Простой усилитель на N-канальных MOSFET

[antonluba]

Схема образовалась практически случайно.
В симуляторе показывает неплохие картинки.
Сегодня собрал на макетке, запустилось довольно легко. Ток покоя в железе немного меньше расчетного, нужно с номиналами источника тока поиграться.
Измерять нечем пока, на слух один канал приятно играет.
Модель прилагается.

VK_mosfet10_audio_MAKET.CIR

Подправил номиналы обратной связи, выровнял резисторы в коллекторах первого дк и в затворах выходников. Ушла постоянка на выходе, ток покоя выставил 50мА.
Играет красиво.
В симуляторе вот.

В железе R51 состоит из 2.2кОм + подстроечник на 10кОм.
Транзисторы биполярные 2N5551, 2N5401, полевые IRF9540, IRFP240.
Питание +-36В, в фильтрах 4700+1000мкф в каждое плечо.

Плюсы вижу следующие:
Простая схема, мало деталей, используются ходовые недорогие транзисторы.
Для такой простой схемы довольно низкие искажения, «мягкое» переключение выходников.
Минусы, наверное, тоже есть.
Я не умею нормально моделировать температурные режимы. Очевидно, нужна какая-то стабилизация тока покоя от температуры. И еще, непонятно, как он себя поведет при изменении напряжения питания (даже в пределах отклонений сети).
Различия в моделях P-канальных транзисторов дают в симуляторе разные варианты, от полной неработоспособности схемы с данными параметрами до идеальной схемы с небольшой второй гармоникой и полным отсутствием 3й и высших. В промежутке появляются варианты с отсутствием четных гармоник и огромными нечетными, а также с наличием только 3й гармоники на графике искажений.
Так что окончательный результат даст измерение.
Правда, еще бы печатку и конструктив подправить..

В окончательном варианте, возможно, имеет смысл поставить ограничение тока выходников, хотя я последнее время этого не делаю почему-то. Может потому что громко не слушаю.

Вот еще вариант

[теоретизирующий практик]

При нуле на выходе как могут быть разные токи?

Через М5 дополнительно протекает ток X3 (R11) около 4мА. Для симметрии можно подключить резистор параллельно М5. Величину сопротивления резистора рассчитайте по напряжению питания. Напряжение не указано на схеме.

И кстати, какая выходная мощность? Какие искажения на 1кГц, на 20кГц? Хотя бы по симулятору.

[antonluba]

Истоки Х2, Х3 на плюс питания, (можно через резисторы), все остальное также.

А ток покоя в источнике тока первого дк выставлять? Интересно.
Но до верхней шины питания все равно не дотянуть.

---------- Сообщение добавлено 20:25 ---------- Предыдущее сообщение было 20:20 ----------

Через М5 дополнительно протекает ток X3 (R11) около 4мА. Для симметрии можно подключить резистор параллельно М5. Величину сопротивления резистора рассчитайте по напряжению питания. Напряжение не указано на схеме.

И кстати, какая выходная мощность? Какие искажения на 1кГц, на 20кГц? Хотя бы по симулятору.

[теоретизирующий практик]

Истоки Х2, Х3 на плюс питания, (можно через резисторы), все остальное также.

Вроде в хвосте Х2 и Х3 стоит ГСТ, одновременно выполняющий роль термостабилизатора тока покоя выходных ПТ? (Если Q17 поставить на радиатор выходников.)

[antonluba]

И кстати, какая выходная мощность?

Ограничение сейчас наступает при 26В. Если принять максимальный уровень 24В, то получается 100Вт RMS на 4 Ом.

[теоретизирующий практик]

Ограничение сейчас наступает при 26В. Если принять максимальный уровень 24В, то получается 100Вт RMS на 4 Ом.

Чуть меньше 100Вт, но некритично.
И всё таки, какое напряжение питания? Извините, если где-то показано, но недоглядел. По схеме прикидочно получается, что сверху ограничение происходит раньше, чем снизу, на 4-8В. Если поставить маломощный дополнительный источник питания (вольтодобавку) для всей части, что левее R45, вольт на 10, можно будет снизить основное напряжение питания. И выходным транзисторам полегчает.

[antonluba]

теоретизирующий практик, питание сейчас +-36В

---------- Сообщение добавлено 07.03.2019 в 12:11 ---------- Предыдущее сообщение было 06.03.2019 в 22:16 ----------

Убирать 2-й дк не получается.
Если добавить повышенное питание на УН, слегка изменить схему по совету Semigor-а и убрать пару диодов из расщепителя тока, схема выравнивается.
Ограничение наступает при 30В (раньше в нижнем плече).
Диод (или два) в источнике тока использовать как термокомпенсацию.
Или NTC поставить.


