Иногда возвращаться к старым проектам сложнее, чем начинать новые. С момента выхода Only Music 2.7 меня не отпускало ощущение, что я оставила там незавершённый жест. Усилитель работал, показывал достойные параметры, но его печатная плата была моим первым опытом двухсторонней трассировки под заводское изготовление. Первый блин, как говорится. И пусть он вышел съедобным, внутренний перфекционист не давал покоя: я знала, что способна на большее.
Несколько раз я честно садилась за переделку. Открывала проект, смотрела на старую топологию, прикидывала объём работ и снова закрывала. Масштаб оптимизации пугал. Нужно было не просто подвинуть дорожки, а переосмыслить всю компоновку. Каждый раз запал угасал, и я переключалась на другие задачи.
Переломным моментом стал переезд нашего сообщества любителей электроники на новую платформу. Мне захотелось отблагодарить самых преданных подписчиков чем-то действительно стоящим. Так я снова открыла проект. Но теперь уже с чётким пониманием: полумеры не пройдут.
Если перекраивать плату, то почему бы не доработать и схему? У меня накопилось достаточно идей, которые давно просились в реализацию. Хотелось улучшить усилитель точечно, не ломая проверенную архитектуру. Так началась работа над Only Music 2.8.
Готовая плата усилителя мощности Only Music 2.8 после сборки
Не революция, а глубокая эволюция
Сразу расставлю акценты: OM2.8 — это не принципиально новый усилитель. В его основе лежит та же схемотехника, что и в OM2.7, проверенная временем и множеством повторений. Но позиционировать новинку стоит как глубокую оптимизацию предшественника. Главное изменение видно с первого взгляда — полный переход на SMD-элементы. Это была осознанная часть задумки: компактнее плата, грамотнее трассировка, а знакомая схемотехника получает шанс раскрыться на максимум.
Давайте разберёмся, что именно изменилось на уровне схемы, как преобразилась плата и почему OM2.8 заслуживает внимания тех, кто ищет по-настоящему народный усилитель.
Что нового в принципиальной схеме
На первый взгляд схема может показаться копией предыдущей версии. Но дьявол кроется в деталях. Изменения затронули практически все типы элементов: резисторы, конденсаторы, транзисторы. Где-то скорректированы номиналы, где-то модели транзисторов заменены на SMD-аналоги. В некоторых узлах одиночные резисторы уступили место парам — это увеличило допустимую рассеиваемую мощность.
Полная принципиальная схема усилителя ОМ2.8
Вот ключевые схемотехнические решения, которые я применила:
Частота среза входного фильтра нижних частот снижена с избыточных 330 кГц до адекватных 100 кГц. Это убрало лишний запас, который не давал практической пользы, но мог влиять на поведение схемы.
Цепь общей обратной связи теперь построена на резисторах 47 кОм и 1,5 кОм вместо прежних 15 кОм и 470 Ом. Коэффициент усиления остался тем же, но нижняя граничная частота диапазона опустилась с 20 до 3 Гц по уровню -1 дБ. Входное сопротивление выросло, а значит, источнику сигнала стало заметно легче работать с усилителем.
Ток дифференциального каскада снижен. Это уменьшило базовые токи входных транзисторов и, как следствие, дробовой шум входного каскада. На практике усилитель стал тише при работе с реальными источниками сигнала.
Ток через стабилитроны, задающие опорное напряжение для каскодов, увеличен. В прошлой версии некоторые пользователи жаловались на шум. Оказалось, что не все стабилитроны стабильно работают на малых токах — отдельные экземпляры генерируют заметный белый шум. Повышение тока снимает эту проблему полностью.
Опорное напряжение каскода дифференциального каскада снижено с 15 до 12 вольт. Это открыло приятную возможность: шунтирующий электролит теперь можно ставить на 16 вольт. При том же диаметре корпуса он будет иметь большую ёмкость, что улучшает фильтрацию. В авторском прототипе, правда, стоит конденсатор на 25 вольт, но задел для апгрейда заложен.
Между дифференциальным каскадом и входом усилителя напряжения появился новый буферный каскад. Он изолирует ДК от входной ёмкости УН. Именно это решение внесло ключевой вклад в линеаризацию всего усилителя.
