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]

Генерит на 150кГц большой амплитуды, цобель сразу дымит.

Многокаскадные усилители - зло Во втором ДК нужно транзисторы с меньшей емкостью. IRF9610 или подобные. И тогда уже корректировать по месту.

[Серый Мыш]

Генерит

Надо бы в симуляторе добить - там хоть не дымит.
варианты - петлевое усиление вывести по феншую - чтобы единичное усиление уклон 6дБ/октаву, запас фазы. Проверить для постоянки на выходе + и - полпитания. Вариант для фокусников - добиться с помощью паразитных элементов генерации в симуляторе и настраиваьб коррекцию не убирая паразитные элементы

[Airt]

петлевое усиление вывести по феншую - чтобы единичное усиление уклон 6дБ/октаву, запас фазы

В идеале, там нужно чтобы каждый следующий каскад был быстрее предыдущего. Тогда получится скорректировать. А так, что ни делай, получится генерация. Хотя по симулятору все нормально. Я уже проходил такое с похожим усилителем.

[Peredelkin1]

Задавить 1-й каскад.

[Airt]

Задавить 1-й каскад.

У меня получилось так: KT503-2SB649-STP24NF10

[antonluba]

КТ503 у меня нет.
Поставил BC337. Первый каскод выкинул. Нормально не корректируется все равно. Без нагрузки и без сигнала можно выставить 20мА ток покоя. С сигналом и нагрузкой возбуд.

При токе покоя, равном нулю, на самой границе открывания выходников, искажения самые низкие (ниже измеренных в этой теме раньше) и возбуда нет. Если продолжать уменьшать ток 2-го дк, искажения резко увеличиваются.
Звук очень красивый, не знаю, как это происходит, наверное разряжаться затворы не успевают на реальном звуке. Но никакого хрипа не слышно даже на минимальной громкости.

---------- Сообщение добавлено 10:05 ---------- Предыдущее сообщение было 10:03 ----------

Получился класс Б

[Airt]

Поставил BC337.

Могу предложить индуктивную коррекцию, хотя это своеобразная вещь

Если продолжать уменьшать ток 2-го дк, искажения резко увеличиваются.

Вы уменьшая ток второго дифкаскада во первых снижаете быстродействие выходного ввиду его емкости, и у транзисторов ДК крутизна слегка падает. Лучше бы увеличить ток.

[antonluba]

Вы уменьшая ток второго дифкаскада во первых снижаете быстродействие выходного ввиду его емкости, и у транзисторов ДК крутизна слегка падает. Лучше бы увеличить ток.

Все это происходит при нулевом токе покоя. При токе покоя больше нуля имеем возбуд.

---------- Сообщение добавлено 11:04 ---------- Предыдущее сообщение было 10:53 ----------

В целом результат закономерный, если правильно пользоваться симулятором. Поставил MC11, там есть тест стабильности, он показывает возбуд в любом случае...

[Airt]

Поставил MC11, там есть тест стабильности, он показывает возбуд в любом случае...

Там ФЧХ на 1кГц за 180градусов. Он обязан был генерить.

[antonluba]

Там ФЧХ на 1кГц за 180градусов. Он обязан был генерить.

Нет, 180 градусов на 2+МГц, что и получается.

---------- Сообщение добавлено 18:33 ---------- Предыдущее сообщение было 18:21 ----------

Сильно крутит фазу второй каскод. Усиление, конечно, тоже поднимает. Попробую его снять.

[Airt]

Попробую его снять.

Q89 можно было бы и оставить, только базу к выходу прицепить. Для симметрии.

[antonluba]

Победа.

Без 2-го каскода верхнего плеча, из-за которого и затевалось дополнительное питание, все скорректировалось и ток покоя любой можно поставить...

Искажения при 16В п-п на 1 кГц на 5.6 Ом резистор =0.008%
Интермоды 17,18 кГц =0.003%

Искажения при ТП 1мА и 100мА практически не отличаются. Оставил ТП 20мА.
Звук стал еще лучше.

Всем спасибо за внимание и участие, эксперимент считаю оконченным.

Прилагаю финальную схему, собранную в железе. Формат MC11.
VK_mosfet20_audio.CIR

[audiomun]

Без 2-го каскода верхнего плеча, из-за которого и затевалось дополнительное питание, все скорректировалось и ток покоя любой можно поставить...

Нужно поменять местами D6 и R124 .....

[Airt]

Нужно бы схему в шапку, картинкой

[antonluba]

Шапку уже не могу редактировать

MC11 показывает гармоники точно, как в железе. Даже чуть больше.

[audiomun]

Здесь стабилитрон X4 и конденсатор C21 вообще не нужны. Соответственно увеличить номинал R115 .

[Серый Мыш]

Мож и правда звук хороший, но ведь свистнет разок из-за какой помехи и меняй транзисторы?
какой там ток через 1к в затворах? менее 4ма? Частота среза RC цепи Входная емкость мосфета и 1кОм? Симулятор кажет завал АЧХ выходного повторителя с 10кГц
То есть скорость запирания мосфета под 100 uS ? Правда и отпирается не слишком быстрее - макс ток управление в 2 раза выше тока покоя...
только вот изза ВАХ входа мосфета и таких скоростей управления и появляется склонность к сквозным токам.