---------- Сообщение добавлено 12:50 ---------- Предыдущее сообщение было 12:11 ----------

Up. Диоды убирать не нужно, это симулятор глюканул у меня. После перезапуска все показывает ровно.
up2. опять все скривилось. не понимаю, что происходит.

[теоретизирующий практик]

Ограничение наступает при 30В (раньше в нижнем плече).

Базу Q21 подключить на землю.

---------- Сообщение добавлено 16:31 ---------- Предыдущее сообщение было 16:29 ----------

Диод (или два) в источнике тока использовать как термокомпенсацию.

Для термокомпесации использовать Q23, установленный на радиатор рядом с выходными транзисторами. Если происходит перекомпенсация, в эмиттер Q23 ввести резистор, и заново подобрать R60.

---------- Сообщение добавлено 16:35 ---------- Предыдущее сообщение было 16:31 ----------

убрать пару диодов из расщепителя тока, схема выравнивается.

Видел такие диоды в схемах Никитина. Правда там несколько другая схема, но очень похожа. Для чего они стоят догадаться не смог. Кто может объяснить назначение диодов?

[antonluba]

Базу Q21 подключить на землю.

Действительно, так ограничение всего на 0.2В отличается от напряжения питания.
Однако увеличиваются искажения (примерно в 4 раза больше при +-30 Впп. В абсолютных значениях 0.005% и 0.020% по симулятору).

И еще, выход из клипа в верхнем плече имеет выброс, особенно на ВЧ. Похоже, он от источника тока идет. Хотя и не критичен, все равно клип.

Дополню схему регулятором выходного сопротивления и защитой от перегрузки по току и буду собирать. Потихоньку.

[теоретизирующий практик]

Дополню схему регулятором выходного сопротивления и защитой от перегрузки по току и буду собирать.

В некоторых случаях наблюдаются сквозные токи в выходном каскаде при клипе. Или уже проверяли?

---------- Сообщение добавлено 21:00 ---------- Предыдущее сообщение было 19:59 ----------

Действительно, так ограничение всего на 0.2В отличается от напряжения питания.
Однако увеличиваются искажения (примерно в 4 раза больше при +-30 Впп. В абсолютных значениях 0.005% и 0.020% по симулятору).

Да, искажения должны увеличиться, теперь понял почему. Вообще то можно немного по другому организовать улучшение параметров. Этот транзистор можно вообще удалить, вернее переместить на правое плечо, между стоком Х2 и затвором М1. Единственный момент, надо точно подобрать постоянное напряжение на базе этого транзистора. По идее напряжение на базе должно быть на 3-4 вольта больше, чем на + V1. Но надо следить, чтобы напряжение С-И Х2 осталось не ниже 2-3 В.

[antonluba]

Сквозняки модель не показывает.
По второй части вопроса, это все интересно, конечно, только как все это делать?

---------- Сообщение добавлено 21:13 ---------- Предыдущее сообщение было 21:11 ----------

И главное, надо ли дальше уменьшать искажения?
Что является определяющим по искажениям в этой схеме?

Интересно, что повышение емкости корректирующего конденсатора приводит к снижению устойчивости.

[теоретизирующий практик]

только как все это делать?

В смысле схемы? Синий светодиод/стабилитрон на 3В опереть на +36В, соединить анод светодиода с +12В резистором 2кОм. А базу переставленного Q21 подключить к аноду светодиода. Каскод на правом плече второго диффкаскада должен "выправить" параметры. И при этом каскод в левом плече - лишний.

И главное, надо ли дальше уменьшать искажения?

Это Вам решать.

Что является определяющим по искажениям в этой схеме?

1).Бросается в глаза - большие паразитные ёмкости выбранной марки X1 и Х2. Особенно критично Х2. Но если его закаскодить, то уже заметно лучше будет.
2). Большое сопротивление R10, R11. На нелинейных емкостях затворов М1, М2 выпадут нелинейные напряжения. Можно просто снизить их номиналы, хотя бы до 200 Ом. Усиление второго диффкаскада сохранится, за счёт увеличения крутизны Х1, Х2. Но, возможно, потребуется перенастроить коррекцию. Естественно надо перестроить ГСТ.
3). Малый начальный ток выходного каскада. Просто после всех доводок надо попробовать увеличить ток покоя хотя бы до 0,3А. Ну это уже погоня за нулями. Оно Вам нужно?

