Ladění a replika zesilovače AZW161 A

Dostal se ke mě zesilovač z vozidel hromadné dopravy AZW161 montovaný v 60. letech do tramvají T3 a autobusů RTO. Zesilovač v překvapivě výborném až sbírkovém stavu jsem zkusil ze zvědavosti zapojit, abych zjitil jak hraje. V nulové pozici hlasitosti hrál až překvapivě dobře, hloubky a při pootočení potenciometru pouze výšky. Vcelku jasný závěr, vyschlé vazební kondenzátory. Ač nerad jsem začal rozebírat ještě originálně zatřené šrouby načež jsem zjistil, že nejsem první, kdo měnil, zatím tedy jen jeden kondenzátor. Ovšem pájkou strčenou za desku bez rozebrání šasi.

Trochu překvapen jsem nakonec zjistil, že špatné jsou úplně všechny elektrolyty, které tam byly. Kapacita menší než polovina, velký odpor a gumové zátky popraskané.

Překvapen proto, že ze stejné doby se najde fungujících kondenzátorů obvykle větší část, nebývají všechny špatné, proto jsem ze zásob vyměřil a zkusmo naformoval obdobné typy a osadil. Zesilovač jsem celý smontoval s tím, že je hotovo a opět pustil. Nicméně tím problémy teprve začaly.

Po zapnutí s novými elyty jsem konečně slyšel ten charakteristý amplionový zvuk s ořezanými hloubkami i výškami. Prostě rozsah asi 100Hz až 4kHz. Koukal jsem na ty trafa, výstupní je větší než mám v SE s EBL21,vzpomínal na ten zvuk s vyschlými elyty a přemýšlel kde je chyba.

Původní dokumentace nic moc k nalezení, svazky drátů, hnědé odbory bez barevného kódu, schema jsem obkreslil ze šasi pomocí ohmetru. Hned bylo jasné, že frekvenční rozsah je omezen záměrně. Hloubky jsou omezeny zvolenými malými kapacitami přes emitorové odpory a výšky pak velkým zesílením prvních dvou stupňů (vstupem byl mikrofon), které nejsou utaženy zpětnou vazbou. Germaniový NF tranzistor je pomalý a tak volně vázané zesilovací stupně s velkým zesílením výrazně tlumí výšky.

Přemýšlel jsem jak zapojení s minimálním zásahem do konstrukce upravit pro poslech. Jako nejvhodnější se ukázalo emitorové kapacity úplně vyndat. Jednak klesne zesílení stupně, což zlepší přenos na vyšších frekvencích a zmizí zvýraznění středů na úkor hloubek vlivem původně osazené nedostatečné kapacity, která byla volena s ohledem na požadovaný přenos.

Koncový stupeň je navržen velmi dobře, je utažen silnou zpětnou vazbou, transformátory mají dvojí paralelní vinutí ke snížení rozptylové indukčnosti a hlavně na výkon dostatečně velké jádro. Nikdy jsem v tomhle starém zapojení, hojně používaném v bateriových rádiích s maličkými transformátorky, tak velké neviděl. Koncové tranzistory 6NU73 na velkém pasivu, přesto každý svůj termistor kvůli teplotní stabilizaci. To prostě musí hrát výborně.

Úplně pochopit princip zapojení a možnosti Ge tranzistorů se nakonec vyplatilo a po úpravách hodnot kondenzátorů zesilovač skutečně konečně hraje tak, jak vypadá jeho koncový stupeň. Když totiž byly elyty špatné, signál šel přes netlumenou napájecí větev až na koncový stupeň, kde to pak dohnala zpětná vazba.

Původní schema

Sbírkový stav

Vnitřek, původní elyty

Nové elyty

Deska navrhovaná inverzní technologií návrhu spojů

Po úspěšném zprovoznění jsem si zvykl zesilovač poslouchat a trochu mi začal chybět druhý kanál na stereo. Ukázalo se, že sehnat druhý nebude tak snadné, po podání inzerátu se podařilo sehnat alespoň šasi s tím nedůležitějším - výstupním transformátorem, a tak jsem se rozhodl postavit repliku. Však to co ve zdánlivě beznadějně prázdném šasi chybělo, byly jen běžné součástky, které jsem měl všechny doma.

