Diszkrét félvezetőkkel felépített minőségi végfokok és D-osztályú végerősítők.
László
Adminisztátor
Avatar
Hozzászólások: 118
Csatlakozott: 2020.10.18. 17:54

Korszerű B osztályú félvezetős erősítők

Hozzászólás Szerző: László »

Ezen az oldalon a világ egyik legjobb félvezetős erősítőjét fogom bemutatni. Erősítő a hangrendszer egyik legfontosabb eleme. Létezik belőle tranzisztoros, elektroncsöves, vagy éppen integrált áramkörű. Viszont a legtöbb erősítő hangminősége messze nem ideális, és sok esetben egy falusi ház árát kellene kifizetned a megfelelő hangminőségért. Mit lehet tenni, hogy ezt olcsón megoldjuk? Ha nem rajongsz az elektroncsövekért, vagy éppen hatalmas hűtőbordás, jelentős áramot fogyasztó tranzisztorosért, sokkal egyszerűbben is meg tudod oldani ezt a kérdést ezzel a hat tranzisztoros erősítővel.
Kép
Kapcsolás eredete egészen az 1960-as évekig nyúlik vissza, amikor még messze nem volt ennyire elterjedve a szilícium alapú tranzisztoros technika, és tranzisztorokat is csak korlátozott számban tudták beszerezni. Szerencsére ma már nagyobb a választék, mindenféle tranzisztorból válogathatunk, amik természetesen ugyanúgy meghatározzák az erősítő hangját, illetve annak minőségét, mint ahogy az ellenállás vagy éppen a kondenzátor. Rajtad, és a beszerzett alkatrészek minőségén, szinergiáján múlik, hogyan is fog szólni az elkészült erősítő. Lehetőségek száma végtelen, bármilyen hangot elő tudsz állítani gyakorlatilag ezzel a hat tranzisztoros erősítővel. Ha csak hirtelen akarsz építeni valamit, akkor is célszerű ezt a kapcsolást választanod.

Az általam bemutatott erősítő egy átlagos otthoni zenehallgatáshoz, tehát 4 vagy 8 ohmos hangszórók meghajtásához jó. Ennél kisebb teljesítményűt abszolút felesleges építened diszkrét tranzisztoros kapcsolással, de ugyanúgy igaz a nagyobb teljesítményű kivitelekre is, felesleges, mivel a több, mint 100 Wattos hangsugárzókhoz létezik kapcsolóüzemű D osztályú erősítő, amivel akár 1000 Watt is elérhető, minimális áramfogyasztás és megfelelő hangminőség mellett.

Sokan azt gondolják, hogy az A osztályú félvezetős erősítők szólnak a legjobban, viszont ez nem igaz. Akár az A osztályt nézzük, akár a népszerű AB osztályt, ezek már csak a múlt idők megoldásai. Sokat fogyasztanak, túl vannak bonyolítva, emitter ellenállásuk jelentősen meghatározzák a hangminőségüket, és miután a végtranzisztorokon több áram folyik, előbb meg is hibásodhatnak. Szerencsére ez már a múlt, legalább is a mi esetünkben, mivel az itt bemutatott erősítőkapcsolás B osztályú, viszont nem tartalmazza a B osztályú erősítőkre jellemző hátrányokat. Miért? Azért, mert egy úgynevezett current driven, azaz árammeghajtásos technikán alapszik, tehát az lehet, hogy maga a végtranzisztor B osztályú, viszont végtranzisztorokat meghajtó tranzisztorok A osztályban működnek, mellette keveset disszipálnak és torzítanak. Így összességében megkapjuk az A osztályú erősítőkre ideálisan jellemző hangminőséget, és a B osztályú erősítőkre ideálisan jellemző energiafogyasztást egyszerre. Tehát nem kell az üzemidőt vagy a villanyórát figyelned, rendkívül keveset fogyaszt, mellette megkapod a nagyon jó hangminőséget.

