Усилитель КЛАСС А с компенсацией искажений

[теоретизирующий практик]

Схема сформировалась в результате обсуждений по https://forum.vegalab.ru/showthread....й-нелинейности

ВЫХОДНОЙ УСИЛИТЕЛЬ . Рис1
Конфигурация схемы сходна с каскодной схемой ОИ (Т3) - ОБ (Т4), но ток Т3 увеличен по отношению к току выходного транзистора Т4 за счет схемы источника тока на Т5, питающегося от низковольтного (3В) источника напряжения. Подключение эмиттера Т4 к верхнему плечу R 12 реализует управляемый режим источника на Т5, и, соответственно, повышает общий Ку. Результирующая крутизна Т3-Т4-Т5 составила более 60 А/В.
Снижение НИ (и повышение Ку) реализуется за счет неполного размаха тока сигнала в Т3 и Т5, а так же противофазным изменением переменной составляющей в Т3 и Т5. Исходный КНИ с выключенной ООС - около 2%
При желании УМ можно использовать без предварительного усилителя( Вход 1). При этом КНИ около 0,04%. Так же можно снижать глубину ООС , переключив нижние выводы С3, и R8 к движку подстроечника R18

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ. Рис2
Выполнен по простейшей схеме, обеспечивающей минимум искажений, и большое выходное сопротивление. Транзисторы подобраны по равенству В (В= 500).

СТАБИЛИЗАТОР 27 В. Рис3
Постоянная времени цепи С1 - R2 подобрана экспериментально, минимальной, при которой уже не прояаляются переходные процессы при включении в сеть, могущие привести к аварийному увеличению тока выходного транзистора УМ. Акустика или её эквивалент должны быть в момент включения сети подключены к выходу УМ. В схеме предусмотрен электромеханический автоматический выключатель на отсечку 6А, защищающий устройство при включении в сеть без нагрузки.

СТАБИЛИЗАТРЫ 5В, и 3В - стандартные схемы на микросхемах, усиленных проходными транзисторами. Стабилизатор 3В включен последовательно за стабилизатором 5В, так, что оба расчитаны на ток не менее 3х А. Питание стабилизаторов от отдельного выпрямителя 9В.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ.

Так как звук очень приятен на слух привожу некоторые объективные параметры.

Выходная мощность на нагрузке 8 Ом : 28 Вт
Частотный диапазон при неравномерности 3% : от 20 Гц до 70 кГц
Выходное сопротивление : 0,025 Ом
Чувствительность : 0,35 В
Глубина ООС выходного УМ более 300 (50 дБ)
КНИ от 0,003% при мощности 1,75 Вт до 0,016% при 28 Вт. Рис 4,5,6.
Коэффициент интермодуляционных искажений 0,01% при напряжении 12 В Рис7.
Скорость нарастания выходного сигнала 20 В/мкс
Не взвешенный шум на выходе : 0,15 мВ (-100 дБ)
Время выхода на рабочий режим после включения в сеть - 60 сек.

В усилителе полностью исключено появление щелчков и шума при включении в сеть, а при выключении наблюдается негромкий щелчек с преобладанием мягкого инфранизкого толчка тока в АС.

Анатолий Шувалов.

PS Не умею расположить картинки по порядку.

[PMCF]

Вот ты проведи сравнение по моему методу своих великих усилителей, а потом, как честный человек, напиши сюда, какие получил результаты. Тогда и посмотрим, кто достиг великого

Я уже сказал, что хозяин ЛМ, который кстати фанат наушников (имеет стаксы, аудиотехника, Денон одновременно, мне свои Сенны стыдно сравнивать) как раз он после сравнений отнес ЛМ в сарай. ЛМ уступает также классу Д (PS Audio).
Поучаствуй со своей ЛМ на выставке, если уж так хочется получить прилюдных доказательств. И как честный человек, перестань уже гнать пургу в тематических ветках по поводу слушания на наушники, открой свою ветку.

[теоретизирующий практик]

Страшно выяснить правду, убедиться в том, что аудиофильские мифы про "непревзойденную передачу музыки однотактными безосниками" - всего лишь мифы.

Ежели это так, и относится и к этой ветке, наверное данную ветку надо закрыть, а лучше снести, тем более что пошел сплошной флейм. Может быть, чуть позже.... Но если пропустить эпитет "непревзойденную" и обратить внимание на глубину ООС в данном устройстве, а также значительно более простую схему по сравнению с модными ныне схемами, по виду напоминающими вязь персидских ковров, возможно найдется поддержка других пользователей ВЕГАЛАБ.

