Симметричный двухтактник на транзисторах одинаковой структуры

[П.Х.Мороз]

Заголовок этой темы трудно кратко написать словами более понятно. Поэтому смотрите схемы.

Во времена когда для мощных УМЗЧ доступны были только КТ808, не было мощных комплиментарных пар транзисторов, А.Сырицо опубликовал схему:

"Радио" 1978_8 "Мощный усилитель НЧ"
Вкратце: два одинаковых однотактника, развязанных по питанию, работают на общую нагрузку, включенную в разной полярности у одного и другого. Сигналы на входах конечно противофазные. Каждый однотактник усиливает свою полуволну.
Благодаря этой схеме удалось сделать полностью симметричную силовую часть без комплиментарных транзисторов. Это большое преимущество перед стандартной схемой, где КТ808 включены один - ОЭ, другой - ОК.

Было продолжение.
Ю.М.Нечаев существенно переработал схему и запатентовал у нас и в Германии: АС SU 1070685 А 1982г, патент ФРГ 3049292 А1 1981г.


Затем появилась в 2000 году:

схема А.Зызюк
Радиохобби 2000_4
"Транзисторный усилитель мощности низкой частоты без ООС".
Отличается от схемы Нечаева только элементной базой и ампутированной ОООС по току. Причём датчики тока зачем-то оставлены. Вопреки названию статьи осталась ОООС по напряжению, не говоря уж о местных ООС. Эта схема непонятно о чём. Используются составные КТ827, для которых есть пара КТ825. Зачем тогда огород городить? Из любви к искусству?

Добрались наконец до наших дней. И видим, что Yamaha предлагает сегодня бытовые усилки с такой-же схемой, только на MOSFET:

Причём по этой схеме собраны и флагманский Yamaha S-A3000 и бюджетные S-A2100 и S-A1000.
Понятно зачем - нынче беда с мощными р-канальными MOSFET, как было в давние времена с мощными биполярами прямой проводимости, а хочется избавиться от транзисторного звучания, что вроде-бы обеспечивают полевики. Вот для симметричности схемы (верности звука) и вернулись к старой идее.
Хотя может быть всё это - голимый маркетинг.

Вопрос для обсуждения:

Есть смысл перевести схему Нечаева на полевики, или это пустая трата времени, никакого преимущества не получим?

[Игорь Гапонов]

Нормальный мост, симметричная нагрузка плеч питания, отсутствие токов нагрузки в земле, отсутствие деградации беты на больших токах из-за отсутствия беты вообще, ограничение выходного тока только теплорассеянием на полевиках, вдвое меньшее напряжение питания, а соответственно вдвое снижены проблемы теплорассеяния с реактивными нагрузками.

А чего среднюю точку ИП на общий не кинуть? Всё равно же через ёмкость ИП-земля (размеры-то не маленькие) "токи нагрузки в земле" будут возникать. Зато можно входной и выходной сигн. контуры развязать топологически - одна общая "точка проводимости")- эта самая ёмкость ИП-земля подсоединена только к ней будет. Но в общем из-за модуляции ёмкостей затворы-стоки таки утечки сигнала в ИП будут. Т.е. надо стремиться к нулевому импедансу источника возбуждения, что в русле "прокачки" входных ёмкостей затвор-исток.

Вообще, в режиме А и с отсутствием чётных нелинейностей в 4-х плечах (т.е. центрально симметричные ВАХи и при условии эл. одинаковости плеч) мостовая схема позволяет организовать сигналонезависимый отбор мощности от ИП. В прочем, как и "полумостовая" (классический трансф. двухтактник с однополярным питанием).

[BesPav]

А чего среднюю точку ИП на общий не кинуть?

А зачем?
Следить за потенциалом средней точки силового питания (или любым другим потенциалом) одним плечом дифкаскада, а другим плечом дифкаскада следить за потенциалом средней точки нагрузки.
Вот заодно и корректор синфазки.

[Игорь Гапонов]

Ну, если оосями всё отслеживать, тогда зачем мостовой огород городить? Не лучше ли сразу топологическую причину устранять? При этом отдать осям только слежение за термостабильностью РТ (эта термостабильность - главное, что мне не нравится в камнях).

Напомню, речь в этом частном случае идёт о ёмкости ИП-земля. Т.е. логическое продолжение-завершение "даунгрейда циклотрона к мосту": два незаземлённых ИП заменяются на один с нулём потенциала относительно земли внутри, затем этот ноль потенциала заземляется в одной точке входного сигнального контура, совпадающей с общей землёй...