Erősítő élesztése: Mindig használj olvadóbiztosítékot a tápnál! Esetleg 10 ohm/2 wattos ellenállást is tehetsz a biztosíték helyére legelőször, figyelve arra, hogy le ne égjen. Ahhoz, hogy az erősítő ne torzítson, szükséges beállítanod egy úgynevezett tápközepet, melyet itt a példánknál 10k ohmos trimmerrel tudsz megtenni, amit beszerelésnél érdemes középállásban tartani. Tápközép az erősítő bemenő tápfeszültségének a közepe, tehát 35V esetén ez 17.5 Voltot fog jelenteni, ennek a feszültségnek kell megjelennie a végtranzisztorok emitterein a földhöz képest. Indításnál ez mászkálni és hintázni fog, viszont ha kap terhelést a kimenet (ráteszed például a hangszórót, vagy egy 10 ohmos terhelő ellenállást), viszonylag gyorsan beáll a megfelelő értékre megfelelő beállítás esetén. Minőségi és megfelelő feszültségtűrésű csatolókondenzátort használj! Ha esetleg csatolókondenzátor lezárlatosodik, akkor az a hangsugárzó végét fogja jelenteni főleg a mély, vagy mély-közép hangszóró esetében, ha több utas passzív hangváltójú hangdobozról van szó, ezért mindig nagyon fontos a megfelelő csatolókondenzátor használata! Esetleg pluszban építhetsz hozzá relés hangszóróvédelmet, ami lekapcsol abban az esetben, ha DC potenciált, azaz egyenfeszültséget érzékel az erősítőkimeneten. Azt tudjuk, hogy a töltetlen kondenzátor rövidzár, így ez megzavarhatja indításnál a relés védelmet abban az esetben, ha kimenet terheletlen. Védő relé másik pontjára tegyél 10 ohmos/2-5 Wattos terhelő ellenállást, ami addig működik, amíg át nem kapcsol a relé érintkezője a hangszóró pontjára.

Az erősítő erős átfogó negatív visszacsatolást tartalmaz, így a kimenő csatolókondenzátor kevésbé szól bele a hangképbe. Viszont nyilván célszerű a csatolókondenzátorból is a hangra jobb minőségűt választani, ha azt megteheted. Ha jól választottál, nem fogod észrevenni az elektrolit kondenzátor hatását a jelútban. Az erősítő nem igényel a jelbemenetére aktív buffert, egy 10K ohmos fokozatkapcsoló vagy minőségi potméter megfelelő hozzá.

Erősítő tápellátása: Dual mono tápellátást javaslom. Tehát egy olyan hálózati transzformátorra lesz szükség, melynek 2 darab 24Vac vagy 25Vac szekundere van, legalább 150VA teljesítményű és egy szekunderre csak egy végerősítő kerüljön, persze a megfelelő egyenirányítás után. Azaz egy tápágat csak egy erősítő használjon! Pufferkondenzátor értéke pedig 6000-10.000uF /50V legyen.

Íme az erősítőnek a leegyszerűsített kapcsolási rajza. Miután a tranzisztorok elérhetősége folyamatosan változik, ezért valószínűleg más félvezetőkészlettel fogsz dolgozni.
Kép
A félvezetős végerősítő kapcsolási rajza. Max. bemenő jelfeszültség 600mVrms!
Vegyük észre, hogy ez egy, pontosabban két tankönyvi erősítő alapkapcsolás. Az első tranzisztor földelt emitteres invertáló erősítő. Tápfeszültségét az első zener dióda tartja állandó értéken. Első közelítésben 470k ohm ellenállás, első 100 pF kondenzátor illetve első 1,5k ohm ellenállás állítja be a fokozat erősítését, illetve frekvenciamenetét. Az első tranzisztor helyére invertáló műveleti erősítőt kell képzelni. Habár egy szem tranzisztor messze nem ideális műveleti erősítő, de a működés megértésének szempontjából ez lényegtelen. A tranzisztor emitterében lévő ellenállás az átfogó negatív visszacsatoló hálózat része. Az első tranzisztor kollektoráról 220 uF értékű kondenzátor csatolja a jelet a BC546B/2SD669A-val épült darlingtonra. Ez a darlington a nagy jelű feszültségerősítő fokozat (VAS) , aminek a munka ellenállása a 2SB649A-val alkotott áramgenerátor. A végtranzisztorok nyugalmi áram nélkül majdnem tiszta B osztályú üzemmódban működnek. MUR1100 dióda nyitófeszültsége nem elég, hogy kinyissa a végtranzisztorokat, de nagyjából a felére csökkenti a végtranzisztorok nyitásához szükséges vezérlő jel nagyságát. MUR1100 dióda helyet alkalmazható UF4007 is. Teljesen egyszerű tankönyvi alapkapcsolás. Kicsit árnyalja a helyzetet a kimenetre csatlakozó 150k ohm ellenállás, amin keresztül kap bázisáramot BC546A/2SD669A darlington. Azaz az NPN végtranzisztoron csak fog folyni minimális nyugalmi áram. Második 100pF-os kondenzátor felel a fokozat stabilitásáért. A 150k ohm ellenállás által létrehozott egyenáramú negatív visszacsatolás tartja a kimenetet fél tápfeszültségen. A trimmerrel állítható be a kimenet feszültsége, azaz a tápközép. A hasznos jel 2200 uF csatolókondenzátoron keresztül jut a hangszóróra, másrészt Rf 390 ohm-on keresztül visszajut az első tranzisztor emitterére, ezzel létrehozva a teljes erősítőt átfogó negatív visszacsatolást. Érdekessége az áramkörnek a jobb felső 390 ohm/110uF RC tag, amely a kimeneti jelet vezeti vissza a 2SB649A emitterébe. Ez kisméretű pozitív visszacsatolást hoz létre, azaz után húzza az áramgenerátor áramát, tehát a kimenő jel nagyságával arányosan változtatja 2SB649A áramát. Ez javítja a kivezérelhetőséget, gyorsítja a fokozatot.