Анатолий.

[PMCF]

Илья, еще раз предлагаю открыть тебе собственную ветку по обоснованию метода сравнения входа и выхода.
Автору темы самый раз обратить внимание администраторов на активных форумчан, превращающих обсуждение оригинальной разработки в ассинизационную площадку.

[PMCF]

Ежели это так, и относится и к этой ветке, наверное данную ветку надо закрыть, а лучше снести, тем более что пошел сплошной флейм. Может быть, чуть позже.... Но если пропустить эпитет "непревзойденную" и обратить внимание на глубину ООС в данном устройстве, а также значительно более простую схему по сравнению с модными ныне схемами, по виду напоминающими вязь персидских ковров, возможно найдется поддержка других пользователей ВЕГАЛАБ.

Анатолий.

Анатолий, хотелось бы взглянуть на конструктив. Идея усилителя на базе мощного сильноточного диффкаскада, еще раз скажу, очень привлекательна. Но хотелось бы соблюсти принцип неизменности тока потребляемого от БП при наличии сигнала. Вероятно, это будет противоречить принципу повышения КПД. Хотя дроссель в определенной мере эту задачу решает, но и сильно понижает желание повторить схему.

[Mepavel]

Анатолий, хотелось бы взглянуть на конструктив.

Поддерживаю.

Идея усилителя на базе мощного сильноточного диффкаскада, еще раз скажу, очень привлекательна. Но хотелось бы соблюсти принцип неизменности тока потребляемого от БП при наличии сигнала. Вероятно, это будет противоречить принципу повышения КПД.

По-моему в таких усилителях КПД должен меньше всего волновать.

Хотя дроссель в определенной мере эту задачу решает, но и сильно понижает желание повторить схему.

А система охлаждения с TDP 200 Ватт на канал не сильно понижает это желание?

[теоретизирующий практик]

Анатолий, хотелось бы взглянуть на конструктив.

А какой конструктив, к конструктиву такая примитивная схема некритична. На монтажной доске закркплены рядом 2 радиатора от 250А силовых диодов, рёбрами на проход, а теплотводящими торцами вверх, с одного конца рифленого воздуховода вентилятор от БП ПК, включенный на 5 В, воздух продувается сначала через выходной транзистор, затем через транзистор БП уся. На торцах радиаторов, рядом с выходными транзисторами приторочены 2 монтажные 2х рядные гетинаксовые планки с заклёпанными лепестками, На них, и на рядом расположенных выводах силовых транзисторв распределяются навесные элементы конструкции. МОСФЕТ транзисторы расположены на отдельном небольшом радиаторе (они греются меньше, чем выходной), а этот радиатор скреплен с радиатором выходного транзистора стальной планкой. БП конструктивно разделен от УМ. Единственный провод соединяющий МОСФЕТ транзисторы с эмиттером выходного, хоть и короткий, на всякий пожарный случай выполнен из 8 параллельных изолированных проводов, распределенных в виде широкой ленты (но думаю, это излишняя предосторожность по уменьшению индуктивности проводника). Предусилитель засунут в стальной коробок (иначе наводок не избежать). Нормальная конструкция для пробного макетирования. Если бы начал конструировать законченный, готовый к эксплуатации экземпляр, возможно актуальность сообщения устарела бы. А так все-таки считаю лучше, чем программно эмулированные прожекты.

Но хотелось бы соблюсти принцип неизменности тока потребляемого от БП при наличии сигнала. Вероятно, это будет противоречить принципу повышения КПД. Хотя дроссель в определенной мере эту задачу решает

Пульсация потребляемого тока на 20 Гц составляет около 5%. При расчете нельзя грубо складывать активный ток нагрузки, и реактивный ток индуктивности, прибавление тока надо посчитать по правилу треугольника токов для комплексной нагрузки. Для приведенного случая реактивный ток индуктивности около 40 % от активного, и тем не менее пульсация 5%.

Анатолий

Поправка позже: Ток индуктивности около 25%, пульсация тока около 3% . Извините, впопыхах ошибка вышла.

[теоретизирующий практик]

Можно узнать конкретно на каком выводе транзисторов рассматривается переменная составляющая?

