Программирование, радиоэлектроника,
саморазвитие и частичка из моей жизни здесь...

Ремонт усилителя Радиотехника У-101, модуль УМЗЧ на микросхеме TDA7250

Небольшая история о ремонте усилителя "Радиотехника У-101 стерео", замена модулей УМЗЧ на схему усиления мощности с TDA7250, профилактические работы, эксперименты с выходными транзисторами TIP142 + TIP147, BDW93 + BDW94.

Приведен краткий список базовых профилактических работ при ремонте старого усилителя заводского производства, осветлено много полезных нюансов.

Описаны этапы сборки и наладки усилителя мощности на основе микросхемы TDA7250. Расскажу как я столкнулся с эффектом перевозбуждения самодельного УМЗЧ (шум, гудение, перегрев и выгорание выходных транзисторов) и каким образом было найдено решение.

Поделюсь горьким опытом использования не оригинальных транзисторов серии TIP, покажу на фото отличия оригиналов от клонов неизвестного происхождения.

Я уже давно планировал отремонтировать этот старенький усилитель мощности НЧ, рассматривая в качестве замены старым модулям УМЗЧ схему на LM3886 или же проверенную в работе конструкцию на TDA7250.

Дополнительным толчком к этому сейчас послужило желание найти и разрешить проблему, возникшую при повторении УНЧ на микросхеме TDA7250 у одного из читателей моего сайта - Андрея Владимировича. Таким образом, судьба с выбором схемы УНЧ для замены старых модулей в усилителе Радиотехника была решена!

Будет интересная история, расследование, много полезной информации и удачный финал! )

Содержание:

  1. Усилитель Радиотехника У-101 стерео
  2. Профилактические работы
  3. Новый модуль УМЗЧ на основе TDA7250 + транзисторы Дарлингтона
  4. Изготовление печатной платы для УМЗЧ методом ЛУТ
  5. Детали для схемы усилителя мощности
  6. Намотка самодельных катушек индуктивности
  7. Монтаж и пайка электронных компонентов
  8. Проверка исправности выходных транзисторов
  9. Первое включение и меры безопасности
  10. Транзисторы TIP142+TIP147 и самовозбуждение УНЧ
  11. Крепление транзисторов TIP142, TIP147 и подключение модуля УМЗЧ
  12. Крепление транзисторов BDW93, BDW94
  13. Заключение

Усилитель Радиотехника У-101 стерео

Сначала кратко расскажу о советском усилителе мощности звука "Радиотехника У-101 стерео" (Radiotehnika U-101 stereo). Один из экземпляров такого УМЗЧ оказался у меня в наличии (состояние 4/5):

Усилитель мощности низкой частоты - Радиотехника У-101 стерео

Рис. 1. Усилитель мощности низкой частоты - Радиотехника У-101 стерео.

Основные технические характеристики усилителя:

  • Количество каналов - 2 (стерео);
  • Выходная мощность (номинальная) - 20 Вт;
  • Сопротивление нагрузки на выходе - 4 Ом, 6 Ом, 8 Ом, 16 Ом;
  • Диапазон воспроизводимых частот - 20...20000 Гц;
  • Потребляемая мощность от сети 220В - 80 Вт;
  • Номинальное напряжение входа звукоснимателя - 2 мВ;
  • Номинальное напряжение входа унив./тюнер/воспр. - 200 мВ;
  • Отношение снгнал/шум (взвешенный, при Pout=50мВт) - 83 дБ;
  • THD - не более 0,3%;
  • Размеры корпуса -  430х330х80 мм;
  • Вес - 10 кг.

Полезные возможности:

  • Электронный селектор входов;
  • Регулятор громкости + регулятор стереобаланса;
  • Регулятор тембра (ВЧ+НЧ);
  • Включение/выключение тонкомпенсации;
  • Вход для звукоснимателя;
  • Выход на наушники;
  • Индикатор выходной мощности (раздельная индикация каналов);
  • Защита выходных каскадов от короткого замыкания (КЗ) на выходе;
  • Защита акустических систем (АС) от попадания на выход УМЗЧ постоянного напряжения;
  • Защита от перегрева.

Данный усилитель производился массово Рижским ПО "Радиотехника" (1988 год) и был достаточно популярен в свое время, он часто входил в состав музыкальных комплексов "Радиотехника", которые состояли из тюнера, магнитофона, проигрывателя грампластинок. В комплекте с усилителем также зачастую шли акустические системы Radiotehnika S-30 на 4 Ома.

Внутри усилитель собран блоками, что способствует его удобному ремонту и даже замене некоторых из них на подобные из другого УНЧ или же на самодельные.

Ниже показано фото с внутренним устройством усилителя (уже заменены электролитические конденсаторы):

Внешний вид усилителя Радиотехника У-101 внутри (после небольшого ремонта)

Рис. 2. Внешний вид усилителя Радиотехника У-101 внутри (после небольшого ремонта).

Для понимания дальнейших действий с усилителем приведу здесь его принципиальную схему:

Принципиальная схема основных блоков и их соединений в усилителе мощности Радиотехника У-101 стерео

Рис. 3. Принципиальная схема основных блоков и их соединений в усилителе мощности Радиотехника У-101 стерео.

Принципиальная схема модуля усиления мощности УНЧ-50-8

Рис. 4. Принципиальная схема модуля усиления мощности УНЧ-50-8.

 Принципиальная схема модуля усиления сигнала со звукоснимателя УП3-15

Рис. 5. Принципиальная схема модуля усиления сигнала со звукоснимателя УП3-15.

Профилактические работы

Очень частая причина неработоспособности старого УМЗЧ советского производства - выход из строя электролитических конденсаторов в блоке питания. Как правило они представляют из себя большие цилиндрические банки из алюминия, с емкостью в каждой примерно по 2000 мкФ.

Старые электролитические конденсаторы в усилителе Радиотехника У-101

Рис. 6. Старые электролитические конденсаторы в усилителе Радиотехника У-101.

В моем экземпляре усилителя Радиотехника У-101 также раньше были установлены шесть электролитических конденсаторов в схеме фильтрации питания (смотрим схему на рисунке 3 - модуль U3).

