Базовая схема усилитель JLH2005 с двумя источниками тока на маломощных транзисторах
Базовая схема усилитель JLH2005 с двумя источниками тока на маломощных транзисторах
3d визуализация печатная плата с деталями для усилителя JLH2005
3d визуализация печатная плата с деталями для усилителя JLH2005
Рисунок печатной платы - усилитель JLH2005 дорожки силовых цепей слишком тонкие
Рисунок печатной платы - усилитель JLH2005 дорожки силовых цепей слишком тонкие
Частичный полигон земляной шины в сильноточной части печатной платы усилителя JLH2005
Частичный полигон земляной шины в сильноточной части печатной платы усилителя JLH2005

Конструктив усилителя JLH от авторов

 

Печатная плата

 

Общие требования к печатной плате усилителя JLH не зависимо от версии: 1969, 1996 или 2005 года - не «красивость» и симметричность расположения на ней элементов, а минимально возможное расстояние между выводами контактирующих друг с другом деталей. И соответственно минимально возможная длина дорожек при их максимальной ширине. Дорожки, по которым идут силовые токи нужно отделять от слаботочных и по возможности ставить их не одну за другой, а параллельно. Известный способ разведения силовой и слаботочной земель «звездой» желательно применить и к питающим дорожкам входного и драйверного каскадов. Т.е. вести не одну дорожку, допустим (+) от выходного транзистора к драйверному потом к входному, а сделать две - три отдельные, и соединить их в одной точке подпайки выходного транзистора к мощной плюсовой шине питания, приходящей на плату. Способ соединение земли «Звезда» для усилителя JLH является обязательным.

До разводки печатной платы желательно испытать усилитель в макете, т.к. для коррекции в ВЧ или устранения возбуждения могут понадобиться небольшие блокировочные конденсаторы с базы на коллектор транзисторов. Если печатную плату сделать заранее и в готовом усилителе возникнет самовозбуждение, для блокировочных емкостей может не оказаться места. Кроме традиционного способа разводки плат дорожками с одной стороны есть вариант двухсторонней разводки. При двухсторонней разводке длину дорожек можно хорошо подсократить. Как вариант - на одной из сторон двухсторонней печатной платы можно расположить силовые цепи или «землю» звездой. Интересный вариант компоновки печатной платы, пришедший из СВЧ техники – сохранение почти нетронутым сплошного покрытия верхней стороны медной фольгой и создание т.н. земляного «полигона».

 

Земляной полигон

 

Показал я свою плату с разводкой земли «полигоном» специалисту по трассировке плат для цифро-аналоговых схем.

В случае низкочастотного сигнала, где еще не сказывается скин-эффект, ток по полигону распространяется по самому короткому пути (где наименьшее сопротивление и затухает в стороны от него экспоненциальному закону. Основная задача, чтобы на пути этого возвратного тока не оказались слаботочные цепи. В моем варианте «полигона» все сделано правильно, кроме того выходные – сильноточные транзисторы стоят максимально близко к входам питания и к драйверному транзистору. В моей конфигурации сильноточные цепи и земляные выводы элементов на полигоне стоят максимально близко к точкам подключения провода питания и земли к плате. И длина этих участков фольги получилась минимальной. Единственное замечание - между землей входного каскада и общей сильноточной желательно сделать по периметру вырез. Чтобы для входного транзистора и его обвязки образовался свой «мини полигон», отделяющий возвратный ток входного каскада и соединяемый с основным в точке подключения земляного провода к плате.

 

Плюсы полигона:

 

Мне привели пример, когда схема с микропроцессором и АЦП работала неустойчиво и сбоила при разводке земли звездой дорожками шириной 2 мм, что для цифровой техники через-мерно много. Схема заработала без сбоев после «пересадки» ее на плату со сплошным земляным полигоном (В литературе по цифровой и СВЧ техник есть настоятельные рекомендации по разводке печатных плат с непрерывным земляным полигоном). В бытовой технике промышленной и самодельной сплошной полигон встречается очень редко т.к. односторонняя печатная плата проще и дешевле в производстве и монтаже.