...Правда, я пришёл к мосту по другой тропинке- из-за сигналонезависимого отбора мощи от ИП, обычные двухтактные топологии транзисторных схем хоть с одно хоть с двуполярным ИП, этому не удовлетворяют (мост сильно уменьшает гембеля по ИП без осей, хотя, типа, тоже теоретически общая ось тоже, но кто мешает ввести такую в мосту, будет же "ещё лучше"? ).

[fakel]

Можно я чуть почеркаю?
отсутствие деградации беты на больших токах из-за отсутствия беты вообще,

Ну это для полевиков только. Зато большее падение напряжения на канале и меньший КПД, соотв теплорассеяние больше при любой нагрузке

[BesPav]

Ну это для полевиков только

Так точно, кэп!

Но в качестве бесплатного дополнения к отсутствию проблем с бетой тут не будет зависимости граничной частоты от выходного тока, таким образом, даже при самых тяжелых нагрузках, поведение выходного каскада остается стабильным и предсказуемым.

Далее, и опять бесплатно, нет проблем с рассасыванием зарядов.

Зато большее падение напряжения на канале

А вот давайте не поленимся и посчитаем?
Например IRFP140, 50 миллиом.
Ну, сколько мощности мы хотим на выход? 200 Ватт? 500? 700?

Допустим относительно круглые полкиловатта.
И сопротивление нагрузки, допустим, 4 Ома. (Сабвуфер такой у нас, например)

Итого тока на выход нам надо что-то порядка 11-12 Ампер

Ну будет падение на выходном полевике 0,05*12=0,6 Вольта.

И часто ли у вас ВК работает на 0,5 Вольта от напряжения питания?

Любимая и уважаемая Тройка в этом случае (если по классике) откушает ~5 Вольт, причем от каждого плеча!

Так у кого там, вы говорите, большее падение?

меньший КПД

А это, простите, вообще от типа транзистора не зависит, только от тока покоя.
;)

(Еще зависит от пик-фактора воспроизводимого сигнала, выходного уровня относительно напряжения питания и собственно нагрузки)
И вообще, чего это КПД увеселителя нас стал хоть как-то волновать?

соотв теплорассеяние больше при любой нагрузке

А это тоже от типа транзистора почти не зависит. Тут определяющим фактором будет фаза тока в нагрузке, и вот именно здесь мостовому каскаду будет гораздо веселее из-за вдвое меньшего напряжения питания. Причем даже биполярным транзисторам будет лучше, несмотря на вдвое больший ток (а соответственно возможные проблемы с бетой и граничной частотой) с точки зрения ОБР и теплового пробоя выгоднее обслуживать вдвое больший ток при вдвое меньшем напряжении.
А уж полевикам - и подавно.

[fakel]

Так точно, кэп!

Но в качестве бесплатного дополнения к отсутствию проблем с бетой тут не будет зависимости граничной частоты от выходного тока, таким образом, даже при самых тяжелых нагрузках, поведение выходного каскада остается стабильным и предсказуемым.

Далее, и опять бесплатно, нет проблем с рассасыванием зарядов.



А вот давайте не поленимся и посчитаем?
Например IRFP140, 50 миллиом.
Ну, сколько мощности мы хотим на выход? 200 Ватт? 500? 700?

Допустим относительно круглые полкиловатта.
И сопротивление нагрузки, допустим, 4 Ома. (Сабвуфер такой у нас, например)

Итого тока на выход нам надо что-то порядка 11-12 Ампер

Ну будет падение на выходном полевике 0,05*12=0,6 Вольта.

И часто ли у вас ВК работает на 0,5 Вольта от напряжения питания?

Любимая и уважаемая Тройка в этом случае (если по классике) откушает ~5 Вольт, причем от каждого плеча!

Так у кого там, вы говорите, большее падение?




А это, простите, вообще от типа транзистора не зависит, только от тока покоя.
;)

(Еще зависит от пик-фактора воспроизводимого сигнала, выходного уровня относительно напряжения питания и собственно нагрузки)
И вообще, чего это КПД увеселителя нас стал хоть как-то волновать?