Четыре из них (рисунок 6 справа) стояли в выпрямителе для питания выходных каскадов усиления мощности, а остальные два (рисунок 6 слева) - в выпрямителе для питания входных каскадов усилителя мощности, а также для предварительного усилителя (U5 УНЧ-П).

Вместо 4х электролитов на 2000мкФ для питания выходных каскадом УМЗЧ (U3 Плата выпрямителя - С3, С4, С8, С9) я установил 2шт по 4700мкФ на 50В - для этого усилителя должно хватить. А вместо 2х электролитов для питания остальных узлов усилителя (С2 и С7) - 2шт по 2200мкФ на 63В, какие нашел у себя в наличии.

В дополнение было решено заменить все оставшиеся электролитические конденсаторы в модуле предварительного усилителя, а также в схемах индикации, коммутации, защиты и в модулях УМЗЧ.

На плате модуля U5 УНЧ-П было установлено три неполярных электролитических конденсатора емкостью 5мкФ (С9, С10, С23) - найти такие электролиты я не смог, и поэтому заменил их парами из встречно-последовательно включенных (плюс к плюсу, а минусы в схему) полярных электролитических конденсаторов емкостью 10мкФ.

Схема замены неполярного электролитического конденсатора двумя встречно-соединенными полярными

Рис. 7. Схема замены неполярного электролитического конденсатора двумя встречно-соединенными полярными.

На плате электронного коммутатора входов (U2) есть еще два электролитических конденсатора в схеме стабилизации питания этого блока - я их не менял, коммутатор работает исправно.

Итак, краткий список рекомендуемых профилактических работ:

  • Установка или замена предохранителя по питанию (особенно если там стояла перемычка, "жук");
  • Осмотр всех проводников (особенно по питанию выходных каскадов УМЗЧ) на предмет повреждений (оплавилась изоляция и т.п.);
  • Замена электролитических конденсаторов на плате выпрямителей U3;
  • Замена электролитических конденсаторов на остальных платах (по желанию, судите по звуку и работе модулей);
  • Замена сдвоенных переменных резисторов (громкость, баланс, ВЧ, НЧ), в случае если присутствует треск или пропадание звука при регулировке;
  • Чистка внутренностей от пыли и мусора + наружная косметическая чистка.

Новый модуль УМЗЧ на основе TDA7250 + транзисторы Дарлингтона

Первый ремонт Радиотехника У-101 был выполнен по причине неработоспособности одного из каналов усиления - выгорели выходные транзисторы в модуле УНЧ-50-8. Причиной этой неполадки, как потом показала практика, могли стать утратившие свою емкость электролитические конденсаторы, из-за них баланс напряжений в плечах выпрямителя был нестабилен (разница более 5В).

Конденсаторы я заменил, транзисторы в выходном УМЗЧ установил исправные и усилитель продолжил работать дальше. Дорожки на плате из гетинакса после пайки начали отваливаться, сама плата со временем немного деформировалась, некоторые транзисторы и вовсе запаяны в плату и соединены с оборванными дорожками с помощью кусочков провода МГТФ в изоляции из фторопласта.

Со временем снова выгорел один из каналов УМЗЧ - то ли из-за перегрузки, то ли из-за каких-то уже подгоревших транзисторов в других цепях усиления этого модуля. Усилитель был отправлен на "отдых".

Сейчас же я решил его оживить и полностью выбросить старые модули с усилителями мощности, заменив их на самодельную платку с двухканальным УМЗЧ. В качестве варианта для замены я выбрал уже раньше применяемую мной схему усилителя на основе микросхемы TDA7250 + транзисторы Дарлингтона.

В качестве выходных транзисторов рассматривал следующие варианты:

  1. КТ825 + КТ827 (мощно, надежно, немного сложное крепление на радиатор);
  2. TIP142 + TIP147 (еще не пробовал эти транзисторы, простое крепление).

В результате я все же остановился на совсем других парах из составных транзисторов, об этом расскажу дальше. А сейчас, подробно распишу как я изготавливал и собирал печатную плату для этой схемы УМЗЧ.

В публикации по усилителю есть принципиальная схема, ее описание и набор печатных плат от посетителей моего сайта и тех кто уже собрал и запустил этот модуль.

Для установки в усилитель Радиотехника У-101 я решил изготовить печатную плату от Александра - она компактная и рассчитана на подключение выходных транзисторов с помощью изолированных проводников.

Таким образом, закрепить транзисторы на радиаторе усилителя можно будет любым удобным способом и на любом расстоянии, печатную плату с деталями можно будет разместить вертикально или горизонтально.

Изготовление печатной платы для УМЗЧ методом ЛУТ

Процесс изготовления печатной платы для усилителя с разводкой дорожек от Александра я описал в отдельной статье - Пошаговое изготовление печатной платы методом ЛУТ, подробная инструкция.

Там очень подробно показан процесс изготовления этой печатной платы, расписаны полезные нюансы и рекомендации.

Детали для схемы усилителя мощности

Для сборки схемы усилителя мощности ЗЧ (ссылка на статью с принципиальной схемой приведена в одном из предыдущих разделов) были куплены: микросхема TDA7250, набор транзисторов TIP142+TIP147, а также мощные керамические резисторы (правда на 0,1 Ома, номинала 0,15 Ом не было в наличии).

Остальные детали для схемы я взял из старых запасов, но пришлось все же внести некоторые коррективы, поскольку некоторых деталей с точно соответствующими номиналами у меня не было в нужном количестве.

Вот список измененных номиналов которые я решил использовать:

Деталь Номинал
на схеме
Номинал
использованный
мною
Примечание
Конденсатор 100 пФ 82 пФ С13, С14
- 150 пФ 68 пФ + 82 пФ замена параллельно включенной парой
- 100 мкФ / 50-63 В 220 мкФ / 63 В С3, С4 - по питанию
- 100 мкФ / 50-63 В 150 мкФ / 63 В С1, С2 - цепи обратной связи (ОС)
Резистор 33 Ом 56 Ом R20-R23 - цепи схемы защиты (СЗ)
- 1,5 КОм 1,6 КОм R2, R3 - цепи ОС
- 390 Ом 360 Ом R12-R15 - управление транзисторами
- 0,15 Ом 0,1 Ом R16-R19 - детекторы СЗ

Электролитические конденсаторы по питанию можно ставить 150-470мкФ, а вот в цепях обратной связи все же лучше не выходить далеко за пределы 100-150мкФ.

