Гибридный усилитель Corsair (LM3886 + 6Н23П). Мой голос в защиту

Попросили меня сделать усилитель для озвучки комнаты в 50 м², своеобразный «деревенский клуб». Нужно сказать, что там есть уже некий промышленный усилок, который используется для всевозможных мероприятий типа «дискотека». Т. е. играет громко, но в ущерб качеству. Нужен был усилитель именно для более-менее качественного прослушивания музыки, Ватт по 30 на канал.

Ламповый усилитель такой мощности делать мне не улыбалось, поэтому обратил свое внимание на гибридные усилители.
Есть у нас на Датагоре статья о гибридном усилителе «Корсар». Напомню, «Corsair» это LM3886 в инвентирующем включении с ламповым буфером на входе. Решил изучить отзывы и мнения в Интернете. Выводы были не утешительные. Практически 90% отзывов отрицательные. Правда, при ближайшем рассмотрении видно, что отзывы сделаны на основе «теории», а то что было представлено в качестве «практической реализации» меня ужаснуло. Сделать так безграмотно и потом писать что схема кривая и не работает, это по крайней мере неприлично.
Ссылки на то, что нашел в интернете, давать не буду, т. к. не хочу никого обижать и вступать в полемику. Расскажу лучше о своём опыте.

В общем почему-то меня задело, то что так много негативных отзывов, тем более что «теоретические обоснования» в них, расходились с моей теорией.
Решил сам поэкспериментировать с этим «Корсаром». В конце концов, LM3886 останется, а входной буфер можно будет и на ОУ сделать, если что.

↑ Моя схема «Корсара»

Схему первоисточника не привожу. Сразу покажу схему, которая получилась у меня, тем более что она практически не отличается от первоисточника по сути, но отличается некоторыми номиналами.

Схему условно можно разделить на 2 части, собственно УМЗЧ на LM3886 и буфер на 6Н23П.

↑ Начнем с УМЗЧ

Схемка на LM3886. Единственное, что в ней не так, так это очень большой Кус. С номиналами первоисточника Кус был порядка 45. Практическая проверка показала, что при указанном питании (+-27 В) искажения синусоиды на нагрузке в 8 Ом начинаются примерно при 16,5 В на выходе. (т.е. 34 Вт).

Уровень выходного сигнала в современной технике порядка 1,2 -1,5 В. Таким образом было принято решение сделать Кус порядка 16 (с небольшим запасиком).
В данной схеме Кус можно рассчитать по формуле:


Следующий момент это Т-образная ООС, применённая в схеме. Тоже, не понятно почему, вызвала отрицательные отзывы. Поискал про Т-образные ООС и все что с ними связано. Ничего криминального в ней не увидел. Если упростить, то Кус зависит от отношения сопротивления ООС к входному сопротивления.
В классической ООС (резистор с выхода на инв. вход) чтобы получить Кус порядка 16 необходимо чтобы резистор в ООС был довольно большим. Но чем больше резистор ООС тем не стабильнее работает поддержание «0» по постоянному напряжению на выходе.
Т-образная ООС позволяет избежать данного негативного момента. И не такая уж это экзотика, Т-образная ООС встречается довольно часто. Поэтому решил оставить именно ее.

Пару слов про «0» (по постоянному напряжению) на выходе. За это отвечает резистор R6. В принципе можно просто вывод 10 посадить на землю, что встречается во многих схемах. Напряжение на выходе будет при этом порядка 150 мВ. Но по даташиту это не рекомендуется делать. Поэтому я включил вместо R6 подстрочник и попытался подобрать им «0» на выходе. Резистор получился 3,82 кОм. Далее вместо подстроечного был впаян ближайший по номиналу на 3,9 кОм. Постоянное напряжение на выходе, при этом, получил 10 мВ. Вполне приличный результат.

