Купил я как-то давно этот комплект. Ну как комплект... По отдельности) и сделал комплект)

Сегодня я продолжу рассказывать о своем хобби - сборке различных аудио устройств.
Сразу публикую фото готового устройства и его характеристики:
Максимальная неискаженная мощность на канал: 150 Ватт на 4 Ома или 100 Ватт на 8 Ом
Полоса воспроизводимых частот от 15Гц до 60кГц по уровню -1дБ
Коэффициент гармоник на 1кГц на полной мощности в 150 Ватт 0,0069%.
Обычно производители указывают максимальную мощность с искажениями в 1%. Естественно так будет завышена мощность.

Нашел схему на полевых транзисторах IRFP240 и IRFP9240 фирмы VISHAY. Обещанные параметры схемы были 100 Ватт на канал при двуполярном питании ± 45 В и искажениях THD 0.012% на 1кГц на полной мощности THD 0.015% на 10кГц. То есть очень низкие искажения и они не увеличивались с ростом частоты, чем страдают очень многие мощные усилители класса D, например. На входе дифференциальный усилитель, выходной каскад на полевых транзисторах работает в классе АВ. Схема типичная для многих усилителей. Мне захотелось проверить именно на полевых транзисторах. Действительно ли в них есть что-то особенное?

Уже разведенную плату с радиоэлементами взял на алиэкспрессе.

Потом уже заметил, что конденсаторы С1, С3, С5, С11 в цепи питания стоят на 50 вольт, а трансформаторы, после выпрямителя давали мне ± 52 Вольта . Поэтому отдельно купил конденсаторы на 63 Вольта и заодно заменил разделительный конденсатор на входе, там он был электролитический (ярко зеленый на фото) - такой в цепи переменного сигнала ставить не желательно. Но как ни странно платы пришли с ноунейм конденсаторами на 63 В. Раз купил, заменил их на фирму Elna. Одним из плюсов схемы является так же отсутствие конденсаторов на пути прохождения сигнала. Входной же разделительный конденсатор фильтрует постоянку и задает нижнюю граничную частоту.  Плата пришла не отмытая от флюса. Пришлось отмывать самому, все пропаривать и менять конденсаторы. Лучше бы сделал плату самостоятельно и купил все радиоэлементы отдельно.Заказал все в середине января. Очень хотел себе большой солидный, но при этом тонкий корпус усилителя. Один большой трансформатор туда бы не поместился в высоту. Решил делать на двух по меньше. Долго все считал, прикидывал размеры и компоновку всех плат в итоге остановился на этом варианте:

т.к. усилитель очень мощный и стоят трансформаторы на каждый канал по 300ВА, то необходима была плата плавного пуска, поставил фильтр по питанию на входе. Нашел платы защиты колонок на 1 канал. Обычно их делают сразу стерео. Но у меня компоновка двойное моно получается, поэтому делаем все по этому принципу, так будет правильнее.  Платы защиты коммутируют акустические колонки с задержкой после включения в 10 секунд для того, чтобы все переходные процессы стабилизировались и при включении усилителя не было хлопка в колонках. Также плата защиты срабатывает при появлении постоянного напряжения на выходе и аварийно отключает колонки - так бывает при сгорании выходных транзисторов. Очень полезная вещь. Будет неприятно, если все напряжение питания вдруг пойдет на вашу дорогую акустику. Плата плавного пуска позволяет при включении избежать огромных пусковых токов в трансформаторах во время зарядки фильтрующих конденсаторов.
И так, все подсчитано, подобрано друг к другу во всех мелочах, в том числе даже по цвету паяльной маски (все платы черного цвета), а значит пора скупать всю корзину в алиэкспресс!!! Непередаваемое ощущение, я вам скажу. Впереди утомительное ожидание.

Через некоторое время стали приходить посылки. Некоторые вещи заказал разные на выбор. Даже заказал другие платы усилителя для сравнения и выбора лучших. Возможно будет еще один пост.

Я стал потихоньку собирать и паять.

