Ремонт усилителя JLH 2003

Доброго времени суток!

Привезли в ремонт ультралинейный УМЗЧ класса "А" по схеме Джона Линсли Худа 2003 (JLH 2003). Это аудиофильский усилитель Худа, в котором увеличена выходная мощность и улучшено качество звучания по сравнению с усилителем Джона Линсли Худа 1969 года.

Джон Линсли Худ - английский радиоинженер и разработчик, автор простого и линейного усилителя, опубликованного в журнале "Wireless World" в 1969 году (ист. Wikipedia).

Начинаем проводить диагностику.

 
 
 
Результаты диагностики:
 
- отсутствует выходной сигнал.
 
Неисправность появилась после замены владельцем аппарата ОУ в предварительном усилителе.

  

Приличные "банки" установлены в блоке питания DIY усилителя. 

 Проводится внешний осмотр предварительного и оконечного усилителей. Микросхемы ОУ в предварительном усилителе установлены в соответствии с
ключами на сокетах ("кроватках"). Загнутые ножки на выводах ОУ отсутствуют. Обнаружен оборванная "земля" от корпуса входного
разделительного конденсатора УМ левого канала.

 

 

После подачи питания наблюдается интенсивный разогрев всех ОУ и радиаторов интегральных стабилизаторов на плате предварительного усилителя до недопустимых величин (порядка 60-80 градусов по Цельсию). Это свидетельствует о чрезмерных токах потребления ОУ LME49860NA. После извлечения ОУ из сокетов тепловые режимы стабилизаторов пришли в норму. Так же была проведена проверка выходного напряжения стабилизаторов, которое находилось в пределах 12 В, что также было в допуске. Исходя из вышеизложенного, был сделан вывод о неисправности ОУ LME49860NA. Было принято решение о замене всех ОУ LME49860NA.

Владелец усилителя настаивал на обратном и уверял нас в работоспособности ОУ, т.к. лично проверял их на другом исправном усилителе для наушников. По сему было нами выдвинуто предположение о том, что ОУ могли быть выведены из строя статическим электричеством при установке в
сокеты без соблюдения соответствующих мер предосторожности. Для проверки всех версий Владелец любезно предоставил нам рабочий (тестовый) усилитель, чтобы мы могли самостоятельно проверить исправность ОУ.

После получения от Владельца рабочего (тестового) усилителя и коробочки исправных ОУ можно было приступать к проверке. Перед этим, по какой-то интуитивной причине, было принято решение о проверке монтажа платы предварительного усилителя в соответствии с электрической принципиальной схемой и правильностью включения ОУ в соответствии c Datasheet. Обычно мы этого не делаем, т.к. мала вероятность неправильного монтажа, ведь до до определенного момента времени усилитель эксплуатировался по назначению и был в полностью исправном состоянии.

На данном этапе диагностики выяснилось, что некоторые сокеты на плате предварительного усилителя были распаяны неправильно, т.е. развернуты на
180 градусов, см.фото. Черной точкой было отмечено правильное положение. Очевидно, что только сам сборщик этого усилителя знал об этом. А текущий Владелец, экспериментируя с разными ОУ в предварительном усилителе, не обратил на данный факт особого внимания и установил ОУ в соответствии с "ключом" на сокете. После этого усилитель больше не работал.

 

 

Удивительно, что выжили операционные усилители LME49860NA после подачи обратной полярности. После правильной установки ОУ аппарат подал признаки жизни. Конечно, на всякий случай каждая микросхема была успешно проверена во входном каскаде, с отслеживанием фронтов осциллографом и проверкой Ку каскада. Гармонические искажения при этом не проверялись.

Далее переходим к более детальному тестированию усилителя Худа.
Задача следующая:
- измерить максимальную мощность;
- провести проверку прямоугольными импульсами, оценить фронты, скорость нарастания, симметричность каналов;
- посмотреть АЧХ, работу регуляторов тембра;
- измерить демпинг-фактор;
- измерить гармонические искажения;
- измерить интермодуляционные искажения.

Но что-то пошло не так. При измерении максимальной мощности выявилась несимметричность ограничения выходного сигнала, положительная
полуволна синусоиды входила в ограничение гораздо раньше отрицательной на обоих каналах.
Аномалия возникает в только усилителе мощности (УМ), на выходе предварительного усилителя все хорошо. Питание самого УМ симметрично,
около +/-22 В. Очевидно, что с настройкой УМ что-то не так или это какая-то его особенность. (прочитали мнение в сети интернет).
Выходная мощность составила около 10 Вт на канал, при Rнагр=4.0 Ом.
 
Приступаем к тестированию усилителя прямоугольными импульсами. Левый канал показал относительно нормальный фронт с небольшим подъёмом АЧХ в области НЧ, скорость нарастания порядка 16 мкс (где-то 1V/мкс).
 
 
 
А вот с правым каналом наблюдаются явные проблемы. Очень низкая скорость нарастания (500мкс), выбросы на фронтах, свидетельствующие о
чрезмерном подъёме АЧХ в области высоких частот. Причем усилитель проверялся при отключенном регуляторе тембра (режим «директ», ручки
"bass" и "treble"  - в среднем положении).
 
 
Детальный анализ показал, что источником неисправности является предварительный усилитель, а точнее сказать, используемые потенциометры в схеме регулятора тембра. 
 
 
 
MN100K - это так называемые L- образные потенциометры, предназначенные для регулировки баланса каналов. В среднем положении регулятора скользящий контакт (средний вывод) всегда замкнут с крайним левым контактом для левого канала (с правым контактом - для правого канала), что нарушает работу регулятора и схемы в целом. Из-за специфики схемы кнопка «Директ» полностью не исключает из работы схему регулятора тембра.

Исправить ситуацию с регуляторами тембра можно, применив для усилителя такого уровня потенциометры с линейной характеристикой, с фиксацией в среднем положении, желательно японские фирмы "ALPS".

С хорошими потенциометрами наблюдается дефицит. Подходящие по качеству и характеристике не подходят по габариту, либо наоборот. В магазинах или AliExpress продают голимый нефирменный Китай с погрешностью +/- 20%. Оно и понятно, производители современной техники полностью перешли на "цифру". Потенциометры остались только в винтажной технике или регуляторах дешевых "балалаек". Хотя, даже в них зачастую установлено цифровое управление, кнопки, энкодеры. 

Нас интересует сдвоенный потенциометр с линейной характеристикой на 100 кОм, длиной вала 20 мм, диаметром вала 6.0 мм, вал скошенный, желательна фиксация в среднем положении (для линейной АЧХ).   

Поиски качественного потенциометра на 100 кОм не увенчались успехом, поэтому было принято решение промоделировать темброблок, с учетом использования линейных потенциометров RK12L123000E фирмы "ALPS" на 50 кОм. Правда они были без крепежной гайки, но и это не проблема: можно сделать прижимную планку, аналогичную потенциометру на балансе. Возможно потребуется пересчитать номиналы компонентов темброблока.  

Для корректной работы схемы темброблока необходимо смоделировать работу схемы, воспользовавшись программой для аналогового и цифрового моделирования электрических и электронных цепей с интегрированным визуальным редактором. В результате получаем следующие графики АЧХ темброблока. Очевидно, что при изменении номиналов потенциометров снижался общий коэффициент усиления (Ку) предварительного усилителя. Тем самым уменьшался диапазон регулировки тембров. Потребовалось поднять Ку, увеличив резистор в цепи ООС в два раза.

 

Видно, что вариант использования 50 кОм резисторов имеет место быть, если изменить коэффициент усиления ОУ. Займемся подбором пары потенциометров. Повторное моделирование доказало правильность принятого решения.

Выбираем к установке потенциометры, выделенные жирным шрифтом. У них минимальный межканальный разброс в среднем положении и они примерно равны по номинальному сопротивлению.

 Таблица 1. Отбор парных потенциометров.

Номер экземпляра

Номинал, К

L, К

R, К

L/2, К

R/2, К

Отклонение от номинала L,%

Отклонение от номинала R,%

Разброс между каналами,%

1 China

100

93,71

92,69

43,46

42,7

6,29

7,31

-1,779859485

2 China

100

93,42

88,38

48,68

46,65

6,58

11,62

-4,351554126

3 China

100

90,4

85,84

45,11

44,42

9,6

14,16

-1,553354345

4 China

100

92,22

93,04

51,06

51,9

7,78

6,96

1,61849711

1 ALPS

50

47,86

47,93

24,5

24,8

4,28

4,14

1,209677419

2 ALPS

50

46,83

46,55

23,96

24,28

6,34

6,9

1,317957166

3 ALPS

50

49,38

50,16

24,83

25,26

1,24

-0,32

1,70229612

4 ALPS

50

47,82

47,9

24,48

24,77

4,36

4,2

1,170771094
 
Возникла трудность при установке отобранных потенциометров в виду их конструктивного исполнения. Потенциометры RK12L123000E предназначенны для монтажа на печатную плату, поэтому потребовалось изготовление специальных пластин со сверлением отверстий и нарезанием резьбы.
 
 
 
Сверлим отверстия в фальшпанели.
 
 
Нарезаем резьбу.
 
 
 
Устанавливаем потенциометры.
 
 
Припаиваем сигнальные провода.
 
 
 
 
Включаем осциллографи и проверям результат нашей работы. Случилось чудо! Фронты сигналов выровнялись. При нагрузке 8 Ом было выявлено, что ограничение выходного сигнала при измерении максимальной мощности происходит симметрично.
 
 
 
Характеристики усилителя Джона Ли Худа 2003 года на нагрузке Rн=8 Ом:
 
 
Максимальная выходная мощность на канал:  13 Вт;
Коэффициент демпфирования: 34;
Неравномерность АЧХ на частоте 20 Гц: - 0.33 дБ;
Неравномерность АЧХ на частоте 20 кГц: - 0.35 дБ;
Диапазон регулировки тембра на 20 Гц: +8/-10 дБ;
Диапазон регулировки тембра на 20 кГц: +10/-10 дБ;
Скорость нарастания выходного сигнала: 30 В / 10 мкс (3 В / 1 мкс)
 
 
Хочется особо отметить высокое качество сборки и изготовления печатных плат, правильный выбор компонентов данного усилителя. 
 
 
 
Вид спереди.
 
 
Вид сзади
 
Протестируем усилитель в программе RMAA 6.4.5. Стоит отметить, что из-за проблемных драйверов E-MU 0204 возникла проблема с работой линейного входа звуковой карты. Поэтому для записи тестового сигнала использовался только один микрофонный вход карты E-MU. Разбираться с этим было некогда, поэтому тестируем каждый канал по отдельности и накладываем графики друг на друга. Результаты можете просмотреть ниже.  Все тесты были проведены на постоянном резисторе Rн=3.9 Ом при максимальной мощности (13 Вт). Конечно, результаты теста при на нагрузке Rн=3.9 Ом будут хуже, чем на Rн=8 Ом.
 
 
Неравномерность АЧХ (в диапазоне 40 Гц - 15 кГц), дБ +0.06, -0.49 
 
 
Динамический диапазон: 88.8 дБ;
 
 
Уровень шума: -88.2 дБ;
 
 
Гармонические искажения+шум (при уровне -3 дБ): 0.3%
 
 
Интермодуляционные искажения + шум: 0.35%
 
Из результатов тестирования видно, что усилителю рекомендуется наладка, т.к. уровень гармонических и интермодуляционных искажений довольно высок. Надо понимать, что при самом лучшем качестве звука придется жертвовать максимальной выходной мощностью усилителя. Наиболее лучшие результаты будут при токе покоя чуть более 2 А и при максимальной мощности 5 Вт. Искажения должны стать на несколько порядков меньше. К данному усилителю рекомендуется акустика с высокой чувствительностью (90 дБ и более) и импедансом 8 Ом.
 
  
Также можете просмотреть короткий видеоролик о прослушивании и тестировании усилителя Д.Худа 2003 года.
 
 
На этом статья подходит к своему логическому завершению. Спасибо, что дочитали до конца.
 
  

Требуется ремонт усилителя? Звоните.