усилитель на полевых транзисторах FURY

[Hennady]

Решил выделить данную схему в отдельную тему, т.к. сформировалась концепция как по топологии, элементной базе, особенностей коррекции, и собственно, звучанию.
Данную схему назвал Фурия (FURY).
особенности схемы:
1) схема УН на полевых транзисторах в каскодном включении
2) два контура ООС , один из которых охватывает выходной конденсатор, второй еще и корректирует устойчивость (берется с выхода ВК усилителя)
3) комплиментарные гексофеты на выходе
4) глубокая ОС (не менее 70дБ)
5) инвертирующее включение

Блок - схема Fury состоит из трех каскадов:
1-й каскад на полевике(jfet) с инвертирующем включении
2-й каскад УН на полевике (jfet) с динамической нагрузкой и с низкоомным выходом для согласования с ВК
3-й каскад однотактный повторитель с высокоомным входом и с динамической нагрузкой + двутактный выходной каскада на гексофетах в классе АВ

Нюансы схемы :
* первые два каскада без нагрузки имеют усиление 95дБ
* контур ООС на входе определяет общее усиление схемы в 19,2дБ
* максимальное входное напряжение (амплитудное 3 вольта)
* входная емкость полевика на входе составляет 33pF для R 1k (т.е. f = 4,8МГц), для снижения динамических искажений добавлен RC на входе в 10 раз меньшей частотой , 560+680pF ( f = 418kГц) с учетом входного сопротивления 560/2+680pF ( f = 816kГц)
*второй контур ООС идет на затвор второго каскада, он подключается относительно опорного напряжения в 13вольт (реализовано на стабилитроне), этот контур осуществляет коррекцию усилителя на ВЧ для его устойчивости и задает режим работы ВК по постоянному напряжению .

P.S. В случае обрыва любого из контуров ОС или одновременно двух сразу схема остается в рабочем состоянии

Нюансы схемы 3-го каскада:
* на входе полевик + биполярный транзистор, который берет сигнал с истока ГСТ УН , т.к. необходимо более низкое выходное сопротивление УН и, наоборот, высокое для ВК , для согласования этих каскадов
*динамическая нагрузка выполнена на мосфете IRF510
* схема смещения ВК выполнена на транзисторе BD139 с транзистором IRF530 - он обеспечивает плавную регулировку начального тока ВК.
*Термочувствительным элементом является транзистор BD139, именно он и прикручивается к радиатору.
*применение гескофетов - ИМХО оказалась вполне музыкальная комплиментарная пара IRF630/9630...

Параметры схемы:
* Ку=19,2дБ
* Uвх макс ~3В (амплитудное), Uвх ном ~2В (амплитудное)
* P вых(RMS) макс = 40ватт (4 Ома)
* скорость нарастания сигнала SR = 5.84V/uS
* неравномерность АЧХ в полосе частот 1-100000Гц составляет 0,05дБ
* неравномерность ФЧХ -1,5градуса(20кГц) и -7градусов (100кГц)
* ГВЗ на частоте 100Гц - 0,24 uS, на частоте 20Гц - 1,4uS, на частоте 5Гц - 96 uS
* выходное сопротивлениеR(i) соответствует импедансу выходного конденсатора (т.е. зависит от частоты) ...
* глубина Общей ОС в полосе частот 1-1000Гц составляет 76дБ, на частоте 20кГц - 70дБ
* искажения TНD (ном) на частоте 1кГц менее 0,001% (0,0004%), на частоте 20кГц - 0,006%
* начальный ток выходного каскада 100mA
* схема питания - можно использовать нестабилизированное

субъективная оценка звучания неоднократно озвучиваемая "очень разборчивая речь и как в кинозале" )))

Схема принципиально с однополярным источником питания, рекомендуемая АС - это широкополосний динамик с низкой резонансной частотой , у меня работает в составе квадрампинга с малой октавы и выше ( т.е. от 120Гц и выше), на частотах ниже 120Гц, т.е. на субконтроктаву/контроктаву и большую октавы работает усилитель в классе Д (200Ватт 4 ома)

схема 2020 январь (апгрейд1):
*в драйвере ВК применил сборку jfet+bipolar, в качестве динамической нагрузки mosfet IRF510
схема 2020 январь (апгрейд2):
*добавлена на выход цепь Цобеля ( RC+L=3uH)для улучшения переходных характеристик в нагрузке,
*увеличен номинал конденсатора параллельно zener 13v до 0,22uF
*в сток транзистора 2sk170BL драйверного каскада добавлена RC(10к+1uF) цепь, она увеличивает входное сопротивление на ВЧ...