Очень долго ждал пока все придет. Параллельно продолжал заказывать разные винты проставки и всякую мелочевку. Денег ушло немерено на одну только мелочь. Трансформаторы заказал в Питерской фирме по моим параметрам на алиэкспресс. Да бывает и такое. Думал придут самыми последними, а пришли самыми первыми. Два тороидальных красавца! Прошла пара месяцев и вот наконец можно было прикинуть компоновку на реальных платах

До этого вырезал бумажки по размерам плат, чтобы было удобнее их перемещать в отсутствии самих плат. Вот наглядно три стадии процесса:

Выпрямители для питания тоже заказал на али по 4 конденсатора ELNA по 10000 мкФ на каждом. На входе мощный диодный мост на котором каждый диод шунтируется конденсатором.

Для уменьшения электромагнитных помех, я купил железные кожухи для трансформаторов. Так же бы пригодились, если бы трансформаторы сильно гудели. Но они оказались совсем тихие. Кожухи позволили также решить проблему крепежа трансформаторов в корпусе. На центральную пластину трансформатор крепится винтом М8 с гайкой, а сама пластина и крышка крепятся на 4 винта М4 непосредственно на дно корпуса усилителя. Продавец дал в комплекте одну шайбу для трансформатора и почему-то только одну резиновую прокладку толщиной 2 мм. Размеры такой конструкции с трудом помещались в корпус. Была подстава с тем, что дно кожуха оказалось выпуклое со ступенькой. А у продавца на фото плоское.  Пришлось купить листовую резину 1 мм толщиной и вырезать две прокладки для трансформатора из нее. Даже 1 мм мог быть лишним.

В итоге все влезло замечательно. Очень за это переживал т.к. кожух оказался выше и высоту трансформатора продавец указал приблизительную. Мог бы не влезть и тут я уже не знаю что бы делал.

Жду очередных выходных и начинаю сборку. Сверлю корпус, радиаторы. Намучился с этим очень сильно. Столкнулся с рядом проблем. Одна из них - не помещались клеммы для колонок. Заказал слишком длинные. Пришлось высверливать, стачивать и провод крепить на кольца. Пришлось даже купить станину для дрели. Да уж, хобби не из дешевых. Но эта вещь в хозяйстве всегда пригодится. Очень странно себя ощущаешь, когда отработал 5 дней на работе потом еще дома два дня и вот тебе снова на работу и так несколько недель.

Заднюю панель усилителя установил так чтобы вход RCA Оказался на верху и не упирался в плату защиты колонок, а клеммы колонок свободно встали. Дальше у меня два раза сгорали выходные транзисторы в процессе настройки схемы. Первый раз выставил слишком большой ток покоя, сгорели по очереди сначала один канал, дальше я хотел на практике узнать предел и сгорел и второй канал. Защита колонок каждый раз отрабатывала на ура. Естественно я не подключал усилитель к колонкам, а настраивал ток покоя по графикам искажений на нагрузочных резисторах по 4 Ома.  Второй раз уже через неделю, когда пришли новые транзисторы по глупости закоротил две ножки транзистора крокодильчиком от мультиметра, когда выставлял ток покоя и уже отсоединял мультиметр. Сказать, что было обидно - ничего не сказать. Это был настоящий epic fail.  Вот уж точно, опыт - сын ошибок трудных. Транзисторы принципиально хотел оригинальные фирменные, поэтому заказывал их в чип и дип. 700 рублей пара. Достаточно дорогие. 2100 дополнительных непредвиденных расходов. Еще брал аналоги других транзисторов, чтобы посмотреть повлияет ли это на что-то. Меня было уже не остановить. Не сдаваться же в самом конце, когда все уже почти готово. Надо ли говорить что такой усилитель - удовольствие не из дешевых. Провода купил отечественные ПУВГ 1,5 кв. мм. т.к. такого же сечения выходят провода от вторичных обмоток трансформатора. Все таки токи на больших громкостях будут огромные особенно в пиках. Да и в магазине в городе были только такие. Все провода предварительно облудл т.к. со временем медь окисляется и простой обжим кабеля может вести себя непредсказуемо. Я все таки стараюсь сделать надежно и качественно. Все провода припаяны к вилкам и только потом зажаты в разъемах.