Проверил свой вариант с эмиттерным повторителем в затворе выходника - частота среза за 200кГц и определяется антизвонным резистором в затворе.
Так при 11 Ом резисторе срез уходит выше 1 МГц. А хотелось бы так под 200 МГц - для ООСника лучший вариант.


Ах да: убирание каскода второго каскада открыло путь эффекту Миллера второго каскада или так скажем - зарезала частотку воторого каскада.
Положительный эффект - появилась устойчивость.
Отрицательный эффект - корреция производится нелинейной емкостью сток затвор IRF9520.

Поигрался с управлением выходными мосфетами , самого удивила низкая частота среза. Собственно ясно, что это не повторитель на выходе, а два транзистора включенных оба с общим истоком - напряжение управления выделяется на резисторе между затвором и истоком.
а казалось бы верхний транзистор истоковый повторитель, и вроде как с общим стоком. Эх прав был Сиволобов - все схемы обманчивы!

Первое следствие - усилители по типу "каменного однотактника" с выходом на "настоящем" истоковым повторителе должны быть пл выходу скоростнее раз в 10 и выше.

[antonluba]

Здесь стабилитрон X4 и конденсатор C21 вообще не нужны. Соответственно увеличить номинал R115 .

Да, это "отходы" от каскода верхнего плеча.

---------- Сообщение добавлено 22:22 ---------- Предыдущее сообщение было 14:56 ----------

Мож и правда звук хороший, но ведь свистнет разок из-за какой помехи и меняй транзисторы?
какой там ток через 1к в затворах? менее 4ма? Частота среза RC цепи Входная емкость мосфета и 1кОм? Симулятор кажет завал АЧХ выходного повторителя с 10кГц
То есть скорость запирания мосфета под 100 uS ? Правда и отпирается не слишком быстрее - макс ток управление в 2 раза выше тока покоя...
только вот изза ВАХ входа мосфета и таких скоростей управления и появляется склонность к сквозным токам.

Проверил свой вариант с эмиттерным повторителем в затворе выходника - частота среза за 200кГц и определяется антизвонным резистором в затворе.
Так при 11 Ом резисторе срез уходит выше 1 МГц. А хотелось бы так под 200 МГц - для ООСника лучший вариант.


Ах да: убирание каскода второго каскада открыло путь эффекту Миллера второго каскада или так скажем - зарезала частотку воторого каскада.
Положительный эффект - появилась устойчивость.
Отрицательный эффект - корреция производится нелинейной емкостью сток затвор IRF9520.

Поигрался с управлением выходными мосфетами , самого удивила низкая частота среза. Собственно ясно, что это не повторитель на выходе, а два транзистора включенных оба с общим истоком - напряжение управления выделяется на резисторе между затвором и истоком.
а казалось бы верхний транзистор истоковый повторитель, и вроде как с общим стоком. Эх прав был Сиволобов - все схемы обманчивы!

Первое следствие - усилители по типу "каменного однотактника" с выходом на "настоящем" истоковым повторителе должны быть пл выходу скоростнее раз в 10 и выше.

Надо его в супер-а превратить. Ну или хотя бы предотвратить как-то спад тока через затворный резистор до нуля. Чтобы выходник остался на границе нулевого тока. И заодно предотвратить глубокое насыщение при клипе. Как?
И как он в классе б не искажает?

А может как-то можно исходную схему скорректировать? Ведь интересная схема же?

---------- Сообщение добавлено 22:24 ---------- Предыдущее сообщение было 22:22 ----------

Да, и я писал про общий исток обоих плеч. И про затворные резисторы.

---------- Сообщение добавлено 22:26 ---------- Предыдущее сообщение было 22:24 ----------

У меня недостаток фундаментального образования приводит к большим расходам времени и денег при строительстве велосипедов.

---------- Сообщение добавлено 22:32 ---------- Предыдущее сообщение было 22:26 ----------

Вообще цепочка ооос по постоянному току R116 R120 улучшает фазу внутри петли, по сравнению с отсутствием R120.
Может есть еще какие-то методы повысить устойчивость?

[Серый Мыш]

Может есть еще какие-то методы повысить устойчивость?

Устойчивость есть обратнопропорциональная величина петлевому усилению, глубине ООС и минимальным искажениям.
Так мои типовые симуляции с полосой выходного каскада под 10МГц показывают , что если петлевое усиление на 10кГц кажет 10000 - жди проблем с устойчивостью.
В прямом усилении без ООС это около около 300000 раз на 10kHz и хоть закорректируйся - двухполюсная коррекция , местные OOC итп повторяемость страдает.

Плюс устойчивость при переходных процессах и перегрузках?

Вывод - цель простая схема с умеренной ООС , без рекордных КНИ, но "приятная" по звучанию.

---------- Сообщение добавлено 09:02 ---------- Предыдущее сообщение было 09:01 ----------

недостаток фундаментального образования

А в усилкостроении вроде все давно описано - дорогу осилит идущий.

[antonluba]