Schema po úpravě

 Bez dokumentace jsem vybral tranzistory tak, aby splňovaly parametry plynoucí ze zapojení, nicméně T3 je v oreginále zřejmě odlišný typ. Ani po prohledání všech zásob se mi nepodařilo najít fungující dva koncové tranzistory, ani z nižší napěťové řady. Všechny co mám mají tak velký svod, že nejde nastavit rozumný klidový proud a některé se dokonce lavinově prorážejí už při malém napájecím napětí. Nakonec jsem tam musel dát AD1204, které fungují bezproblému. Přitom v předchozím zesilovači původní tranzistory stále fungují. Bohužel, elektronky nás přežijou několikrát, germaniové tranzistory zřejmě nikoli.

Zdánlivě prázdné šasi, ale to nejdůležitější tam je!

Ještě než přišlo šasi jsem nakreslil ručmo novou desku

Deska osazena, transformátory čekají na očištění a nový lak.

Hotovo! Germaniové Stereo!

Budící trafo přirozeně budilo nedůvěru, nicméně u něho není důležitý výkon ale převodní poměr a indukčnost primárního vinutí. Menší je zřejmě prostě proto, že se jim v pozdější době dařilo vinout trafa tenším drátem, a tedy mohli zmenšit jádro.

Složení repliky nakonec zabralo jediný víkend, aneb když člověk nemusí přemýšlet, jak něco udělat ale prostě to udělá tak, jak to bylo navrženo. Zesilovač má slušný zvuk, výkon i účinnost. Však kde dneska člověk uvidí zesilovač, kde příkon signálky je 3/4 klidového odběru celého zařízení?

Jak hraje MBA810

Integrované zesilovače MBA810 se ve své době používaly ve většině rádií a televizí, schematické zapojení bylo vesměs totožné až na drobné odlišnosti ve zpětné vazbě a frekvenční kompenzaci. Použité vyhlazovací a výstupní elektrolyty byly malé a zesílení kvůli účelu zesilovat signál přímo z demodulátorů, bylo nastavené příliš velké. Moduly zesilovačů šuměly a v hudbě prakticky chyběly hloubky.

Ale zvuk byl tak charakteristický, že jsem už několik let chtěl z nich postavit pěkný stereozesilovač a slyšet znovu, jak to tenkrát hrálo, ale až teď jsem na to měl čas.

Dvě odpoledne jsem koukal do vnitřního zapojení různých variant integrovaných obvodů MBA810, měřil moduly zesilovačů s nimi a přemýšlel, co by se dalo na tom zapojení vylepšit. Po stavbě několika tranzistorových zesilovačů, jsem už konečně měl možnost pochopit, jak to vlastně fungovalo a k čemu jednotlivé tranzistory uvnitř byly.

Hlavním problémem modulů byl šum a zbytečně velké zesílení. Zesilovač má vcelku klasickou zpětnou vazbu s tím, že rezistor od výstupu na záporný vstup je v pouzdru zabudován. Prý má mít hodnotu 4K, ale vnějším měřením (mezi vývody č. 6 - 12) je patrné, že má spíš 3k2 až 3k8 u různých obvodů, což je dost nevýhoda pro konstrukci stereozesilovače, protože při stejných vnějších rezistorech budou mít obvody pořád různé zesílení. Ale spousta dnešních potenciometrů na tom se souběhem taky není nejlíp, takže by bylo dobré dát trimr a až pak doladit souběh.

Místo původního 56R ve zpětné vazbě (vývod č. 6) jsem zvolil 470R, který při buzení z běžných linkových výstupů stačí a zesilovač tak nešumí takřka ani do sluchátek (ale i úroveň šumu se liší kus od kusu).

Kondenzátor ve zpětné vazbě má vliv na přenos dolních kmitočtů (resp. na pootočení fáze) obdobný jako výstupní elektrolyt, takže je dobré dát minimálně těch 470uF při výstupním 2m2, ikdyž by zvětšení obou poměry při přenosu 20Hz ještě zlepšilo (takto má naměřený posuv fáze 41° výstup proti vstupu)

Co mě nejvíce rozčilovalo byl vývod č. 5 a zapojení kompenzačních kondenzátorů kolem. Kondenzátor C7 způsobuje opačný posuv fáze při vysokých frekvencích, ale není to až tak hrozné. Jejich úplné vyřazení ale vede k rozkmitání zesilovače na vf, kdy si obvod i bez zátěže řekne o maximální povolený proud a celý výkon protopí na koncových tranzistorech.