Режим «mute». За это отвечает вывод 8, на который нужно подать отрицательное напряжение. Это напряжение подается через R10 и сглаживается с помощью C9. Почему-то этот способ тоже вызвал «теоретическое» недовольство. Утверждалось что при таком способе на микросхему проникают пульсации питания со всеми негативными последствиями.
Вместо R10 предлагалось поставить источник тока на полевом транзисторе. Защитники R10 утверждают что управляющий транзистор внутри LM3886 находится в глубоком насыщении и пульсации, даже если они теоретически проникнут через R10 + С9, никак не могут повлиять на звук.

Я проверил и тот и другой способ. Разницы никакой не обнаружил. В общем можно поставить как на схеме R10 + С9, можно источник тока на полевике. Я у себя оставил полевик. Просто лень было выпаивать. С9 при этом можно не ставить.
Схема источника тока вот такая примитивная:

Режим «mute» у меня оключается с помощью реле блока защиты. Т.е. при включении идет задержка. Реле выключено. Одной группой контактов оно подключает -27В к светодиоду через R13. После того как время задержки проходит, эта группа контактов отключает светодиод и замыкает цепь «mute» на -27В, включая таким образом звук. Другие группы контактов при этом подключают колонки к выходу усилителя.

Остальные элементы обвязки LM3886 с понятным назначением, описывать их не буду.
Итак с правой частью схемы усилителя разобрались. По сути это стандартное включение LM3886 в инвертирующем режиме.

↑ Ламповый буфер на 6Н23П

Перейдем к буферу, который вызвал наибольшие споры и отрицательные отзывы. Схема включения триода не совсем стандартная.
Вот основные объекты критики: относительно низкое питание и оно «двухполярное», «при таких напряжениях и токах лампа работает в кривой части ВАХ и сигнал будет несимметричен».

Почему-то почти все, кто писал свое мнение по «Корсару», «теоретически» уверены, что так работать не будет. Моя теория и практика говорили мне обратное.

Во-первых, лампа 6Н23П работает и при более низких напряжениях. Есть немало схем усилителей с питанием ниже 30 Вольт. Во-вторых, «двухполярное» питание ламп тоже не экзотика, конечно не на каждом шагу, но встречаются такие схемы.
Ну и в третьих, работа в кривой части ВАХ. Я привык использовать понятие «ВАХ» применительно к схеме с резистивной нагрузкой, т.е. там, где выходной сигнал больше, чем входной. В данной схеме мы имеем катодный повторитель (усиления по напряжению нет). Как сюда вписывается ВАХ в части симметричности мне было не понятно.
На всякий случай поискал и перечитал теорию катодных повторителей. Нигде ВАХ, применительно к симметрии сигнала, в расчетах не нашел. В катодном повторителе Кус чуть меньше единицы, другими словами схема не усиливает, и следовательно асимметрии по напряжению быть не должно. Теоретически возможна асимметрия по току, но при таких низких токах тоже вряд ли.
В общем по этим трем моментам у меня и случилось нестыковка чужих мнений с моим опытом.

↑ Теория без практики — ничто

Для проверки вышеперечисленных спорных вопросов были сделаны практические изыскания. В частности: сравнение работы буфера по приведенной схеме (с двухполярным питанием), с классическим катодным повторителем с однополярным питанием.

Сравнение проводилось с разными анодными напряжениями и разными номиналами катодных резисторов. Не буду всё подробно описывать, скажу итог: двухполярное мне понравилось больше.
На рисунках ниже приведены гармоники снятые при однополярном питании и при двухполярном питании.




Об ассиметрии выходного сигнала. Были сделаны контрольные замеры с шагом входного сигнала примерно 0,1 В. Выходной сигнал снимался на катоде лампы, относительно «земли». Вот два примера как это выглядит при различных уровнях вх.сигнала. Я асимметрии не вижу. Здесь красным входной сигнал, синим выходной.


В последствии такие же замеры были сделаны после C1 и на выходе усилителя. Асимметрии не видно.
Таким образом «моя» теория подтвердилась практикой. Все прекрасно работает.

