Усилитель 16 Вт на трёх транзисторах

[теоретизирующий практик]

Класс А, 16 Вт, три транзистора.

Параметры усилителя при включении в качестве нагрузки резистора: Сопротивление нагрузки - 4 Ома; Выходная мощность до наступления ограничения сигнала — 16 Вт; Напряжение питания - 14 В; Потребляемый ток - 3А. Диапазон воспроизводимых частот не менее 20 Гц (-2дБ) — 20 кГц (0 дБ), реально АЧХ линейна при максимальной мощности до частоты не менее 70 кГц (граница имеющегося генератора НЧ). Входное сопротивление — 1 кОм. Входное напряжение — 0,85 В. КНИ не измерялся, но мне так представляется - очень маленький. Выходное сопротивление до разделительного выходного конденсатора — маленькое (расчётное ниже 0,001 Ом. С учётом замечания пост #191, корректнее написать ниже 0,004 Ома ). Глубина ООС — не менее 60 дБ в диапазоне частот 20 — 20000 Гц. Отношение сигнал/шум — 100 дБ (без взвешивающего фильтра).

На схеме приведены переменные напряжения в характерных точках при выходном напряжении усилителя 6,4 В. Ошибка в отношении сигнал/шум непредсказуема, т. к. в применённом милливольтметре В3-39 на диапазоне 1мВ значение 0,05мВ находится уже не в рабочей части шкалы.

Усилитель собран в макетном варианте из того что было под рукой. Выходной транзистор — из неисправной материнской платы ПК. Транзисторы Т1 и Т2 импульсные СВЧ. Работоспособность проверена на устойчивость при отключении и коротком замыкании на входе и выходе. Все манипуляции с включением — отключением нагрузки производились при выключенном питании (приберёг ограничительный стабилитрон). При КЗ на выходе и наличии входного сигнала потребляемый от источника питания ток увеличивался до перегорания 5А предохранителя в цепи питания между ИП и усилителем. После устранения КЗ и замены предохранителя работоспособность усилителя восстанавливается. Блок питания при испытаниях - стабилизированный, напряжение пульсаций 3 мВ эфф. Цепь R6 — C5 оставлена по инерции, на всякий случай, после того, как усилитель пришлось «усмирять» во время попыток «улучшения». ПО ВОЗМОЖНОСТИ, НИЧЕГО УЛУЧШАТЬ НЕ ТРЕБУЕТСЯ. При повторении можно по выбору убрать либо R6-C5, либо R9-C7. Ну а я на всякий пожарный оставил обе цепочки.

Дроссель намотан на витом сердечнике ШЛ 25х40 (окно 45х16). При сборке дросселя устанавливается немагнитный зазор толщиной 0,5 мм. Обмотка содержит 220 витков провода ПЭЛ Ф 1,18мм (виток к витку до заполнения каркаса). Индуктивность при токе подмагничивания 3А — 0,04 Г, активное сопротивление обмотки — 0,7 Ом. Конечно, для усилителя на 16 Вт размер дросселя может показаться великоватым (75х75х85), но и не больше, чем размеры теплоотвода под выходной транзистор на расчётные 36Вт.

Добавлено 03.09.2012г. В последнее время отношение к размеру индукивности чуть изменилось, сегодня я рекомендую индуктивность порядка 0,1 Г. Это снизит возможность появление нелинейности перемагничивания железа на НЧ, и сведёт нелинейностьть АЧХ почти к нулю.

С уважением, Анатолий Шувалов.

P.S. Стабилитрон, с требуемыми параметрами 24V, 3A в наличии отсутствовал, так что извините за обман с тремя транзисторами, пришлось ещё добавить в эквивалент мощного стабилитрона.

Добавлено 08.09.2012.г. В связи с имеющимися желаюшими повторить конструкцию, для начинающих привожу эквивалент мощного стабилитрона на 24В.

Добавлено 16.10.213г. Пост #257. Схема и печатка на 30 Вт от энтузиаста и сторонника экстремальных решений. .

