Модификация УМЗЧ Амфитон-У-101.

Лёгкая доводка выходной части усилителя Амфитон-У-101.
Описание рассчитано на подготовленного читателя.

1. Амфитон-У-101
В качестве донора корпуса и радиаторов был куплен и выпотрошен полный УМЗЧ Амфитон-У-101



Фото позаимствованы из сети, т.к. свой УМ был разобран до основания в первый же день.
Естественно, о реставрации УМЗЧ (типа «я заменил все электролиты на новые» и т.д.) речь не шла: нужен только
оконечный УМ.

Изначально в планах было оставить родной трансформатор питания, но что-то пошло не так: по прибытию домой оказалось, что трансформатор сильно жужжит. Поэтому трансформатор пришлось выкинуть и заменить на стандартный ТПП-297.

Какие цели преследовались:
— выкинуть всё лишнее из УМЗЧ, оставить только выходной УМ (т.е. превратить полный УМЗЧ в оконечник)
— немного модифицировать выходные каскады (увеличить скорость нарастания выходного напряжения, Slew rate ака SR)
— по возможности использовать имеющиеся радиодетали
— заменить схему защиты АС
— потратить какое-то количество времени на своё хобби

2. Программа-симулятор Multisim 10.
Прежде чем браться за паяльник, в помощь была призвана программа-симулятор NI Multisim 10.0 (в прошлом Electronics Workbench).
У этой программы есть некоторые особенности:
— хорошо просчитывает АЧХ и ФЧХ пассивных фильтров и каскадов на транзисторах
— хорошо просчитывает SR каскадов на транзисторах
— по расчёту коэффициента гармоник Кг (THD) двояко: иногда NI «угадывает» всё идеально, а иногда — всё мимо.

Пример схемы, когда расчётный Кг (менее 0,01 % ) совершенно не совпадает с фактическими замерами.

Именно эта схема была собрана на ПП от УМ Амфитон-У-101. Но что-то пошло не так, и от этой схемы пришлось отказаться.

3.Оффтоп.
Ещё одна хотелка (тоже нереализованная): очень хотелось собрать и послушать схему УМ Ланзар, но это требовало изготовления ПП с размерами аналогично родным платам Амфитона-У-101.


Пришлось «урезать осетра». Не говоря уже о том, что эксперимент затянулся на пару лет. А разобранный усилитель, разбросанный по квартире, уже порядком надоел.

4. Времени было потрачено немерено (см. схему в п. 2), а результаты не радовали.

Поэтому был сделан откат на исходные позиции: анализ оригинальной схемы УМЗЧ АМфитон-У-101.

Исправлена опечатка: С8.
Транзисторы, которые не на ПП, получили индексы VT17, VT18, VT19.
Печатная плата:

Поскольку оригинальная схема была разобрана, пришлось использовать симулятор Multisim10:


Скорость нарастания выходного напряжения 5 В/мкс. Маловато.


Проверка THD (50 Вт на 4 Ом нагрузку, 1кГц)

THD=0,007 %, что очень похоже на правду.

А теперь самое интересное: АЧХ

Частота единичного усиления f₁ = 2,2 МГц.
На графике ФЧХ видно, что фазовый сдвиг на частоте единичного усиления на частоте единичного усиления f₁
составляет минус 85 градусов:

Т.е. запас по фазе составляет 50 градусов. Супер!

5. Изменения в схеме.
Удалены элементы: R3, C3, R4, R8, VD9, VD10, VT10, VT11, R22..R27.
Изменены элементы:
R2 — 100 Ом
R9 — 20 кОм (0,5 Вт)
R11 — 1 кОм
R12 — подстроечный многооборотный резистор 470 Ом
R13 — 9 кОм (т.е. коэфициент усиления был снижен до 20 дБ )
C4 — 15 нФ
C5 — 15 пФ
С7 — 22 пФ
С0 — 10 пФ (не указан на заводской схеме; установлен параллельно R13)
R32, R33 — 0,22 Ом (5 Вт).
Дополнительно установлены конденсаторы 0,22 мкФ * 63 В параллельно электролитам C9 и C10.

Уменьшены токи ИСТ: R7 — 300 Ом, R19 — 200 Ом.

Транзисторы:
VT1..VT3, VT7, VT8, VT13 — 2N5551
VT6, VT14 — 2N5401
VT15 — 2SC4793
VT16 — 2SA1837
VT17 — КТ864А
VT18 — КТ865А
VT19 — КТ815 (его удобно крепить на радиаторе винтиком М2,5)

Цоколёвка 2SC4793 (2SA1837) отличается от цоколёвки КТ814 и КТ815 (VT15, VT16), закреплённых на небольших радиаторах на ПП. Радиаторы необходимо выпаять из ПП и развернуть на 180 градусов. Это позволяет без проблем использовать их с парой 2SC4793, 2SA1837.

Блок питания — как на последнем рисунке в пункте 9 (трансформатор, диодный мост на 10А диодах, пара электролитов KEA II по 10000 мкФ*63 В ).
Суммарная ёмкость конденсаторов по каждой полярности 14000 мкФ.

Чтобы как то отличать заводскую и изменённую схемы, вторая получила название «Амфитон-У-101М».

6. «Замеры» в симуляторе (Амфитон-У-101М).

THD = 0,005 %


Скорость нарастания 13 В/мкс.