Конденсаторов на 150пФ у меня не нашлось в количестве 8 штук, поэтому решил собрать примерно такие же емкости из двух параллельно соединенных конденсаторов 68+82 (пФ), то есть в плату на место конденсатора 150пФ я буду запаивать сразу два конденсатора вместе.

Мощные резисторы, которые задействованы в схеме детектирования тока для схемы стабилизации тока покоя и защиты выходных каскадов, желательно ставить в пределах 0,1 - 0,18 (Ом).

Увеличение сопротивления этих резисторов снизит планку срабатывания схемы защиты (максимальная выходная мощность уменьшится), а уменьшение - поднимет ее (максимальная выходная мощность увеличится, но будьте осторожны).

Печатная плата и набор деталей для сборки УМЗЧ на микросхеме TDA7250

Рис. 8. Печатная плата и набор деталей для сборки УМЗЧ на микросхеме TDA7250.

На корпусе микросхемы TDA7250 указано "MALAYSIA". В комментариях к статье с описанием схемы усилителя я привел фото двух микросхем которые использованы в моем самодельном УМЗЧ "Phoenix-P400".

Как видим, все используемые мною микросхемы TDA7250 имеют разную маркировку и при этом в работе все они себя показали с хорошей стороны.

Внешний вид купленной микросхемы TDA7250 с надписью MALAYSIA

Рис. 9. Внешний вид купленной микросхемы TDA7250 с надписью MALAYSIA.

Две пары транзисторов TIP142+TIP147 были куплены по цене примерно 1,4$ за штучку.

Купленные мною транзисторы TIP142+TIP147

Рис. 10. Купленные мною транзисторы TIP142+TIP147.

Сразу заметил что TIP142 значительно отличаются от TIP147 по многим внешним признакам, посмотрим как они себя покажут в деле...

Намотка самодельных катушек индуктивности

Для сборки из необходимых деталей еще не хватает только катушек индуктивности - их придется изготавливать самостоятельно. Они должны быть намотаны на оправке диаметром примерно 10мм, для этой цели я использовал металлический стержень-держатель от отвертки.

Скреплять витки думал сначала плавким силиконом, но потом решил использовать другой материал - эластичную тонкую нить, которую я уже использовал при изготовлении контурной катушки индуктивности для самодельного лампового радиоприемника.

Также для намотки 40-ка витков понадобится кусок эмалированного медного провода диаметром 0,8-1мм и достаточной длины (не измерял, поскольку провод есть в достатке). Для фиксации начала провода на каркасе и после намотки первого слоя также пригодится изолента.

Катушка будет наматываться в два слоя - по 20 витков в каждом.

Подготовка к намотке катушки индуктивности, необходимые материалы

Рис. 11. Подготовка к намотке катушки индуктивности, необходимые материалы.

Начинаем намотку с фиксации начала проводника изоляционной лентой, также привязываем к проводнику нить и завязываем несколько узлов чтобы нить не отвязалась в процессе работы.

Начинаем намотку катушки индуктивности, фиксация проводника на каркасе.

Рис. 12. Начинаем намотку катушки индуктивности, фиксация проводника на каркасе.

Выполняем намотку первого слоя катушки виток-к-витку, после каждого витка обматываем один раз проводник с помощью нити с небольшой натяжкой. В результате из нити получится как бы шов вдоль всей катушки. витки будут держаться плотно и вместе.

Первый слой катушки индуктивности готов и зафиксирован с помощью нити

Рис. 13. Первый слой катушки индуктивности готов и зафиксирован с помощью нити.

Как видим, одна сторона катушки вдоль стержня-каркаса держится хорошо, а вот противоположная может немного "гулять", что в свою очередь будет мешать намотке второго слоя поверх первого.

Чтобы устранить эту проблему достаточно воспользоваться строительным скотчем - вырезаем полосочку по высоте катушки и обматываем первый слой витков, плотно прижав скотч к виткам.

Изоляция первого слоя катушки индуктивности с помощью строительного скотча

Рис. 14. Изоляция первого слоя катушки индуктивности с помощью строительного скотча.

Теперь можно приступить к намотке уже второго слоя поверх заизолированных витков первого слоя. Аналогично первому слою, к началу намотки нового слоя привязываем нить и в процессе намотки фиксируем ею каждый из витков.

В конце намотки связываем начало нити от первого слоя с концом нити из второго слоя и оставляем кусочек длиной 30см.

Отматываем изоленту и извлекаем каркас из катушки. Оставшийся кусочек нити продеваем внутрь катушки и с натяжкой обматываем ею катушку изнутри наружу примерно два раза, связываем конец нити с оставшейся нитью из предыдущих этапов.

Вот что должно получиться:

Фиксация слоев самодельной катушки индуктивности с помощью эластичной нити

Рис. 15. Фиксация слоев самодельной катушки индуктивности с помощью эластичной нити.

Так же само фиксируем катушку с противоположной стороны. Оставшиеся кончики нити связываем в несколько узлов и обрезаем, оставив примерно по 15мм длины. После этого берем зажигалку или спичку и заплавляем оставшиеся концы нитей вплоть к узлу. Будьте аккуратны чтобы не поплавить сам узел иначе связка будет повреждена.

Фиксация кончиков узла из нитей с помощью пламени огня

Рис. 16. Фиксация кончиков узла из нитей с помощью пламени огня.

Одна катушка готова, аналогичным образом изготовляется еще одна такая же.

Монтаж и пайка электронных компонентов

Приступая к монтажу первым же делом хочется запаять в плату микросхему, но не стоит спешить, перед этим еще нужно запаять в плату две перемычки, которые идут под микросхемой.

Две перемычки на печатной плате по микросхемой

Рис. 17. Две перемычки на печатной плате по микросхемой.

Дальше уже можно смело запаивать в плату микросхему, конденсаторы, резисторы и все остальные компоненты. В последнюю очередь я припаял соединительные проводники (к транзисторам, питанию, выход).