Rozkmitání také zabraňuje RC článek na výstupu 1R a 100n, který je velmi důležitý, součástky musí být v pořádku, jinak dojde ke zničení obvodu. Jeden se mi přesto rozkmital a pomohlo až osazení RC článku 1R a 220n. Na přenosovou charakteristiku (která není až tak špatná) tento RC článek naštěstí vliv nemá.

Dále jsem se pokoušel zabránit hlasitému lupání reproduktorů při zapínání zesilovače, které bylo velmi typické a nepříjemné. Tím, že je zesilovač napájen nesymetricky (z jednoho zdroje) obsahuje na výstupu elektrolyt velké kapacity, který je za provozu nabitý na polovinu napětí zdroje, před zapnutím je ale vybitý a musí se tedy nabít přes reproduktor. Nevhodná volba kapacit v ostatních vývodech obvodu způsobuje, že těsně po zapnutí je na výstupu (č. 12) navíc impuls kladného napětí. Osazení zbytečně velkého elektrolytu do vývodu 7 (vyhlazení napětí pro vnitřní zdroje proudu) toto částečně zlepšilo.

Dále mě velmi překvapil překlenovací elektrolyt od výstupu na vývod č. 4, kterým se napájí zdroje proudu a horní budící tranzistor koncového stupně. Při přepojení elektrolytu z výstupu klasicky na zem zesilovač funguje normálně, jen limitace shora nastává asi o 2V dříve. Kondenzátor zde tedy funguje jako nábojová pumpa a při kladné půlvlně zvyšuje napětí na budícím tranzistoru až nad napájecí napětí zdroje, tedy kolektoru koncového tranzistoru, a ten se otevírá dál a oddálí tak limitaci shora na stejnou úroveň jako je zdola.

Výsledné schema:

Do napájecího přívodu jsem přidal něco na způsob LC filtru kvůli tomu, že zesilovač napájím z akumulátorů, které mají uzemněný mínus a při připojení jiného uzemněného zařízení se na vstupu objeví šum a vf rušení. Filtr z tlumivek vyndaných z CRT monitorů toto částečně odstranil.

Mezi vstupním potenciometrem a vývodem č. 8 před R5 jsem původně měl svitek 1uF na protože jsem na vstupu obvodu vůči zemi naměřil určité klidové napětí a byl zvědav, co to udělá. Jenže svitek akorát způsoboval další pootočení fáze na dolních frekvencích a napětí na vstupu je prakticky nula, obvod je tak navržen ikdyž vlastně není napájen symetricky, což bývá typické pro vstup bez vazebního kondenzátoru.

Vybíral jsem mezi typy MBA810S a MBA810DS, které se liší nejvíc přepěťovou ochranou, která je ale pro stavbu zesilovače a tedy napájení stabilním zdrojem naprosto k ničemu. Vybral jsem variantu DS, že vypadá propracovaněji. Původní MBA810 jsem neměl možnost vyzkoušet.

Zesilovač jsem poslouchal několik dnů, abych ho vyzkoušel. Vůbec nehraje špatně, ale pustit pak po týdnu OTL s EL34 a znovu slyšet ty hloubky bylo jako najít dávno ztracený zvuk.

Ikdyž má MBA810 větší výkon než to OTL, nedá se využít. Když přidám hlasitost slyším hlavně středy, výšky, sykavky a větší hlasitost je na poslech nepříjemná. Zesilovač prostě jen řve, nic víc. kdežto OTL se nebojím pustit až těsně k limitaci protože zvuk je mnohem příjemnější, přibydou hlavně hloubky a středy nejsou nepříjemné, zesilovač neřve, jen duní.