АЧХ:

Частота единичного усиления f₁ = 5,6 МГц.
Фазовый сдвиг на частоте единичного усиления f₁=5,6 МГц составляет минус 58 градусов:

Т.е. запас по фазе составляет более 60 градусов, т.е. устойчивость не ухудшилась.

7. Реальные замеры (Амфитон-У-101М).
Коэффициент гармоник Кг (RMS=10 В, 1 кГц) без нагрузки:

Коэффициент гармоник Кг (RMS=10 В, 1 кГц) на нагрузке 4 Ом:

Скорость нарастания 20 В/мкс:


Фото рабочего места на этапе испытаний:


8. Подбор конденсатора Co.
При замере скорости нарастания (меандр 10 кГц от функционального генератора), были замечены всплески на фронтах:

В параллель R13 был добавлен корректирующий конденсатор (C0 на изменённой схеме).
Сначала 4,7 пФ

Затем 10 пФ:

Это значение и осталось для окончательной схемы.

9. Разводка земли внутри УМЗЧ (Амфитон-У-101М).
В оригинальном УМЗЧ Амфитон-У-101 (равно как и в его собрате — усилителе Амфитон-У-002) разводка земли выполнена странно: резистор Ra отсутствует, и вместо него установлена перемычка на ПП:


А силовая земля (от конденсаторов) соединена короткими перемычками с корпусом усилителя.
Но каждой ПП присутствует резистор 1 Ом, соединяющий средний вывод обмотки трансформатора с силовой землёй на ПП.

Силовая земля выходных разъёмов (подключение АС) — также «сидит» короткими проводниками на корпусе.

Джунгли из жгутов проводов, спрятанные в изолирующие кембрики и завязанное бантиком пропарафиненной монтажной нитью, не позволяют легко всё рассмотреть и срисовать.
От данной разводки земли пришлось отказаться в пользу привычных решений.
Резистор R36 (1 Ом) на ПП Амфитон-У-101М не используется.

За основу были использованы две схемы:

и


Резисторы Ra в количестве трёх штук установлены так:
— один навесным монтажом в корпусе УМ
— два других — на ПП вместо перемычки (фото ниже)

Сигнальная земля соединяется с металлическим корпусом УМЗЧ через корпус входных гнёзд RCA, как показано красной стрелкой на рисунке выше.
Резисторы Ra, установленные на платах:


10. Приключения продолжаются.
При включении усилителя Амфитон-У-101М на выходе наблюдается вот такой переходной процесс:

Зелёный луч — плюсовая полярность питания (1:10),
жёлтый луч — выход усилителя (картинки в обоих каналах — похожи, как близнецы).

Естественно, при подключенной АС происходит неслабый такой «пук».

Пришлось «инвертировать» схему защиты АС: в исходной версии реле обесточено (АС подключены); при постоянке на выходе реле срабатывают, и обе АС отключаются.
Теперь в нормальном режиме реле под напряжением (АС подключены), а при постоянке на выходе реле обесточивается, и обе АС отключаются.

При этом обеспечивается неявная временная задержка при включении усилителя: переходной процесс заканчивается к моменту подключения АС.

11. Тестовое прослушивание усилителя состоялось поздним вечером 2.12.2020.
Исходные композиции — в формате flac.
Регулировки тембров, баланс, тонкомпенсация отсутствуют в сетапе как класс.

До этого в сетапе несколько лет использовался УМЗЧ Амфитон-У-002, из которого было удалено всё лишнее (коммутация, регулировки громкости, тембров и прочее, т.е. оставлен только оконечный УМ).
Поэтому сравнение именно с этим доработанным усилителем.

Амфитон-У-002 был отключен отодвинут в сторону. Его место занял доработанный Амфитон-У-101M (ещё без верхней крышки).


В собранном виде:

Все регулировки на передней панели — бутафория. ))

Субъективно Амфитон-У-101M звонче, добавилось верхов.
Мелкая (тихая) детализация в области ВЧ улучшилась.

Композиции, которые сведены грамотным звукорежиссёром, звучат, как им положено, нейтрально. А вот композиции, которым звукорежиссёр накрутил высоких, звучат непривычно.

Чтобы разобраться со своими субъективными «измерениями», был использован измерительный микрофон.
Тем более что в доме этих микрофонов — как гуталина.


Суть эксперимента:
1) снимается АЧХ связки усилитель1-АС на розовом шуме
2) снимается АЧХ связки усилитель2-АС в тех же условиях

Получаются АЧХ1 и АЧХ2 в точке прослушивания. Затем выполняется вычитание АЧХ1 из АЧХ2
(deltaАЧХ = АЧХ2 минус АЧХ1 ).

Смысл прост: если АЧХ1 и АЧХ2 одинаковы, то при вычитании получится линейная deltaАЧХ.
Что и было сделано. Как обычно, программа SpectraLab,:

Вот и нашлась причина, почему Амфитон-У-101M немного звонче: подъём +4 дБ в области 20 кГц
(относительно 1 кГц).

Странно конечно, что подъём на 20 кГц так заметен. Свой слух я проверял еще лет 25 назад, верхняя граница тогда была определена около 16-17 кГц.
Много воды утекло, надо бы перепроверить свой слух, благо, что оборудование в дома это позволяет.

12. Выводы:
— качество звучания переделанного усилителя мне нравится; лично я не жалею потраченного времени и сил
— увеличена скорость нарастания выходного напряжения до 20 В/мкс
— получен коэффициент гармоник 0,01 %

Всем удачных экспериментов!