НАЛАДКА УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ
(для чайников)

     Сначала я не собирался давать рекомендаций по наладке, но для людей, которые все же захотят что-то сделать своими руками, но не имеют опыта, такие заметки могут быть полезными. Тем более, что сейчас нет радиокружков и помощи ждать неоткуда.
     Мои рекомендации могут показаться тривиальными, дилетантскими или еще какими-нибудь, но если они хоть кому-то помогут - цель достигнута. Относятся они к наладке именно усилителей мощности, и при наладке других устройств могут возникнуть другие проблемы.
     Как это "у них" принято заявлять, я не несу ответственности за ущерб, нанесенный в результате использования моих рекомендаций или просто занятий радиолюбительством. Но все же я стремлюсь минимизировать потенциальные потери и предупредить как можно большее количество возможных промахов.

1. Последовательность действий

     Прежде, чем начать что-то делать, нужно трезво оценить свои возможности: если Вам не известно, куда в транзисторе что втекает и что вытекает, то, может, сначала нужно почитать умные книжки в библиотеке. Типа справочника радиолюбителя или тех, что приведены в "литературе".
     Если вы чувствуете, что начальных знаний хватает, то нужно оценить свои возможности в материальном плане и решимость довести дело до конца. Лично я бросал много недоделанных вещей по следующим причинам:
     - не хватало времени;
     - появлялись другие занятия;
     - переставала быть интересной конструкция;
     - начинал новую конструкцию.
    Такое хобби приносит много неудобств домашним и это тоже надо учитывать.
    Если все это Вас не пугает, а жена ушла еще раньше из-за предыдущего увлечения разведением ядовитых змей, то можно начать...

2.Матчасть

    Первым делом, нужно обзавестись минимальным инструментарием. Он включает в себя осциллограф, авометр (тестер), генератор звуковой частоты. Нужен паяльник, бокорезы, отсос (желательно). Блок питания можно использовать от изготавливаемой конструкции. Если дело пойдет, можно будет сделать свой лабораторный блок питания. Когда-нибудь сделаю страничку по источникам питания (maybe).
    На первое время этого хватит.
    Каким требованим должны удовлетворять приборы? Осциллограф: двухлучевой с полосой в 30 МГц - хватит за глаза! Есть программы, позволяющие использовать звуковую карту компьютера использовать в качестве осциллографа,но предел 20 кГц - "маловато будет" для исследования устройств с частотой среза в 1 Мгц. Есть приставка к компьютеру , которая позволяет его использовать как двухлучевой осциллограф и Фурье анализатор (тоже полезная вещь!), но цена такой игрушки (HSS5 называется) бельгийской фирмы Velleman в Москве около $400.
    Тестер желательно иметь хороший. Полезными функциями являются: измерение частоты, емкости. Менее полезно (для наших целей) измерение "True RMS" - истинного среднеквадратичного значения, индуктивности, температуры. Измерение Н21е и обратного тока коллектора как функция удобна, но для ее обеспечения достаточно батарейки на 9 (или 4.5) вольт и одного сопротивления, так что не стоит страдать, что этой функции нет в тестере (мультиметре). Кроме того, Н21е имеет смысл измерять на токах, на которых транзистор будет работать, а не на том единственном, который обеспечивает мультиметр.
    Генератор может быть двух типов: для начальных целей подойдет функциональный генератор, выдающий синус, прямоугольные и треугольные импульсы с к.н.и. (THD) на синусе в звуковом диапазоне меньше 0.3% и максимальной частотой в 1 МГц. Для измерения к.н.и. усилителей нужен прецизионный генератор с к.н.и. в тысячные доли процента. Правда, сейчас роль такого генератора может играть звуковая карта с соответствующим порграммным обеспечением.
    Какими должны быть паяльник и другой инструмент - было написано ранее и много раз. Не буду уподобляться поручику Дубу.
    Вообще, к обспечению себя приборами (в России и СНГ) можно подойти тремя способами:
    - купить (достать, выпросить, списсать) старые приборы и не мучаться;
    - изготовить все самому;
    - купить новые (импортные).
    На мой взгляд, нужно применять все три подхода в разумных пределах. Трудно представить сейчас человека, делающего свой осциллограф, а сделать свой генератор и некоторые несложные и узкоспециализированные вещи вполне возможно. Ясно,что любой китайский тестер обеспечит очень много возможностей за очень смешные деньги.
    Главное, избежать лишней траты денег и не захламлять жилище.

