Своя версия усилителя А-класса JLH1969: как скрестить ужа с ежом

Около месяца назад я уже немного рассказал о данном усилителе (ссылки будут в конце статьи). А именно о простом транзисторном усилителе А-класса Джона Линсли Худа, придуманным им уже в далеком 1969 году. Из-за своей простоты и комфортного звучания, да и просто (возможно) пиара, данный усилитель популярен до сих пор. Как минимум это видно по большому количеству предложений из поднебесной как готовых, так и кит-наборов усилителей. На пробу был взят один такой кит-набор, правда сразу заменил примерно половину комплектующих на более с виду качественные. 

Получившийся результат порадовал. Усилитель действительно звучит интересно, как говорят ближе к лампам, возможно. 

В процессе изготовления в конструкцию (железо) усилителя несколько раз вводились корректировки, иногда весьма существенные. Одно из крупных изменений, это смена блоков питания, что заставило пересмотреть внутреннюю компоновку усилителя, перевернуть все с ног на голову. Дело в том, что корпус ( BRZHIFI BZ2607  311х260х70 ) был уже выбран и куплен. И хотя при кастинге учитывался некий запас по внутреннему объему ( массивные радиаторы с 10 мм подошвой откушали внутреннего объема по ширине прилично, осталось 300х160х64 ), он очень быстро испарился и сделать все аккуратно стало совсем не просто.

После первой версии усилителя, было решено сделать полностью свои платы. Хотелось снизить уровень некой «колхозности» конечного изделия и реализовать на чуть более современной электронной базе (к этому пришел не сразу и по прошествии времени, до конца не уверен в правильности выбора, но об этом в конце).

 Новые платы усилителя и не только

Нарисовал и заказал у известного ресурса  JLCPCB.COM платы. Чтобы платы вышли дешевыми, надо не вылезать за рамки 100х100 мм. В такой формат удалось впихнуть 4 разные платы на две заготовки. Это усилители левого и правого каналов (зеркальные). Плата дополнительного служебного источника питания, так как усилитель будет сделан по схеме двойного моно, с максимально возможным разнесением каналов. Плата входной коммутации.

По приходу, платы были разрезаны обычным дремелем и чутка обработаны напильником.

В процессе сборки обнаружилось несколько маленьких косячков, сказалась некая спешка, так как хотел заказать до нового года. В частности забыл, что резистор в цепи Цобеля должен быть приличной мощности. Пришлось немного изгаляться. Все «очепятки» были хоть и неприятны для перфекциониста, но не критичны для конечного результата.

Если кратко, по задумке. Схема усилителя оставлена практически без изменений. Ее можно посмотреть в ранней публикации.

В качестве входного транзистора применен 2SA1015Y с типовым нормированным уровнем шумов порядка 1dB. В качестве драйверного использовал 2SC5707 (поговаривают, что данный транзистор замечательно себя ведет и в качестве выходного для варианта усилителя наушников). Ну, а оконечниками выступают, всем до боли известные, 2SC5200 от Toshiba.  

На входе усилителя стоит пара (в параллель) больших MKP10 от Wima 1,0 uF, дабы пухлому звуку было вольготно протискиваться по тракту и ни чего не мешало ))).

Электролиты по 470,0 uF на вольтодобавке и в цепи обратной связи, в цепи смещения средней точки оставил 100,0 uF, как в оригинале. Отдельно к плате подключаются основной конденсатор фильтра по питанию и разделительный выходной конденсатор, оба по 10 000,0 uF. На входе по питанию стоит еще дополнительно дроссель 10,0 uH, образующий с конденсатором LC фильтр. 

Также на плате установлено реле для включения акустики с задержкой (так таковая защита для колонок не требуется, только задержка включения и быстрое отключение). К нормально замкнутым контактам реле подключен мощный низкоомный резистор для заряда и разряда разделительного выходного конденсатора.

В качестве соединений на плате применены фастоны, очень удобно и достаточно надежно. 