При увеличении тока второго каскада надо проверить работоспособность ГСТ, и "переставленного" транзистора. Ток, при снижении сопротивлений нагрузки до 200 Ом увеличится в 5 раз.

P.S. Вообще оптимизация режимов - дело кропотливое. Перестройка одного параметра может отразиться на работе другого каскада.

[antonluba]

Offтопик:
Спасибо. Я возьму паузу, совсем работу забросил с этим усилителем.

[EDDiE]

https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=18439

УМЗЧ ЕВГЕНИЯ ЛУКИНА

[fakel]

Спасибо. Я возьму паузу, совсем работу забросил с этим усилителем.

Offтопик:
Смотри, уволят!

[теоретизирующий практик]

Offтопик:Смотри, уволят!

[antonluba]

Offтопик:
Смотри, уволят!

Offтопик:
Некому увольнять, я себе сам хозяин.

[EMiq]

Модификация проекта AVT2762. Схема моей модели Микрокап11. Расчетный THD 0.008-0.012 при входе 20 кГц и выходе 24 вольт ампл. У данной схемы нормальное чистое ограничение на уровне 36 вольт при питании 38. При этом на пиках клипа возможен подзвон внутри каскадов, зависит от характеристик MOSFET. Возможно придется подбирать ФНЧ в затворах выходных и коррекцию до 150 пФ.

[antonluba]

1).Бросается в глаза - большие паразитные ёмкости выбранной марки X1 и Х2. Особенно критично Х2. Но если его закаскодить, то уже заметно лучше будет.
2). Большое сопротивление R10, R11. На нелинейных емкостях затворов М1, М2 выпадут нелинейные напряжения. Можно просто снизить их номиналы, хотя бы до 200 Ом. Усиление второго диффкаскада сохранится, за счёт увеличения крутизны Х1, Х2. Но, возможно, потребуется перенастроить коррекцию. Естественно надо перестроить ГСТ.
3). Малый начальный ток выходного каскада. Просто после всех доводок надо попробовать увеличить ток покоя хотя бы до 0,3А. Ну это уже погоня за нулями. Оно Вам нужно?

При увеличении тока второго каскада надо проверить работоспособность ГСТ, и "переставленного" транзистора. Ток, при снижении сопротивлений нагрузки до 200 Ом увеличится в 5 раз.

P.S. Вообще оптимизация режимов - дело кропотливое. Перестройка одного параметра может отразиться на работе другого каскада.

Вот что получилось.


---------- Сообщение добавлено 17:50 ---------- Предыдущее сообщение было 17:45 ----------

Это при токе покоя 60мА.
При токе покоя 300мА искажения уменьшаются примерно в 2 раза.

---------- Сообщение добавлено 17:51 ---------- Предыдущее сообщение было 17:50 ----------

Практически можно ставить 20мА и будет отлично, я думаю.

[fakel]

Модификация проекта AVT2762. Схема моей модели Микрокап11. Расчетный THD 0.008-0.012 при входе 20 кГц и выходе 24 вольт ампл. У данной схемы нормальное чистое ограничение на уровне 36 вольт при питании 38. При этом на пиках клипа возможен подзвон внутри каскадов, зависит от характеристик MOSFET. Возможно придется подбирать ФНЧ в затворах выходных и коррекцию до 150 пФ.

Когда светодиод D5 гаснет, транзисторы остаются с оборванной базой

[EMiq]

Когда светодиод D5 гаснет, транзисторы остаются с оборванной базой

Это не помешает, т.к. генераторы тока Q3 Q4 полностью закрываются за счет обеднения тока базы. Ток утечки стабилитрона ничтожен, как и обратный ток коллектора ключей- генераторов тока. На крайний случай можно поставить резистор утечки 1 Мом. Подобный режим используется в схемах Mute на двух транзисторах, когда коммутируется аналоговый сигнал более 150 мВ.
При этом транзистор ключа управляется генератором тока от другого ключа. Это обеспечивает надежное закрытие транзистора коммутации в цепи сигнала и он не приоткрывается сигналами более напряжения открытия перехода. Т.е закрытый ключ представляет собой в режиме оборванной базы два встречных диода. Если же базу данного транзистора привязать к земле резистором утечки обратного тока коллектора или поставить конденсатор на землю, то такая схема не может работать с сигналами более 150 мВ, не внося в сигнал заметных нелинейных искажений.