Архитектура цепей коррекции серьёзно переработана. Я отказалась от конденсаторов с выходов усилителя напряжения на шины питания. Вместо них установлен один конденсатор с выхода УН на землю. Дополнительно появился корректирующий конденсатор параллельно резистору в цепи обратной связи — это повысило устойчивость.
Конденсаторы, шунтирующие базы выходных транзисторов, теперь подключены напрямую к базам. В OM2.7 они шли через базовые резисторы, что снижало эффективность шунтирования.
Все эти изменения позволили серьёзно поднять разомкнутое усиление во всём звуковом диапазоне. Соответственно, вырос и петлевой запас, который схема может потратить на подавление искажений.
Сравнение разомкнутого усиления двух версий усилителя
Цифры говорят сами за себя: даже на верхней границе звукового диапазона в 20 кГц OM2.8 уверенно опережает предшественника.
Печатная плата: компактнее и продуманнее
Габариты платы изменились в лучшую сторону. Если OM2.7 имел размеры 100х67 мм, то теперь длина сократилась до 60 мм при той же ширине 100 мм. При этом площадь, занятая землёй, существенно выросла. Вся нижняя сторона платы — это один сплошной земляной полигон. В прошлой версии за землю отвечала длинная и относительно тонкая дорожка. Теперь этот компромисс устранён.
Обратная сторона платы ОМ2.8 с земляным полигоном
Удалось увеличить ширину выходной шины и шин питания. Выходной каскад — самый нагруженный узел — тоже получил усиление: в эмиттерах выходных транзисторов теперь стоят по два резистора на 2 Вт параллельно вместо одного. Запас по рассеиваемой мощности вырос, температурная стабильность под нагрузкой улучшилась. И всё это в меньших габаритах.
Отдельная история — радиаторы транзисторов усилителя напряжения. На плате OM2.7 они занимали много места и создавали скрытую угрозу: из-за не самой прочной защитной маски при неаккуратной сборке радиаторы могли замкнуть дорожки под собой. Некоторым сборщикам приходилось добавлять лавсановую изоляцию. В OM2.8 посадочных мест под радиаторы УН больше нет. Транзисторы в корпусе SOT-223 охлаждаются прямо о медные полигоны на плате.
Сторона деталей печатной платы ОМ2.8
Преддрайверные транзисторы тоже переехали в SOT-223. Здесь я пошла дальше: они отдают тепло предвыходным транзисторам через коллекторные выводы. Между ними обеспечена почти идеальная тепловая связь. В OM2.7 преддрайверы были в корпусе ТО-92 и вообще не имели теплового контакта с драйверным каскадом.
Форм-фактор платы остался привычным: все мощные транзисторы выстроены в один ряд у края. Да, это компромисс. Шины питания «плюса» и «минуса» разнесены по противоположным краям платы из-за строгой симметрии. По правилам трассировки они должны идти ближе друг к другу. Но сплошная земля на нижнем слое нивелирует этот недостаток. Зато плата выглядит эстетично. А красивые самолёты, как известно, и летают хорошо.
Для тех, кто боится аббревиатуры SMD: все резисторы и конденсаторы на плате в корпусе 1206. Это достаточно крупные элементы. Собрать такую плату можно обычным паяльником, без микроскопов и специфических приспособлений. Кстати, если вы обустраиваете домашнее пространство для хобби, обратите внимание на организацию удобного рабочего уголка — это сильно влияет на удовольствие от процесса.
Подключение входного сигнала
Усилитель OM2.8 поддерживает два режима подключения источника сигнала: классическое и балансное.
Классическое небалансное подключение организовано по умолчанию. На плате между контактами -In и sGND предусмотрена дорожка-перемычка. Сигнал подаётся по двум проводам на +In и sGND.
Балансное подключение позволяет радикально снизить уровень синфазных помех и наводок. Для перевода усилителя в этот режим нужно аккуратно перерезать перемычку между -In и sGND. После этого входной сигнал подключается трёхпроводной линией к контактам +In, -In и sGND.
Перемычка между -IN и sGND для переключения режима подключения
Что показали измерения
Красивая плата — это приятно, но реальную ценность усилителя определяют приборы. Перед анонсом я провела серию инструментальных тестов собранного прототипа.
Условия измерений: напряжение питания ±45 В, ток покоя выходного каскада 50 мА, нагрузка 8 Ом.
Сначала — уровень шума.