Ještě stojí za povšimnutí, že zesilovač má dvakrát větší fázový posuv na 20Hz než OTL, ačkoli mají stejnou kapacitu elektrolytu na výstupu. To je způsobené tím, že koncové elektronky se chovají více jako zdroje proudu a při vzrůstu napětí na kondenzátoru takřka neklesá napětí na reproduktoru protože vzrůst napětí je zanedbatelný oproti anodovému napětí elektronek. (Ale to je drobnost vykoupená mizivou účinností)

Vnitřní schema obvodu MBA810

(zdroj: http://katalogy.ic.cz/MBA810DS.html)

Konstrukce do hliníkového šasi:

Kvazikomplementární zesilovač s germaniovými tranzistory II.

Po roce jsem opět nasázel do kontaktního pole 13 germaniových tranzistorů a znovu začal ladit kompletně symetrické zapojení, téměř stejné, jak v předchozí variantě.

Zvolil jsem jiné z mnoha dříve používaných drobně rozdílných zapojení kvazikomplementárního řízení, které se chová poněkud lépe než původní. Bočník 0,56R se u dolního tranzistoru sice přesunul do kolektoru, ale teplotní stabilizace zůstala zachována, protože je teď vlastně v emitoru budícího tranzistoru, který při vzrůstu úbytku přivírá bázi obdobným způsobem.

Koncepce má jedinou vadu. Při osazení libovolných tranzistorů se nedá očekávat, že zapojení byť správně zapojené bude fungovat napoprvé. Je to spíš loterie, jestli bude na výstupu kladné nebo záporné napětí řádu stovek mV místo toho, aby tam byla nula. Problémem jsou tranzistory v diferenciálních zesilovačích, resp párování NPN větve vůči PNP větvi. Některé tranzistory (mnoho) vykazuje příliš velký svodový proud Ice, který rozlaďuje diferenciální zesilovače a zpětná vazba už není schopna nastavit výstup přesně na nulu (úbytky na vazebních odporech vstupů do dif. zesilovačů) Svodový Ice, resp. Iceo se měří s bází spojenou s emitorem. (Rbe=0) V katalogu je uveden maximální povolený pro dané napětí Uce, což však v klasickém katalogu bylo pouze 6V. Dá se ale rychle změřit a vyřadit tak nevhodné tranzistory. (Např. se kolektor zapojí přes odpor na napájení, emitor spolu s bází na opačný pól a měří se úbytek na odporu v kolektoru, např 47K při 16V. Tranzistory stejného typu ho mají podobný, dá se tak i částečně zařadit neznámý tranzistor do typové řady, tranzistor stejného typu s např 2x větším Iceo než průměr ostatních už není do diferenciálního zesilovače vhodný a způsobil by nenulové napětí na výstupu.) Ovšem bezpečně nejspolehlivější je zapojení odzkoušet na nepájivém poli, tranzistory očíslovat a pak je teprve osadit do finálního zapojení.

Nakonec ale i po zdlouhavém hledání, kdy zapojení konečně funguje se může stát, že po např. hodině od zapnutí se na výstupu opět objeví DC napětí. Podle toho, jestli kladné nebo záporné, přiložíte prst na npn nebo pnp dvojici v dif. zes. a napětí pomalu zmizí, případně začne narůstat v opačné polaritě. Ge tranzistory jsou prostě příliš citlivé na změnu teploty. Extrémním řešením by bylo celou čtveřici dif. zes. tepelně spojit např. hliníkovým kvádrem s otvory pro jednotlivé tranzistory. Je ale otázka, zda při jiné celkové teplotě by se stejně neprojevila různá teplotní závislost různých tranzistorů.

Schema

(inspirace: http://www.federmann.cz/images/stories/Nf/HQQF/504/HQQF-55-504W_4_2_schema.jpg

http://www.electronicstudio.net/au-schem.html )

Zapojení se chová vlastně jako výkonový operační zesilovač. Na kladný vstup se přivádí signál, na záporný zpětná vazba. Trimr R19 určuje zesílení. R13 klidový proud koncových tranzistorů.

T9,12,13 je třeba umístit na společný chladič kvůli teplotní stabilizaci. T10,11 potřebují chladič také.

Tranzistory nemusí být nutně stejné, dají se použít různé typy. Původně jsem se bál použití výkonových 2NU74 ale fungují naprosto bezchybně, dokonce jsou teplotně stabilnější než GD241B, co jsem používal minule.