Рассматриваются переменные составляющие токов (не на выводах а через провода, или структуры транзистров); как упомянуто по тексту первого поста через Т3 и Т5. Достаточно внимательно проследить за изменением токов, ну к примеру при положительной фазе возбуждения Т3. Через Т3 ток увеличится, увеличение тока создаст на R12 приращение падения напряжения, это приращение через С6 изменит смещение затвора Т5 относительно истока Т5, причем на затворе будет минус, Т5 прикроется, и ток Т5 снизится. В узле от верхней точки включения R12 по закону Киргофа увеличение тока Т3 и уменьшение тока Т5 создаст увеличение тока Т4 равное сумме абсолютных величин изменения токов Т3 и Т5. Как видно всё не очень сложно.

По-моему каскад на T6 не очень-то будет красиво звучать при перегрузке.

Каскад на Т6 вобще не должен "работать". Он в совокуплении с Д8 и Д9 выполняет функцию ограничительного стабилитрона повышенной нагрузочной способности. Предупреждает пробой Т4 при совпадении двух бяк : отключение нагрузки и перегрузку по входу одновременно. При запирании Т4 и отсутствии нагрузки энергия тока дросселя должна найти выход либо в искру, либо в изменении тока нагрузки, либо в пробое искрой Т4 (независимо от запаса параметров, если в нём нет встроенного стабилитрона).

входной усилитель на мой взгляд просто ужасен

Надо же, зато предельно просто а работает прекрасно. Недостаток, конечно, что надо подобрать транзисторы с одинаковым В. Ну в полярных условиях, или в танке без кондиционера может возможно заметное изменение режима, проверить трудно. Вообще схема стабилизации режима большим эмиттерным сопротивлением и постановкой резистора между коллектором и базой давно известна. При увеличении тока транзисторов напряжение на них снижается, одновременно снижается и ток смещения. Трагедии не предвидится. Можно конечно было поставить дифкаскад с токовым зеркалом, и каскадами с ОБ на выходе. Качества это не добавит.

Усилитель рассчитан на работу с охлаждением проточной водой?

Почему водой? - Орошение схемы водой скорее всего приведет к нарушению работоспособности схемы. Настоятельно не рекомендую применять этот метод. Применяемые тепловыделяющие компоненты вполне удовлетворительно охлаждаются за счет естественной конвекции воздуха на 2х радиаторах от 250А силовых диодов. Для большей надежности (не люблю, когда нагрев больше 50 градусов) поставлен вентилятор от ПК, включенный на половинное напряжение. ( применённый выходной транзистор по паспорту рассеивает не менее 250Вт при температуре корпуса 50 градусов.)

Анатолий

[теоретизирующий практик]

PMCF,

Дроссель.... сильно понижает желание повторить схему.

Схема без дросселя в принципе проработана в указанной в начале ссылке. Там другой принцип компенсации искажений, приводящий к сильной компенсации второй гармоники, что приводит спектр к подобию двухтактных схем. Но и крутизна первого усилительного МОСФЕТ транзистора сильно снижена по сравнению с этой. Конечно можно бы принять схему верхней половины (управляемого источника тока) по этой ссылке, но мне это затруднительно по банальной причине: нет подходящего транзистора, выдерживающего рабочие напряжения при большом сопротивлении в цепи базы. Всётаки управляемый источник тока в верхнем плече в моем варианте недостаточно надежен, и склонен к лавинному пробою. Как вариант можно применить ПТ , но это будет уже другой усилитель. Дроссель, при кажущейся мороке - весьма простая вещь, заметно упрощающая схему без ухудшения качества, и избавляющая от многих проблем с надежностью.

Анатолий

Добавлено позже. Простейший вариант с немодулируемым ИТ в верхнем плече возможно проще дросселя, (по крайней мере не так габаритно и массивно, правда дополнительный теплоотвод) , ну а о потребляемой мощности уже все сказано.

[Mepavel]

Рассматриваются переменные составляющие токов

Тогда понятно.

Предупреждает пробой Т4 при совпадении двух бяк : отключение нагрузки и перегрузку по входу одновременно. При запирании Т4 и отсутствии нагрузки энергия тока дросселя должна найти выход либо в искру, либо в изменении тока нагрузки, либо в пробое искрой Т4 (независимо от запаса параметров, если в нём нет встроенного стабилитрона).