[SashaNetrusov]

А если без ООС? Можно ещё попробовать два NiCd аккумулятора поставить. Ноль на выходе интегратором поддерживать...

А в питание автомобильный аккумулятор использовать...

[теоретизирующий практик]

Phlanger,

...а вот глянуть на показания анализатора спектра было бы весьма интересно...

Мне бы тоже взглянуть - интересно.

---------- Добавлено в 16:33 ---------- Предыдущее сообщение в 16:25 ----------

.Васильев,

Прощек двухкомпонентную оос сделать, тогда хрен кто на слух поймет разницу самого навороченного конденсатора с примитивным эльзетом.Вводится тут элементарно,благо тут есть оос

Согласен с Вами, но при такой ОС надо учесть ускорение фазы на инфранизких частотах влиянием дросселя. А может проще и не хуже влепить переходный кондёр тысяч на сто мкФ, благо рабочее напряжение невелико, можно взять на 6,3 В.

[SashaNetrusov]

Согласен с Вами, но при такой ОС надо учесть ускорение фазы на инфранизких частотах влиянием дросселя.

Можно кондёр охватить ООС по переменке. А постоянку на дросселе стабилизировать интегратором с очень большой постоянной времени.

[anli]

Можно кондёр охватить ООС по переменке. А постоянку на дросселе стабилизировать интегратором с очень большой постоянной времени.

Да, конечно, уж если с дросселем, то именно так.

[SashaNetrusov]

...Смущает вопрос устойчивости. Каскад на мосфете имеет АЧХ/ФЧХ сильно зависящую от мгновенного уровня напряжения на сток-истоке.

[теоретизирующий практик]

anli,

Я не страдаю спектрофилией, но если говорить о частотных свойствах усилителя, то снимаю семейство АЧХ гармоник на разных уровнях. На мой вкус эти АЧХ должны быть горизонтальны в звуковом (а лучше немного и в надзвуковом) диапазоне, типа http://gaydenko.com/audio/se/measure...ampling192KHz/

Речь об изломе АЧХ шла в отношении одного элемента- выходного транзистора, совсем другое дело - АЧХ усилителя. Наверняка на применённом транзисторе можно получить равномерную АЧХ до 1 - 10 МГц, смотря чем его раскачивать. На 20 кГц амплитудное значение втекающего тока составляет около 0,5 мА. Продлевая увеличение тока с частотой, получим предполагаемую частоту с максимальной выходной мощностью около 200 кГц. Как упоминалось до 70 кГц АЧХ идеальна на максимальной мощности. О чём толкую: 1)ООС не снижается во всём звуковом диапазоне, 2) в диапазоне до 200 кГц ООС не менее 40 дБ. Тупо уменьшать нагрузочное сопротивление Т2 - не вариант, значит надо ставить вместо R7 динамическую нагрузку с гемороем самовозбуждения, или со снижением петлевого усиления. Везде надо искать оптимальный компромис, считаю что здесь компромис недалек от оптимума. Кстати заметил, что невозможно снизить величину резистора на затвоте ПТ меньше 200 Ом из за самовозбуждения именно выходного каскада.

---------- Добавлено в 17:09 ---------- Предыдущее сообщение в 17:03 ----------

Alex,

Сообщение от теоретизирующий практик


И вообще на входе усилителя меня всегда тянет поставить ФНЧ с частотой среза 25-30 кГц.



Мало.
Фильтр на входе обычно ставят для защиты от радиочастотных наводок на соединительные провода, и делают его килигерц на 100 и выше. Фильтр на 25-30кгц может весьма неприятно конфликтовать с выходным фильтром ЦАПа,, который тоже обычно на 25-80кгц (в зависимости от ЦФ и его передискретизации), зачем-же фазу усугублять?

Да не предлагаю я ставить цифровой фильтр, а уж от линейного подвоха ждать не приходится.

С уважением Анатолий.