Koncovému stupni klesá účinnost s přenášenou frekvencí, např při 20kHz sinus, začalo zapojení brát 3A při zátěži 8R, na měkkém zdroji kleslo napětí na +-12V a velká část výkonu se protopila na koncových tranzistorech, které už mají s touto frekvencí potíže.

Odpory R4, R7 spolu referenčním napětím na LED diodách určují proud diferenciálních zesilovačů, který je roven přibližně Uled/R. (úbytek na bázi je asi 0,15V závislý na proudu) R10, R11 podobně určují proud řídícími T7, T8.

Konstrukce na hliníkovém šasi

Napájení je z jednoduchosti a bezpečnosti řešeno AC/AC adaptérem 12V. Na desce je pak prostě jeden vývod připojen na kostru a druhý přes dvě diody na napájecí větve jako zdvojovač. Jsou jen potřeba větší vyhlazovací kapacity než při klasickém napájení sekundárním vinutím s odbočkou a čtyřcestným usměrňovačem. Pro 8R zátěž to chce 2A adaptér, pro 4R 4A, víc nemá kvůli velikosti napětí smysl.

Deska zespodu, lépe to nešlo, pač jsem to musel kreslit starší fixou s rozplizlým hrotem

Namontované tranzistory 2NU74

Ještě chybí ucho, nožičky a přebrousit a přelakovat..

4.4.2013 Po několika měřeních a výměnách tranzistorů jsem přišel na to, že šum způsoboval tranzistor proudového zdroje u diferenciálních zesilovačů. Při dodatečném měření vykazoval 10x větší svod CE než průměrné ostatní. Vybírání tranzistorů, se kterými bude zesilovač fungovat s dostatečně malým ofsetem, není až takový horor, prakticky stačí změřit dostupné a vyřadit ty evidentně špatné např. měřením Iceo. Ostatní nesymetrie potom pobere zpětná vazba. Sám jsem tranzistorů neměl na vybírání mnoho a na zkušební desce se dalo vytvořit mnoho fungujících kombinací. Velký offset zpravidla způsoboval některý později objevený vadný tranzistor. Ovšem nejjistějším krajním řešením je DC servo, co se postará o nulový offset jak při změnách teploty, tak i při osazení neprobraných tranzistorů.

Kvazikomplementární germaniový zesilovač ve třídě B

Varování: Příspěvek není návodem ale inspirací pro možný návrh podobného zařízení kvalifikovanou osobou případně pod dozorem jako školní projekt. Obsahuje části pod napětím životu nebezpečným. Autor nenese odpovědnost za újmy na zdraví nebo majetku vzniklé v souvislosti s následujícím příspěvkem. Autor si vyhrazuje právo příspěvek kdykoli změnit. 

Už dlouho mi ležela v hlavě myšlenka postavit zesilovač kompletně z germaniových tranzistorů. Stejně jako se říká o elektronkách že mají typický zvuk, tak totéž se říká o germaniových tranzistorech.

Jedna z možností jaké zapojení zvolit mě napadlo postavit repliku nějakého 40let starého zesilovače s použitím klasických tehdejších součástek. Ovšem rozumných schemat z té doby moc není a když tak obsahují celé řady zpětných vazeb a zapojení nebudí moc důvěru. Například jedno z těch lepších: http://www.acousticpsychos.com/Files/cctStereo30.gif

Nakonec jsem si řekl, že to udělám jinak a pokusím se postavit nové zapojení pomocí starých tranzistorů. Docela mě zaujaly konstrukce Federmann:
http://www.federmann.cz/images/stories/Nf/KS/KS_sch_1.png
A kompletně symetrická varianta zde:
http://www.federmann.cz/images/stories/Nf/HQQF/504/HQQF-55-504W_4_2_schema.jpg

Jelikož už byly na cestě čtyři kousky nepoužitých GD241B, tak nezbývalo než vyladit kvazikomplementární zapojení. Ostatně z té doby nejsou takřka žádné NPN výkonové tranzistory do komplementárního páru a klasický GC510/520 není příliš výkonný.

Zapojení jsem ladil na kontaktním poli a jako nejvhodnější kvazikomplementární zapojení se osvědčilo z výše uvedeného komerčně vyráběného germaniového zesilovače. Na první pohled zapojení působí dost asymetricky, ale po výběru vhodných hodnot součástek začalo bezproblému spolupracovat a s nesymetrií nebyl žádný problém.