[LepekhinV]

Если лёжа, то вообще всю разводку менять. Где будет находиться конденсатор фильтра питания? Как всё это будет располагаться относительно друг друга?
Garlik, не тот Вы усилитель выбрали для повторения... Или корпус не тот. В Ваш корпус только 3886. При условии, что трансформатор будет "особо плоский".
(Такое впечатление, что это Ваш первый усилитель. Нельзя рассматривать плату УМ в отрыве от конструкции в целом. )

[Hennady]

Если лёжа, то вообще всю разводку менять. Где будет находиться конденсатор фильтра питания? Как всё это будет располагаться относительно друг друга?

так расчетная мощность для двух плат усилителя около 150ватт, шутка ли до ограничения 31,3 вольта на одну полуволну на 4 ома, т.е. таких трансформаторов надо будет 2, по одному на каждый канал, лучше всего делать два отдельных стереоблока, а предварительным усилителем делать разводку слаботочным биампингом, входное сопротивление этого усилителя позволяет так делать, я проверял c длиной проводов по 3 метра, все ок, все ж таки 1 кОм входное сопротивление.

стереоблок, очень легко делается, размер всего L380хW150хh110 - очень компактно, т.е. по сути это размер ИБП любого компьютера.

[LepekhinV]

так расчетная мощность для двух плат усилителя около 150ватт,

Скока-скока!? Какие там 60 мм высотой? Там не менее 100 мм надо.

[Hennady]

Там не менее 100 мм надо.

+1, так и есть...

[Garlik]

так расчетная мощность для двух плат усилителя около 150ватт, шутка ли до ограничения 31,3 вольта на одну полуволну на 4 ома, т.е. таких трансформаторов надо будет 2, по одному на каждый канал, лучше всего делать два отдельных стереоблока, а предварительным усилителем делать разводку слаботочным биампингом, входное сопротивление этого усилителя позволяет так делать, я проверял c длиной проводов по 3 метра, все ок, все ж таки 1 кОм входное сопротивление.

стереоблок, очень легко делается, размер всего L380хW150хh110 - очень компактно, т.е. по сути это размер ИБП любого компьютера.

Ну нужно наверное уточнить, что задача существенно облегчается следующим:
Нагрузка не 4 а 8 ом, требуемая суммарная мощность (от НЧ и ВЧ усилителей для одного канала) не более 30 - 40 вт. Ну просто больше не нужно, не слушаю я на большой мощности, вырос да и постарел наверное. Это лет 40 назад был шаблон - чтобы усилитель был ну никак не менее 100 вт!
Конденсаторы. Выходные AUDIO 8200 uF x 63v. Размер Ф30 х50. По питанию 2 шт на канал JCCON 4700 uF x 100v размер Ф30 Х 50(у нас же получается, что конденсаторы в блоке НЧ стоит в параллель с конденсатором в блоке ВЧ).
Положить конденсаторы конечно было бы хорошо (для конструктива, не уверен, что хорошо для печатной платы). Да конденсаторы по питанию будут максимально близко к печатной плате, ну это я учту при проектировании блока питания. Думаю, что максимальное расстояние конденсаторов до печатной платы будет не более 50 мм (витой парой). Можно еще увеличить байпас.
Вариант с отдельными блоками для АС, т.е. де факто активные АС, рассматривался, но в общем восторга не вызвал. Жена у меня хоть и программист, но приучить ее включать еще две кнопки на отдельных блоках у АС, думаю будет сложно. Во всяком случае она мне объяснит, что она думает об этом усовершенствовании и обо мне самом. А оно мне надо?

