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. .

[теоретизирующий практик]

anli,

Offтопик:





Сообщение от теоретизирующий практик


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.

Ну, положим монстром предложенную конструкцию можно назавать с натяжкой. Схемка каждого плеча простенькая. Если не упираться в выдавливанием максимальной мощности, то с 12В БП от ПК получим около 50Вт балансного класса А. Дроссель с учётом разборки пропитанного БУшного транса я собрал часа за 2, больше времени ушло на почесывание затылка, как замерить параметры. Теплоотвод с тихоходным куллером от ПК (сейчас есть такие для тюнинга, встраиваются в боковые стенки башни) займет немного места и веса. Так расхвалил, что сам бы собрал, но корпусные работы в последнее время вызывают "отрыжку".

С уважением, Анатолий.

[Alex]

то с 12В БП от ПК получим около 50Вт балансного класса А.

Не надо такое уродство, как "БП от ПК" (и лббые другие дешевые импульсные БП) использовать для питания УНЧ, а тем более для SE - теряется весь смысл.

но корпусные работы в последнее время вызывают "отрыжку".

Хм, а мне наоборот...

[anli]

Offтопик:

то с 12В БП от ПК...

Неожиданнавя экстраполяция. Я не предлагал эту схему использовать с БП от ПК (или с любым другим БП). Просто поддержал, что с балансной топологией действительно много возни.

[теоретизирующий практик]

Alex,

Не надо такое уродство, как "БП от ПК" (и лббые другие дешевые импульсные БП) использовать для питания УНЧ, а тем более для SE - теряется весь смысл.

Возможно Вы Правы, сам никогда не применял.

но корпусные работы в последнее время вызывают "отрыжку".



Хм, а мне наоборот...

Поздравляю, это у Вас от молодости.

С уважением Анатолий

[duty]

А скажите, а кто то пробовал делать усилитель по типу этого, Радиохобби №6 1999 года. Там 32 Вт от 12 Вольт.

[Alex]

Поздравляю, это у Вас от молодости.

Не думаю

[variator]

. Как бы Вас устроил опыт с компенсацией прямого, и усиленного синусоидального сигнала

Offтопик:
Не знаю как - кому, а мне бы было интересно посмотреть.
У осциллографа "вход Х" есть ?

[теоретизирующий практик]

duty,

А скажите, а кто то пробовал делать усилитель по типу этого, Радиохобби №6 1999 года. Там 32 Вт от 12 Вольт

Радиохобби не читал, Кто делал не знаю, Но почему нет? Всё зависит от сопротивления нагрузки, и (или) наличия мостовой схемы, и (или) наличия трансформатора, и вперёд! P.S. Или, естественно, наличия симметричного дросселя (чуть не забыл!).
с Уважением Анатолий.

---------- Добавлено в 14:31 ---------- Предыдущее сообщение в 14:13 ----------

variator,

Сообщение от теоретизирующий практик


. Как бы Вас устроил опыт с компенсацией прямого, и усиленного синусоидального сигнала



Offтопик: Не знаю как - кому, а мне бы было интересно посмотреть.
У осциллографа "вход Х" есть ?

Вход Х то есть, припоминаю в "РАДИО" чтото с хитрыми фигурами, по которым можно интерпретировать результаты. Не припомните номера, а то в этой куче копаться неохота (старый стал). Да я бы сделал по простецки. Исходные 3 В с ЗГ, регулятор чуствительности, на выходе усилителя те же 3 В, Прецизионный потенциометр и конденсатор бабочку к обеим входам-выходам, в центр милливольтметр. И подавить сигнал максимально. Милливольтметр покажет оптом всю кривизну. Удвоим этот опт, и считаем его суммарным коэффициентом гармоник (при трёх вольтах на выходе) Для большего сигнала с выхода придется дополнительно поставить делитель. У меня ЗГ до 3х Вольт.

[Phlanger]

да бросьте вы эти метрологические изыски... Спектралаб же есть

[Alex]

Радиохобби не читал,

А напрасно, там подобных усилителей было много.