[anli]

Речь об изломе АЧХ

Да хрен-то с ней, с АЧХ! Речь о зависимости нелинейностей от частоты в звуковом - с запасом - диапазоне, которой в идеале лучше бы не быть.

ООС не снижается во всём звуковом диапазоне

Но нелинейности элементов-то меняются!

Тут можно в пинг-понг долго играть, а лучше бы просто взять и измерить. Может, для этого мосфета и 390 ом нормально, я с такими дела не имел.

[теоретизирующий практик]

SashaNetrusov,

...Смущает вопрос устойчивости. Каскад на мосфете имеет АЧХ/ФЧХ сильно зависящую от мгновенного уровня напряжения на сток-истоке.

Да уж, практически заметил при наладке, и по склонности самовозбуждаться при определённом мгновенном уровне выходного напряжения, и по искривлению входного тока затвора, особенно на частотах больше 40 кГц. Но процесс отладки вполне показал преодолимость этих особенностей с глубиной ОС до 60 дБ.

С Уважением Анатолий

---------- Добавлено в 17:51 ---------- Предыдущее сообщение в 17:21 ----------

anli,

Да хрен-то с ней, с АЧХ! Речь о зависимости нелинейностей от частоты в звуковом - с запасом - диапазоне, которой в идеале лучше бы не быть.






Сообщение от теоретизирующий практик


ООС не снижается во всём звуковом диапазоне



Но нелинейности элементов-то меняются!

Тут можно в пинг-понг долго играть, а лучше бы просто взять и измерить. Может, для этого мосфета и 390 ом нормально, я с такими дела не имел.

Действительно пинг понг. Я бы мог в ответ : Да хрен с ней, с зависимостью нелинейности от частоты, усилитель охвачен ООС до 20 МГц, и все эти нелинейности перемолет до мизера!

Нас, упёртых, мог бы рассудить эксперимент, но к сожалению в нашем райцентре трудно обнаружить соответствующую аппаратуру. Как бы Вас устроил опыт с компенсацией прямого, и усиленного синусоидального сигнала на резисторах (возможно чуть чуть конденсаторах), благо усилитель инвертирующий. Сигнал остаточного разбаланса и показал бы мощность всех нелинейных продуктов усиления, независимо от возможных искажений ЗГ. Идея старая, но забытая в столицах.

С уважением Анатолий

[anli]

Offтопик:

Да хрен с ней, с зависимостью нелинейности от частоты, усилитель охвачен ООС до 20 МГц, и все эти нелинейности перемолет до мизера!

Да, я нынче придерживаюсь совсем других тенденций

Нас, упёртых, мог бы рассудить эксперимент,

Это невозможно, так как цель субъективна.

[Alex]

Да не предлагаю я ставить цифровой фильтр, а уж от линейного подвоха ждать не приходится.

Про такой цифровой фильтр и речи не было, он стоит перед ЦАПом. Я говорил про послецаповый фильтр, который обычно в диапазоне 22-80кгц - твой ФНЧ на 25-30кгц на него наложится, и ничего хорошего с фазой от этого не получится.

P.S. Про ЦФ я упомянут только в связи с тем, что он обычно делает передискретизацию 2х, 4х, 8х, в результате чего послецаповый фильтр можно делать не по котельникову/найквисту на 22кгц (для 44.1кгц формата) а выше.


P.P.S. Кстати, если "перевернуть" выходной каскад (а также питание, и биполяры заменить на npn), т.е мофет сорсом на землю а дроссель с дрейна на плюс питания питания, то можно получить определенные бенефиты из-за того что нагрузка будет включена параллельно транзистору а не дросселю.
Правда, таких схем уже было немало.

[теоретизирующий практик]

Alex,

P.P.S. Кстати, если "перевернуть" выходной каскад (а также питание, и биполяры заменить на npn), т.е мофет сорсом на землю а дроссель с дрейна на плюс питания питания, то можно получить определенные бенефиты из-за того что нагрузка будет включена параллельно транзистору а не дросселю.
Правда, таких схем уже было немало.

