Усилитель JBL BP300.1 - обзор конструкции
При первом же взгляде на JBL BP300.1 даже без инструкции становится ясно, что его призвание - сабвуферы. На боковой панели расположены характерные атрибуты таких усилителей - бас-бустер и регулятор частоты среза неотключаемого LP-фильтра второго порядка.
Рис. 1. Фото усилителя JBL BP300.1.
Она плавно перестраивается в диапазоне от 32 до 320 Гц, бас-бустер обеспечивает подъем усиления до 6 дБ на частоте 50 Гц. На той же панели расположены четыре (!) линейных входа с сумматором, чувствительность которых регулируется от 250 мВ до 3 В и такой же набор входов высокого уровня.
Таким образом, усилитель сможет работать практически с любым головным устройством, и не придется ломать голову - как получить независимую от фейдера громкость сабвуфера.
При использовании входов высокого уровня не понадобится даже управляющий сигнал remote. В этом качестве выступит постоянное напряжение, имеющееся на выходе мостовых усилителей магнитолы.
Рис. 2. Колодки для подключения усилителя JBL BP300.1.
На противоположной стороне корпуса расположены только золоченые клеммы питания, управления и нагрузки, а также два "вилочных" предохранителя по 20 А.
Согласно инструкции, максимальный потребляемый усилителем ток - 29 А, поэтому запас почти в 40% гарантирует, что предохранители не придется менять с пугающей регулярностью. Кстати, минимально допустимое сопротивление нагрузки - 1 Ом.
Литой алюминиевый корпус-радиатор сразу впечатляет своей необычной формой без привычных уже ребер. Вместо них выступают небольшие "пимпочки" явно декоративного характера. К тому же две из них на самом деле индикаторы включения и перегрузки.
Да и масса и размеры усилителя непривычно малы для выходной мощности 300 Вт на нагрузке 2 Ом.
Несложный подсчет показывает, что КПД усилителя вместе с блоком питания превышает 80%. Так что вывод один: перед нами цифровой усилитель класса D.
Об этом же говорит и высокий по обычным меркам коэффициент гармоник - 0,1%. Однако для сабвуфера, собственные искажения которого исчисляются иногда десятками процентов, это не имеет никакого значения.
Главная особенность усилителей класса D - использование широтно-импульсной модуляции вместо линейного усиления. Преобразование аналогового входного сигнала в цифровой для управления выходным каскадом производит специальная схема.
Выходной каскад работает в ключевом режиме ("открыт" - "закрыт") с минимальными потерями энергии и усиливает импульсы одинаковой амплитуды, но переменной длительности.
Частота следования импульсов в несколько (иногда в десятки) раз превышает максимальную усиливаемую частоту и в зависимости от требований, предъявляемых к усилителю, составляет от десятков до сотен килогерц.
Фильтр на выходе усилителя выделяет полезный сигнал, причем большей длительности импульса соответствует и большая величина сигнала. При современном уровне техники конструкция цифровых усилителей не сложнее аналоговых. Достоинство - высокий КПД.
Недостаток - повышенный уровень гармоник выходного сигнала (порядка 0,1-0,5%). Экономичность усилителя рекордная даже для своего класса. Вспомним, что теоретический КПД усилителей класса B - 78%, а реальный - порядка 50%. С учетом же потерь в блоке питания он становится еще меньше.
В фирменных материалах JBL указано, что в конструкции BP300.1 использована "революционная технология Power Valve ".; Термин можно перевести как "силовой ключ" или "силовой вентиль".;
Если отбросить революционную риторику, то из дальнейших рассуждений станет ясно, что блок питания обеспечивает усилителю именно то напряжение питания, которое требуется в данный момент, - и ни вольта лишнего. Это преимущество особенно проявляется при усилении сигналов малого уровня.
Теперь настало время посмотреть на революционные нововведения в усилителестроении. Корпус, он же радиатор, выполнен методом точного литья и окрашен в черный цвет.
Монтаж всех транзисторов на общем радиаторе через теплопроводящие прокладки типичен для современных усилителей, посадочные места на радиаторе дополнительно обработаны.
Транзисторы в пластиковых корпусах прижаты накладками на винтах, винты защищены от самопроизвольного отворачивания компаундом.
Боковые накладки и дно корпуса крепятся винтами-раскатками треугольного сечения. В отличие от саморезов они при завинчивании не снимают стружку, а "выдавливают" резьбу.
Рис. 3. Фото усилителя JBL BP300.1 внутри, электроника.
Предварительный усилитель выполнен на микросхемах, что типично практически для всех современных усилителей. Сумматор, кроссовер и бас-бустер выполнены на распространенных операционных усилителях TL072 и TL074 по типовым схемам.
Гораздо интереснее выполненная на двух микросхемах часть предусилителя, которая осуществляет управление питанием выходного каскада. Но JBL хранит свои секреты. Обозначения с корпусов этих микросхем спилены, а взамен приклеены таблички "F-16;" и "B-52;".; Издеваются...
Впору в ответ рисовать на отечественных транзисторах "СУ-27".; Монтаж превосходен: двухсторонняя печать, отверстия металлизированы, плата имеет защитное покрытие (так называемую зеленку). Все детали расположены на одной плате, что повышает надежность конструкции.
На дополнительной миниатюрной плате смонтированы только светодиоды индикации. Разводка платы и расположение деталей выходного каскада позволяют предположить, что схемотехника симметричная, обеспечивающая высокие характеристики.
В данном случае это особенно необходимо, поскольку цифровому усилителю, несмотря на относительно узкий диапазон воспроизводимых частот, приходится усиливать частоты намного большие, чем его аналоговым собратьям. На плате нанесены позиционные обозначения элементов. Это позволило выяснить некоторые "изюминки" конструкции.
В одной связке с транзисторами выходного каскада усилителя оказались и те самые "силовые ключи", регулирующие питание. Неотличимый от усилителя, регулирующий каскад имел свои обозначения, что и позволило "вычислить" его функции, не прибегая к серьезному вмешательству.
Непременный атрибут цифровых усилителей - выходной фильтр - содержит две катушки индуктивности с ферритовым сердечником, высококачественные конденсаторы емкостью 10 мкФ и ряд более мелких.
Применение феррита вызвано тем, что обеспечить необходимые характеристики катушки на высоких частотах можно только таким способом.
Там же находится реле, которое подключает нагрузку к усилителю по окончании переходных процессов в моменты включения/выключения.
При малой мощности усилителей этот узел нередко отсутствует, что и приводит к щелчкам и "уханью" в динамиках. В усилителях до 40-50 Вт на канал с этим можно мириться, а при мощности 300 Вт бросок тока легко может "выплюнуть" диффузор сабвуфера.
Блок питания усилителя выполнен на обычной для этого узла элементной базе. Задающий генератор преобразователя - на микросхеме TL494, схема защиты - на компараторе LM339. Защита предусмотрена как от перегрузок усилителя, так и от перегрева.
В случае короткого замыкания в нагрузке начинает мигать красный светодиод, при выходе напряжения питания за рабочие пределы он светится постоянно. Во всех случаях срабатывания защиты напряжение питания с усилителя снимается, нагрузка отключается.
Эта часть схемы для современных автомобильных усилителей стала практически типовой и выполняется с незначительными модификациями.
Трансформатор преобразователя выглядит достаточно скромно в сравнении с мощностью усилителя, но ведь КПД вдвое выше, чем у аналоговых усилителей. А там такой трансформатор как раз оказался бы в агрегате мощностью ватт 150-180.
Дроссели и конденсаторы фильтра также типовые и ничем не отличаются от аналогичных узлов других усилителей. Общее впечатление от усилителя великолепное, но инструкция, составленная одновременно для пяти моделей на 9 языках, требует очень внимательного изучения.
Поскольку нижняя граница полосы пропускания усилителя - 10 Гц, при использовании фазоинверсного акустического оформления следует быть осторожным.
Опубликовано в журнале "Мастер 12вольт" № 26 (июнь 2000).
А И. Шихатов, a.k.a. Железный Шихман. iron.shikhman[a]yandex.ru.