По поводу опасений на счет проникновения наводок от выхода на вход было сказано:

Представь какой мощности должна быть помеха что бы навести в низкоомных цепях ощутимое напряжение на короткий проводник! И к тому же у тебя есть экран из сплошной земли. Входной каскад и входной конденсатор у тебя стоят на максимальном удалении от выхода в другом конце платы. Ничего страшного на таких частотах не произойдет даже стой они рядом. На низких частотах с их НЕ крутыми фронтами и из-за малости самого сигнала наводки по сравнению с полезным можно не брать во внимание.

Если усилитель возбуждается на ВЧ, то это другое дело, но это не штатный режим и его надо устранить. Когда рабочая частота превышает 200 - 300 Мгц, тем более на частотах около 2 ГГц - сигнал вообще не похож на прямоугольник, а прокладка трасс учитывает краевые эффекты и строение текстолита. Что бы нивелировать влияние сеточного строения стеклотекстолита такие трассы ведут зигзагом. Было еще много чего сказано, но последняя фраза меня успокоила. Если ты все сделал правильно, то усилитель заработает как надо. Практика - лучший учитель.

У полигональной земли площадь больше, индуктивность и сопротивление естественно меньше, а так как все сигналы в схеме используют ее как общую шину и потенциалы прилагаются относительно земли, то это хорошо. Опять же, что бы помеха создала заметную разность потенциалов на низкоомном полигоне - это какого уровня помеха должна быть! Если так думать, то вообще невозможно экранировать что-либо помещая его в тонкую заземленную оболочку типа оплетки микрофонного кабеля и т.д.

В моем JLH стоят ВЧ транзисторы на входе, а входное сопротивление при этом достаточно низкое. Для помехоустойчивости это хорошо, потому как наиболее подвержены наводкам и помехам как раз входы с высоким сопротивлением. Земля с полигона в нужные места подводится не через переходные металлизированные отверстия, а через ножку соответствующего компонента из меди диаметром 0.7 - 0.9 мм плюс слой олова в отверстии.

 

Отвод тепла

 

В схеме JLH греется фактически все, начиная от силового трансформатора и заканчивая выходными транзисторами. Основная проблема с которой сталкиваются авторы JLH это качественный отвод тепла от выходных транзисторов. В отличие от аппаратов класса АВ, в которых нередки десятки выходных транзисторов, в JLH этих транзисторов максимум по 4 на каждый канал. И работают они в отличие от аппаратов класса АВ в очень тяжелом режиме. Каждый транзистор в JLH работает не на пределе электрических возможностей (транзисторы способны работать с мощностями 200-300 Вт), а на пределе возможности передать непрерывно выделяющееся тепло радиаторам. Лучше применять транзисторы в металлических корпусах т.к. площадь контакта с радиатором у них больше чем у пластиковых, а тепловое сопротивление соответственно меньше. Однако у железных транзисторов вывод коллектора присоединен к корпусу и для электрической развязки приходится либо изолировать от радиатора сам транзистор, либо весь радиатор изолировать от корпуса. Транзисторы Q3 и Q8 необходимо устанавливать на свои радиаторы площадью 60-80 кв.см. На Q8 рассеивается в два раза большая мощность чем на Q3

Прокладки, какими бы они качественными не были, тепловое сопротивление транзистор – радиатор увеличивают. «Резиновые» изделия типа Номакон для JLH противопоказаны, т.к. у них большая толщина и низкая теплопроводность. Немного лучше слюда, но тонкая. Опять же для мощности передаваемой от транзистора радиатору больше 40 Вт слюда подходит плохо. Тут лучше применять керамику и потоньше (бериллиевую). Или укрепить транзистор (пару транзисторов одного плеча) на толстую медную пластину или алюминиевый уголок с шириной полки 40-50 мм и толщиной 8-10 мм безо всяких прокладок (площадь уголка или пластины должна превышать площадь контактной поверхности транзисторов в 4-6 раз). А уголок или пластину прикрутить к радиатору уже через широкую прокладку из слюды. Площадь теплового контакта в таком варианте увеличивается в 4-6 раз и соответственно снижается итоговое тепловое сопротивление. Лучший же вариант по теплоотводу – крепить транзисторы к радиаторам без прокладок, а сами радиаторы изолировать от корпуса. Не забывайте о термопасте.

 

Компоновка усилителя

 

Все усилители класса А имеют большое тепловыделение. В усилителе JLH с выходной мощностью всего 2х15 Вт приходится устанавливать радиаторы площадью не менее 2000 кв. см. на каждый канал. При чем радиаторы, по возможности, должны быть не внутри, а снаружи корпуса.

Площадь радиаторов при естественном охлаждении (без применения обдува) должна составлять от 1500 до 2000 кв. см на каждый транзистор при условии, что каждый транзистор рассеивает непрерывно от 30 до 60 Вт. При указанной площади температура транзисторов держится в районе 50-65 градусов, что для кремниевых приборов вполне допустимо. При применении в усилителе германиевых выходных транзисторов площадь радиаторов должна быть увеличена в 1,5 – 2 раза при той же рассеиваемой мощности.

Лучшая компоновка радиаторов для отвода тепла - на двух боковых стенках корпуса. Лучшая форма усилителя с точки зрения отвода тепла – вертикальная на манер системного блока компьютера с расположением двух больших по площади и высоких радиаторов на боковых стенках. В такой конфигурации усилитель может спокойно отдавать мощность до 50 Вт на канал, а в случае моноблоков до 80 Вт на каждый моноблок. При «дизайнерском подходе» к внешности усилителя JLH (в том случае, когда радиаторы вынужденно оказались внутри корпуса или он должен находиться в тесной стойке среди нескольких аппаратов) без активного охлаждения не обойтись.

 

Активное охлаждение

 

(… Граждане!!! Век конвекционного охлаждения ушёл в небытие! Зачем вы нагромождаете свои усилители много килограммовыми радиаторами? Купите кулер с радиатором от персонального компьютера и посадите на него ваши кипящие транзисторы. Работает годами – проверено на тысячах компов, выделяющих до полукиловатта и больше. С принудительным охлаждением усилитель будет раз в пять легче и меньше. Шум от карлсона можно легко изничтожить, подав на кулер напряжение в 1,5 – 2 раза ниже номинала, охлаждение при этом почти не пострадает. Соседу собрал за неделю с таким охлаждением, до сих пор не верит, что так тоже можно. Пещерный человек. Дышите, как говорится, в ногу со временем. Если четыре транзистора привинтить к штатному радиатору от пентиума, даже не самого тепловыделяющего и обдуть его кулером, то всё будет ок… )

 

Ошибки активного охлаждения:

 

Посмотрите, как устроено активное охлаждение у процессоров и видеокарт системных блоков. Несмотря на вентиляторы, площадь ребер процессорных радиаторов никак не меньше 800-1000 кв. см. ребра стоят очень часто, а расстояние между ними минимальное. При этом кулер стоит вплотную к ребрам. Для максимально качественной передачи тепла от поверхности процессора к ребрам охлаждения применяются тепловые трубки. Вот по таком принципу и должно работать активное охлаждение усилителя JLH, как у пентиума, только вместо процессора - транзисторы.

Если для активного охлаждения применять не процессорные радиаторы с частым расположением ребер, а обычные, то из них нужно собрать «аэродинамическую трубу» расположив ребрами друг к другу, и на эту трубу поставить кулер. (посмотрите в Гуггл, как организовано охлаждение внутри любого профессионального эстрадного усилителя).

 

P.S. Можем помочь в проектировании усилителя JLH и его комплектующих. В наличие имеются готовые корпуса с радиаторами и трансформаторами, а так же печатные платы (не китайские) распаянные, либо в виде КИТ. Имеются так же готвые аппараты разной мощности.

 

Ссылки по теме

 

 

Опубликовано:
aovox
Усилитель JLH часть 17 - механический монтаж
Усилитель JLH часть 17 - механический монтаж

Создано:

Автор

Разработка сайта webtraktor