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. .

[PA-qa7]

РџРѕРєР° РјРЅРѕРіРёРµ СЃРїСЏС‚, Р° плата уже 2-РіРѕ канала травится Рё параллельно слуС?аю начальный вариант РѕРЅРѕР№, позволю себе некоторое мнение: деталей РІ данной схеме немного Рё поэтому каждая играет роль - РїСЂРѕ выходную емкость Рё габариты дросселя СЏ уже заикался... РІ своем варианте СЏ вместо 0,1РјРєС„=РЎ4 поставил (давно) 1000РјРєС„ Elna Silmic II , что очень даже поспособствовало РЅР° РЎР§ Рё энергичности РІ РќР§. Рђ сейчас "обкатывается" BG F 680РјРєС„ С… 65РІ- РїРѕРєР° (Р·Р° 3 часа) породистость РЅРµ проявилась . РќРµ хочу скатываться РЅР° аудиофилЕйный перебор деталей, просто РїСЂРѕ РЎ4.

[vova56]

("Мало кто может прочесть. Это язык Мордора")
#261
"Пока многие спят, а плата уже 2-го канала травится и параллельно слушаю начальный вариант оной, позволю себе некоторое мнение: деталей в данной схеме немного и поэтому каждая играет роль - про выходную емкость и габариты дросселя я уже заикался... в своем варианте я вместо 0,1мкф=С4 поставил (давно) 1000мкф Elna Silmic II , что очень даже поспособствовало на СЧ и энергичности в НЧ. А сейчас "обкатывается" BG F 680мкф х 65в- пока (за 3 часа) породистость не проявилась . Не хочу скатываться на аудиофилЕйный перебор деталей, просто про С4."

По-хоббитовски, С4 стал хорошим индивидуальным источником питания для Т1. Кстати, почему голые эмиттеры? Может быть имеет смысл посадить на эмиттерных резисторах 0.1-0.2 в?

[crucifier]

Offтопик:
Если бы я купил по нынешним ценам блэк-гейтов, тоже юникодом бы заговорил.

[теоретизирующий практик]

Не, #261 это не Мордор, это Юникод (UTF-8), но перевод c #262 точный .

Если шунтируемый стабилитрон не Д808, а китайский, спора нет, надо шунтировать большой ёмкостью, будет надёжней, да и с Д808 большая ёмкость не повредит, по крайней мере она обеспечит более плавное открытие выходного транзистора, и таким образом предупредит критическое увеличение тока Т3 в момент включения усилителя.

почему голые эмиттеры? Может быть имеет смысл посадить на эмиттерных резисторах 0.1-0.2 в?

Предложение не бесспорно. Первые два транзистора работают в режиме, близком к малосигнальному, попытка линеаризовать их характеристики мало что даст в смысле снижения искажений, но петлевой коэффициент усиления уменьшится, что ограничит возможности ООС выправить нелинейность выходного транзистора; частота перегиба АЧХ (по расчёту не менее 20 Мгц) сдвинется непонятно с ходу в какую сторону, может даже и повысится, пересчитывать неохота, а симулировать не могу. Попробуйте, ток первого транзистора порядка 1 мА, второго под 5 мА. Для исходной схемы надо учесть малые возможности в увеличении выходного напряжения сигнала Т1 ввиду относительно небольшого напряжения Э-К.

Анатолий.

[tormoz]

Я на макете устанавливал небольшой резистор (82Ом) между коллектором первого и базой второго транзистора. Хорошо убирает возбуждение.

[PA-qa7]

vova56 Спасибо за перевод. Писал с мобильного, а после редактирования сообщения вот такая мордорщина вышла
Фото плат в 257 добавил. 82 Ом в базу Т2 попробую.
А вот с BG пока неясности - 12 часовой прогрев не убедил.
P.S: BG за 210руб. из Канады + доставка = без проблем с лингвистикой

[теоретизирующий практик]

82 Ом в базу Т2 попробую.