А это тоже от типа транзистора почти не зависит. Тут определяющим фактором будет фаза тока в нагрузке, и вот именно здесь мостовому каскаду будет гораздо веселее из-за вдвое меньшего напряжения питания. Причем даже биполярным транзисторам будет лучше, несмотря на вдвое больший ток (а соответственно возможные проблемы с бетой и граничной частотой) с точки зрения ОБР и теплового пробоя выгоднее обслуживать вдвое больший ток при вдвое меньшем напряжении.
А уж полевикам - и подавно.

Ну как бы нет. Во-первых, ничто не мешает питать первые каскады тройки и УН от повышенного напряжения (так и делают). Во-вторых, для всех транзисторов определяется напряжение насыщения и для полевиков оно больше, чем для биполяров.

---------- Сообщение добавлено 11:50 ---------- Предыдущее сообщение было 11:46 ----------

Плюс у полевиков напряжение открывания больше, чем у биполяров, т.е полюбому придется питать УН от повышенного источника. В цирклотроне же оба питания плавающие и УН и драйвера можно питать от противоположного источника плеча - тогда девиация мощности на УНе и драйвере будет минимальна, как и развиваемое им напряжение

[BesPav]

Ну как бы нет. Во-первых, ничто не мешает питать первые каскады тройки и УН от повышенного напряжения (так и делают). Во-вторых, для всех транзисторов определяется напряжение насыщения и для полевиков оно больше, чем для биполяров.

Ну да, повышенное для драйверов - это выход.

А насыщение для тока ~10 Ампер будет сопоставимым, порядка вольта, наверное.

Плюс у полевиков напряжение открывания больше, чем у биполяров, т.е полюбому придется питать УН от повышенного источника. В цирклотроне же оба питания плавающие и УН и драйвера можно питать от противоположного источника плеча - тогда девиация мощности на УНе и драйвере будет минимальна, как и развиваемое им напряжение

Тоже верно, питание противоположного плеча - это хорошее подспорье.

Только совсем уж плавающими их сделать сложно, сотни пик, как ни старайся, набегут и подгадят в самый неожиданный момент.


С другой стороны в УНе и токи небольшие, нет проблем задрать ему питание куда надо.

[fakel]

А насыщение для тока ~10 Ампер будет сопоставимым, порядка вольта, наверное.

По входной емкости - нет.

[Гоша]

Во-вторых, для всех транзисторов определяется напряжение насыщения и для полевиков оно больше, чем для биполяров.

Для тех ПТ, о которых идет речь, напряжение насыщения не определяется. Нет у них напряжения насыщения. А есть падение напряжения на полностью открытом канале. U=Id x Rds.

[BesPav]

По входной емкости - нет.

Да не будет у полевиков входной емкости, каскод же...
Сама емкость останется, а вот напряжение на ней изменяться не будет, соответственно нагрузки в виде перезарядки этой емкости для УНа не будет.

Для тех ПТ, о которых идет речь, напряжение насыщения не определяется. Нет у них напряжения насыщения. А есть падение напряжения на полностью открытом канале. U=Id x Rds.

Обведенные красным участки можно считать эквивалентом напряжения насыщения?

[Гоша]

Обведенные красным участки можно считать эквивалентом напряжения насыщения?

Эквивалентом да. Насыщением - нет.
Физика процесса другая.
У БТ при насыщении Uce мало зависит от тока. Грубо говоря насыщенный БТ представляет собой прямосмещенный диод.
У ПТ зависимость напряжения от тока при полностью открытом канале - линейна. Грубо говоря, полностью открытый ПТ представляет собой резистор.
Вторая картинка вообще не при делах. ОБР можно превысить как при полнстью открытом канале, так и при частично закрытом.

[BesPav]

Эквивалентом да. Насыщением - нет.
Физика процесса другая.

Понятно, что физика другая.
В данном случае идет речь про работу транзистора в выходном каскаде усилителя и максимальном приближении выходного сигнала к напряжению питания.
Эквивалент - в том смысле, что при токе нагрузки порядка 10 А и полевые и биполярные транзисторы позволяют довести выходное напряжение до уровней порядка "Uпит-1Вольт".

Вторая картинка вообще не при делах. ОБР можно превысить как при полнстью открытом канале, так и при частично закрытом.

Немного не так, при полностью открытом канале и напряжении сток-исток 1 Вольт не получится больше 10 А. Это и есть ограничение, вызванное Rds(on).
Тут не превышение ОБР, а ограничения собственно кристалла.