[теоретизирующий практик]

Phlanger,

да бросьте вы эти метрологические изыски... Спектралаб же есть

Забодали Вы меня своим Спектролабом! Есть ASUS P5L-MX, Пентиум 3ГГц, с интегрированным звуковым чипом...щасс посмотрю... ADl1986A 6-channel High-Definition audio CODEC
Supports Jack-Sesing,Enimeration Technology S/pdif out interface support; WIN7 максимальная. Спекктролаба нет. Может Ваш спектролаб сюда можно присобачить? Подскажите, но на большие бабки не расчитывайте!
Это шутка такая, но....
С уважением, Анатолий.

---------- Добавлено в 18:22 ---------- Предыдущее сообщение в 18:18 ----------

Alex,

Радиохобби не читал,



А напрасно, там подобных усилителей было много.

Необъятное не обнимешь! (Козьма Прутков)
С уважением Анатолий

[Alex]

Может Ваш спектролаб сюда можно присобачить?

Его можно и на гораздо более слабый комп присобачить Лишь бы звуковушка позволяла, иньегрированная боюсь для обмера усилителей не очень подойдет (хотя для акустики - ее более чем достаточно), но это легко проверить - запустить Спектралаб с интегрированной, и посмотреть на каком уровне шумовая полка.

Подскажите,

Лежит на местном FTP в разделе Soft&Tools, лучше ставить SpectraPlus (8.6Мб), он чуть больше умеет чем просто SpectraLab.


(у меня на фтп он тоже есть, но с Веголабовского будет быстрее)

[Phlanger]

Асусь P5P800, пенёк на 2.4 гигагерца или вроде того, RAM 512 Мегов, на борту Analog Devices AD1985. Под 2000-й вынью полёт нормальный, Спектралаб прекрастно. WIN7 мастдай адназначна.

характеристики сквозного канала оной AD1985:



ниже минус восьмидесяти я в тот раз всё отрезал нарочно, потому что мерял очередного лампового уродика

[audiomun]

КНИ не измерялся, но мне так представляется - очень маленький.

Простота схемы - похвально, остальное вызывает вопросы; первое - КНИ здесь вряд ли меньше 0,1% несмотря на глубокую ООС,- ввиду работы первых двух каскадов в режиме ОЭ без местных ООС вообще - в таком включении исходный Кг при больших амплитудах выходного напряжения достигает 10% и более - грамотнее было улучшить исходную линейность, отчасти пожертвовав глубиной общей ООС, второе - если именно простота была целью, тогда можно и проще сделать при тех же характеристиках, третье - дроссель вещь инерционная, хорошо ли это - я лично сомневаюсь, хотя дело вкуса, четвертое - слишком маленькое Rвх, ну и так далее ..., - хотя для тренировки мозгов все идеи полезны.

[SAPR]

первое - КНИ здесь вряд ли меньше 0,1% несмотря на глубокую ООС,- ввиду работы первых двух каскадов в режиме ОЭ без местных ООС вообще - в таком включении исходный Кг при больших амплитудах выходного напряжения достигает 10% и более - грамотнее было улучшить исходную линейность, отчасти пожертвовав глубиной общей ООС,

Согласен.

третье - дроссель вещь инерционная

И что?

четвертое - слишком маленькое Rвх, ну и так далее

Ну это легко исправить.
А вот то, что точка ОООС - сток T3, и С11(один из главных (и неприятных) источников нелинейности) вне петли - не радует...

[Бурцев]

Дроссель маловат - на 20Гц четверть сигнального тока уходит в индуктивность.



С уважением.

Алексей Бурцев

[теоретизирующий практик]

КНИ не измерялся, но мне так представляется - очень маленький.



Простота схемы - похвально, остальное вызывает вопросы; первое - КНИ здесь вряд ли меньше 0,1% несмотря на глубокую ООС,- ввиду работы первых двух каскадов в режиме ОЭ без местных ООС вообще - в таком включении исходный Кг при больших амплитудах выходного напряжения достигает 10% и более - грамотнее было улучшить исходную линейность, отчасти пожертвовав глубиной общей ООС, второе - если именно простота была целью, тогда можно и проще сделать при тех же характеристиках, третье - дроссель вещь инерционная, хорошо ли это - я лично сомневаюсь, хотя дело вкуса, четвертое - слишком маленькое Rвх, ну и так далее ..., - хотя для тренировки мозгов все идеи полезны.

