного напряжения ниже порога, компаратор переключается, блокирует транзисторы VT38 VT39, драйвер IR2110 закрывает VT40, отпирается диод VD38 и выходные транзисторы питаются от источника +47В. Коммутация питания осуществляется с частотой выходного сигнала. Во избежание многократных срабатываний, например, из-за пульсаций питания - пороги включения выключения компаратора отличаются на несколько вольт.

На рисунке 6 показан график работы. Синим цветом - сигнал на входе компаратора DA3, красным - на выходе.