Уровень шума на выходе усилителя без входного сигнала
Коэффициент нелинейных искажений я измеряла на двух частотах: 1 кГц и 10 кГц. Интермодуляционные искажения тестировались по жёсткому методу на 19 кГц + 20 кГц. Замеры снимались в трёх точках по выходному напряжению: 6,7 В, 13 В и 20 В RMS.
При выходном напряжении 6,7 В (мощность 5,5 Вт):
THD=0,00049%, 1 кГц, 6,7 В
THD=0,0058%, 10 кГц, 6,7 В
IMD=0,00034%, 19+20 кГц, 6,7 В
При выходном напряжении 13 В (мощность 21 Вт):
THD=0,00082%, 1 кГц, 13 В
THD=0,0062%, 10 кГц, 13 В
IMD=0,00079%, 19+20 кГц, 13 В
При выходном напряжении 20 В (мощность 50 Вт):
THD=0,0017%, 1 кГц, 20 В
THD=0,0062%, 10 кГц, 20 В
IMD=0,0015%, 19+20 кГц, 20 В
Важное замечание: все измерения проводились со звуковой картой Asus Xonar Essence STX без программной компенсации её собственных искажений. Это значит, что приведённые цифры показывают суммарные искажения усилителя и звуковой карты. Реальные параметры OM2.8 ещё ниже. По данным симуляции в NI Multisim 14, собственный КНИ усилителя на 1 кГц составляет около 0,0002%.
Выходная мощность и поведение в сложных режимах
Максимальная неискажённая выходная мощность на нагрузке 8 Ом составила 85 Вт при питании ±45 В и 28 Вт при питании ±25 В.
Выходной сигнал перед клипингом при питании ±45 В
Выходной сигнал перед клипингом при питании ±25 В
Среди любителей есть те, кто оценивает усилители по поведению в жёстком клипинге. Логику такого подхода можно оставить за скобками, но раз есть спрос — прятать мне нечего. Ниже осциллограммы OM2.8 при ограничении сигнала.
Клипинг на частоте 1 кГц
Клипинг на частоте 10 кГц
На полках ограничения нет ни «бороды» из самовозбуждения, ни сквозных токов. Любители красивых картинок в аварийных режимах могут быть спокойны.
Для оценки динамики и стабильности я также подала на вход меандр — самый суровый тест для любого усилителя.
Меандр на частоте 1 кГц
Меандр на частоте 10 кГц
Настройка и элементная база
Как и любой классический усилитель класса AB, OM2.8 после сборки требует ручной настройки. Нужно выставить нулевое постоянное напряжение на выходе и ток покоя выходных транзисторов. Оптимальное значение тока покоя — от 50 до 100 мА.
Методика настройки и безопасного первого запуска не изменилась по сравнению с OM2.7. Я подробно описывала её в предыдущих публикациях, поэтому здесь повторяться не буду.
Диапазон питающих напряжений для OM2.8 — от ±25 до ±50 В. Но есть важный нюанс: для нагрузки 8 Ом можно использовать весь диапазон вплоть до ±50 В, а для 4 Ом максимум — ±38 В. Обязательно учитывайте это при выборе источника питания.
Вся информация по элементной базе собрана в BOM-листе. Я постаралась сделать его максимально информативным: конкретные наименования, типоразмеры SMD-компонентов, рекомендуемое рабочее напряжение конденсаторов, требования к ТКЕ и другие нюансы.
Перечень электронных компонентов для сборки
Итог: законченное инженерное устройство
Only Music 2.8 стал для меня именно тем штрихом, которого не хватало этой линейке. Это не просто работа над ошибками и не попытка переписать историю. Это закономерная эволюция проекта, который заслужил статус по-настоящему народного. То, что начиналось как робкая схема выходного дня, спустя годы симуляций, трассировок и железных тестов превратилось в законченное инженерное устройство.
Здесь нет революционных схемных решений, но есть выверенная топология, современная элементная база и железобетонная стабильность.
Плата усилителя OM2.8, смонтированная на радиаторе
Я благодарна всем, кто оставался рядом — и старожилам, и тем, кто присоединился недавно. Именно поддержка сообщества заставила меня победить внутренний творческий кризис и довести проект до идеала. Открытый доступ к проекту — моя скромная благодарность за то, что вы остаётесь со мной.
Удачной сборки и чистого звука!