↑ Борьба с фоном

При обсуждении «Корсара» в интернете много нареканий было на фон усилителя. Если собирать по схеме первоисточника, то фон действительно есть. Но с любым фоном можно бороться.
Для себя выделил следующие возможные источники фона:
 — Фон который дает LM3886 и который зависит от питания LM. По большей части этот источник фона относится к любому усилителю, а не только к «Корсару». Оставим этот источник на последок.
 — Фон от неправильной разводки земли. Тоже самое, относится к любому усилителю. Тоже оставим на потом.
 — Фон от накала лампы.
 — Фон от питания лампы.
С последними двумя источниками и будем разбираться в первую очередь.

↑ Фон от накала лампы

↑ Фон от питания лампы

↑ Разделяем сигнальную и силовую земли

↑ Блок питания

Трансформатор мотался на заказ. Это связано с тем, что необходим был транс с определенным набором обмоток и по габаритам определенной высоты. Последнее условие исходило из концепции корпуса, которая была придумана заранее.
Вот схема БП:

Траснформатор содержит следующие обмотки:
 — 6,3 В 1 А для накала.
 — 8 В 0,3 А для получения стабилизированных 5 В. Питание коммутации и ЦАПа.
 — Две обмотки по 30 В 0,1 А – питание лампы.
 — Четыре обмотки 20 В 3А – питание LM3886.
Таким образом для питания LM3886 используются два отдельных выпрямителя. Отдельные для каждого канала.
Для питания лампы используется общий выпрямитель, но с отдельными RC цепочками.

Также для индикации правильности включения вилки в розетку, с точки зрения фаза-ноль, сделан индикатор на элементах R24, R25, D15, D16 и светодиоде с двойным свечением (красный и зеленый). Схема из датагорской статьи «Сетевой фильтр с контролем правильности подключения к питающей сети для усилителя звуковой частоты».

Хочу несколько слов сказать, зачем по-моему нужно правильное включение в сеть. Меня учили, что начало обмотки должно быть подключено к фазе, а конец обмотки нулю. В этом случае нуль как бы покрывает сверху обмотку и таким образом получается дополнительная экранировка сетевой обмотки.
В правоте этого утверждения я не раз убеждался, поэтому стараюсь придерживаться этого правила.

Раз уж речь зашла о правильности подключения обмоток, то еще несколько замечаний. Может кому пригодится. Используемой мной трансформатор состоит как бы из двух половинок. На каждой половинке намотаны по две обмотки 20 В (для питания LM3886). Так вот вопрос: как использовать эти обмотки? Как их правильно подключить? Понятно, что конец одной обмотки с началом следующей.

Вопрос в другом: использовать на один канал две обмотки с одной половинки трансформатора или с разных?
Ответ: с разных. Именно в этом случае наводок будет меньше. По крайней мере у меня получилось именно так. Кроме того т.к. я не знал, где у вторичных обмоток начало, а где конец, то пришлось поэкспериментировать. Коммутируя обмотки по разному, нашел вариант с минимальными наводками от него. Другими словами, иногда достаточно поменять концы у обмоток, чтобы уменьшить фон.

↑ Защита акустики

Здесь я ничего нового выдумывать не стал. Взял схему защиты на CA1237HA

С указанными номиналами схема осуществляет задержку при включении порядка 1 минуту.
Цепочка D14, R19, C15 подключается к одной из обмоток трансформатора на 20 В. Это позволяет автоматически отключать колонки и переводить LM3886 в режим «mute» при выключении питания.

Конденсатор C13. Мнения на счет его необходимости в интернете разошлись. По описаниям должно работать так:
• Если вместо него поставить перемычку, то в случае срабатывания защиты, защита вернется в рабочее состояние (подключит колонки) после того как причина срабатывания защиты будет ликвидирована.
• Если оставить C13, то защита вернется в рабочее состояние только после полного выключения и включения питания усилителя.

Я себе поставил перемычку. Защита уверенно срабатывает от +/- 1,2 В постоянного напряжения на выходе. Для каждого канала применена своя защита.