[Hennady]

Ну нужно наверное уточнить, что задача существенно облегчается следующим:
Нагрузка не 4 а 8 ом, требуемая суммарная мощность (от НЧ и ВЧ усилителей для одного канала) не более 30 - 40 вт. Ну просто больше не нужно, не слушаю я на большой мощности, вырос да и постарел наверное. Это лет 40 назад был шаблон - чтобы усилитель был ну никак не менее 100 вт!

то что упрощается, не всегда облегчается...
в вашем случае 4 и 8 ом не том говорит, о чем вы хотите поведать, да, выходная мощность упадет , и станет не 30-40ватт, а всего 20ватт, для ваших чувствительных АС этого с головой достаточно, и при том это всего лишь номинальная мощность, пиковая(музыкальная) будет примерно раза в 3,5 больше, а в ваших АС в качестве "приемника этой мощности" она соответствует 200 ваттам, т.е. вполне себе ок.
Т.е. усилитель не выдаст больше, чем может обеспечить трансформатор, а это где то по расчетам 75 ватт на 1 канал, поэтому и трансформатор в 150 ватт, т.е. нужен трансформатор 220ВА . Меньше трансформатор можно использовать, если отдать диапазон снизу до 200Гц на сабвуфер.

[variator]

Garlik, сделайте часть работы своими силами. Разложите свои габаритные детали в разных вариантах, какая то мысль появится. Или, напротив, откажетесь от своей идеи, за то бесплатно.
Например, радиатор от Орбита -002, высота 55 мм. Дополнительная фиксация кондера - на совести заказчика.

[Garlik]

Примерно такую мощность трансформатора ( может ИБП ?) я себе и мыслил - где то 250-300 вт.

[Hennady]

Примерно такую мощность трансформатора.. я себе и мыслил - где то 250-300 вт.

на 4 канала - да.

может ИБП ?

можно.

---------- Сообщение добавлено 18:16 ---------- Предыдущее сообщение было 18:09 ----------

Дополнительная фиксация кондера

ближе чем на 1см к радиатору, я бы конденсатор не располагал бы.

[Garlik]

Вот картинка.

Радиатор будет разрезан вдоль на две части. Если удастся "положить" выходной конденсатор, а за ним и по питанию (но это уже на плате БП), то все входит по высоте без проблем. Если не удастся и конденсатор будет "стоять" как ранее и планировалось, то буду "углублять " дно примерно на 10 мм.
От проекта не могу отказаться, очень я упертый. Наверное это (часто) минус, иногда все же "плюс".
Решетка (она будет в качестве передней панели) очень нравится, в сочетании с приличным радиатором должно получиться (с точки зрения дизайна) не плохо.

Всем спасибо за участие!!!

[Hennady]

карантин значительно послаблен - выложу доработанную схемку:
убран стабилизатор со стороны питания...
R8 R13 снижены для увеличения тока через J4
постоянная времени R8C5 цепи увеличена в 4,3 раза
R12 подключен за затвор М2 и для затвора J2 шунтирован по переменному напряжению конденсатором С7
конденсатор коррекции С3 уменьшен до 51pF

в таком виде более жестко держит рабочую точку на выходе, параметры следующие:
усиление без ООС 109дБ (1кГц) и 90дБ ( 20кГц ),
искажения 1кГц 0,0003%, 20кГц 0,004% при входном амплитудном 2 вольта и на нагрузке 4Ома.



спектр искажений при максимальном входном амплитудном 3вольта на нагрузке 4Ома:


задержка на частоте 1кГц...20кГц 936ns, на частоте 200кГц 601ns

P.S. отредактировано 26.05.2020



более простой вариант:

заменить сборку J4 B1 на мосфет, т.е. можно будет подобать замену с меньшей входной емкостью (возможно BS170).
схема:

[Hennady]

вариант FURY с биполярным УН и выходом на мосфетах 1058/162

усиление без ООС 100дБ, полюс 9кГц
искажения при входном 2 вольт (амплитудные) с нагрузкой 4 ома на на частоте 20кГц 0,004%
задержка на частоте на частоте 100Гц - 670nS, на частоте 20кГц 600nS
усилитель устойчив.
коррекция hitroyia ( С256, С252R622 и L1R623)

схема:

[fagos]

вариант FURY с биполярным УН и выходом на мосфетах 1058/162

Ну, а почему от смещения отказался и в отсечку выходники загнал? Что это дает?