Давайте не будем голословны, схема приведена, рабочие напряжения сигнала близкие к максимуму (около 80%) показаны на схеме, коэффициенты усиления В около 60.
Перед расчетом примем без доказательства, что чем меньше модуляция транзистора, тем меньше искажения. Если Вы не согласны с этим утверждением, дальше можете не читать.
Считаем: первый каскад. Ток эмиттера 1 мА. Тогда сопротивление эмиттера 25 Ом, входное сопротивление т1 с ОЭ, приВ=60 равно 25х60=1500 Ом. Постоянный ток базы при токе эмиттера 1 мА будет 1:60=0,017мА (17 мкА) . входной ток сигнала составит при входном напряжении 0,25 мВ 0,25: 1500=0,00017 мА, или 0,17мкА. Итак получаем, что модуляция тока эмитера Т1 составляет 0,17мкА : 17 мкА = 0,001, или порядка 0,1%. Итак нелинейные искажения Т1 принимаем мизерными, т.е. не поддающимися измерениям. (модуляция напряжений не превышает 0,5% от постоянных, присутствующих на электродах базы и коллектора.)

Второй каскад. Ток эмиттера 5 мА. Тогда сопротивление базы 25:5= 5 Ом. Входное сопротивление в схеме с ОЭ составит 5Х60=300 Ом. При напряжении сигнала на базе 3,7 мВ входной переменный ток базы составит 3,7:300=0,012мА. Постоянный ток базы при В=60 будет 5:60=0,083мА. Отметим, что рабочий ток Т2 выбран в районе максимального коэффициента усиления. При этом модуляция током сигнала составит 0,012 : 0,083 = 0,15 Т.Е. около 15%. Вероятно появление небольших ,поряда 1%, не более, НИ возможно в каскаде на Т2. примем Эту величину от фонаря, не диссертацию же кропаем .

Третий каскад - основной источник нелинейных искажений, так как рабочая точка находится в начале ВАХ, с примерно квадратичной зависимостью крутизны от тока истока до 1 А, далее кривая выпрямляется (проверено экспериментально, весьма грубо, но лучше чем пустые предположения).

ВЫВОД: ЗАОСТРЯТЬ УСИЛИЯ НА ЛИНЕАРИЗАЦИИ ПЕРВЫХ ДВУХ КАСКАДОВ БЕСПОЛЕЗНО, ДА И ВРЕДНО, так как приведёт к уменьшению петлевого усиления в схеме ООС, что неизбежно снизит возможности ООС по выправлению нелинейности Т3. В схеме достигнут КООС порядка 60- 70 ДБ во всём звуковом диапазоне. Ставка в повышении качества поставлена именно на возможности ООС. Грубо и даже очень грубо можно принять, например, что КНИ выходного каскада достигает 20%, в пику противников ООС можно утверждать, что в этом случае результирующий КНИ уменьшиться на 60 Дб, т.е до 0,02%.

О дросселе. Дроссель действительно вещь инерционная, как и разделительный конденсатор, или трансформатор, но это совершенно не значит, что свойства инерционности нельзя использовать для достижения поставленной цели. В приведённой схеме дроссельный способ разделения постоянной составляющей от сигнала не мной придуман, и теоретически хорошо разработан. В отличии от трансформатора дроссель лишен болшинства недостатков трансформаторов.

Маленькое входное сопротивление. 1 кОм при входном напряжении 1 В не считаю большой проблемой....

Анатолий

---------- Добавлено в 20:20 ---------- Предыдущее сообщение в 20:11 ----------

А вот то, что точка ОООС - сток T3, и С11(один из главных (и неприятных) источников нелинейности) вне петли - не радует...

ООС от истока Т3 на базу Т1 - через R3. Там же коррекция на устойчивость после 10 МГц через С2.

[SAPR]

Offтопик:

ООС от истока Т3 на базу Т1 - через R3. Там же коррекция на устойчивость после 10 МГц через С2.

Я совсем не про то...

[теоретизирующий практик]

Дроссель маловат - на 20Гц четверть сигнального тока уходит в индуктивность

Не будем торговаться об 1 Дб максимальной выходной мощности на слух вряд ли это можно заметить. А при чуть меньших от максимальной, АЧХ в струнку до 16 Гц. Немного увеличить габарит дросселя, и линейная АЧХ хоть от 10 Гц.

[SAPR]

Offтопик:

Дроссель действительно вещь инерционная,

Вот все не пойму - что значит инерционная (тяжелый - что ли - так не гвозди забивать )