↑ Примененные детали

Лампа — 6Н23П-ЕВ.
Практически все резисторы (кроме блока защиты) у меня Kiwame на 2 Вт.

Так исторически сложилось, что я их применяю в ламповых усилителях, поэтому у меня скопился небольшой запас. Плата разведена именно под размер этих резисторов. Хотя вполне можно использовать резисторы 0.25 Вт (кроме R11 и R12). В блоке защиты применены обычные дешевые резисторы на 0.25 Вт.

Резистор R10 фирмы Allen-Bradley.

Опять же случайно получилось. Kiwame на 10кОм у меня закончились, а парочка Allen-Bradley нашлась. Вообще Allen-Bradley мне нравится в катодах выходных ламп, поэтому поставил сюда без сомнений, тем более что такое сопротивление малоприменимо в катодах ламп.

Катушка L1 мотается на резисторе 10 Ом мощностью 5 Вт эмалированным проводом диаметром 0,8 мм до заполнения. Получается ок. 18 витков.

Реле в защите на 24 В с необходимым кол-вом контактных групп. Я использовал реле PT581024 фирмы TE Connectivity с 4 группами контактов. Одна группа отвечает за светодиод и «mute». Две других группы включены параллельно и подключают колонку. Четвертая группа свободна. Хотел ее использовать для других целей, но не сложилось, поэтому можно через нее тоже колонки запитать. Выбор именно этого реле обусловлено его небольшой высотой, что было для меня важно.

Большинство остальных элементов можно приобрести в датагорском магазине: чип LM3886TF, регулятор громкости ALPS, диоды БП УМЗЧ HER508, диоды питания лампы и стабилизатора на 5 Вольт SF14, все диоды зашунтированы керамическими конденсаторами керамическими конденсаторами 0,022 мкФ, конденсаторы в питании Samwha 3300uF, низкопрофильная серия HC. Подозреваю, что для питания лампы такие большие емкости не нужны, можно и поменьше, но у меня других не было для эксперементов.

Конденсаторы С17 и С18 на 10000 uF Panasonic, небольшие по высоте. Плёночные конденсаторы, шунтирующие электролиты в питании, емкостью 0,33 мкф типа К73-17.

Конденсатор C1 – главная деталь усилителя. От него зависит ВСЕ.
Т. к. в ламповых конструкциях межкаскадные конденсаторы такой емкости практически не применяются, то запаса таких емкостей у меня не было. Пришлось экспериментировать с теми, что нашлись в закромах.

Первым был Mundorf MCap 1 мкф — звук чистый приятный, но низов катастрофически не хватает.
Далее был noname красного цвета емкостью 4,7 мкф. – низких вагон (срез примерно 7 Гц) звук мягкий, похож на ламповый. Но какой то размытый. Четкости не хватает.
Последним был неполярный Mundorf E-Cap емкостью 3,3 мкф. Низких хватает. Звук очень четкий, я бы сказал слишком резкий. По началу мне не понравился именно своей излишней четкостью. Но т.к. кандидаты на место С1 у меня закончились, я его оставил временно. Через пару дней звук вошёл в норму. Наверное приработался Mundorf или я привык. В итоге у меня стоит именно Mundorf E-Cap.

↑ Коммутатор входов и встроенный ЦАП FiiO D03K

В качестве бонуса решил сделать несколько входов с переключением. Два входа будут обычные «тюльпаны», а третий вход будет ЦАП. С «тюльпанами» все понятно, не интересно. Расскажу про ЦАП.

Есть такой ЦАП FiiO D03K. Нравится мне тем, что маленький и вполне приличный.

