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...

[Hennady]

Прежде всего надо Q12 на радиатор установить.

посмотрел для вк 240/9240 , 740 может удержать ток , как впрочем и 630-й , надо пробовать.

Не увидел разницы в симуляторе бс170/бц546, лучше в железе проверить измерениями ИМИ и Кг на ВЧ, это позже.

разница в стабильности рабочей точки на выходе ВК.

Это личные мои проблемы.

не совсем, надо усиление задавить, т.к. фазу разворачивает быстрее, чем падает усиление, когда усиление до 20дБ, тогда норм...

С1 установлен 470мк.

все равно много...

Все питание:

чуть позже посмотрю , одно сразу пишу - в качестве диодов примени Шоттки, теже SR510...

Вот это совсем не понял, наверное Q5+Q7 на питании ВК?

для Q5 нагрузку лучше обойти цепь смещения для вк, вот в него и должен упираться байпасс, Q7 да, питается с ВК.

---------- Сообщение добавлено 21:57 ---------- Предыдущее сообщение было 21:53 ----------

Не запоминал, но под 140дБ на НЧ с разорванной ОС. Заинтересовало.

интересно, но надо смотреть где полюс будет,

В данный момент, по итогам вечера стабилитрон в затворе Q6 поставил на 5.1В, получил на затворе Q1 2.15 В (так и было, на симуляции меньше, 2.05) а на стоке 2.25 В, то есть транзистор работает с напряжением Сток-Затвор = 100 мВ. Гармоники на 1 кГц не изменились. Так зачем нам терять лишний вольт .?!

посмотри еще раз внимательнее, затвор-сток Q6 не может быть 100mV...

[variator]

примени Шоттки,

Они и есть, 20А 100В ТО-220.

посмотри еще раз внимательнее, затвор-сток Q6 не может быть 100mV...

Написал измеренное напряжение. Лучше поставить, конечно, КС156 или 162. А если перейти на биполяры в каскоде - еще 1.5 Вольта наши.

470мк.
все равно много...

Пульсаций много.

нет кондера в интегрирующей цепи R2-R15

С конденсатором 1000 мк усь в режим не устанавливался. На средней точке +38 при питании +42. Вот это наверное много, на последней схеме увидел С251=10мкФ. А без него работает, ну конечно понятно, что ОС для выходного конденсатора не максимальной глубины. С другой стороны, я два электролита из схемы удалил, почему бы и нет?

[Hennady]

С конденсатором 1000 мк усь в режим не устанавливался.

)) конечно, с таким кондером время заряда будет много больше времени регулирования...

Вот это наверное много, на последней схеме увидел С251=10мкФ. А без него работает, ну конечно понятно, что ОС для выходного конденсатора не максимальной глубины. С другой стороны, я два электролита из схемы удалил, почему бы и нет?

его необходимо ставить, элекролит тут ни при чем, он под поляризующим напряжением и в слаботочной цепи...
без него глубина падает на 60дБ!!!!

---------- Сообщение добавлено 22:21 ---------- Предыдущее сообщение было 22:15 ----------

Написал измеренное напряжение. Лучше поставить, конечно, КС156 или 162. А если перейти на биполяры в каскоде - еще 1.5 Вольта наши.

это скорее всего напряжение затвор-исток.
Напряжение затвор-сток Q6 определяет максимальный размах напряжения УН... для 162 это будет почти 20вольт, для 156 - чуть больше....
посмотри внимательнее карту напряжений на схеме в моем посте.

[variator]

без него глубина падает на 60дБ!!!!

Не падает, иначе не было бы тысячных процента на НЧ.
По моему разумению без С251 Ку определяется R613+614/R547, и параллельно цепь ОС по переменному току 20к/...
Усиление без ОС никуда не делось.

)) конечно, с таким кондером время заряда будет много больше времени регулирования...

Ясно-понятно, только в симуляторе при разорванной ОС по переменке с 10мк АЧХ горизонтальна от 400 гц (валится вниз по частоте).

посмотри внимательнее карту напряжений на схеме в моем посте.

Так нет противоречий. Чуть-чуть непонятки. По последней var 23-02 для входного М19 на затворе 1.8, на стоке 4.1, Ус-з=2.3В. У меня 2.25-2.15=0.1. Я просто проверил работоспособность, заменил стабилитрон. 0.1 для мосфета мало, но работает. Да, надо больше. Со стабом на 6.2 вольта где то и будет больше 1 В.

Сообщение от variator
Не запоминал, но под 140дБ на НЧ с разорванной ОС. Заинтересовало.
интересно, но надо смотреть где полюс будет,

быстренько освежил память. С идеальным ИТ такие циферьки. Вот там каскодированный будет очень к месту .