[Hennady]

Ну, а почему от смещения отказался и в отсечку выходники загнал?

полюс выше раза в 4 и скорость, да и начальный ток c замкнутыми затворами там 89mA. + контроль средней точки на выходе жестче, даже при снижении до 64 вольт - на выходе 32 вольта с меньшей погрешностью чем с вертикальными.

P.S. с вертикальными наверно совсем откажусь от связи по постоянному току с выхода, без этой связи они звучат чище и симулятор это подтверждает, т.е. контроль рабочей точки на выходе только на затворах.

[fagos]

Это в железе или в модели такой ток покоя? Чет подозрительно... Мой б\у экземпляр 1058 начинал открываться в районе 0,3В только. Не думаю, что у меня левый транзистор был.

[Hennady]

Это в железе или в модели такой ток покоя? Чет подозрительно... Мой б\у экземпляр 1058 начинал открываться в районе 0,3В только. Не думаю, что у меня левый транзистор был.

в модели, на плате естественно будет подстречник между затворами для выравнивания токов в каналах.

[Hennady]

вот и в железе решил попробовать преимущество биполярных транзисторов, для этого взял предыдущие платы , и для начала, перепаял один канал и сравнил со вторым по звучанию, достаточно было включить PAPIK и все.... и только что, закончил перепаивать второй канал.

что было выбрано для изменений см. вложение:


в результате схема приобрела следующий вид:


что изменилось? смотрим было/стало
усиление без ООС:


спектр искажений на нагрузке 4 ома с входным амплитудным напряжением 2вольта (20кГц)


Спектр искажений при входном напряжении 3 вольта амплитудное 1кГц:


P.S. сейчас работает два канала + саб .....
звучание ок...

[Hennady]

решил вопрос с поддержанием половины напряжения питания на выходе усилителя. Для этого инсталлировал интегратор, правда пришлось спаять навесным монтажем, потому как места на плате для него не было предусмотрено.
интегратор реализован на транзисторе Q77, управляющее напряжение непосредственно с выхода, управляющий сигнал поступает на транзистор Q78, влюченный как повторитель на сток Jfeta, постоянная времени небольшая , но это фактические значения, что сейчас.
Какие преимущества:
*стабильная рабочая точка, подбирается резистором R689 в эммитере Q77.
* в режиме ограничения сигнала при входном амплитудном напряжении 4вольта искажения уменьшились: в 3 раза вторая гармоника и в 2 раза 4-я ...
* увеличилась частота коррекции на входе вместо С283 680pF достаточно всего 100pF.
* остальные характеристики остались такими же, кроме увеличившихся запасов устойчивости по фазе и амплитуде.

схема:
ограничение при 4 вольтах вх и спектр выглядит вот так:

т.к. деталюшек хватило только на один канал, есть возможность сравнить канал с интегратором и без интегратора с ПОС c Jfet.

как и ожидалось основное различие в мощностях больше средней, с интегратором звук как бы плотнее особенно нижняя середина и четче на тарелочках,....

[belka]

Осталось совсем не много и Зинка должна получиться)

[fakel]

решил вопрос с поддержанием половины напряжения питания на выходе усилителя.

26 кОм в эмиттере никуда не годится. Точность поддержания никакая

Нижний М20 попробуй сделать управляемым по типу повторителя Тейлора - в коллектор Q72 резистор и с него через ОБ на затвор М20

А вообще зачем вся эта чехарда с интегратором? Чтобы охватить отдельной ООСью выходной конденсатор? Так сделай плавающую среднюю точку как в Заратустре и бери единой ОООСью по переменке сколько тебе надо - делителем, а по постоянке она сама 100% получится