Выявлено возбуждение в последнем варианте печатки?

Анатолий.

[PA-qa7]

В следующий раз проверю.
Кстати, реально на плате всего 5 дорожек (самые толстые в файле платы) + земляной полигон, остальное буду "ногами" деталей паять.

[PA-qa7]

Извиняюсь, что пришлось абракадабру вместо этого текста читать (мобильный писал в форум только на мордорском):
"Анатолий, все ОК, резистор в базе Т2 не потребовался, так как это ГЗ-102 гнал ВЧ модуляцию на вход усилителя:

Подключил синус 1кГц с тестового CD, где данный артефакт отсутствует и все "похорошело" . Сверлю новые платы и паять "

Очень понравился эквивалент нагрузки быстрого приготовления из резистора с теплоотводом (и соседей не разбудил и проблему псевдовозбуда нашел):


P.S: тема BG (C4) вроде закрылась - прогрев часов 20 ужЕ, и кандидат завоевал свое ПМЖ на плате.

[теоретизирующий практик]

Ну с новыми платами вопрос генерации думаю не возникнет.

"Очень понравился эквивалент нагрузки быстрого приготовления из резистора с теплоотводом"

По паре нихромовых резисторов с зигзагообразной натяжкой на гетинаксовой основе (зигзаг - это бифиляр в развёртке, имеет небольшую индуктивность, меньше, чем обычные проволочные сопротивления) я сам давно уже изготовил, на 4, и 8 Ом. Но вообще, по ГОСТу эквивалент имеет более сложную схему, с резисторами, емкостями и индуктивностями, где-то на ВЕГАЛАБ этот вопрос поднимался. Этот эквивалент вроде больше приближается к акустике.

Анатолий.

[PA-qa7]

Платы двух каналов запаяны и проверены:

осталось намотать дроссель для второго канала и собирать все в коробочку, если со ступенчатым РГ не завязну , хотя дроссель тяжелее и в прямом и переносном смыслах

[теоретизирующий практик]

Платы двух каналов запаяны и проверены

Монтаж активных элементов, кроме громоздких конденсаторов здесь довольно компактен. Генерация из за ошибок топологии печатки маловероятна.

Offтопик:
Трудно заблудиться среди трёх сосен

Проверены при включении и под нагрузкой?

Анатолий.

[PA-qa7]

Проверены при включении и под нагрузкой?
Анатолий.

Нет! я на них просто смотрел
Не "пром" исполнение, но зато короткие дороги ногами компонентов в 3D
(забодало меня искать по Мск стеклотекстолит с нормальнотолстой фольгой)
Анатолий, первую плату сразу вместо макетной включил, макет разобрал и его детали во вторую плату запаял и тоже проверил.
Есть конечно существенная разница между звучанием платы из "свежих" деталей и уже прогретых в макете, в основном из-за BG, но спешить у меня не получится, поэтому и "свежие" прогрею (BG реально только через 20 часов "просыпается", особенно по НЧ).
Забыл: Т3 теперь IRFP250N (на слух разницы с IRFP150 не поймал, зато по паспортным данным красивее зачем мне это? )
P.S: Звук шикарный

[теоретизирующий практик]

Т3 теперь IRFP250N (на слух разницы с IRFP150 не поймал, зато по паспортным данным красивее зачем мне это? )
P.S: Звук шикарный