A meghajtó tranzisztorok nyugalmi áramát a végtranzisztorok bázisáramához kell állítani. Ez függ a teljesítménytől, és a bétától. Modern végtranzisztorokkal 100 Watt/4ohm esetén 70mA a meghajtó tranzisztorok nyugalmi árama, de több esetben elég az 50mA. Ha kapcsolási rajz szerint építed, nem kell ezen változtatnod.

Az általam megépített kapcsolás így néz ki, gyakorlatban működik, hangminősége jelenleg ennek a legjobb:
Kép
Az általam megépített félvezetős végerősítő kapcsolási rajza. Max. bemenő jelfeszültség 600mVrms!
A megfelelő tranzisztorbeszerzés ennek a területnek az egyik legnehezebb feladata. NJW0281/NJW0302 tranzisztorok ugyan könnyebben elérhetőek például a Mouser.com-on, viszont a többi nehezen, vagy éppen sehogy, ezért valószínűleg más tranzisztorkészlettel kell dolgoznod. Egzotikus alkatrészeket főleg Ebay-en találsz, viszont a legtöbb ott felelhető dolog gyenge hamisítvány, sok esetben a 100%-ra értékelt tételeknél is. Ki lehet ott is fogni eredeti jót, viszont kockáztatni kell, ami néha bejön, de nem minden esetben. Tranzisztorok szűnnek meg, és újak jönnek létre, ennél a területnél így mennek a dolgok.

Keressük meg a tranzisztorok alternatíváit! Igazából erre csak akkor van szükség, ha semmiképpen nem találod meg az üzletekben az eredeti komponenseket. NJW0281/NJW0302 végtranzisztor könnyen elérhető jelenleg, 2SC3324 jeltranzisztor úgyszintén. (lásd: mouser.com vagy farnell.com vagy digikey.com) 2SC3324 gyakorlatilag ugyanaz mint a klasszikus és eredeti 2SC2240, csak SMD verzióban. Ha nem tetszik a hangja valamiért, akkor tudom még ajánlani a 2SD786-ot vagy a 2SC3329-et. Az utóbbi kettő nagyon nehezen szerezhető be, és ahol igen, általában gyenge hamisítvány mindkettő. Alternatíva lehet esetleg a BC550, viszont ezt is kevesen gyártják már, hangminősége pedig gyártótól függő.

Nézzük a BC546B-t. NXP/Philips verziót már régóta nem gyártják, pedig az lenne a jó. Mindig jönnek olyan gyártók, akik elkezdenek ilyen típusokat gyártani, régebben az ON Semiconductor, manapság például a Taiwan Semiconductor. Én az NXP/Philips verziót használom, ami szürke tokozású és nem PH jelölésű, a legújabb típusok hangminőségét nem ismerem. Esetleg érdemes még próbát tenned a 2N5551 tranzisztorral. Érdemes több gyártó termékét beszerezned, mivel mindig van köztük jobb és kevésbé jó is.