Плата разводилась с учетом минимальных по длине соединений, все транзисторы размещены кучно. «Грязная» земля в одном месте (нижний ряд фастонов). На верхней стороне платы полигон сигнального общего, соединенный с GND в одной точке. Питание для реле гальванически развязано. Применение чип компонентов, ОАЛА, не шибко бы позволило уменьшить (особенно транзисторы) занимаемый усилителем размер, да и просто хотелось видеть некую уже привычную визуальную аутентичность агрегата.

Также предусмотрел перемычку, позволяющую точно измерить ток покоя усилителя, но настраивал по старинке (ток всего усилителя).

По хорошему, для настройки тока, надо было использовать подстроечник с боковым размещением регулировочного винта (как раз доступен между электролитами). Ибо в моем случае, пришлось откидывать платы с радиаторами в сторону. Неудобно, возможно доработаю.

 Питание усилителя

Как и предыдущий вариант, было решено использовать импульсные блоки питания, тем более корпус иного и не позволял. Применены два Mean Well  EPP-120S. Реализация двойного моно.

Дополнительный источник питания

Для питания служебных схем (подсветка, реле и еще кое-что интересное) было решено сделать еще один маленький модуль.

На плате установлен БП от той же Mean Well  IRM-10-24, выдающий 24 вольта и 10 Ватт, линейные стабилизаторы на 12 и 5 вольт. Схема задержки включения реле усилителей. Все разъемы и расположение контактов спроектированы так, что не тот разъем не воткнешь. По ошибке ни чего не сгорит.

На фото, плата лежит на специальной бекплейт-нашлепке, напечатанной на 3D принтере.

Плата коммутации источника

 Мне очень не нравятся RCA разъемы, считаю их диким пережитком прошлого. Они занимают много места, у обычного исполнения сначала соединяется сигнальный контакт и только потом общий. Считаю, что правильно использовать XLR и TSR разъемы (есть и комбо). В моем варианте будут TSR 6,3 мм.

Для удобства, уменьшения соплей от проводов и легкой сборки/разборки, была сделана еще одна плата.

На плате два TSR стерео разъема.

Один Full Direct, сигнал от источника звука поступает напрямую в усилитель минуя все что можно, включая регулятор громкости. Также, он имеет более высокий приоритет, если в него вставлен «джек», то вся остальная часть коммутации отключается.

Второй разъем может работать в двух режимах. Стандартный — практически тоже самое, что Full Direct, только появляется возможность регулировать громкость. Дополнительный режим (включается кнопкой на передней панели, справа от регулятора громкости) — перед РГ подключается еще одна штучка. За переключение отвечает сигнально реле Takamisawa NA24W-K.

Теперь немного попечатаем

Чтобы все это хозяйство аккуратно разместить в корпусе, воспользуемся 3D принтером.

Для уменьшение длины сигнальных проводов, компоновка усилителя такая: спереди блоки питания и все, что не влияет особо на звук, сзади усилителя вся сигнальная слаботочка. Исключение разъем и внутренний кабель питания, пусть и не идеально, но эта проблема разрешилась удачно. 

На 3D принтере был напечатан большой холдер для крепления блоков питания (отчасти защищает от поражения высоким напряжением и изолирует от металлического корпуса), больших конденсаторов, переменного резистора регулировки громкости ALPS 10 кОм (он также отнесен назад усилителя и приводится через удлинитель), а также реализовано некое подобие кабель менеджмента.

Ну и начинаем потихоньку собирать

Сначала затолкаем все в холдер. Снизу (между основанием холдера и металлической нижней крышкой корпуса) будет еще дополнительная диэлектрическая нашлепка.

Платы усилителя, силовые транзисторы через тонкую слюду вместе с пастой MX2.

И пытаемся впихнуть все это хозяйство в компактный корпус.