Jelikož dnes na rozdíl od tehdejší doby nemusíme šetřit počtem tranzistorů je jasné, že schema bude vypadat o dost jinak, než dříve.

Můj výsledek je tento:

Vstupní signál přichází do dvou diferenciálních zesilovačů, jeden osazen pnp a druhý npn tranzistory. Zde je důležité aspoň přibližné párování dvojic, co mají spojené báze. Když mají příliš rozdílné vlastnosti, zejména zesílení, tak je to příčinou nenulového klidového napětí na výstupu zesilovače.

Emitory diferenciálních zesilovačů jsou podepřené jednoduchým zdrojem proudu tvořeném tranzistorem stejné polarity. Napětí na jejich bázích stabilizují jednoduše červené LED diody. Jednou z výhod je okamžité zjištění souměrnosti zapojení, pokud diody svítí stejně a při vypnutí stejně pohasínají, pak je vše v pořádku.

Signál rozdělen na dvě polarity je dále veden přes T7 a T8 do páru budících tranzistorů T10, 11. Jejich báze jsou odděleny T9, kterým se nastavuje klidový proud budících a tím i koncových tranzistorů.

U kvazikomplementárního zapojení je důležité vhodně zvolit odpory v emitorech a bázích koncových tranzistorů, jimi se nastaví poměr klidového proudu koncových, vůči budícím. Odpory v emitorech jsou nutné zejména kvůli teplotní stabilizaci.

Koncové, budící i tranzistor předpětí T9 je vhodné umístit na společný chladič kvůli lepší teplotní stabilizaci. Chladič k odvodu tepla by měl být co největší, aby na tranzistorech příliš nerostla teplota, protože uřídit horký Ge tranzistor klasická teplotní stabilizace nezvládá.

Germaniové tranzistory na rozdíl od křemíkových trpí určitými specifickými neduhy, co dělají velké potíže v zapojeních s nimi.

Jako první bych zmínil závislost proudu kolektoru na teplotě tranzistoru. Už při mírném nárůstu teploty znatelně roste kolektorový proud, tranzistor se více otvírá a ve většině klasických zapojení to má za následek další zvyšování teploty tranzistoru. Zapojení tedy potřebuje teplotní stabilizaci i tam, kde křemíkové bezproblému drží.

Dále tranzistory, zejména výkonové, vykazují svody kolektor emitor a tedy se jeví jako částečně otevřené i při nulovém napětí na bázi.

Mají poměrně malé povolené ztrátové výkony vzhledem k velikosti pouzdra a hlavně malé závěrné napětí , tedy maximální napětí Uce zavřeného tranzistoru a to ještě za předpokladu, že báze je držena konstantním napětím, nebo malým odporem vůči emitoru. Vždy je tedy dobré si předem přečíst katalog o každém tranzistoru před jejich prvním zapojení.

Velmi problematické je pak měření Hfe na klasickém multimetru. Lze tak tranzistory dobře napárovat, ale za určitých předpokladů. Všechny měřené tranzistory musí mít stejnou teplotu, i krátké držení mezi prsty pohne Hfe o několik desítek. Některé tranzistory vykazují naprosto nesmyslné hodnoty, což je způsobeno svody CE a CB a přitom mohou v zapojení fungovat naprosto bezproblémově, ovšem takové nelze na klasickém multimetru párovat (Pokud je Hfe hodně mimo katalogové hodnoty). Nezbývá než je vyzkoušet. Naopak některé mohou díky vhodnému svodu CE vykazovat normální Hfe a přitom nefungují vůbec, jakoby vůbec neměly připojenou bázi. Proto je v testovaném zapojení třeba změřit úbytky na odporech a odhadnout, kde je problém, který tranzistor se nechová správně.

Pár fotek:
Ladění

Před osazením koncových tranzistorů

Hotovo, po výměně několika tranzistorů fungují konečně oba kanály.

