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.
Вложение 341329
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
Вложение 341448

[Airt]

Хочу у китайцев заказать.

Отметил несколько мест. В части нет смысла переходить на верхний слой, без необходимости. У силовых электролитов с подводом в верхнем слое нужно дублировать ногу переходными отверстиями. К ногам силовых электролитов ничего подводить не нужно, особенно в верхнем слое. Напряжение обратной связи нужно брать с выходных контактов, а не с ног выходных транзисторов. И вообще, без необходимости, водить дорожки в верхнем слое не нужно. Параллельно идущих дорожек нужно избегать. Располагать их под углом, друг к другу. Так меньше взаимовлияние.
Длинные дорожки к затворам полевиков. Можно было бы поставить резисторы в затвор, хотя бы по 33Ом.

[antonluba]

Подправил.
Больше, наверное, ничего делать не буду. Сил нет уже.

[Airt]

Подправил.
Больше, наверное, ничего делать не буду. Сил нет уже.

А кому легко? Замена выводных резисторов в затворах выходников двумя чипами - плохая идея, несмотря на то, что формально мощности рассеивания подходят. При малейшей перегрузке по току они уйдут в обрыв. Ну и соответственно, такая широкая дорожка там не нужна.
Дублировать ноги выходных транзисторов нужно только там, где слой пайки не совпадает со слоем подходящей дорожки. Металлизация штука тонкая и может подвести, плюс к этому индуктивность у переходного отверстия есть. И хотя переходные отверстия не помешают, паять будет тяжелее.
И выходные транзисторы можно было бы расположить слева от электролитов. Я не очень понимаю, зачем располагать их между ними. Только сложностей добавляется.

[antonluba]

Спасибо за интерес к моему творчеству.

Насчет резисторов я думал. Там и выводной можно будет припаять прямо на ноги транзисторов. Транзисторы же снизу будут.
Хотя, транзисторы окажутся полностью открытыми гораздо раньше, чем на резисторах наступит перегрузка по току.
Все остальное правильно, но это уже оверкилл, кажется.
Для моей мощности можно было вообще не заморачиваться.

[Maxim_Sed]

поигрался с моделью усилка, на выходе у которого аналогичный каскад на двух n-канальных полевиках


1. Кг на 100% определяется глубиной ООС (0,04% при Ку=20 и 0,02% при Ку=10; 50вт на 4ом в обоих замерах)
2. Вот что НЕ понравилось: при снижении уровня входного (и выходного) сигнала Кг не снижается

Вот пара скринов (1Впик по входу и 2Впик по входу; Ку=10 в обоих случаях)
1Впик


2Впик


Чтобы понять, из-за чего такая аномалия, оставил только выходной каскад и проверил его на предмет линейности.
схема

источники тока настроил 1в1, чтобы сохранились режимы работы каскада по постоянке и по переменке (на выходе 14,1В действующего на 4ом, т.е. 50вт)

осциллограмма

мдя, на ровненькую синусоиду не похоже

Кг=5%


словом, в этой сказке всё понятно: низкий Кг схемы достигается исключительно за счёт увеличения глубины ООС

для сравнения, каскад на комплементарных полевиках

Кг=0,88 %

[Airt]

источники тока настроил 1в1, чтобы сохранились режимы работы каскада по постоянке и по переменке (на выходе 14,1В действующего на 4ом, т.е. 50вт)

осциллограмма
Нажмите на изображение для увеличения. Название: Без имени-5.jpg Просмотров: 3 Размер: 296,4 Кб ID: 343873
мдя, на ровненькую синусоиду не похоже

Это удивительно просто Попробуйте убрать резисторы в истоках, чтобы каскад стал симметричным.

[Maxim_Sed]

Попробуйте убрать резисторы в истоках, чтобы каскад стал симметричным.

симметричным каскад не станет

Offтопик:
даже если рак на горе свистнет в лунную ночь

потому что верхнее плечо - истоковый повторитель, нижнее плечо - каскад с общим истоком

[Airt]

у вас нет симулятора на компе? ;)

Нет. Но если Вы выкатили какие-то выводы из своей симуляции, то стоило бы проверить исходные данные. Каскад на полевых транзисторах одной структуры гораздо более симметричен по своей природе. А на транзистора разной структуры Вы можете получить хорошие результаты только в симуляции с идеальными моделями и с обратной связью в виде резисторов в истоках.

[Maxim_Sed]

Airt,
когда соберёте усь, расскажите
удачи

[antonluba]

Maxim_Sed, Ваша модель отличается от моей отсутствием второго дифкаскада и источника тока для него.
И моя схема из самого первого поста, собранная в железе на длинных проводах, дает меньше Кг, чем ваша модель, что как-бы намекает.

Мое понимание говорит, что в моей схеме выходники (оба) включены с общим истоком.

И в принципе, отделить УН от ВК не получается, потому что ВК тоже является УН.

В последней модели спектры такие:


---------- Сообщение добавлено 09:57 ---------- Предыдущее сообщение было 09:54 ----------

Плата сделана так, что есть большое поле для экспериментов. Можно убрать каскоды, можно добавить токовую ОС, по разному собрать схему ос по напряжению.
Еще немного подрисовал и уже отдал в производство.

[Airt]

Можно убрать каскоды

Q64 убирать не нужно. Он выравнивает тепловой режим у дифкаскада. Можно вместо него поставить мощный резистор, как дешевый вариант.