При выборе транзистора надо обращать внимание на ёмкость З-С (C rss). В принципе она должна быть по возможности меньше. Но в данной схеме эта ёмкость формирует АЧХ выходного каскада, обеспечивающую устойчивость к самовозбуждению. В исходной схеме эта ёмкость тоже весьма велика, и если в транзисторе другой марки эта ёмкость не сильно отличается от ёмкости транзистора в исходной схемы, то устойчивость будет обеспечена. Но многие мощные современные транзисторы имеют значительно мЕньшую проходную ёмкость. Обратите внимание, например, на приглянувшуюся мне марку IRF540N. Если поставить этот транзистор в схему, то за счёт значительно мЕньшей проходной ёмкости выходной каскад окажется более высокочастотным, и усилитель может даже потерять устойчивость (но не обязательно). При этом имеется хорошая возможность улучшить работу усилителя на верхних частотах. Если усилитель останется устойчивым, то на ВЧ он просто будет работать более корректно за счёт уменьшения нелинейной ёмкости обратной связи. Если усилитель самовозбудится, то достаточно включить корректирующую ёмкость в цепь З-С. При этом суммарная ёмкость став достаточно большой, будет однако более линейной, что также улучшит работу усилителя на ВЧ.

Анатолий.

PS/ замечено, что если не выбирать слишком высоковольтные транзисторы, отношение крутизны к проходной ёмкости обычно больше. Оно и понятно, для модуляции проводимости канала при более тонком низковольтном изоляторе нужна меньшая энергия перезаряда этого изолятора. Конечно здесь сильно влияет ещё и уровень технологии.

[mktm]

теоретизирующий практик, - а что если убрать ваши первые два транзистора которые подключены по схеме с ОЭ и применить на входе ломаный каскОд. для звука транзисторы с ОЭ какбы мягко говоря не совсем.... с ихним фазоинвертором и умножением по частоте. вы не собираетесь лезть в радиочастотный диапазон со своим узч. поШто оно вам это включение с ОЭ.

[теоретизирующий практик]

теоретизирующий практик, - а что если убрать ваши первые два транзистора которые подключены по схеме с ОЭ и применить на входе ломаный каскОд. для звука транзисторы с ОЭ какбы мягко говоря не совсем.... с ихним фазоинвертором и умножением по частоте. вы не собираетесь лезть в радиочастотный диапазон со своим узч. поШто оно вам это включение с ОЭ.

0.Ну, это будет уже не усилитель на трёх транзисторах, а совершенно другая схема, имеющая мало общего с темой в заголовке.
1.С какого перепуга первые два каскада умножают частоту?
2.Почему надо бояться инверсии сигнала в схеме с ОЭ?
3.В радиочастотный диапазон быстрее попасть в каскодном включении.
4.Применение СВЧ транзисторов с началом снижения "бэтта" около 20 МГц продиктовано не желанием приготовить КВ или УКВ передатчик, а чисто из утилитарной цели - не допустить самовозбуждения усилителя при простейшем варианте частотной коррекции, и максимально использовать усилительные возможности каждого активного элемента без усложнения схемы. Это, в свою очередь, позволяет применять глубокую ООС.
5.Зачем включение с ОЭ? См п.4.
6.Ваше предложение по изменению схемы весьма расплывчато, без картинки. Не исключено что в нём имеется рациональное начало, но без схемы к сожалению трудно догадаться о чём речь.
Кстати, предложенный каскод поворачивает фазу.

Анатолий.

[Hennady]

о, тема живет ...

[теоретизирующий практик]

о, тема живет

Hennady, сразу видно, что Вы не попровали "на зуб" этот усь. А сообщали обратное. .

[Hennady]

Hennady, сразу видно, что Вы не попровали "на зуб" этот усь. А сообщали обратное.

Offтопик:
да, сейчас я читатель, паяльник давно в руки не брал

[PA-qa7]

"Чтобы забыть про емкость, надо ее увеличить".
Ну а чего не воспользоваться этой идей, если есть возможность - канадцы прислали "пиво":



поменял, послушал, вернул старое, "попил" снова новое "пиво"...

а ведь как-то легче с новым "пивом" - не надо думать кто, на чем и как играет, "пиво" само развяжет язык любому инструменту.

P.S: лучше б вообще без пива

Ну а если "пива" много, то начинаются "вертолётики":

и количество лопастей зависит от пилота такого "вертолёта" (РГ).