ЦАП подвергся небольшой доработке.
1. Меняем выходной операционник на OPA2132UA.
Можно еще поставить параллельно С10, С12, C16, C18 емкости по 100 Мкф. В одном из своих усилителей я так и сделал. Но здесь с доп. конденсаторами я побоялся не впихнуться обратно в родной корпус. Поэтому ставить их не стал.
2. Выпаиваются лишние разъемы: тюльпаны и мини-usb. Можно еще выпаять гнездо на джек 3,5. Но больно он там хорошо заделан. Оставил его в покое.
3. Удаляется переключатель входов который переключал «Оптический вход» или «Коаксиал». Он расположен с низу платы и в данной конструкции ему там не место. Вместо него ставится небольшой переключатель, который располагается там где ранее был мини-usb (на термоклей + дополнительно фиксируется гаечкой к задней панели) и припаивается к плате проводками.
4. Припаиваются два проводка для питания (ранее питание шло через мини-usb).
5. Припаиваются провода вместо «тюльпанов».

6. В нижней части корпуса делается пропил, чтобы удобнее было вывести провода и 4 отверстия с резьбой М3 чтобы прикрутить к плате.

Доработанную плату вставляем в родной корпус и прикручиваем на плату усилителя. Провода при этом пропускаются сквозь отверстия в плате усилителя и распаиваются снизу к нужным дорожкам.

Коммутация входов осуществляется с помощью двух реле типа TRS-5VDC-SB-L15-R.

Реле переключаются с помощью переключателя на 3 положение (оn – off — on), расположенного на передней панели усилителя.
Логика работы такая:
• Включено реле 1 – сигнал идет с ЦАП (левое положение переключателя).
• Выключены оба реле — сигнал идет с тюльпана 1 (среднее положение переключателя).
• Включено реле 2 – сигнал идет с тюльпана 2 (правое положение переключателя).
Реле коммутируются «землей».

В итоге получилось вот такая плата усилителя:

↑ Корпус усилителя

Концепция корпуса была придумана изначально. Под нее и разводилась плата. Хотелось все основные компоненты разместить в корпусе, как можно более тонком, а изначально высокие элементы: лампу и трансформатор вытащить вверх (над корпусом).

В качестве боковых стенок хотелось применить медные пластины, они же радиаторы. Но подходящих медных пластин я так и не нашел. Поэтому взял радиатор размером 30 на 15 см и распилил его вдоль на две половинки. Они стали боковинами корпуса. Сам корпус сделан из 6 мм оргстекла, покрашенного изнутри черной краской из баллончика.

В радиаторах просверлены отверстия, а в дне корпуса (с торцов) отверстия под резьбу М3.

Мордочка, верхняя крышка и задняя панель также из оргстекла. Т.к. трансформатор выступает над верхней крышкой, то я его одел в экран, сделанный из медной фольги. Вот так это выглядело во время примерки:

Но тут выяснилось, что фольга не очень хорошо держит геометрию. Т.е. она не идеально ровная и изгибается по бокам. В итоге экран из фольги был удален и сделана крышечка из 4 мм оргстекла.

Окончательная компоновка и внешний вид:

Размеры корпуса: глубина 30 см, ширина вместе с радиаторами 25 см, высота основная 6 см + шапочка 3 см.

Несколько слов про оформление передней панели. На ней расположены: регулятор громкости и два переключателя (сеть и выбор источника сигнала). Т.к. усилком буду пользоваться не я, то чтобы не путались в переключателях, желательно сделать какие-то обозначения. Мне нравится идея создания надписей с помощью пленки ORACAL. Но плоттера поблизости не нашлось. Поэтому применил вот такую простую технологию: на лазерном принтере на прозрачной пленке распечатываем нужные картинки. Затем со стороны тонера напыляем осторожно краску из баллончика. Получается вот так:

вырезаем аккуратненько ножницами по краю картинки. Далее с лицевой стороны (там, где нет краски) аккуратно напыляем лак из баллончика. Лак должен лечь практически пылью, а не слоем. И прижимаем к передней панели с внутренней стороны. С помощью лаковой пыли картинка приклеивается к оргстеклу.

Далее все вместе красится черной краской с внутренней стороны (потихоньку, в несколько тонких слоев).
В итоге получаем покрашенную изнутри панель, с нужными надписями. Получается вполне сносно.
Если в момент покраски черной краской чем-то закрыть надпись, чтобы на нее краска не попадала, то можно получить «просвечивающуюся» надпись.