Végül nézzük a meghajtótranzisztorokat, a Hitachi 2SB649A/2SD669A párost, amik már nem léteznek több, mint 10 éve az üzletek többségében, és amik ha még elérhetőek is valahol, valószínűleg gyenge hamisítványok. BD139/BD140 tranzisztort helyettük nem ajánlom. 2SA1930/2SC5171 megfelelő alternatíva lehet, vagy a 2SA1507/2SC3902. Ugyanúgy megszűnt típusok, már nem gyártják. Újabbak közül TTA004B / TTC004B -t próbálnám ki, amelyek elérhetőek többek között a Mouser.com oldalon, ezeket érdemes talán alkalmazni meghajtótranzisztorként.

A komponensek többi részére itt már nem fogok részletesen kitérni, viszont annyit még megjegyeznék, hogy nagyon fontosak az ellenállások és a csatolókondenzátorok minősége is. Ahány gyártó, annyiféle minőség, vagy még több, mert gyártónál is vannak jobban sikerült verziók és kevésbé jól sikerült verziók is akár egy típuson belül. Neked kell eldöntened, melyiket alkalmazod ezek közül.

Nyáktervet nem teszek közzé, mivel nem létezik univerzális nyomtatott huzalozású lemez, ami minden alkatrészhez egyformán jó. Sprint Layout 6 vagy annak esetleges újabb típusát tudom ajánlani a tervezéshez, rajzoláshoz. Ha már túl vagy néhány sikeres építésen, érdemes az egyenirányító diódákat és a pufferkondikat is egy lapra szerelned, minél közelebb téve azokat az erősítőhöz.

Végezetül sikeres építést kívánok! Emlékezz arra, hogy ettől jobb kapcsolást a félvezetős erősítők között nemigen fogsz találni, rosszabbakkal pedig tele van az internet! Ha nem tetszik a hangja valamilyen oknál fogva, változtass rajta addig, amíg jó nem lesz! Ha már megvagy elégedve a hangjával, kellemes zenehallgatást kívánok hozzá!
Kép
Félvezetős végerősítő második verziója, egyenirányító diódákkal, pufferkondenzátorokkal együtt.
László
Adminisztátor
Avatar
Hozzászólások: 118
Csatlakozott: 2020.10.18. 17:54

Re: Korszerű B osztályú félvezetős erősítők

Hozzászólás Szerző: László »

Az első bipoláris tranzisztort egyszerűen ki lehet cserélni JFET-esre is akár, tehát még szükség sincs nagyon drága, nagyon nehezen vagy sehogy nem elérhető párba válogatott JFET-ekre, elég oldalanként egy eredeti 2SK170 vagy BF862. Ráadásul a hangminősége is jobb lehet így, mint egy akármilyen JFET-es AB osztályú erősítőnek, figyelmes megépítés esetén.

A témát átneveztem korszerű B osztályú félvezetős erősítőkre, bízom benne, hogy később új alternatívák is felkerülnek ide a kapcsolásból. Maradjunk a tényeknél: Aki ezt a kapcsolást fejleszti, az ügyes, aki pedig inkább túlbonyolított agyonreklámozott AB osztályú erősítőket választja továbbra is, legyen akármennyire is több műszaki ismerete, mint nekem, rosszul választ.

Itt leginkább arra kellene törekedni, hogy jól szóljon a megépített erősítő könnyen beszerezhető alkatrészekkel is, ami lássuk be, nem olyan egyszerű feladat, pláne úgy, hogy egyre kevesebb audiora szánt tranzisztort gyártanak, miközben az integrált class-D megoldásoknak még jócskán van hova fejlődnie. Igényesebb diszkrét class-D megoldások viszont azokat is megizzaszthatják, akiknek több műszaki ismeretük van, mint nekem, nyilván sokkal egyszerűbb a régi, elavult, nagyobb áramfogyasztású AB osztályú megoldásokat gyártani, főleg úgy, hogy igény is mutatkozik rá.

Több jobb AB osztályú erősítőt megépítettem, sőt egyszer felvittem a nyugalmi áramot A osztályba is, ami abszolút felesleges volt, és hangra is rosszabb megoldások lettek ezektől. Tehát kidobtam az AB osztályú paneleket, és átalakítottam megfelelő B osztályúra, hűtőbordákat és az NJW tranzisztorokat megtartva.