Když už germanium, tak všude. Našel jsem perfektní usměrňovací diody 14NP70, na desce vypadají super. Dále se mi k tomu nějak nehodily dnešní radiální kondenzátory, tak jsem našel vhodné axiální. Zdroj nebručí ani do sluchátek. Jako síťové trafo jsem použil malý 25VA toroid, který výkonem akorát odpovídá koncovému stupni. Zesilovač by měl dát optimistických 2x 6W trvale a 60W špičkově. Měření provedu až po zabudování s dostatečným pasivním chlazením. Také zbývá vyřešit chlazení budících tranzistorů.

Vcelku pozdě mi došlo, že odpor R37 a kondenzátory od něho na zem ovlivňují zesílení naopak, tedy, čím menší odpor, tím větší zesílení. Při jeho neosazení má zesilovač zesílení téměř 1:1. při 2K2 by měl mít cca 12x. Na kondenzátorech je pouze malé napětí, ale může být obojí polarity, tj jsou dva antisériově.


Úpravy: Po pár měsících a zkušební stavbě obdobného zesilovače jsem se k tomuto vrátil a pokusil se odstranit pár nedostatků způsobujících DC posuv výstupního napětí. Po zahřátí byl totiž na jednom z kanálů až 200mV. Provizorně jsem to odstranil odpory 2M2 od bází T2,5 k jednomu z pólů napájení. Ovšem to mělo za následek, že studený zesilovač bručel a až po nějaké době se napětí ustálila. DC posuv jednodušše odstraní zmenšení odporu ve zpětné vazbě, jenže to způsobí rozkmitání zesilovače na frekvenci okolo 400kHz. Oscilace se dají odstranit zařazením odporu před báze tranzistorů T1,4 avšak jeho dalším zvyšováním začíná zesilovač šumět až je to slyšet z reproduktorů. Nakonec jsem zvolil kompromis, zde je upravené schema:

15.1.2012 Odpor R3 na vstupu jsem opět přemostil, protože jsem zjistil, že způsoboval šum při určité teplotě tranzistorů. Tranzistory T1,2,4,5 (diferenciální zesilovače) je třeba vybrat takové, co vykazují co nejmenší svodový proud Icbo při požadovaném Ucb měřený s bází spojenou s emitorem. Pokud se svodové proudy u dvojice příliš liší, způsobuje to nenulové napětí na spojených bázích a tedy i na výstupu. Odpor na vstupu a ve zpětné vazbě nezvládnou utáhnout napětí bází na požadovanou hodnotu. Po úspěšném výběru je možno i osadit na vstup potenciometr normální hodnoty, např 50K.

Podmínkou provozu germaniových tranzistorů na relativně vysoké napětí je třeba držet napětí báze. V katalogu je pro limit Uce uveden maximální odpor mezi bází a emitorem Rbe, ten je třeba dodržet, jinak svodový proud přechodu c-b sám "otevře" bázi. To se týká hlavně kapacitně vázaných stupňů, toto zapojení je ale celé přímovázané, takže pokud funguje, nehrozí samovolné "ujíždění" pracovních bodů.

Další germaniový zesilovač obdobné konstrukce je ve stavbě, výsledky budou brzy.

1.2.2013

Zesilovač byl doplněn o jednoduchý obvod DC-serva, který vyřeší jinak prakticky neřešitelný problém nenulového klidového napětí na výstupech v závislosti na aktuální teplotě jednotlivých tranzistorů a jejich svodů. Pomocí integrátoru z operačního zesilovače se vytvoří potřebné předpětí, co se pošle na vstup zesilovače a nastaví nulové stejnosměrné napětí na výstupu. Obvod pro takovéto hodnoty součástek reaguje dostatečně pomalu a tedy nemá vliv na přenášené zvukové frekvence.

Dále jsem drobně upravil hodnoty několika součástek. Pro novou stavbu by bylo vhodné do napájecích větví vložit odpory 47-100R a za ně 220-470uF kondenzátory pro vyhlazení napětí budících tranzistorů počínaje T7 a T8.

Jednoduchý PWM zesilovač

Zaujaly mě konstrukce digitálních zesilovačů třídy D a tak jsem se rozhodl taky nějaký postavit. Zvolil jsem jednoduchý typ s PWM výstupem odvozeným porovnáváním signálu s trojúhelníkem na komparátoru. Inspiroval jsem se tímhle: http://www.scribd.com/doc/23397948/null Zapojení jsem podstatně zjednoduššil až na úplný základ principu.

