Hibridinio galios stiprintuvo projektas. Pirma dalis - teorija. [2][3]

Visi žinome apie lempinių stiprintuvų puikų, su niekuo nepalyginamą skambesį. Tačiau taip pat žinomi ir sunkumai, su kuriais tenka susidurti gaminant lempinį stiprintuvą. Ypač problematiška yra gero išėjimo transformatoriaus gamyba. Tai daug darbo ir žinių reikalaujantis darbas, kuris ne kiekvienam yra lengvai įkandamas. Todėl buvo bandomi kurti lempiniai stiprintuvai be išėjimo transformatoriaus (OTL, Output TransformerLess). Tačiau populiarumo jie neįgavo dėl techninių sunkumų suderinant nepakankamą tokio stiprintuvo išėjimo varžą su žema apkrovos (garsiakalbiai) varža. Įdomu ir tai, kad šio tipo stiprintuvai neturi to specifinio, monumentalaus skambesio, kaip aparatai su geru išėjimo transformatoriumi.

Todėl visą laiką vyksta alternatyvos lempiniam išėjimo laipsniui paieška, bet kad būtų išlaikytas unikalus lempinio stiprintuvo skambesys. Paskutinių metų tyrimai parodė, jog lempinio aparato skambesį labai didele dalimi apsprendžia galinio laipsnio draiveris. Būtent nuo jo konstrukcijos priklauso koks perduodamas signalas galinėms lempoms. Todėl pagrindinė idėja yra hibridinis stiprintuvas, t.y. įtampos stiprintuvas su lempa pradžioje ir srovės stiprintuvas su lauko tranzistoriais gale. Nes nėra geresnio įtaiso silpniems signalams stiprinti kaip vakuminė radiolempa ir MOSFET tranzistoriaus, kaip srovės ir galios stiprintuvo.

Vienas tokių galios stiprintuvų būtų taip vadinamas ZEN stiprintuvas. Tai yra SE tranzistorinis stiprintuvas, dirbantis A klasės režimu ir maitinamas iš srovės šaltinio Tokio tipo stiprintuvas pasižymi geru skambesiu, bet turi kai kurių apribojimų. Jis, kaip ir lempinis SE stiprintuvas negali atiduoti didelio galingumo. Galios didžioji dalis, kuri imama iš maitinimo šaltinio, išsiskiria srovės šaltinio bei stiprintuvo tranzistoriuose. Jiems vėsinti reikalingi dideli radiatoriai. Realiai, tokį stiprintuvą maitinant apie 40V įtampa, gausime apie 8W naudingos galios (esant santykinai nedideliems iškraipymams) ir apie 40W išsiskirs šilumos pavidalu, kurią teks išsklaidyti radiatoriais. Stiprintuvas energetiniu požiūriu yra visai neekonomiškas. Dar kaip trūkumą reiktų atžymėti elektrolitinius kondensatorius signalo kelyje. Be to, kadangi apkrova įjungta į santakos (drain) grandinę, tokio stiprintuvo išėjimo varža taip pat yra santykinai didoka.

Naudingiau būtų apkrovą jungti ne santakos bet ištakos grandinėje. Šiuo atveju stiprintuvo išėjimo varža yra dešimtis kartų mažesnė. Tačiau tokio stiprintuvo (kartotuvo) įtampos stiprinimo koeficientas yra mažesnis už vienetą (apie 0,9). Srovės stiprinimas didelis. Tokiu atveju mums reikia į įėjimą paduoti žymiai didesnio lygio signalą, nei ZEN stiprintuvo atveju. Dar turime problemą su apkrovimo varža R3, kuri šuntuoja garsiakalbį. Todėl vietoje R3 tenka naudoti transformatorių arba autotransformatorių.

Toks stiprintuvas yra aprašytas audioportal.su forume. Tema "проект Фолловер". Jo schema pavaizduota 1 pav.

Šios konstrukcijos šioks toks trūkumas būtų tai, jog transformatorius smarkiai veikiamas pastovios srovės, tekančios pro jo apviją. Gresia įsisotinimas ir tokiu atveju iškraipymai. Transformatoriaus gabaritas, tekant pro jį 1-1,5A srovei turi būti didelis. Taip pat tranzistoriui būtinas geras aušinimas dideliu radiatoriumi. Garso kokybė labai gera.

Įvertinus visus tokio stiprintuvo pliusus ir minusus, matome kad dvitaktis, PP tipo stiprintuvas turėtų daug privalumų prieš SE stiprintuvą. Pirma, jis galėtų dirbti ne tik A režimu, bet ir AB režimu. Todėl iš maitinimo šaltinio imama ramybės srovė gali būti gerokai mažesnė ir tranzistoriai mažiau kaistų. Antra, išėjimo transformatorius būtų ne toks didelis, dirbtų be pamagnetinimo pastovia srove. Trečia, atiduodamas galingumas gerokai didesnis.

Galimas variantas ir be išėjimo transformatoriaus, taip vadinamas cirklotronas (2 pav). Jam reikalingi du atskiri maitinimo šaltiniai, kiekvienam išėjimo tranzistoriui atskiras. Toks stiprintuvas yra aprašytas audioportale. Todėl stiprintuvas su nesudėtingu transformatoriumi išėjime turi daug privalumų.

Šalia matome tokio stiprintuvo eskizinę schemutę. Abu galios stiprinimo mosfetai įjungti kaip kartotuvai, t.y. nestiprina įtampos, tiktai srovę. Abu maitinami iš vienpoliario maitinimo šaltinio. Apkrauti garsiakalbiu, pajungtu per išėjimo transformatorių. Tokio transformatoriaus konstrukcija yra visai paprasta, o darbas PP schemoje leidžia jį suvynioti netgi ant toroidinės šerdies. Kadangi tokios schemos išėjimo varža yra labai maža, transformatorius teturi visai nedaug vijų, susuktų storu laidu. Bet schema turi ir trūkumų. Galiniai mosfetai turi dirbti priešingomis fazėmis, taigi reikalingas fazoinvertorius. Kadangi galingų mosfetų įėjimo talpumai dideli (1000-2000pF), fazoinvertoriaus išėjimo varža turi būti maža. O signalo amplitudė didelė, nes kartotuvai nestiprina įtampos. Šiuos reikalavimus geriausiai atitinka lempinis transformatorinis fazoinvertorius. Taigi, šio tipo schemoje pagrindinis sunkumas yra pagaminti lempinio laipsnio transformatorių.

Panašus stiprintuvas, su matavimo duomenimis (labai gerais) yra aprašytas http://www.audiophonics.com. Įvertinus visus panašių aparatų pliusus ir minusus, buvo sukonstruotas šis hibridinis stiprintuvas su autotransformatoriniu išėjimu.

Toliau aprašoma konkreti šio hibridinio stiprintuvo konstrukcija, transformatorių duomenys.