Да смотрел я и такую конфигурацию, схема усложняется, уменьшается КПД, ведь где то надо мерить ток выходного каскада, или изворачиваться из падения напряжения на дросселе и ... так просто ООС не введёшь, и ток не стабилизируешь. Короче это уже не УС на трёх транзисторах.

[Alex]

Да смотрел я и такую конфигурацию, схема усложняется, уменьшается КПД,

За счет чего уменьшается КПД?!

[RINDIG]

Что насчёт перевода на двуполярное питание и убирание конденсатора на выходе ?
Неужели электролит в звуковом тракте ни кого не беспокоит ?

[OLZ]

Почему он должен беспокоить?

[darkman]

Что насчёт перевода на двуполярное питание и убирание конденсатора на выходе ?

На йух однотакту двухполярное питание????

[anli]

Offтопик:

На йух однотакту двухполярное питание????

Например, чтобы УПТ был https://forum.vegalab.ru/showthread.php/34172 А если серьёзно, то "переводить" на двуполярное питание, очевидно, не остроумно, так как то, какое питание, является изначальным идеологическим решением, определяющим последующий дизайн.

[darkman]

Оно там не нужно, с кондером не нужно думать о поддержании нуля на выходе, еще и от постоянки защищает.

Offтопик:
З.Ы. Мне понравилась схема по ссылке, нужно будет смакетировать, имеются в наличии все транзисторы.

[теоретизирующий практик]

RINDIG,

Что насчёт перевода на двуполярное питание и убирание конденсатора на выходе ?
Неужели электролит в звуковом тракте ни кого не беспокоит ?

Имеется очень эффективный (но не короткий) способ избавится от выходного разделительного конденсатора. Перечисляю по пунктам последовательность действий.
1. Изготавливаем 2 (два) идентичных усилителя мощности по приведённой схеме.
2. Изготавливаем фазорасщепляющий каскад для подключения его перед усилителями. (не нравится мне неопределенность понятия фазоинвертор).
3. Блок питания заготавливаем на учетверённый ток.
4. Дроссель изготавливаем на том же железе, что и в описываемом, провод тот же, но обмотка мотается бифиляром, и конец одной соединяется с началом другой. Должно поместится не менее 204 витков с отводом от середины. (проверено практически) Немагнитный зазор естественно не ставим!
5.Соединяем перечисленное до кучи, т.е получаем двухтактный класс А.
6. Точно уравниваем токи в плечах дросселя.
7. Точно уравниваем коэффициенты усиления обеих половин ( с учётом возможного перекоса усиления фазорасщепителя) Точность уравнивания проверяется с нагрузкой по отсутствию пульсаций тока потребления от БП с частотой сигнала.
8. Подключаем нагрузку 4 Ома к противофазным концам дросселя. Можно и 8, только токи плеч тоже переполовинте.
Результат: 1.Электролит в выходной цепи никого не беспокоит(ну нет его). 2. Выходная мощность увеличивается в 4 (четыре) раза. 3. Нижняя частота воспроизведения понижается примерно до 16 Герц. 4. Остальные параметры остаются в силе. Ну, возможно, уровень нечётных гармоник искажения заметно снизится.

Удачи!

С уважением, Анатолий.

[anli]

Offтопик:

но не короткий

Хех.. Точно! Я с балансного монстра в классе A начинал:
Одно (из четырёх) плечо: http://gaydenko.com/audio/um/schematics18.png
Расщепитель: http://gaydenko.com/audio/preamp/final.jpg
Восемь плат (плюс девятая БП УН) было плюс блок софт-старта.

[Phlanger]

трудно обнаружить соответствующую аппаратуру.

SpectraLAB - это наше всё
хотя я им тыкал в основном в ламповых уродцев с характерным коэффициентом гармоник 0.3-1%
и на встроенной звуковухе выше примерно трёх тысяч результаты забавные
но всё лучше чем ничего...