теоретизирующий практик, фраза "в пробое искрой Т4" очень улыбнула. В любом транзисторе есть "встроенный стабилитрон". К примеру для биполярного транзистора - это коллекторный переход, для MOSFET - это переход подложка-сток. На мощные ключевые транзисторы обычно записывается максимально допустимая энергия лавинного пробоя этого самого "стабилитрона", которая вычисляется по известной формуле E_ЛАВ=L*I²/2.
Только искры там никакой нет. После закрывания T4 и в отсутствии нагрузки дроссель будет стремиться выдать ток, который проходил через T4 до момента отключения. После этого напряжение на транзисторе подскочит до пробивного и на коллекторном переходе будет рассеиваться энергия, запасённая в дросселе.
P.S. Недостатком "дроссельных схем" является то, что на НЧ через индуктивность текут большие токи, которые могут привести к выходу из строя выходной транзистор. В частности, одним из механизмов отказа может быть превышение E_ЛАВ.

[теоретизирующий практик]

Mepavel, к сожалению, на примененный транзистор ничего в техусловиях не записано. Ну пусть практически при отсечке 4А на 0,25Гн на коллекторе выходного транзистора выделится энергия 2 Дж, при напряжении порядка 150 В. Я не совсем понял, то ли Вы утверждаете, что транзистору это семечки, то ли произойдет шнурование тока, и переходу амбец? По моим сермяжным понятиям, пусть лучше эта энергия выделится в более длительном промежутке, при напряжении 33В в транзисторе эквивалента стабилитрона. По понятиям и поставлена цепь с тразисторомТ6. Принимаются ваши конкретные предложения. Хорошо бы иметь в наличии просто стабилитрон с подходящими параметрами, но увы!

Анатолий

Р.S ну можно последовательно в цепь коллектора Т6 воткнуть резистор подходящего номинала, поглощающий основную энергию, и разгружающий Т6. Что еще, ума не приложу.

P.S.\P.S. "в пробое искрой" иногда образные выражения улучшают настроение.

[теоретизирующий практик]

Недостатком "дроссельных схем" является то, что на НЧ через индуктивность текут большие токи, которые могут привести к выходу из строя выходной транзистор. В частности, одним из механизмов отказа может быть превышение EЛАВ.

Вообщето большие токи могут протекать в любой более менее мощой схеме. Конечно, в выходном однотактном каскаде в любом случае нагрузка на транзистор удваивается, всетаки один транзистор а не пара выдаёт сопоставимую мощность. Нужен соответствующий выбор выходного транзистора. По влиянию индуктивности вопрос неоднозначный. Многое зависит от соотношения реактивного сопротивления дросселя, и активного - нагрузки. В приведенном варианте, на 20 Гц реактивное сопротивление дросселя в четыре раза превышает активное сопротивление нагрузки. Следовательно реактивный ток дросселя составляет 25% от активного тока нагрузки. (извиняюсь за ошибку, допущенную несколькими постами раньше, наверное бутерброт помешал сосредоточиться ). В связи с тем что фазы токов смещены на 90 град. увеличение тока через тразистор составит всего чуть более 3%. Чтобы исключить полностью спад выходной мощности на 20 Гц, ток выходного транзистора несколько увеличен от расчетного для 8 Ом. Вывод. Утверждение о сильном влиянии дросселя на нагрузочные свойства каскада справедлив только при экономии на индуктивности.

Анатолий.

[Mepavel]

Mepavel, к сожалению, на примененный транзистор ничего в техусловиях не записано.

А у Вас есть ТУ на этот прибор? Просто у меня только справочник по силовым приборам, а там вообще почти ничего не написано.

Ну пусть практически при отсечке 4А на 0,25Гн на коллекторе выходного транзистора выделится энергия 2 Дж, при напряжении порядка 150 В. Я не совсем понял, то ли Вы утверждаете, что транзистору это семечки, то ли произойдет шнурование тока, и переходу амбец?

Шнурование тока (вторичный пробой) - это особенность биполярного транзистора в открытом состоянии, когда при Uбэ=const перегретые участки кристалла принимают на себя больший ток и тем сильнее нагреваются. Ток через эти области снова усиливается и так до теплового пробоя. Другими словами, возникает положительная температурная обратная связь.
Здесь же несколько другая причина - транзистор закрыт. Большая часть энергии рассеивается на коллекторном переходе (эмиттерным переходом можно пренебречь, т.к. он в прямом смещении), который находится в состоянии лавинного пробоя. Если бы пробивное напряжение было равномерно распределено по структуре - то энергию лавинного пробоя можно было бы связать косвенно с импульсной ОБР транзистора на спадающем участке. Но обычно неоднородность имеет место и для транзистора обычно указывается максимально допустимая энергия лавинного пробоя.