Все проводники должны быть большого сечения, поскольку по ним будет протекать не малый ток при большой выходной мощности УНЧ. Здесь мне пригодились связки проводников от нерабочих импульсных блоков питания (от персональных компьютеров и серверов).

Изолированные цветные проводники большого сечения от компьютерных импульсных блоков питания

Рис. 18. Изолированные цветные проводники большого сечения от компьютерных импульсных блоков питания.

Используя цветные проводники решил задать им следующие назначения:

  • Синие - к Базе транзисторов;
  • Оранжевые - к Коллекторам транзисторов;
  • Красные - к Эмиттерам транзисторов;
  • Черные - земля;
  • Зеленые - выходы УНЧ;
  • Красный - плюс питания;
  • Серый - минус питания.

Таким образом, при экспериментах с транзисторами у меня почти не останется права на ошибку - перепутать подключение Б-К-Э или же подать плюс питания на минус платки.

Плата усилителя мощности низкой частоты на микросхеме TDA7250 в сборе

Рис. 19. Плата усилителя мощности низкой частоты на микросхеме TDA7250 в сборе.

Сторону с дорожками после пайки желательно очистить от оставшейся канифоли и протереть ваткой смоченной в растворитель.

Вид на готовую плату усилителя НЧ со стороны дорожек

Рис. 20. Вид на готовую плату усилителя НЧ со стороны дорожек.

Проверка исправности выходных транзисторов

Сперва решил проверить работу собранного усилителя с мощными составными транзисторами КТ825+КТ827. Но перед тем посчитал за нужное проверить все транзисторы в наличии с помощью универсального тестера электронных компонентов на микроконтроллере.

Подобные тестеры можно заказать в местных интернет-магазинах или же у китайцев по цене менее чем 8$ за комплект.

Показания универсального микроконтроллерного тестера при проверке транзистора КТ825

Рис. 21. Показания универсального микроконтроллерного тестера при проверке транзистора КТ825 (P-N-P). 

Проверка составного транзистора КТ827, показания прибора

Рис. 22. Проверка составного транзистора КТ827 (N-P-N), показания прибора.

Тестер правильно опознает транзисторы, а также определяет что внутри их между К и Э включен диод.

Аналогичные проверки были выполнены и для купленных мною транзисторов TIP142, TIP147.

 Проверка исправности транзистора TIP142 с помощью тестера электронных компонентов

Рис. 23. Проверка исправности транзистора TIP142 (N-P-N) с помощью тестера электронных компонентов.

Проверка исправности транзистора TIP147 (P-N-P)

Рис. 24. Проверка исправности транзистора TIP147 (P-N-P).

У этих транзисторов тестер почему-то не определил наличие внутреннего диода. К тому же показания hFE (пусть показывает не точно но все же) у 147 и 142 отличаются почти в 2 раза, что немного странно в сравнении разницы показаний у 825 и 827.

Посчитал что не помешает проверить все транзисторы еще и тестером в режиме прозвонки.

Подготовка к прозвонке транзисторов с помощью мультиметра

Рис. 25. Подготовка к прозвонке транзисторов с помощью мультиметра.

Все результаты и показания мультиметра привожу в табличке:

Транзистор Б+ К- Б- К+ Б+ Э- Б- Э+ К+ Э- К- Э+
КТ825 (PNP) 0 693 0 837 536 0
КТ827 (NPN) 667 0 989 0 0 535
TIP147 (PNP) 0 737 0 921 599 0
TIP142 (NPN) 762 0 1374 0 0 716

Буквально сразу же бросился в глаза не малый разброс показаний Б-К и Б-Э у купленных мною транзисторов TIP142, тем не менее в общих чертах все транзисторы исправны. Ножки К-Э звонятся в одном из направлений, поскольку внутри всех рассматриваемых транзисторов Дарлингтона установлены защитные диоды.

Каждый из таких транзисторов содержит в себе небольшую схему, которая содержит:

  • Два транзистора (один средней и один большой мощности);
  • Два резистора;
  • Мощный диод.

Не зря же такие транзисторы называют "составными", поскольку они состоят из нескольких соединенных между собою компонентов.

Принципиальные схемы составных транзисторов Дарлингтона - TIP142 и TIP147

Рис. 26. Принципиальные схемы составных транзисторов Дарлингтона - TIP142 и TIP147 (из даташита).

Также для проверки ключевого режима транзисторов можно собрать небольшую схему со светодиодом, о ней я рассказывал в основной публикации со схемой УНЧ на TDA7250.

Первое включение и меры безопасности

Пришло время проверить собранную схему в деле. Итак, я подготовил транзисторы КТ825+КТ827 - нашел элементы крепления для подключения проводников к коллектору:

Элементы крепления для подключения к коллекторам транзисторов КТ825, КТ827 в корпусе TO-3

Рис. 27. Элементы крепления для подключения к коллекторам транзисторов КТ825, КТ827 в корпусе TO-3.

Питание для схемы я буду брать прямо их усилителя Радиотехника У-101 стерео, для этого нужно будет отключить от схемы старые блоки усиления мощности. В данном случае интересует напряжение питания, которое идет на выходные каскады УМЗЧ, проводники достаточно толстые и подключены с левой боковой стороны через клеммы.

Измерив напряжение между землей (общим схемы) и клеммами питания платок УМЗЧ получил значения примерно по 26В в каждом плече.

Измерение напряжения питания выходных каскадов УМЗЧ Радиотехника У-101

Рис. 28. Измерение напряжения питания выходных каскадов УМЗЧ Радиотехника У-101.

Старые и неисправные платы усиления мощности я отключил, а оставшиеся коннекторы обмотал изолентой, чтобы в процессе работы они где-нибудь не замкнули на землю или другие работающие компоненты усилителя.

Назначение коннекторов, подключенных к платам УМЗЧ в усилителе Радиотехника У-101 стерео

Рис. 29. Назначение коннекторов, подключенных к платам УМЗЧ в усилителе Радиотехника У-101 стерео.

Чтобы обезопасить модуль нового самодельного усилителя мощности от выгорания компонентов в случае каких-то ошибок было принято решение подавать питание на него через мощные лампы со спиралью внутри.

Гуляя по одному магазину в отделе осветительной техники нашел мощные миниатюрные лампы накаливания на напряжение 12В и мощностью 35Вт!