[Maxim_Sed]

моя схема ... дает меньше Кг, чем ваша модель ...

Схемы отличаются:
- собственно схемотехникой перед вых транзисторами (т.е. схемы разные, а не 1в1)
- глубиной ООС
- исходной нелинейностью

как следствие, Кг не может быть одинаковым

Offтопик:
плюс ко всему, схема в симуляторе с к-м Кг=хх%, будучи собранная в железе 1в1, НЕ выдаст Кг точно хх%
как правило, получается соизмеримо или хуже

[Airt]

Мое понимание говорит, что в моей схеме выходники (оба) включены с общим истоком.

Чисто ради искусства Тут все верно, т.к. входное напряжение на затворе формируется источником тока. Только для симметрии в этой схеме у М1 нужно перенести резистор из истока в сток, а у М2 резистор от затвора с шины питания на исток. Назначение у этих резисторов соответственно поменяется, была обратная связь, будет защита от сквозного тока (номинал и мощность соответствующие, примерно 0,47Ом и 3Вт безиндуктивный). Очень часто забывают про "антизвонный" резистор в затвор выходных полевиков, и здесь тоже забыт У транзистора Q64 базу на выход прицепить). Еще один важный момент - емкость затвора, при включении с общим истоком. Она очень влияет на быстродействие каскада и недостаточный ток управления может привести к сквозному току. Симулятор может и не показать, а из транзисторов выйдет весь волшебный дым. В общем, нюансов очень много. Почти все, многократно, раскрыто в ветке про усилитель Никитина.
И да, в таком виде, выходной каскад в принципе без обратной связи не работает.

[antonluba]

Airt, имхо, вы тут все в кучу намешали.
Я сделаю по-своему и посмотрю, что получится.

[Airt]

Я сделаю по-своему и посмотрю, что получится.

Я только грабли обозначил, еще и не все. А попробовать нужно обязательно.

Еще пожалуй, стоит упомянуть про несимметричное ограничение и чудеса с током покоя.

[OLZ]

Для симметричного ограничения нужно доп. питание -
http://archive.radio.ru/web/1979/06/046/
И вообще, чтобы без чудес, такое лучше делать на биполярах. Они все стерпят без термостабилизации (до определенного момента). А если заморачиваться термо и прочими рюшечками, такой усилитель неоправданно усложнится.
http://archive.radio.ru/web/1985/01/029/
Он должен быть простым, как угол дома - 2 дифкаскада и все, без всяких генераторов тока и прочего. Вон, Литтл Джимми лепил такое долго-долго, под влиянием местных технократов споганил идею и его конструкция успеха не снискала. А школота такие усилители вообще называет странным словом "квази"

[antonluba]

Я и делаю с доп.питанием.

[Airt]

А если заморачиваться термо и прочими рюшечками, такой усилитель неоправданно усложнится.

Нужно искать простые решения. У Никитина получилось. И термостабилизация (за счет установки полевиков с логическим уровнем) и прочие рюшечки. Схема не усложнилась. Это решение множество раз повторено.

И вообще, чтобы без чудес, такое лучше делать на биполярах. Они все стерпят без термостабилизации (до определенного момента).

Здесь я не согласен. Полевики сильно ровнее в таком включении. Термостабилизация - разрешимая задача.

А школота такие усилители вообще называет странным словом "квази"

Жизнь такая нынче

[OLZ]

Нужно искать простые решения

Со всех сторон лучше, проще и дешевле поставить переходной трансформатор. А если очнуться и вспомнить ради чего все это - для звука ведь, а не шпиндель перемещать... Классика жанра получится, полная симметричность и прочее...
Самое раннее живое воплощение такого вых. каскада с ОЭ, что я нашел, в книжке 1956 г. на стр. 536. Автор H.C. Lin -
https://www.americanradiohistory.com...1-RCA-1956.pdf

Теперь непонятно, что именно называть усилителем Лина (или линнна по школотовски, еще у них есть бэттта) - этот, или опубликованный через полгода тот, который квази...

[antonluba]

Приехали платы


---------- Сообщение добавлено 20:45 ---------- Предыдущее сообщение было 13:09 ----------

Собрал тестовый сетап


Можно считать, что все запустилось сразу, за исключением 2х моментов. Не хватило диапазона регулировки тока покоя, нужно подбирать резисторы в стабилизаторе тока 2-го дк.
И схема защиты оказалась нерабочей. Отключил ее пока.

---------- Сообщение добавлено 20:47 ---------- Предыдущее сообщение было 20:45 ----------

Звук на первый слух очень хорош.

---------- Сообщение добавлено 01.05.2019 в 11:56 ---------- Предыдущее сообщение было 30.04.2019 в 20:47 ----------

Выставил ток покоя 50 мА. Выявил температурную недокомпенсацию. Ток покоя чуть вырос при нагреве и стал 70мА.
Наверное, нужно отдельно смоделировать источник тока и термокомпенсатор

---------- Сообщение добавлено 02.05.2019 в 09:33 ---------- Предыдущее сообщение было 01.05.2019 в 11:56 ----------

С измерениями у меня какая-то беда.
Карта M-audio Fast track pro USB. Сама на себя меряется ровно. У цапа намерялось -3дБ на 20 кГц.
У усилителя меряется +3дБ на 20 кГц. Совпадение? Не думаю.