3.Требования к объекту изготовления

    Как при конструировании, так и при сборке готовой схемы должны соблюдаться следующие принципы (по моему not so humble opinion):
    - схема должна быть абсолютно поняятна самодельщику - на худой конец нужно быть абсолютно уверенным в ее правильности (отсутствии ошибок);
    - схема должна стоиться на понятныых принципах и быть максимально простой - лучше сделать работающий усилитель на "TDA7294" (микросхема усилителя мощности фирмы CGS-Thompson), чем неработающий на пятидесяти дорогих импортных транзисторах.
    - необходимо собрать максимальное количество информации по данной схеме: рисунки плат, сообщения об ошибках, отзывы (к ним, правда, надо относиться критически: возможно "эксперт", обругивающий данную схему - просто ортодоксально религиозный сторонник ламп или противник обратной связи (см. "Notes"). Наличие рядом человека, у которого можно спросить что-то и получить верный ответ облегчает задачу раза в два.
    - плата должна быть тщательно провверена, а лучше, вообще, сделать свою, конечно, если что-то в этом понимаешь (хотя там все просто, но понимать есть что). Правильная разводка платы играет огромное значение наряду со схемотехникой и применяемыми компонентами. Особое значение здесь имеют: правильная разводка земли, правильный выбор сечения дорожек: иногда их нужно дублировать проводом или медной шиной, минимальная длина дорожек и соединительных проводов. Надо понимать, где какие токи текут, насколько опасны для данной цепи наводки и т.д.

4.Схема и детали

Для начала выберем схему, которую мы будем ваять:

    Схема условная, я ее НЕ паял и НЕ отлаживал. Она содержит все элементы реальной схемы кроме схемы защиты от перегрузки по току. Соответственно, последнюю мы "отлаживать" и не будем. Между прочим, пришлось бы попотеть (много сжечь выходных транзисторов), чтобы сделать триггерную схему, надежно предохраняющую от короткого замыкания по выходу. Обычные же схемы вносят некоторые нелинейные искажения в режиме близком к порогу срабатывания, что не нравится пуристам.
    Небольшое отступление. Подход к наладке может быть разным в различных ситуациях. Если схема знакомая или делается уже третий канал пятиканального усилителя для домашнего кинотеатра и,следовательно, плата и схема проверена на наличие ляпов, можно спаять всю схему целиком, а далее отлаживать ее. Если это первый опыт, можно попробовать разделить схему на функционально законченные части и паять и отлаживать их последовательно. Более того, если нет уверенности в успехе, можно сначала даже не покупать мощные транзисторы. В дальнейшем мы будем описывать действия, соответствующие второму подходу.
    А можно, вообще, потренироваться на недорогих российских транзисторах, особенно мощных типа КТ8101, 8102, которые стоят дороже санкеновских раза в три дешевле. Если схема рабочая, она будет работать на любых транзисторах, но может потребовать своей коррекции.
    Перед началом пайки надо подобрать транзисторы по коэффициенту усиления Н21е и напряжению эмиттер-база в дифкаскаде и выходные по Н21е. Если последних мало и не из чего выбирать, то хотя бы надо обеспечить приблизительное равенство произведений коэффициентов транзисторов верхнего и нижнего плеч.
    Подобрать маломощный транзистор по коэффициенту Н21е легко. Для этого нужен один резистор и батарейка на 4.5 В:

    Для подбора не нужно точно знать коэффициент, нужны транзисторы с максимально близкими измеренными токами коллектора. Измерив при этом напряжение эмиттер-база, получим пару с близкими Н21е и Ueb. Оба параметра зависят от температуры, поэтому мощность рассеиваемая на транзисторах не должна быть больше 10-20 мВт, а сами транзисторы не нужно хватать руками. Подбирать нужно при токах коллектора близких к рабочим.
    С мощными транзисторами сложнее: рабочие токи велики, и разогрев транзистора неизбежен, а измерять на 10 мА не имеет смысла. Чтобы измерить Н21е такого транзистора надо сделать специальное устройство, например, на микросхеме таймера 555 (советский аналог КР1006ВИ1), которое в резистор, подсоединенный к базе транзистора, подавало бы короткие импульсы с длинными промежутками. Отношение длины положительного импульса к периоду следованния должно быть примерно 10 или больше. Ток коллектора надо измерять пиковым вольтметром или на выходе поставить пиковый детектор на ОУ, а далее мерить простым тестером. Такой прибор, возможно, когда-нибудь будет описан здесь, но лень мешает.
    Неплохо производить сплошной контроль резисторов и конденсаторов, а именно, тупо измерять все номиналы. Это позволит избавиться от ошибки, вызванной неправильным прочтением цветового кода или обозначения. Кроме того, некоторые схемы требуют точных номиналов для балансировки. В нашей схеме R4,5 хорошо было бы подобрать с точностью 1-2%, R9,10 в цепи ОС должны иметь точность не хуже 5%, а лучше тоже 2%. Использовать десятипроцентные резисторы вообще не следует. Желательно использовать резисторы с запасом по мощности. В принципе все можно паять резисторами мощностью 0.25 Вт, а резисторы мощностью 0.125 Вт не использовать вообще. Там где по расчетам по мощности резистор еле проходит лучше ставить резистор на ступень мощнее.
    Разделительные конденсаторы желательно ставить неэлектролитические, вроде советских К73-17. На нашей схеме такой - С1. Но здесь нужно знать меру. Применение дорогого и "крутого" "Мульткапа" ценой несколько десятков баксов может прийти в голову с очень извращенным умом: ведь Ваша схема настолько несовершенна! А ездить на Мерседесе и жить в коммуналке мог только первый советский кооператор. Все в меру, товаришчъ! Знатоки ругают конденсаторы типа К73 и советуют К71 и К78, но последние имеют значительно большие размеры, чем К73. А потом, смотря с чем сравнивать: ведь мы заменяем обыкновенный электролитический конденсатор, работающий без поляризующего напряжения.
    Корректирующие конденсаторы С6, С7 могут быть и керамическими, но желательно с хорошим ТКЕ. Конденсаторы С, С5 фильтра и интегратора и блокировочные С11, 12, ,15, 16, 17 и С14 могут быть тоже К73-17, хотя допустимо применение керамических, если по напряжению проходят.
    Итак, все подготовлено.