↑ Некоторые особенности монтажа

Из особенностей монтажа хочется отметить:
 — C5, C6 и С7, С8 желательно расположить как можно ближе к выводам LM3886
 — плата крепится ко дну корпуса на стойках высотой 6 мм
 — не люблю питание через дорожки платы. Поэтому +/-27 В и земля от БП до LM3886 проведено проводами 1,5 мм² свитыми между собой.
 — сигнал подается от входных гнезд так: на каждый канал свой кабель в виде двух проводов МГТФ в экране и термоусадке. По одному проводу земля по другому сигнал. Экран соединен с землей с одной стороны (у регулятора громкости).
 — чтобы не было лишних наводок, т.к. выключатель питания расположен в передней части усилителя, то 220 В заведено на выключатель двумя свитыми проводами, уложенными в экран и термоусадку.
 — подключение реле к переключателю, который тоже расположен на передней панели, также проложено отдельными проводами в экране и термоусадке. Экран тут выполняет роль третьего провода, по которому подается земля на переключатель.
Все провода расположены с низу платы (между платой и дном корпуса).

Т.к. LM3886 у меня в изолированном корпусе, то радиаторы можно заземлить. Что сделано с помощью проводочка припаянного к «массе» на плате и заведенного под винт крепление LM3886 к радиатору.
В виду того что выходные разъемы на колонки расположены близко к «тюльпанам» я закрыл их, вместе с коммутирующим реле, экраном из медной фольги. На всякий случай.

Еще одно важное замечание: на фотографии видно, что LM3886 довольно сильно смещены к переднему краю радиатора. Это получилось потому, что плата разводилась, когда у меня не было трансформатора на руках. Т.е. он был только заказан. Плата разводилась, исходя из размеров трансформатора, которые у меня были. По другому не компоновалось. Толи я не правильно записал ожидаемые размеры трансформатора, толи еще что случилось, но в реальности транс получился заметно меньшего размера. Это, а также то, что отказ от стаб. питания накала освободил место на плате, привело к тому, что трансформатор можно развернуть на 90 градусов и LM3886 расположить ближе к центру радиатора.

Но на самом деле даже при таком расположении (ближе к краю радиатора) микросхема нагревается в допустимых пределах. При комфортной громкости (регулятор «на 9 часов») радиатор в районе микросхемы чуть теплый. При громкости «на 12 часах» радиатор теплый, но не горячий.
При максимальной громкости радиатор горяченький, но не критично. Тепловая защита микросхемы не срабатывает. Правда на максимальной громкости долго погонять не удалось — я не выдержал такой громкости.

В прилагаемых файлах есть обе разводки платы.

Трансформатор крепится на плате через резиновые прокладки, чтобы уменьшить воздействие вибрации трансформатора на лампу.
Для вентиляции трансформатора в дне корпуса, плате и крышке сделаны отверстия.

↑ Итоги и выводы

Усилитель получился в оригинальном, симпатичном и относительно не большом корпусе. Крашенное изнутри оргстекло смотрится хорошо.

По звуку: звук нельзя назвать «ламповым» в полном смысле этого слова, но он вполне приятный. Я не имею возможности сравнить звук с усилителями на этой микросхеме, сделанными по другим схемам, или с другими каменными усилителями, поэтому не могу сказать — лучше или хуже он звучит. Главным критерием для меня является то, что даже прослушивание в течении 6 часов совершенно меня не утомляет. Для меня это хороший показатель. Ну и еще раз хочется напомнить, что многое зависит от конденсатора С1. Он тут главный!

АЧХ и гармоники усилителя в картинках:

Представленные характеристики сняты на нагрузке 8Ом (резистор 20 Вт) и выходном напряжении 11 В (15Вт).

↑ Файлы

• печатка в формате diptrace: 🎁diptrace.zip  241.92 Kb ⇣ 104
• печатка в виде картинки: 🎁plata.zip  1002.69 Kb ⇣ 135

Всем удачи!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации