A la Hiraga En Klasse A Effektforsterker

Tilbake på åttitallet publiserte Jean Hiraga blant flere design en forsterker kalt Le Monstre i det franske audiomagasinet l’Audiophile. På tross av navnet var det en klasse A forsterker med «bare» 8 W utgangseffekt. Det var den enorme spenningsforsyningen med blant annet batterier som ga navn til forsterkeren. Du kan finne den originale artikkelen (på fransk) med en engelsk oversettelse her. På dette nettstedet kan du også finne en 20 W forsterker med bare bipolare transistorer.

På denne tiden modifiserte jeg skjemaet for Hiraga Le Monstre og bygde en 25 W for -sterker istedenfor. Det originale skjemaet for Le Monstre er vist nedenfor med mine modifi-kasjoner. Men etter å ha flyttet rundt et par ganger ble denne forsterkeren byttet ut med en annen.

Nå har jeg gått tilbake til denne forsterkeren, der jeg delvis følger det modifiserte skjemaet ovenfor, men uten å bruke paret C2922 og A1216 (Jeg husker ikke hva slags drivere som ble brukt i den første versjonen mange år tilbake). Da brukte jeg en 2x18 V transformator med CRC-filtrering som ga pluss/minus 24 V (ingen enorm strømforsyning). Skjemaet som jeg bruker nå, er vist nedenfor.

Som det kan ses, er Offset-potensiometret erstattet med to(RV13 and RV14). Dette gjør det mye enklere å sette hvilestrømmen i utgangstransistorene (Q22 and Q23). Med bare ett poten-siometer må motstandene R7 og R8 velges til en passende verdi for å sette denne hvilestrømmen. Nå er det mulig å sette strømmen i felteffekttransistorene (Q11 and Q12) med disse potensiometrene slik at både offset på utgangen kan nulles ut og hvilestrømmen kan velges til en passende verdi; jeg har valgt ca. 1,5 Ampere.

Det er nødvendig å si noen ord om valg av transistorer. Felteffekttransistorene er matsjede 2SK170GR og 2SJ74GR med en IDSS på 4 mA. Disse transistorene produseres ikke lenger av Toshiba, men produseres i små antall av Linear systems (kalt LSK170 og LSJ74).

De bipolare transistorene 2SC2240/2SA970 (Q9/Q10) var liggende tilgjengelig da for-sterkeren ble bygd. Disse transistorene er ikke kritisk, så for eksempel 2SC1775/2SA872 kan gjøre samme nytten.

Driverne 2SA1209/2SC2911 (Q17/Q18) ble valgt siden de har en lav kollektor-base kapasi-tans (Cob), men dette valget var ikke uten problemer, som nevnt senere.

Effekttransistorene 2SC5200/2SA1943 (Q22/Q23) ble valgt siden de er gode transistorer som er lett tilgjengelige for en rimelig pris og passende hus (TO3P).

Det benyttes kaskode for å redusere effekten av drain/gate-kapasiteten (Crss) for felteffekt-transistorene, særlig for P-kanalen. Dette resulterer i redusert Miller-effekt, med lavere for-vrengning som resultat for høyere frekvenser, høy kildeimpedans og høy forsterkning. For-sterkningen i inngangstrinnet er omtrent lik:

Forsterkningen i utgangstrinnet er omtrent lik:

Dette gir en total åpensløyfeforsterkning på ca. 40 dB. Transistorene Q17-Q22 og Q18-Q23 ut-gjør Darlington Sziklai par, men arbeider som et felles emittertrinn siden utgangssignalet er tatt fra emitterne av effekttransistorene. Motstanden R19 er lagt til for å redusere strømsvin-get i Q17 and Q18, noe som resulterer i lavere forvrengning.

Lukketsløyfeforsterkningen settes av R16/R15 og er ca. 20x (26 dB). Hvis R28 brukes, reduse-res forsterkningen til omtrent halvparten: 10x (20 dB). Lukketsløyfeforsterkningen påvirker utgangsimpedansen, som er omtrent 1,4 ohm for 26 dB forsterkning og omtrent halvparten (0.7 ohm) for 20 dB forsterkning. Men vær oppmerksom på at ikke alle høyttalere liker en for høy utgangsimpedans. Med 20 dB forsterkning er forvrengningen ca. 0.03 % for 12,5 W ut (halv utgangseffekt) med en strømforsyning på pluss/minus 24 V.

Åpensløyfebåndbredde er meget høy. Med driverne 2SA1209/2SC2911 førte dette til ustabilitet. Den beste kuren mot dette var å lodde 47 pF kondensatorer direkte mellom base og kollektor på disse transistorene. Kondensatoren C27 ble da valgt til å være 330 pF ved en lukketsløyfeforsterkning på 20 dB. Dette resulterte i en båndbredde på over 1 MHz.

Et tolags kretskort er blitt laget til hver kanal av forsterkeren. Små kjølefinner er montert på drivertransistorene, se bildet nedenfor. Effekttransistorene er montert på de store kjølefinnene, det er også kretskortene. Det brukes metallfilmmotstander med 1 % toleranse for hele forsterkeren. Alle motstander er på 0.6 W med unntak av R20 og R21 på 3 W og R16

og R28 på 2 W. En stor kjølefinne på 0.3 K/W er brukt for hver av kanalene.

A Q11≈AQ 12=g m R 7

1+g m(RV13+2⋅R15)≈ 4 x(12dB)

A Q17−Q22≈AQ18−Q23

≈RLoad

R 20

≈ 32 x (30 dB)

Komponentside, loddeside og komponentplassering er vist nedenfor. Om du er interessert, er PCB- og Gerber-filer tilgjengelig. KiCad ble forøvrig brukt for skjemategning og utlegg av designet.

Strømforsyningen utgjøres av blant annet en 2x18 V 500 VA transformator felles for begge kanaler. Det er brukt separat likeretter og filter for hver kanal. CRC-filtreringen består av 22000 μF kondensatorer og 1 ohm motstander, se nedenfor. Dette er å betrakte som minimum. For effektive høyttalere må det sannsynligvis velges høyere verdier på kondensatorene

Til slutt må jeg si at denne forsterkeren har en bemerkelsesverdig nøytral og god lyd på tross av dens enkelhet. Ja, den lyder bedre enn forsterkere med mange flere transistorer og med høyere utgangseffekt; kvalitet foran kvantitet, for å si det slik.

Knut Harald Nygaard