Включив по три таких лампы последовательно они будут светить в полную яркость при поданном на них напряжении 36В. Сопротивление спирали каждой из таких ламп - примерно 0,29 Ома.

Буду ставить по связке из 3х таких ламп в разрыв каждой из линий питания (плюсовой и минусовой) усилителя, это убережет от взрывов транзисторов, от плавления изоляции проводников и прочих неприятностей в процессе экспериментов.

Мощные лампы накаливания на 12В 35Вт

Рис. 30. Мощные лампы накаливания на 12В 35Вт.

Нужно было как-то придумать как их соединить, поскольку патронов у меня не было в наличии, а ножки сделаны из очень прочного металла, который не поддается пайке.

Выкрутиться из ситуации решил следующим образом:

Соединение ламп накаливания с помощью оголенных медных проводников

Рис. 31. Соединение ламп накаливания с помощью оголенных медных проводников.

Каждые три лампы соединены оголенными медными проводниками, извлеченными из кабеля с витой парой (UTP Cat-5). От крайних выводов каждой из крайних ламп сделал небольшие ушки из провода - к ним буду припаивать провода питания.

Поскольку данная составная лампа рассчитана на напряжение 36В, то при какой-то неполадке или выходе из строя транзисторов на этот набор ламп пойдет максимум 26В, они будут светить не в полную яркость и это хорошо.

Я пробовал запитать одну из таких ламп от аккумулятора на 6В - светит даже при таком напряжении достаточно ярко, а нагревается до температуры более 60 градусов буквально за несколько секунд.

Ко входу платки самодельного усилителя НЧ я подключил регулятор громкости - сдвоенный переменный резистор на 47КОм, ручку регулировки выставил для начала на минимальную громкость. Сигнал буду подавать со смартфона, громкость в операционной системе Android выставил среднюю.

Как для первого включения, на выход решил подключить первый попавшийся под руку динамик, для безопасности включил его через резистор сопротивлением 470 Ом (чтобы динамик не сгорел при попадании на него постоянного напряжения питания).

К другому каналу подключил просто резистор на 470 ом, чтобы была хоть какая-то нагрузка ны выходе усилителя. Вот так выглядит тестовая инсталляция для первого включения самодельного модуля УМЗЧ:

 Усилитель готов к первому включению с дополнительными мерами безопасности

Рис. 32. Усилитель готов к первому включению с дополнительными мерами безопасности.

Транзисторы разместил на некоторой дистанции друг от друга. поскольку если они столкнутся корпусами (коллекторами) то получится короткое замыкание по линиям питания (26В+26В=52В).

Включил усилитель Радиотехника У-101 (на схему пошло питание с него), включил на смартфоне проигрывание музыкального трека, добавил громкости переменным резистором - усилитель запел! Один канал работает и это уже хорошо.

Выключил питание, перекинул динамик на другой канал, включил - в динамике щелчок и тишина... Выключил питание, выставил мультиметр на измерение постоянного напряжения (до 200В), включил усилитель и измерил что творится на выходе этого канала усиления на платке - а там 26В, напряжение питания!

Если бы я не подключил резистор на 470 Ом последовательно динамику то пришлось бы с ним попрощаться. Поскольку лампы в цепях питания не светятся, то это значит что открыт только один из транзисторов, нужно искать причину.

Отключил питание, прозвонил тестером транзисторы проблемного канала усиления - они целы. Решил проверить нет ли какого-то мусора под платой и нет ли на самой плате лишних соединений - буквально за минуту нашел короткое замыкание между дорожками, которое появилось в процессе пайки соседнего электронного компонента.

Случайное ошибочное соединение на плате, возникшее в процессе пайки деталей

Рис. 33. Случайное ошибочное соединение на плате, возникшее в процессе пайки деталей.

Но все обошлось, микросхема и транзисторы остались целыми, после устранения этого замыкания между дорожками усилитель исправно запел двумя каналами.

Убедившись что схема исправно работает я подключил к ней колонки Radiotehnika S-30 уже напрямую и проверил звучание на средней и большой громкости - звук отличный, мощности хватает чтобы раскачать колонки на 8 Ом почти до опасного предела.

Хочу заметить что транзисторы КТ825 и КТ827 у меня для тестов подключены без радиаторов, даже в таком виде усилитель работал буквально 40-50 секунд на большой громкости пока транзисторы начали нагреваться до 50 градусов, потом выключил схему чтобы они остыли.

Решил замерить ток покоя выходных транзисторов, включил мультиметр в режиме измерения тока (до 10А, также переключил красный щуп в соответствующее гнездо) - 0,11А или 110мА, примерно то же самое значение что и в моем самодельном УМЗЧ Phoenix P-400 на этих же микросхемах и транзисторах.

Измерение тока покоя выходных транзисторов самодельного усилителя мощности НЧ

Рис. 34. Измерение тока покоя выходных транзисторов самодельного усилителя мощности НЧ.

Внимание! После завершения измерений мультиметром большого тока не забудьте переключить штекер красного щупа в прежнее гнездо (для измерения малого тока, сопротивления и т.п.), поскольку в таком виде при попытке померить напряжение питания или еще какую-то величину в работающей схеме случится короткое замыкание через внутренний шунт (низкоомный резистор) мультиметра.

Напряжение на Базах транзисторов в режиме покоя - по 1,2В.

Заснял небольшое видео с работой усилителя на небольшой громкости и с транзисторами без радиаторов:

Композиция играющая в демонстрации: Frozen Style - I See in Your Eyes.

Транзисторы TIP142+TIP147 и самовозбуждение УНЧ

С советскими транзисторами 825+827 УНЧ работает хорошо, пришло время проверить в работе транзисторы, которые я планирую ставить в усилитель, поскольку их намного проще крепить к радиаторам (чем те же КТ в корпусе TO-3) - это TIP142 и TIP147, они показаны крупным планом на рисунке 10.

Припаял к проводникам новые транзисторы, на всякий случай подключил акустические колонки к выходам УНЧ через резисторы 470 Ом. Включил питание усилителя, сигнал пока что на вход не подавал - в одном из каналов слышен свист и гул, а во втором тишина.