Schema celého zesilovače:

Na začátku je operační zesilovač na jehož výstupu je v klidu polovina napájecího napětí. Výstup je připojen na jeden vstup komparátoru. Na druhý vstup je přiveden signál trojúhelníhového průběhu, který je generován operačním zesilovačem na schématu uprostřed. C3 se periodicky nabíjí a vybíjí v rozsahu asi 1V okolo poloviny napájecího napětí. Amplituda trojúhelníku je určena odporem R4 a děličem R5,6. Vytvoří se tak hystereze a OZ reaguje až při dosažení požadovaného napětí na C3. Kondenzátor se obecně přes odpor samozřejmě nenabíjí lineárně, ale při malé amplitudě je signál vyhovující. Za komparátory je zesilovač pro spínání koncových tranzistorů. Za nimi pak LC dolní propust, která zabraňuje proniknutí spínací frekvence do reproduktorů.

Je nutné použít komparátory, co zvládnou zpracovat spínací frekvenci tak, aby na výstupu byl ostrý obdélník, běžné LM393 to zvládají. Operační zesilovače jsou vhodné nízkošumové, protože na komparátoru se vlastně sčítá šum obou vstupů a v citlivých reproduktorech je slyšet. Nakonec jsem osadil NE5532 a šum téměř utichl.

Zapojení z jednoduchosti neobsahuje důležité obvody pro opožděné spínání mosfetů nad sebou, takže nelze použít vyšší napájecí napětí než 12V, aby se zbytečně nezahřívaly.

Při oživování jsem měl velké problémy se stabilitou zapojení. Po napájení se šíří spínací frekvence, takže je potřeba do plošného spoje vhodně umístit vyhlazovací L.ESR elektrolyty a keramické kondenzátory k OZ. Kondenzátor C3 jsem měl původně 1nF, když už bylo zapojení stabilní, snižoval jsem jeho hodnotu a kontroloval průběh buzení mosfetů. Při kapacitě 330pF bylo stále vše v pořádku, pracovní frekvence asi 200kHz (závisí jak na odporu R3 tak i na velikosti hysterze napětí na vstupu OZ). Při této frekvenci už nejsou potíže s jejím pronikáním skrz dolní propust na výstup a zároveň je dosaženo dostatečného vzorkování.

Tumivky do výstupních filtrů jsem vzal z PC zdrojů, kde bývají na záporných větvích. Tam se najdou i potřebné elektrolyty, komparátory LM393 a ve starších nebo kvalitnějších i krabičkové svitky.

První zapojení rozhodně přes 12V žárovku a pak kontrolovat, zkoušet a ladit. Pokud hned chytne vazba, tak pomůže snížit napájecí napětí na minimum a třeba i přikládáním keramik a elytů zjišťovat, kde ještě chybí. Pokud je zapojení stabilní, dá se přemostit, nebo jen snížit hodnotu R1. Zapojení tak může fungovat od nižšího napájecího napětí, například klidně od 4V. (Tomu pak ale odpovídá výkon)

Pokud toužíte po ještě větším zjednoduššení, tak se dá vynechat vstupní předzesilovač a dát dělič a vstupní kondenzátor rovnou na vstup komparátoru, zapojení je pak rozhodně stabilnější a skoro nešumí. Při použití lepšího komparátoru by se daly vynechat i budící tranzistory.

Takhle jsem začal:
Hotová dvoukanálová verze:

Průběhy: Trojúhelník
Výstup před filtrem bez signálu, frekvence je přibližně 200kHz:
Výstup před filtrem: (na vstupu je 15kHz sinus)

Výstup za filtrem s odporovou zátěží: (1kHz)

I přes jednoduchost mě zapojení překvapilo velmi dobrým zvukem. Navíc má vysokou účinnost a naprázdno poměrně malý příkon. Například při 5,5V chce jen 200mW a reproduktory normálně hrají. Nejlépe funguje asi na 9V, proud naprázdno 144mA a chladič mosfetů vlažný. RMS přibližně 4W do 4R. Příště je potřeba udělat lepší řízení mosfetů, aby mohly běžet na větší napětí a dát tak větší výkon.