Отдельно хочу рассказать про установку тока покоя транзисторов. Здесь позволю себе дать рекомендацию для разбирающихся. Обычно люди, собирая свой усилитель ищут конкретное значение тока покоя для своей схемы. Так делать не совсем правильно. Мы должны немного дать смещение на транзистор. Смещение- то есть сместить нашу нулевую точку входного сигнала, для того чтобы она попала уже на линейный участок характеристики транзистора. Это и есть режим работы в классе АВ. В самом начале и в самом конце она сильно кривая.  Т.к. один транзистор работает только на одну полуволну, нам не надо выводить эту точку на середину рабочего участка иначе мы просто потеряем в мощности.  Из этого выходит следствие - как только точка попадает на линейный участок, у нас снижаются искажения. Их в процессе настройки нужно видеть в реальном времени, чтобы не косвенно по току покоя, а по реальным второй и третьей гармонике выставить уже ток. Какой он будет - не так важно. Но без фанатизма. За величиной тока покоя нужно тоже следить в реальном времени. Первостепенно - искажения - их должно быть как можно меньше. Поэтому не ставьте никогда конкретное значение тока покоя, ничего не проверив по графикам. Ток будет зависеть от вашего транзистора и напряжения питания. Увеличиваем ток покоя до тех пор пока не вышли на линейный участок и не получили приемлемые искажения, делаем это подавая на вход усилителя синус 1 кГц на выходе ставим резистор 4 Ома помощнее. Можно даже опустить его в холодную воду.

В итоге после долгих мучений, ожиданий вот что у меня получилось:

Суммарная емкость конденсаторов в цепи питания - 80000 мкФ!!! Вместе с мощными тороидальными трансформаторами это дает колоссальный запас энергии и большие мгновенные токи, что положительно сказывается на отдаче на низких частотах. Или по простому - басы будут качать на всю котлету. Никаких компромиссов.

Немного изменил компоновку. Фильтр с платой плавного пуска разместил в два этажа.

Добавил небольшие ножки для усилителя. Давайте еще раз полюбуемся на этого красавца.

Очень нравится как блестит передняя панель. Выглядит просто шикарно. Внешний вид должен тоже соответствовать содержанию, я считаю. Такой монстр будет удачно смотреться на любой полке с аудио аппаратурой.

В итоге после замеров получилось 150 Ватт на канал на 4 ома и 100 Ватт на 8 Ом. Гармоники 2-я и 3-я в районе -90 дБ. Еще ниже до -100 дБ вытягивать не стал. Боюсь за транзисторы. Хотя до этого у меня удавалось получит вторую гармонику на уровне -100 дБ, а третью на уровне -90 дБ и все последующие скрываются за шумовую полку. Но в таком режиме усилитель начинал сильно греться и начинало проседать напряжение питания до 45 вольт. Похоже схема переходила уже в класс А. На текущем уровне работает очень стабильно. Такого качества мне хватает за глаза.

В итоге сижу довольный с эмоциями как на этом фото:

Прилагаю и результаты измерений. Искажения усилителя в дБ на максимальной мощности (150 Ватт). Обычно производители указывают эти значения для мощности в 1 Ватт. Искажения там будут еще ниже.

Эти же искажения только в процентах

В таблице слева можно посмотреть все значения для каждой гармоники. Видно что суммарные искажения THD= 0,0069%. Отличные характеристики для усилителя, я считаю. Как и говорил, вторую и третью гармонику выставил в районе -90 дБ.
Собственные шумы усилителя без сигнала на входе. Для нестабилизированного линейного блока питания считаю очень хорошо. Из колонок не слышно никаких шумов, даже если прислонить ухо вплотную к низкочастотному динамику. Но на слух ориентироваться не рекомендую. Всегда смотрите графики. На слух и -70 дБ не слышно. А тут все шумы около -90 дБ, что гораздо лучше.

Надо ли говорить, что звук просто шикарный. Отличная отдача по басам за счет запаса мощности и блока питания. На высоких тоже полный порядок. Это можно увидеть на графике, когда на вход подаешь не только 1кГц, а сразу множество частот. Такой график вам ни один производитель не предоставит т.к. На 1кГц обычно полный порядок а на высоких резко растут искажения. У меня же рост искажений совсем не большой и они находятся примерно на одном уровне с шумами по питанию.

Ну и конечно диапазон воспроизводимых частот. Как видно на графике, частотный диапазон усилителя от 15 Гц до 60 кГц по уровню -1дБ, хотя эту величину принято измерять по уровню в - 3дБ.

На этом на сегодня все! Спасибо тем, кто не просто пролистал фото, но и читал. Удачи всем в своих начинаниях и искренне жду много годного контент о том, как люди что-то делают своими руками, а не баяны с повторами.