Пощупал пальцами транзисторы - в одном из каналов (тот что шуми) транзисторы очень быстро нагрелись до большой температуры. Выключил схему, подождал пока TIP'ы остынут, включил питание и подал сигнал - оба канала играют.

Аномальный нагрев транзисторов в одном из каналов позволил послушать музыку лишь считанные секунды. Если убрать сигнал то сразу же в одном из каналов слышится свист и гул - он перевозбуждается, схема работает как генератор высокой частоты. Измерил ток покоя транзисторов (хотя какой там покой когда есть паразитная генерация) проблемного канала - 0,4А (это много).

Что интересно, с использованием КТ825+КТ827 подобного эффекта не было, в режиме без сигнала транзисторы лежат себе едва тепленькие, возможно что TIP142 и TIP147 попались с очень большим коэффициентом усиления или же поддельные.

Попробовал поменять местами пары транзисторов - эффект остался тот же, один канал перевозбуждается. Подумал: может здесь дело в плотном монтаже или же какие-то дорожки нужно было вести другими путями чтобы не возникала паразитная обратная связь, хотя в этой печатной плате и так входные и выходные части находятся на ее противоположных сторонах.

Решил все же разрезать несколько дорожек и провести парочку экспериментов, которые возможно покажут причину возникновения генерации в этом канале усиления:

  1. Перекинуть землю, которая идет к цепям обратной связи;
  2. Вынести наружу RC-цепочку обратной связи, которая идет близко к остальным компонентам.

Эксперименты по поиску причины возбуждения канала усиления

Рис. 35. Эксперименты по поиску причины возбуждения канала усиления.

Разрезал нужные дорожки, впаял проводник и RC-цепочку (100К+30пФ) со стороны печатных соединений, включил усилитель - ничего не изменилось. ))

Значит причина кроется где-то в другом месте. Попробовал разнести проводники с транзисторами на большее расстояние - шум немного уменьшился, подал входной сигнал и дал громкости и...лампочки в цепи питания зажглись...под Новый Год. )

Выгорел TIP142, пошел перекос напряжения в контроллере микросхемы и таким образом вместе с перегоревшим транзистором полностью открылся еще и TIP147, но он уцелел...и это во многом благодаря лампам накаливания, которые светились ярко все 6шт. Поставил в выгоревший канал 825+827 - работает, микросхема цела!

Решил я повнимательнее присмотреться к этим TIP142, слева каждой из пар на фото показаны именно эти транзисторы в сравнении с TIP147, а также снизу приведен чертеж корпуса и подкладки этих транзисторов из официального даташита STMicroelectronics.

Сравнение купленных мною транзисторов TIP142 (похоже что подделка) и TIP147 (оригинал)

Рис. 36. Сравнение купленных мною транзисторов TIP142 (похоже что подделка) и TIP147 (оригинал).

Замеченные отличия этих странных TIP142 от TIP147:

  1. Отверстие под винт для крепления - меньшего диаметра;
  2. Покрытие ножек очень "дешево" блестит, оно не такое как у TIP147 и большинства деталей;
  3. Логотип ST и надписи по качеству очень отличаются;
  4. Два из трех вдавленных кружков находятся под отверстием, а не над ним как в даташите;
  5. Форма подкладки в виде простого прямоугольника, а не фигурная;
  6. Ножки по бокам должны быть прямыми, а у них есть выступы.

Ко всему этому можно еще добавить что сопротивления при прозвонке Б-К и Б-Э отличаются почти в 2 раза, об этом я уже писал выше.

На следующий день подался я на базар за новыми транзисторами, прикупил для эксперимента две пары BDW93C+BDW94C в корпусе TO-220, удалось найти один оригинальный TIP142 и взял все же еще один подозрительный TIP142 для теста.

TIP142 - оригинал и подделка, транзисторы BDW93 и BDW94

Рис. 37. TIP142 - оригинал и подделка, транзисторы BDW93 и BDW94.

Прозвонка мультиметром этих транзисторов показала следующую картину:

Транзистор Б+ К- Б- К+ Б+ Э- Б- Э+ К+ Э- К- Э+
BDW94C (PNP) 0 774 0 920 596 0
BDW93C (NPN) 730 0 1062 0 0 561
TIP142 (ориг.) 764 0 870 0 0 615
TIP142 (не ориг.) 758 0 1365 0 0 722

Как видим, у оригинального TIP142 нет такой большой разницы в показаниях при измерении переходов Б-К и Б-Э. Показания для транзисторов серии BDWxx - есть небольшой разброс, но похоже что все в порядке.

Первым делом решил испытать в деле BDW93 и BDW94 и поскольку подкладки их корпусов достаточно маленькие то установил эти транзисторы на небольшие радиаторы, извлеченные из платы какого-то нерабочего старого монитора с ЭЛТ-трубкой.

Тест усилителя с транзисторами BDW93 + BDW94 в одном канале и КТ825 + КТ827 в другом

Рис. 38. Тест усилителя с транзисторами BDW93 + BDW94 в одном канале и КТ825 + КТ827 в другом.

Усилитель сразу запел, никакого перегрева не наблюдалось и все работало хорошо.

Подключил к проблемному каналу оригинальный TIP142 и TIP147, подал питание - тот же гул и перевозбуждение. Решил запаять транзисторы напрямую в печатную плату со стороны дорожек, без проводников, есть вероятность что наводки здесь создают именно проводники в сочетании с этими транзисторами.

Плата усилителя на TDA7250 с впаянными в нее транзисторами TIP142 и TIP147

Рис. 39. Плата усилителя на TDA7250 с впаянными в нее транзисторами TIP142 и TIP147.

Включил усилитель в таком виде - в динамиках тишина, транзисторы тепленькие, подал сигнал и заработали оба канала, правда на большую громкость не включал, поскольку здесь на транзисторы уже лучше поставить радиаторы.

Укоротил проводники в два раза, оставил кусочки длиной по 8-9см чтобы хватило для подключения транзисторов закрепленных на радиаторы, подал питание - все отлично, перевозбуждения нет, аномального нагрева нет, работают два канала.

Подключение транзисторов к плате укороченными проводниками, тест

Рис. 40. Подключение транзисторов к плате укороченными проводниками, тест.

После этого установил вместо оригинального TIP142 тот что со странным корпусом - также работает. Можно крепить транзисторы на радиатор и уже тогда провести полномасштабный тест на большой выходной мощности.

Вывод: при повторении подобных УНЧ старайтесь делать проводники к транзисторам как можно короче, не скручивайте их вместе в жгут!

Возможно эти поддельные транзисторы неплохо себя покажут, у меня в наличии всего лишь один оригинальный 142-й, в остальных случаях продавцы предлагали мне именно не оригиналы, поэтому придется все же использовать один не оригинал, посмотрим...

Крепление транзисторов TIP142, TIP147 и подключение модуля УМЗЧ

Прежде чем крепить транзисторы к радиатору нужно было извлечь из усилителя старые модули УМЗЧ. Для этого необходимо открутить три винта, которыми радиатор прикреплен к корпусу усилителя, а потом уже можно будет удобно открутить платки с транзисторами.

Откручиваем старые модули УМЗЧ усилителя Радиотехника У-101 от радиатора

Рис. 41. Откручиваем старые модули УМЗЧ усилителя Радиотехника У-101 от радиатора.

Транзисторы модулей УМЗЧ прикручены коллекторами попарно к отдельным охлаждающим подкладкам из толстого металла, который впрессованными в него ножками также припаян к платкам.

Эти металлические подкладки приклеены каким-то до сих пор липким клеем к радиатору через изоляционную пленку (не слюду). Из разобранной конструкции видно что эти подкладки прилегали к радиатору не очень плотно, между пленкой и клеем образованы пустоты, что наверное не лучшим образом сказывалось на охлаждении выходных транзисторов.

Платку нового усилителя мощности я решил разместить вертикально - она компактная и ее высота позволяет это сделать в корпусе усилителя Радиотехника У-101. Сразу прикинул длину проводников к транзисторам и потом их укоротил до нужной величины.

Поверхность радиатора, на которой будут крепиться транзисторы, очистил от остатков клея с помощью ватки и этилового спирта.

Планировка размещения печатной платы относительно к радиатору для транзисторов

Рис. 42. Планировка размещения печатной платы относительно к радиатору для транзисторов.

Крепить транзисторы решил теми же винтиками, которыми были прикручены к радиатору металлические подкладки со старыми модулями.

Диаметр этих винтов оказался немного большим чем диаметр отверстий в транзисторах TIP147, а что уже говорить про не оригинальный TIP142. Эту проблема была решена с помощью круглого алмазного напильника.

Алмазный напильник для подгонки диаметра отверстий у транзисторов серии TIP

Рис. 43. Алмазный напильник для подгонки диаметра отверстий у транзисторов серии TIP.

Каждая подкладка транзистора серии TIP в данном случае подключена к коллектору, поэтому данные компоненты нужно прикручивать к радиатору только через изоляционные термопроводящие прокладки. Я извлек такие прокладки из нерабочих импульсных блоков питания.

Резиновые термо-прокладки, транзисторы TIP142+TIP147, винтики и радиатор

Рис. 44. Резиновые термо-прокладки, транзисторы TIP142+TIP147, винтики и радиатор.

Транзисторы были припаяны к проводникам идущим от модуля УМЗЧ, места соединений заизолированы с помощью термоусадок.

Транзисторы установлены на радиатор и подключены к модулю УМЗЧ

Рис. 45. Транзисторы установлены на радиатор и подключены к модулю УМЗЧ.

Для подключения нового модуля УМЗЧ к выводам питания и выходам УНЧ Радиотехника думал сначала использовать четырехпиновые разъемы MOLEX от компьютерного блока питания, но потом нашел более простой путь в котором уже все почти готово - использовать коннекторы из старых модулей УМЗЧ.

Коннекторы для подключения проводников усилителя Радиотехника У-101 к печатной плате

Рис. 46. Коннекторы для подключения проводников усилителя Радиотехника У-101 к печатной плате.

Для установки этих плоских коннекторов в мою самодельную плату УМЗЧ нужно будет немного подкорректировать отверстия идущие к питанию и выходам двух каналов.

Решил эту задачу с помощью лобзика: немножко рассверлил отверстия в плате чтобы в них влезла пилочка лобзика, продел ее, зажал и выпилил нужные удлиненные отверстия. После этого без проблем запаял коннекторы в печатную плату, не пожалев для этого много припоя чтобы они хорошо держались.

Установка силовых коннекторов в модуле усилителя мощности НЧ

Рис. 47. Установка силовых коннекторов в модуле усилителя мощности НЧ.

При установке радиатора на свое место не стоит забывать об одном интересном компоненте - датчике температурной системы защиты, его также нужно установить на свое место.

В роли датчика температуры здесь выступает один переход транзистора КТ315В (смотри схему на рисунке 3, модуль U6 - транзистор VT5).

Транзистор КТ315В в качестве датчика температуры системы термозащиты усилителя

Рис. 48. Транзистор КТ315В в качестве датчика температуры системы термо-защиты усилителя.

Крепления печатной платки с компонентами решил выполнить с помощью одного прочного соединения, состоящего из длинного винта и трубочек. Дополнительную поддержку платки выполняют толстые проводники, которые припаяны к транзисторам.

Узел крепления печатной платы к радиатору усилителя мощности

Рис. 49. Узел крепления печатной платы к радиатору усилителя мощности.

Вот как выглядит такое крепление:

Плата модуля УМЗЧ надежно прикреплена к радиатору

Рис. 50. Плата модуля УМЗЧ надежно прикреплена к радиатору.

Подключил уже собранный модуль ко всем проводникам:

  • Три коннектора питания (земля, плюс и минус);
  • Два коннектора от платы защиты;
  • Выходы предварительного усилителя припаял ко входу УМЗЧ (два общих для входов прозвонил спаял вместе).

Подключил к усилителю шнур питания, проводники от колонок вставил в выходные гнезда и на всякий случай подключил по резистору на 470 Ом, мало ли что.

Для удобной подачи сигнала решил использовать фронтальное входное гнездо усилителя под названием "воспр.", для этого ручку переключателя "копир входы" выставил в положение "2->1", а ручку "СЕЛЕКТОР ВХОДОВ" в положение "2".

Распиновка сигнального советского разъема стандарта DIN-5 в этом усилителе следующая: если смотреть на разъем (гнездо) спереди с расположенным снизу ключом, то средний контакт сверху - это общий, два контакта справа - это входы, оставшиеся два контакта не используются.

Подача сигнала на усилитель Радиотехника У-101 стерео, положения переключателей входов

Рис. 51. Подача сигнала на усилитель Радиотехника У-101 стерео, положения переключателей входов.

Включил питание усилителя, запустил на смартфоне проигрывание песни, начал вращать ручку громкости усилителя - работает! Добавил громкости чтобы был виден уровень сигнала на индикаторе выходной мощности - звук пропал, один канал на индикаторе светится полностью вплоть до красного, сразу выключил усилитель.

Думал может ложное срабатывание защиты (возможно ее нужно будет подстроить), включил снова - сразу же светится на индикаторе заполненный сегмент одного канала на максимальный уровень, что характерно, щелчка реле при включении не было.

При повторном кратковременном включении замерил напряжения на выходах каналов - у одного из каналов 26В, вот почему сработала защита. Позвонка транзисторов показала что вышел из строя TIP142 (не оригинал), его выводы К-Э в обе стороны звонятся с сопротивлением примерно 5 Ом, он пробит.

Была вероятность что он утянет за собой в мусорный бак и микросхему, но нет, все обошлось. Поскольку колонки подключены через резисторы 470 Ом, думал может нагрузка с таким большим сопротивлением как-то повлияла на эту ситуацию...

Решил рискнуть и подключить колонки напрямую, заменил выгоревший TIP142 на оставшийся новый не-оригинал, посмотрим что получится, в любом случае я уже знаю что защита в усилителе работает исправно.

Включил питание, дал примерно 20% громкости - играет, подождал немного и увеличил уровень громкости примерно до 60% - звук пропал, сработала защита и отключила колонки, индикатор выходной мощности показал своим "зашкаливанием" что проблема опять с тем же каналом, быстро выключил питание.

Прозвонил все транзисторы - выгорел неоригинальный TIP142.

Вышедшие из строя не оригинальные транзисторы TIP142 там, где им место

Рис. 52. Вышедшие из строя не оригинальные транзисторы TIP142 там, где им и место.

Исправных TIP142 у меня не осталось (хотя второй канал с оригинальным работает отлично), на базаре оригиналов в наличии ни у кого пока что больше нет, заказывать из интернет-магазина и объяснять менеджерам как должен выглядеть нужный мне транзистор - займет время, а хочется уже все завершить, итак уже было приключений...

Можно конечно повозиться несколько часов и установить на радиатор КТ825+КТ827, но у меня же еще остались транзисторы серии BDWxx - попробую их в деле.

Крепление транзисторов BDW93, BDW94

С креплением этих транзисторов немножко сложнее - придется сверлить новые отверстия в радиаторе, а также позаботиться чтобы крепежный винт не был соединен с подкладкой транзистора.

Использовал для этой цели изоляционные шайбы и кусочки кембриков, которые будут одеваться на винт и изолировать его от внутреннего кольца подкладки транзистора.

 Элементы изолированного крепления для транзисторов BDW93, BDW94

Рис. 53. Элементы изолированного крепления для транзисторов BDW93, BDW94.

На радиаторе выполнил разметку под отверстия и просверлил их сверлом диаметром 2,5мм, потом нарезал резьбу метчиком под 3мм винт. Если бы не было метчика, то просверлил бы отверстия большим сверлом и использовал бы более длинные винтики с гаечками.

Подготовка отверстий в радиаторе для крепления транзисторов в корпусе TO-220

Рис. 54. Подготовка отверстий в радиаторе для крепления транзисторов в корпусе TO-220.

Для изоляции подкладок транзисторов (коллекторы) от радиатора я также применил резиновые термо-прокладки, только меньшего размера, как раз под корпус TO-220.

Подготовка к установке транзисторов на радиатор через резиновые термопрокладки

Рис. 55. Подготовка к установке транзисторов на радиатор через резиновые термопрокладки.

Установил радиатор с модулем УМЗЧ на TDA7250 в корпус усилителя, подключил все коннекторы, подпаял вход. Включил питание и подал сигнал со смартфона - играет!

Добавил громкости примерно на 60% - тоже все хорошо. Добавил уровень сигнала чтобы индикаторы выходной мощности показывали полную загрузку (с красными отметками) - колонки буквально разрывает от мощности, все играет и никаких проблем.

Транзисторы BDW93 и BDW94 в выходных каскадах нового модуля УМЗЧ усилителя Радиотехника У-101

Рис. 56. Транзисторы BDW93 и BDW94 в выходных каскадах нового модуля УМЗЧ усилителя Радиотехника У-101.

Погонял я эту модернизированную конструкцию примерно 20 минут на большой громкости - радиаторы немного тепленькие, звук достаточно хороший, чувствуется что есть еще запас мощности, но колонки палить не стал.

В завершение можно немного подкорректировать отображение уровней выходной мощности на газоразрядном индикаторе, изменяя ползунки резисторов R4 и R5 (схема на рисунке 3 - модуль U8).

Ниже привожу фотографии внутренностей усилителя с видом сверху и снизу (кликабельные фото):

Фото модернизированного усилителя Radiotehnika U-101 stereo сверху

Рис. 57. Фото модернизированного усилителя Radiotehnika U-101 stereo (сверху).

Фото усилителя Radiotehnika U-101 stereo с новым модулем УМЗЧ (снизу)

Рис. 58. Фото усилителя Radiotehnika U-101 stereo с новым модулем УМЗЧ (снизу).

Заключение

Задача по восстановлении и модернизации усилителя "Radiotehnika U-101 stereo" выполнена! Думал что обойдется без приключений, но их оказалось предостаточно. Получил интересный опыт, который возможно пригодится в будущем не только мне, но и тем кто читает данную статью.

В завершение статьи смонтировал небольшую видео-демонстрацию работы усилителя со снятой верхней крышкой. Снимал на смартфон, от большого уровня звука микрофон смартфона начал искаженно воспринимать то что творится, тем не менее для демонстрации этого хватит.

Внимание! Примерно на середине видео будет увеличен уровень воспроизведения в усилителе, снизьте громкость в своем видео-плеере.