[Гоша]

Эквивалент - в том смысле, что при токе нагрузки порядка 10 А и полевые и биполярные транзисторы позволяют довести выходное напряжение до уровней порядка "Uпит-1Вольт".

При токе 10А насыщенный БТ транзистор высокого качества будет иметь Uce порядка 1В, а на канале средненького ПТ с Rds 50 мОм упадет 0.5В.
В 2 раза меньше, однако.
И это для единичного БТ, для двойки-тройки все увеличивается в разы.
Так что с точки зрения использования напряжения источника питания ПТ все-таки предпочтительнее.

Немного не так, при полностью открытом канале и напряжении сток-исток 1 Вольт не получится больше 10 А. Это и есть ограничение, вызванное Rds(on).

Да, не получится, если Rds больше 0.1 Ом. Но картинка ОБР не имеет к этому никакого отношения.
Дискуссия имеет смысл только в плане уточнения терминологии. Ну кого интересует, сколько мощности выделится на полностью открытом (насыщенном) выходном транзисторе - а это режим клиппирования- 10 Вт или 5?

[fakel]

Гоша, не несите ерунды.

[BesPav]

При токе 10А насыщенный БТ транзистор высокого качества будет иметь Uce порядка 1В, а на канале средненького ПТ с Rds 50 мОм упадет 0.5В.
В 2 раза меньше, однако.

Вот я и имел в виду - порядки величин сравнимы.

Дело в том, что условный "средненький ПТ" тут не пройдет.
Нужна более-менее комплементарная пара со следующими параметрами:
1. Более-менее сопоставимая крутизна.
2. Более-менее сопоставимые затворные емкости.
3. Эти емкости желательно поменьше.
4. По ОБР желательно не менее ~3А при 50 Вольтах.
5. Желательно предельное напряжение не менее 100 Вольт.

Итого, из относительно недорогих и распространенных, остаются ПТ IRFP140/9140, IRFP240/9240 и БТ 2SC5200, MJL3281, MJL21194.

Да, не получится, если Rds больше 0.1 Ом. Но картинка ОБР не имеет к этому никакого отношения.

На ней просто удобно обозначить эту область режимов, вот и обозначают как Silicone limited.

[Гоша]

Гоша, не несите ерунды.

В чем, собственно, ерунда?

[hippo64]

Гоша, вы внимательно прочитайте, что написали, у вас там и вопрос и ответ.

[Гоша]

Вот я и имел в виду - порядки величин сравнимы.

Дело в том, что условный "средненький ПТ" тут не пройдет.
Нужна более-менее комплементарная пара со следующими параметрами:
1. Более-менее сопоставимая крутизна.
2. Более-менее сопоставимые затворные емкости.
3. Эти емкости желательно поменьше.
4. По ОБР желательно не менее ~3А при 50 Вольтах.
5. Желательно предельное напряжение не менее 100 Вольт.

Итого, из относительно недорогих и распространенных, остаются ПТ IRFP140/9140, IRFP240/9240 и БТ 2SC5200, MJL3281, MJL21194.



На ней просто удобно обозначить эту область режимов, вот и обозначают как Silicone limited.

В обсуждаемой теме не нужны комплементарные транзисторы. Достаточно n-канальных.
Затворные емкости это да, но решаемо выбором соответствующего драйвера.
Почему- то в даташитах на ПТ указано максимальное значение Rds, для того же IRF140 0,077 Ом. Т.е. в худшем случае при 10А упадет 0,77В. А для приведенных БТ максимальное напряжение насыщения от 1,4 до 3В.
А когда производитель пишет что-то типа "silicon limited" то, как правило, подразумевается, что кристалл может больше, чем корпус. Вот, например, для IRF 1405 максимальный ток стока указан 169А, но с примечанием, что такой ток вычислен по максимальной температуре кристалла, а проводочки корпуса позволяют пропустить всего 75А.
Я ведь не спорю, какие транзисторы лучше - БТ или ПТ. Дело вкуса.
Просто утверждаю, что для ПТ не существует параметра "напряжение насыщения сток-исток". Нечему там насыщаться.

---------- Сообщение добавлено 20:16 ---------- Предыдущее сообщение было 20:13 ----------

Гоша, вы внимательно прочитайте, что написали, у вас там и вопрос и ответ.

Можно цитату? Если чушь написал - извинюсь.

[hippo64]

Гоша, наоборот, все правильно.

[Дед-ка]

П.Х.Мороз,- теперь Вам всё понятно? с уважением Вячеслав.