Offтопик:
К примеру, у меня на работе при проведении отбраковочных испытаний по энергии лавинного пробоя обычно отсеивается 5-10% приборов. Казалось бы это много, но по нормам такая величина брака по этой операции является не очень плохим показателем.

P.S. В общем я хочу сказать, что если максимальная энергия, запасённая в дросселе, не превышает E_ЛАВ для транзистора, то ваш "усиленный" стабилитрон можно было бы исключить из схемы.

---------- Добавлено в 22:49 ---------- Предыдущее сообщение в 22:39 ----------

Многое зависит от соотношения реактивного сопротивления дросселя, и активного - нагрузки. В приведенном варианте, на 20 Гц реактивное сопротивление дросселя в четыре раза превышает активное сопротивление нагрузки. Следовательно реактивный ток дросселя составляет 25% от активного тока нагрузки. (извиняюсь за ошибку, допущенную несколькими постами раньше, наверное бутерброт помешал сосредоточиться ). В связи с тем что фазы токов смещены на 90 град. увеличение тока через тразистор составит всего чуть более 3%.

Так то так, ну а что если частота будет инфразвуковой?

Offтопик:

В связи с тем что фазы токов смещены на 90 град.

Не 90, а чуть меньше, т.к. Ваш дроссель, как минимум, имеет активное сопротивление обмотки.

[теоретизирующий практик]

Так то так, ну а что если частота будет инфразвуковой?

На инфранизкой частоте отрабатывает автоматичскский выключатель в стабилизаторе. На мой взгляд, предлагаемая конструкция достаточно надежна, по крайней мере с применёнными транзисторами. Техусловия это так , к слову, есть справочный листок под названием "паспорт", вложенный в каждую упаковочную коробку. Да и там мало что приведено. Не любили производители полупроводников баловать конструкторов информацией. А возможно они ей и не владели? Нет даже области допустимых режимов. Но учитывая большой запас по постоянному и импульсному току (40 и 63 А) и безаварийную кратковременную работу на 30В - 8А (практически проверено), не думаю. что в данной схеме применён слишком "слабый" транзистор. Полагаю что современные мощные транзисторы заметно превышают по всем параметрам и надежности этот устаревший.


Анатолий.

PS. Есть несколько штук ТК 152-100-1-1, но по моему это уже будет перебор.

---------- Добавлено в 09:04 ---------- Предыдущее сообщение в 09:01 ----------

В общем я хочу сказать, что если максимальная энергия, запасённая в дросселе, не превышает EЛАВ для транзистора, то ваш "усиленный" стабилитрон можно было бы исключить из схемы.

Так как ЕЛАВ неизвестная величина, будем действовать по принципу "Береженого Бог бережет".

Анатолий

[Mepavel]

А возможно они ей и не владели?

Очень даже возможно.

Так как ЕЛАВ неизвестная величина, будем действовать по принципу "Береженого Бог бережет".

Вполне логично.

[теоретизирующий практик]

В связи с критикой предусилителя нарисовал более термостабильный вариант.

Анатолий.

[fakel]

В связи с критикой предусилителя нарисовал более термостабильный вариант.

Анатолий.

510к уменьшь до 51k, между R2 R3 вставь подстроечник на 33к - юалансировать половинное напряжение (от питания) на выходе УНа

---------- Добавлено в 22:05 ---------- Предыдущее сообщение в 22:03 ----------

с такими большими резиками в базах прииеняй транзисторы с бетой 500 и выше, иначе термостабильность будет никакая

[SAPR]

Offтопик:

В связи с критикой предусилителя нарисовал более термостабильный вариант.

Не нравятся мне такие схемы.

[Mepavel]

510к уменьшь до 51k

Насколько я понял, теоретизирующий практик почему-то хочет получить высокое выходное сопротивление этого усилителя. Но сдаётся мне, что дифференциальное сопротивление на участке насыщения ВАХ для КТ3102 (3107) значительно меньше 510 к.

[fakel]

Насколько я понял, теоретизирующий практик почему-то хочет получить высокое выходное сопротивление этого усилителя. Но сдаётся мне, что дифференциальное сопротивление на участке насыщения ВАХ для КТ3102 (3107) значительно меньше 510 к.

Я R8 R9 имел ввиду. Насыщением тут не пахнет при любых неотрицательных значениях сопротивлений в базах, т.к. смещение берется с коллекторов

[Mepavel]

Насыщением тут не пахнет при любых неотрицательных значениях сопротивлений в базах

fakel, Вы не поняли. Я про участок насыщения на выходных ВАХ транзистора, в частности про эффект Эрли.