Соединения вышли достаточно короткие и было решено отказаться от использования толстых межблочных/микрофонных проводов. Оказалось вполне достаточно витых пар. Главное требование, для исключения земляных петель, соединять общие у входа и выхода, только в одном месте. К примеру, с разъема на РГ идет только сигнал, а общий подключен только со стороны платы коммутации и выполняет функцию экранирования. Снимаем с РГ (ползунок) сигнал и именно по этому соединению происходит двухстороннее подключение общих проводников (экранирование и уравнивание потенциалов). 

Стрелочные индикаторы подключаются параллельно клемм акустики. Их подсветка 12 вольт, последовательно от двух индикаторов, как 24 вольта на плату со служебным питанием.

А при чем тут уж и еж?

Ну вот и добрались до некой изюминки данного усилителя.

Было просто интересно собрать усилитель А-класса. Не ставилась задача получить абсолютно правильный девайс. Это была просто некая разминка для головы и рук. 

Сейчас, в другом проекте, буду использовать DSP процессор. И подумалось, а не впихнуть и сюда самый простенький DSP,  как некий полигон для будущих экспериментов. Основная задача для процессора тут, ввести компенсацию АЧХ комнаты и акустических систем.

В усилитель был водружен народный и простой DSP ADAU1701 от Analog Devices (плата 3 ревизии от ЧипДипа). На борту самого чипа уже есть двухканальный АЦП и 4х канальный ЦАП. Пускай ADAU1701 звезд с неба не хватает (ни разу не Hi-End), но как известно, львиную долю (более половины то точно) искажений в звуковой тракт вносят акустика помещения и колонки, так что хватит над чем работать и ему.

На заднюю стенку усилителя был прикручен 8-ми контактный разъем (к сожалению, мам таких я не видел), что нашелся в хозяйстве. 

Он используется для заливки прошивки в процессор по I2C. Также на разъем выведено питание 5 вольт, если захочется сделать некий проводной пульт с крутилками (к примеру, параметрик EQ). Осталось 4 контакта и тут можно будет вывести наружу дополнительные два ЦАП (к примеру для сабвуфера), или можно вывести GPIO процессора и сделать дополнительное простое управление чем нить, или попробовать подключить I2S и тогда реализовать цифровой вход в усилитель. Короче, вариантов много.

Что вышло в итоге

Ток покоя в данном исполнении выставил порядка 1,8 А для 8 Омной нагрузки (можно было чуть меньше даже) и 30 вольт питания усилителя. Если вспомним предыдущую реализацию, то там хорошо получалось при минимум 2,6А, а идеально при 3 Ампер. Мощность RMS при 8 Омах около 12 Ватт на канал. Усилитель из розетки перманентно кушает примерно 120-125 Ватт.

На картинке видна красивая большая вторая гармоника, маскирующая третью не очень благозвучно звучащую.

Что касается сравнения звучания (пока ветвь с DSP не рассматриваем), к сожалению сейчас нет возможности сравнить оба варианта одновременно (первый частично подвергся экзекуции). Но сложилось впечатление, что китайский вариант на старых транзисторах звучал прикольней. В нем можно было расслышать в паузах всяческие шумовые артефакты (скорей всего из-за приятно «фонящего» входного транзистора 2N2907),  дающие дополнительные обертона (или что там) в музыке. Новый вариант усилителя, мне показался слишком чистым в звучании, ни флуктуационного шипения в паузах, ни той теплоты. Хотя, возможно, я просто прислушался и в квартире не так холодно стало).

Возможно, я вернусь к слепому сравнению двух версий усилителя, но позже. И, если китайский вариант мне понравится больше, можно попробовать поэкспериментировать с тем же входным транзистором.

Зачем все это? Как сказал мой старый друг, имеющий в своей коллекции полдюжины сетапов разных эпох: «Современные аппараты не вызывают эмоций. Только чистый, лабораторный звук. Никаких искажений, шипений, ничего что мне нравится.».

Ссылки на предыдущие посты: начало и продолжение.