Az általam is ajánlott kapcsolás nagyon ideális. Nem a kapcsoláson fog múlni az erősítő hangja, ezt garantálom. Ott vannak a tranzisztorok, például a felemás BD tranzisztorok, amelyek nagyon jól szerepeltek bizonyos kapcsolásokban, ide viszont nem váltak be. Szólni szólt, nem is rosszul, de egyértelműen gyenge láncszemek voltak benne. Viszont a képen lévő megoldások nagyon jók, de annyiféle hangot lehet ezekkel is csinálni, hogy azt megszámolni nem tudom. Ha valakinek a csöves erősítők hangja tetszik, az JFET-ezzen. Tehát csakis a fejlesztésen és az építési gyakorlatokon fog múlni az eredmény. Előző hozzászólásban (régen cikkben) is leírtam, a meghajtó tranzisztorok A osztályban üzemelnek. Ezért sem tekinthetők átlagos B osztályú erősítőknek az itt bemutatott megoldások, amiknek a megítélése nyilván nem olyan jó.
László
Adminisztátor
Avatar
Hozzászólások: 118
Csatlakozott: 2020.10.18. 17:54

Re: Korszerű B osztályú félvezetős erősítők

Hozzászólás Szerző: László »

Az első fokozatban alkalmazhatunk akár műveleti erősítőt is, mint például az OPA1655-öt. Nem véletlenül emeltem ki ezt a műveleti erősítőt, gyakorlatilag minden feltételnek megfelel, tehát olcsó és jó. Ettől függetlenül persze Mouser-es vásárlást nem lehet megúszni vele sem. Pláne akkor, ha az a cél, hogy valóban eredeti termék után fizessük a 27%-os ÁFA-t.

Eddig azért nem került ez szóba, mert nem létezett ez a műveleti erősítő. Nagyon jókat írnak a sztereó változatának hangjáról. De majd később meg kell nézni, hogy melyik alkatrész hogyan szól próbapanelen. Eddigi észrevételek alapján elmondhatom, hogy a megfelelő meghajtó tranzisztorok beszerzése jelenti a legnagyobb problémát. Ezeket nehéz kihelyettesíteni, legalábbis egyelőre.
László
Adminisztátor
Avatar
Hozzászólások: 118
Csatlakozott: 2020.10.18. 17:54

Re: Korszerű B osztályú félvezetős erősítők

Hozzászólás Szerző: László »

Felteszem az egyik mérést az általam is ismertetett B osztályú erősítőről. Lehet, hogy sokan nem tudják, de külföldön elég népszerű, mondhatni közösségkedvenc kapcsolás ez, nem véletlenül. Máshol pedig évtizedekkel, fél évszázadokkal le vannak maradva, de ez legyen az ő dolguk. Remélem a mérés elkövetője "nem veszi zokon", hogy az oldalunkra is átvándorolt a mérésének eredménye. A kapcsolás az általunk is ajánlott NJW tranzisztorokkal és Toshiba meghajtó tranzisztorokkal épült meg. Mérések: 1 Watt - 10 Watt - 25 Watt teljesítmény 4 ohmos terhelés mellett. Még a 0.01% THD-t sem éri el normál esetben...
Kép
László
Adminisztátor
Avatar
Hozzászólások: 118
Csatlakozott: 2020.10.18. 17:54

Re: Korszerű B osztályú félvezetős erősítők

Hozzászólás Szerző: László »

Ezt az erősítőt megépítették már MJW3281A/MJW1302A végtranzisztorokkal is, illetve alkalmazásra került a bemenetnél a BS108 MOSFET. Nagyon alacsony torzítási értékeket produkáltak így is, én viszont úgy gondolom, a hang karaktere azért fontosabb. És az már nem csak a kapcsoláson múlik. Először legyen meg a jó hangsugárzó, vagy legyen befejezve a jelenlegi, kinek hogy, vele együtt a DAC is, aztán modulokra választom szét ezt a hat tranzisztoros erősítőt, és kipróbálok rajra több féle félvezetőt. Lehetne mondani, hogy hajrá, de egyelőre még nem ezzel fogok foglalkozni.

Helyzet az, hogy egy igényesebb fejhallgató (legalábbis annak megtartott hangszórója) után nehezebb átszokni a hangsugárzós rendszerre. Irigylem azt, akinél ez nem így van. Jó akusztikával, és persze jó AMT-vel, középfrekvenciás AMT-vel javítható a dolog.
Válasz küldése