5.Паяем

    Естественно, что блок питания, рабочий или временный или лабораторный уже в рабочем состоянии уже существует.
    Паяем все, что на схеме левее точек 12 и 13. Это усилитель напряжения и схема поддержания нуля на выходе. Точку 5 можно соединить с точкой 11 перемычкой. Этим мы завели обратную связь. Правда, при этом усилитель может возбудиться. Может потребоваться временный резистор килоом в 10 с выхода (точка 5) на землю. В некоторых схемах такие резистооры стоят штатно для уменьшения влияния параметров выходных транзисторов и улучшения параметров выходного каскада. Правда, EWB последнего не показывает. Источники питания уже должны быть собраны. Движок R44 должен стоять в нижнем положении. В точках 3 и 8 подпаиваем мощные одинаковые резисторы примерно в 100 Ом. Через них подключаем источник питания. Смотрим падения напряжения на этих резисторах. Если все нормально, они не должно превышать нескольких вольт и должны быть примерно равны. Если в схеме КЗ, то резисторы предотвратят сгорание блока питания и транзисторов усилителя. Если все o'k, резисторы можно удалить. Так как все транзисторы усилителя напряжения работают в режиме А, то свидетельством того, что все нормально является наличие напряжения 0.5-0.6В между эмиттерами и базами всех транзисторов.
    Проверяем работу схемы поддержания нуля на выходе. Для начала ее можно вообще отключить (выпаять один вывод R29) и попытаться покрутить R42. постоянное напряжение в точке 5 должно меняться. Теперь, если подсоединить R29, на выходе должен быть строгий 0. Если этого нет (на выходе ОУ может быть максимальное напряжение, которого не хватает для поддержания нуля на выходе усилителя), крутим R42 и выходное напряжение ОУ должно меняться.
    Дальше можно подать синус с осциллографа и проверить работоспособность усилителя напряжения. Если все ОК, можно паять выходной каскад. Его тоже нужно подсоединять к питанию через мощные резисторы в несколько десятков Ом. При этом, ОС заводим штатно. Если все ОК, отключаем резисторы в цепях питания и подсоединяем плату усилителя к штатному блоку питания.
    Далее последовательность действий такова:
    1). Еще раз проверяем режимы по постоянному току. Выставляем штатный начальный ток транзисторов выходного каскада резистором R44.
    2). Проверяем отсутствие возбуждения без нагрузки в отсутствии сигнала и, если оно есть, меняем коррекцию С7, С8, С10 и R30. С7 - увеличиваем, а остальное может меняться в обе стороны.
    3). То же при синусе и без нагрузки.
    4). Подсоединяем на выход усилителя резистор в 8 Ом мощностью ватт в 200. Если такового нет, а нет его почти никогда, набираем из проволочных резисторов связку мощностью ватт в 20-50 и опускаем это в ведро с водой, которое должно быть изолировано от схемы (хватит, если оно будет стоять на соседнем столе или деревянном полу в метре от стола или на резиновом коврике). По мере закипания, доливать холодную воду.
    Подаем синус 1000 Гц постепенно увеличивая мощность. Смотрим, нет ли возбуждения и не сильно ли греются радиаторы выходных транзисторов. Возбуждение - это вообще особая статья. Поймать возбуждение с амплитудой в милливольты и частотой в единицы мегагерц на верхушке синусоиды полезного сигнала с частотой в килогерцы и амплитудой в десятки вольт - достаточно сложная задача. Иногда это можно заметить в виде чуть заметного утолщения луча осциллографа, иногда - нет. Можно уменьшить амплитуду полезного сигнала простейшим фильтром ВЧ - RC цепочкой после нагрузки на входе осциллографа.
    Явление подвозбуждения на вершинах сигнала появляется из-за изменения (ухудшения) параметров (частотных и коэффициента усиления по току) с ростом тока коллектора, что в свою очеоредь приводит к срыву устойчивости.
    На прямоугольных импульсах добиваемся приемлемого характера переходного процесса. Неприемлемый (усилитель на грани возбуждения) на рисунке:

    Убрав возбуждение, можно померить параметры усилителя на активном сопртивлении см.Параметры...
При этом, не надо забывать, что если выходные транзисторы выдают 100 ватт в нагрузку в звуковом диапазоне, то подача напряжения, соответствующего данной мощности с частотой в 200 кГц, может их поджарить.
    5). Проделываем то же самое с активными нагрузками, соответствующими всем нагрузкам усилителя. Хороший усилитель, расчитанный на нагрузку в 8 Ом, должен без ограничений пахать на четырехомном резисторе, а тот, что расчитан на 4 Ома - по крайне мере, на трехомном.
    6). Теперь проделываем то же самое на эквиваленте нагрузки. Это цепь, которая имитирует импеданс низкочастотного динамика: