Tranzistorový NF zesilovač AKAI AM-47

AM-47-čelní panel
      24.8.2013 Tento zesilovač jsem objevil na letošní radioburze v Holicích. Jeden prodejce tam nabízel desítky různých zesilovačů, receiverů, přehrávačů a další audiotechniky. Tenhle kousek mi ihned padl do oka svým designem a po chvíli ukecávání ceny a prověření na netu jsem ho koupil. Se značkou AKAI zatím nemám žádné zkušenosti, ale myslím, že v audiu patřila k tomu lepšímu. Tento model se vyráběl kolem roku 1993. Po nutné debordelizaci, údržbě a měření by mohl nahradit můj stávající zesík Kenwood KA-1030.
      Jedná se o klasický stereofonní tranzistorový zesilovač ve třídě AB s diskrétním koncovým stupněm osazeným 2 komplementárními páry (NPN + PNP) tranzistorů SanKen 2SC3856 + 2SA1492 (180 V / 15 A / 130 W / 20 MHz / hFE > 50) a 4 komplementárními páry budičů 2SA1248 + 2SC3116 (160 V / 0,7 A / 10 W / 120 MHz / hFE > 90). Nejsou to úplně nejpomalejší tranzistory, což by se mělo pozitivně projevit na šířce pásma. O napájení se stará docela velký a těžký stíněný transformátor se symetrickým sekundárním vinutím, které dá po usměrnění a vyhlazení 2 elyty 8,2 mF / 56 V napájecí napětí ±52 VDC, tudíž výstupy jsou bez oddělovacích kondenzátorů. Celý koncový stupeň je stejnosměrně vázaný a díky tomu je v signálové cestě minimum kondenzátorů (jen v předzesilovači). O potlačení SS složky na výstupu se stará obvod DC serva s operákem. Všechny osazené elyty jsou značkové od výrobce Nippon Chemi-Con. Samozřejmě nechybí zpožďovací a ochranné relé pro odpojení výstupních svorek řízené integrovaným obvodem µPC1237. Kompletní schéma zapojení viz servisní manuál. Zde je přehled základních parametrů:

výstupní výkon: 2 x 120 W @ 4 Ω; 1 kHz; 1% THD
2 x 80 W @ 8 Ω; 30 Hz; 0,05% THD
THD: 0,005% @ 1 kHz; 8 Ω
činitel tlumení: 45 @ 1 kHz; 8 Ω
šířka pásma: 5 Hz - 100 kHz @ -3 dB
odstup s/š: 101 dB (aux, CD, tuner, tape)
85 dB (gramo)
zbytkový šum: 0,1 mV
vstupní citlivost: 150 mV (5 V max.) / 47 kΩ (aux, CD, tuner, tape)
2,5 mV (160 mV max.) / 47 kΩ (gramo)
max. příkon: 230 W
rozměry: 42,5 x 15,6 x 37 cm
hmotnost: 10,5 kg

      Na předním panelu najdeme (zleva doprava, shora dolů): síťový vypínač, vypínače předních a zadních reproduktorů, konektor pro sluchátka, přepínač direct pro vyřazení korekcí a subsonického filtru (16 Hz, -12 dB/okt.), tónové korekce hloubky a výšky (±8 dB), regulátor hlasitosti, přepínač zdrojů signálu pro nahrávací výstup magnetofonu, regulátor vyvážení kanálů, přepínač vstupů, přepínače stereo / mono a ztlumení o 20 dB. Na zadním panelu je sada CINCH konektorů pro vstupy: gramo, CD, tuner, aux a 3 magnetofony (každý magnetofon má i svůj výstup pro nahrávání) a dále svorky pro 2 páry reprobeden. Síťová šňůra je 2-žilová (spotřebič třídy II), nehrozí tedy problém se zemní smyčkou, v případě potřeby je zde šroubek pro přizemnění.

AM-47-předek AM-47-zadek AM-47-vnitřek AM-47-spodek

      5.9.2013 Po otevření zesilovače jsem nejprve vymetl chuchvalce prachu. Bylo patrné, že se vevnitř ještě nikdo nevrtal, takže vše pěkně v původním stavu. Vyklepal jsem trochu prohnutý spodní plech v místech nožiček a vyleštil přední panel a knoflíky. Drobné škrábance jsem zaretušoval černým lakem. Pak jsem se pustil do elektroniky. Na hlavní desce jsem propájel studeňák u tranzistoru TR13 (stabilizátor +12 V). Přeměřil jsem všechny elyty a které měly sníženou kapacitu nebo moc velký ESR jsem vyměnil. U hlavních filtráků koncového stupně C1, C2 jsem naměřil 6,51 mF / 65 mΩ resp. 6,85 mF / 60 mΩ. To mi přijde i po 20 letech ještě jako přijatelná hodnota, tak jsem je zatím nechal. Když dnes koupím nový elyt, tak má typicky kapacitu na spodku tolerance, tak -10%. Málo kdy se poštěstí, že má aspoň jmenovitou kapacitu. Zajímavé, že staré elyty od Tesly mají i dnes klidně +20% kapacity i více (i po naformování)...
UPDATE: tak se ve mě nakonec hnulo svědomí a řekl jsem si, že nebudu dělat polovičatou práci a objednal jsem z ECOMu pár náhradních elytů CEVN-10000/63 30x50 SMH od Nipponu (cena s poštou 288,- Kč s DPH). Naměřené kapacity jsou 8,45 a 8,47 mF, takže jsem se dostal alespoň na původní jmenovitou hodnotu.
      Ve zdroji jsem vyměnil elyty C8, C9, C16 (470 µF / 25 V); C6, C7 (100 µF / 63 V) a C17 (100 µF / 25 V). Dále v obvodu ochrany C35 (4,7 µF / 50 V) a signálové C29, C29b, C30, C30b (1 µF / 50 V); C31, C31b (3,3 µF / 50 V) jsem nahradil svitky. Taktéž na desce předzesilovače pro magnetodynamickou přenosku jsem vyměnil signálové C1, C1b (1 µF / 50 V); C6, C6b (3,3 µF / 50 V) za svitky a C8, C9 (47 µF / 25 V); C3, C3b (100 µF / 10 V) za nové elyty. Nakonec jsem ještě vyměnil za svitky signálové C201, C201b (220 nF / 50 V); C202, C202b (10 µF / 16 V); C207, C207b (1 µF / 50 V) na desce tónových korekcí.
      Dále se mi moc nepozdával průřez a délka vodiče, kterým byl výstupní signál veden z hlavní desky zesilovače na nepříliš robustní vypínače reproduktorů na předním panelu a zpět na reprosvorky na zadním panelu. Když jsem změřil úbytek napětí na drátu a přechodovém odporu vypínače při proudu asi 4 A, vyšel mi celkový odpor 85 mΩ, což jak se ukázalo později, je větší hodnota než vnitřní odpor samotného zesilovače. Takže jsem se na vypínač vykašlal a připojil pár předních reprosvorek silnějšími dráty přímo na hlavní desku.

AM-47-rozebraný AM-47-předzesilovač gramo AM-47-koncáky AM-47-po repasi

      9.9.2013 Na víkend jsem si zapůjčil digitální osciloskop s generátorem a pustil se do měření. Nejprve jsem zkontroloval klidové proudy koncáků a rychlost jejich stabilizace. Asi po 20 s od zapnutí se hodnoty ustálily na 83 mA pro levý kanál a 60 mA pro pravý kanál. Po delším zahřátí proud o pár mA klesl. Je zde tedy patrná jistá nesymetrie, otázka jam moc to může vadit. Na desce není nikde jediný odporový trimr, kterým by bylo možno proud doladit. To nechám na později. Dále jsem změřil stejnosměrný offset na výstupech: levý kanál fluktuoval mezi -2 až -5 mV a pravý kanál mezi -0,5 až +1 mV.
      Pak jsem na výstup pravého kanálu připojil umělou zátěž 4 Ω (velké drátové odpory), na vstup generátor (sinus, 1 kHz, 2 Vpp) a vybudil zesilovač těsně pod hranici limitace. Z odečteného výstupního napětí (1. oscilogram) jsem vypočítal RMS výkon: 158 W do 4Ω zátěže a 100 W do 8Ω zátěže. Protože jsem zatěžoval pouze jeden kanál, nekleslo tolik napájecí napětí a dostal jsem tudíž vyšší výkon, než je specifikovaný pro oba kanály. Po té jsem ještě přidal a přebudil zesilovač do limitace - na 2. oscilogramu je vidět krásně čistý řez vrcholku sinusovky bez zákmitů. Patrně díky tomu, že konstruktéři ponechali větší úbytky napětí na tranzistorech, aby nedocházelo k saturaci a tranzistory tak nezůstávaly dlouho otevřené i po poklesu proudu do báze. Podíval jsem se také na průběh obdélníkového signálu (tentokrát při zatížení bezindukční umělou zátěží 4 Ω), při 10 kHz je na 3. oscilogramu vidět mírné zaoblení hrany bez překmitů. Vzhledem k velmi nízkému dolnímu meznímu kmitočtu vypadal i 100 Hz obdélník stále perfektně pravoúhle. Na okamžik jsem zesilovač vybudil na plný rozkmit (umělá zátěž rychle začne vařit vodu :) a změřil rychlost přeběhu - nejrychlejší změnu du/dt (4. oscilogram), která vychází na 38,6 V/µs v režimu direct a 21,2 V/µs se zapnutým obvodem tónových korekcí (nastaveny na 0 dB).

uout_max sine wave @1kHz, 4R clipping @1kHz, 4R square wave @10kHz slew rate @4R
sine wave @1kHz, 4R clipping @1kHz, 4R square wave @10kHz slew rate @4R

      Činitel tlumení jsem zkusil určit tak, že jsem nejprve změřil pokles výstupního sinusového napětí nastaveného na 10 Vpp při snížení zatěžovacího odporu z 4 Ω na 2 Ω a vypočítal diferenciální vnitřní odpor podle vztahu: ri = Δu / Δi. Na 1 kHz mi vyšel vnitřní odpor 61 mΩ. Činitel tlumení je pak definován jako poměr odporů zatěžovacího a vnitřního (resp. poměr impedancí): DF = Rz / ri. Pro jmenovitou zátěž 4 Ω vychází DF = 66 a 132 pro 8 Ω. Pokud bych nechal v cestě výstupního signálu přechodový odpor vypínače reproduktorů a tenké propojovací dráty, měl bych DF pouze 27 pro 4 Ω, resp. 55 pro 8 Ω. Nakonec jsem proměřil kmitočtovou charakteristiku zesilovače v režimu direct i se zapnutými korekcemi. Na dolním konci pásma je patrný vliv subsonického filtru, na horním konci zas vliv frekvenční kompenzace použitého OZ v obvodu korekcí. Šířka pásma pro pokles -3 dB je tedy 1 Hz - 150 kHz, resp. 12 Hz - 60 kHz.

frekvenční charakteristika @4R, 10Vpp
frekvenční charakteristika zesilovače AM-47 @ 4 Ω, 10 Vpp

shrnutí naměřených parametrů:
primární napětí: 235 VAC (síť)
sekundární napětí: 2 x 39,1 VAC (naprázdno)
napájecí napětí SS: ±52 V ±44 V (clip)
klidový proud: 80 mA
59 mA
levý *
pravý *
zbytkové napětí: -5 mV
+1 mV
levý, max.
pravý, max.
výstupní výkon:
(jeden kanál)
158 W
100 W
4 Ω, 1 kHz
8 Ω, 1 kHz
činitel tlumení:
(pro 4 Ω / 8 Ω)
66 / 132
66 / 132
39 / 78
@ 100 Hz
@ 1 kHz
@ 10 kHz
rychlost přeběhu: 38,6 V/µs
21,2 V/µs
direct
s tón. kor.

      13.9.2013 * Pár večerů jsem bádal nad tím, jak sladit klidové proudy koncáků. Nabízela se k tomu změna hodnoty R30 (2,2 kΩ) - při snížení na poloviční hodnotu vzrostl kliďák v pravém kanálu o 30,6 mA (+51%) nebo změna R501, ale na tu reagoval kliďák mnohem méně, při snížení z 560 na 130 Ω v levém kanálu, klesnul kliďák jen o 20 mA (-24%). Napadlo mě, že by to mohlo být rozptylem parametrů součástek už v diferenčním stupni, oba diferáky v obou kanálech jsem důkladně proměřil, ale nezjistil jsem žádné větší odchylky (max. pár %). Nakonec mě napadlo vzájemně prohodit komplementární páry teploměrných tranzistorů TR501, TR502 a TR501b, TR502b na chladiči a ejhle! Oba kanály teď mají shodně 70 mA. Nemůžu se ubránit dojmu, že tranzistory měli při výrobě spárované, ale nějaký vrták to při osazování prohodil, nebo že by jen náhoda? Mohlo to totiž dopadnout i tak, že by se rozdíl ještě více zvětšil...

      15.9.2013 Na závěr repase jsem ještě zkusil změřit různé druhy zkreslení. K tomu jsem využil zvukovou kartu SoundBlaster Audigy 2 a programy z balíku ARTA, s kterým jsem se letos seznámil při rekonstrukci svých reprobeden. Výstup zvukové karty jsem připojil na CD vstup zesilovače, jehož výstup jsem zatížil 4Ω bezindukční umělou zátěží a zavedl do line-in vstupu zvukové karty. Jako kontrolní referenci jsem propojil na druhém kanálu zvukovky přímo výstup se vstupem. Její zkreslení se pohybuje v řádu tisícin procent (THD: 0,002%; IMD1: 0,002%; IMD2: 0,0068%), čímž bylo lehce ovlivněno samotné měření. Nejprve jsem měřil v programu STEPS celkové harmonické zkreslení (THD) v celém slyšitelném pásmu s krokem 1/24 oktávy při malém výkonu cca 35 mW (1 Vpp na výstupu). THD se ve středním pásmu pohybuje kolem deklarovaných 0,005%, místy i méně. Dole to trochu kazí samotná zvukovka a indukovaný brum 50 Hz.

STEPS-frekvenční závislost THD @35mW, 4R
STEPS - frekvenční závislost THD @35 mW, 4 Ω

      THD jsem změřil též v programu ARTA (SPA, 131072 bodové FFT, průměrováno z 10 měření), jen pro jedinou frekvenci 1 kHz. Zato jsem zvýšil výstupní výkon na 1 W (na výstup jsem musel přidat dělič 1:10). Zkreslení se trochu zvýšilo na 0,0076%.

ARTA-spektrum a THD @1W, 4R, 1kHz
ARTA - spektrum a THD @ 1 W, 4 Ω, 1 kHz

      Dalším důležitou charakteristikou je intermodulační zkreslení (IMD). Měří se typicky pomocí 2 sinusových signálů. V ideálním lineárním systému dojde pouze k superpozici, ve spektru jsou pouze 2 čáry daných frekvencí. Pokud je v systému nějaká nelinearita (jako že v reálu vždycky je), dojde k amplitudové modulaci signálu vyšší frekvence tím s nižší frekvencí a ve spektru se objeví nové součtové a rozdílové složky (f1 + f2, f1 - f2). A nejen to, nelinearita způsobí vznik vyšších harmonických obou základních frekvencí, ty se pak vzájemně směšují a vznikne celá zoo nových frekvenčních složek. U spektrálně bohatého signálu jako hudba to už má spíše charakter šumu. Typicky se IMD měří pro 2 blízké a 2 vzdálené frekvence. A mě se tam do toho ještě intermoduluje všudypřítomný síťový brum 50 Hz, takže spektra jsou docela bohatá, nicméně se IMD drží do 0,04%, což myslím není špatná hodnota. Zesilovač jsem tedy smontoval, vyměnil ho ve věži za stávající Kenwood a jal se věnovat nerušenému poslechu.

ARTA-spektrum a IMD @1W, 4R, 13+14kHz
ARTA - spektrum a IMD @ 1 W, 4 Ω, 13 + 14 kHz

ARTA-spektrum a IMD @1W, 4R, 250Hz+8kHz
ARTA - spektrum a IMD @ 1 W, 4 Ω, 250 Hz + 8 kHz



Zpět

Aktualizováno 17.9.2013 v 3:42

„Žádný člověk není tak bohatý, aby mohl koupit svoji minulost.“ Oscar Wilde