[Hennady]

Не падает, иначе не было бы тысячных процента на НЧ.
По моему разумению без С251 Ку определяется R613+614/R547, и параллельно цепь ОС по переменному току 20к/...
Усиление без ОС никуда не делось.

это чтобы не спорить ))):



---------- Сообщение добавлено 23:04 ---------- Предыдущее сообщение было 22:56 ----------

быстренько освежил память

С6 необходимо сделать 10uF.

С идеальным ИТ такие циферьки. Вот там каскодированный будет очень к месту .

интересно, закаскодить ИТ не проблема , тогда и напряжение питания поднять следует... в общем надо пробовать...

---------- Сообщение добавлено 23:10 ---------- Предыдущее сообщение было 23:04 ----------

Ясно-понятно, только в симуляторе при разорванной ОС по переменке с 10мк АЧХ горизонтальна от 400 гц (валится вниз по частоте).

ее достаточно , на 20Гц - глубина получается 70дБ...

Offтопик:
этот усилитель все равно с низу надо будет чем то сабвуферным "подпереть", т.к. выходная мощность при 42 вольтах получается не более 10 ватт, но у него спектр четный, можно ожидать что звучать будет как ламповый )))

[variator]

это чтобы не спорить ))):

Не спора ради (ни к чему не приведет), просто для общих точек. На графике "нет конденсатора" чтобы увидеть Ку без ООС, нужно отвязать этот делитель от выхода УМ индуктивностью. В мультисиме гладкая ЧХ до ниже герца получается с Л=1МГн (мегагенри), бывает не получается и требует еще конденсатор на фараду и более. А так показано усиление Ку=540к/2.4к.
Я конечно же проверил с конденсатором С256 (у меня С6). ИНЧ колебания вверх-вниз средняя точка прыгает. Если в симуляторе сделать полосу анализа ниже герца, то его и видно, пик около 1Гц. Три конденсатора (С256, С250 и выходной) менял номиналы во все стороны, пик не убирается. Наверное это оно (причина возбуда).
Оставлю так.

[Hennady]

Не спора ради (ни к чему не приведет), просто для общих точек. На графике "нет конденсатора" чтобы увидеть Ку без ООС, нужно отвязать этот делитель от выхода УМ индуктивностью. В мультисиме гладкая ЧХ до ниже герца получается с Л=1МГн (мегагенри), бывает не получается и требует еще конденсатор на фараду и более. А так показано усиление Ку=540к/2.4к.

все верно, только в этом случае(отсутствии конденсатора) значительно уменьшается глубина ООС, охватывающая выходной и входной конденсатор, при его наличии, глубина максимальна.

[variator]

значительно уменьшается глубина ООС, охватывающая выходной и входной конденсатор,

Ну вот и договорились!!!

А без него работает, ну конечно понятно, что ОС для выходного конденсатора не максимальной глубины.

Забьем! Есть гвозди посерьезнее.
Подрихтовал основные номера деталей на своей схеме согласно F от 23-02. Интегрирующий конденсатор оставил завышенным, чтоб не мешал смотреть на полку до 10 герц.
Выключателем размыкаю/замыкаю ОС. Конденсаторы корректирующие отключены.

Подключаю С242 и С252.

ФЧХ меняет знак сильно раньше, чем АЧХ - в ноль. А надо наоборот. Ход мыслей правильный?
По особенностям мультисима - прибор "Плоттер Боде" вот именно так подключается, генератор на схеме должен быть, но не обязательно в цепи, рисует разницу усиления выход/вход в децибелах.

[Hennady]

ФЧХ меняет знак сильно раньше, чем АЧХ - в ноль. А надо наоборот. Ход мыслей правильный?

да, после введения ОООС.

R20 надо, чтобы обошел цепь смещения, т.е. подключить его в к коллектору Q10, номинал только увеличить, чтобы по току соответствовал....

и еще момент, напряжение питания увеличено до 51 вольта, а рабочая точка на выходе 23 вольта - это не корректно.

[variator]

R20 надо, чтобы обошел цепь смещения,

Это непонятно, но интересно. Попробую.

и еще момент, напряжение питания увеличено до 51 вольта, а рабочая точка на выходе 23 вольта - это не корректно.

Это нормально. Это транс с возможностью делать отводы. Это общее +57 на ха-ха (без нагрузки УМ, только ток покоя) и просадка до 50...51.5 при синусе на 3.8 ом +/-14 вольт. В средней точке измеренное +24.
Повысился ток через стабилитрон, на нем 5.22. На Сток-Затвор Q1(M19) 200мВ. Забей, все настраивается.
Что с коррекцией делать? С твоей (и включенной ОООС) даже не запускается анализ. С моей (двухполюсная "из книжки" + ППК) удавленное усиление и ФЧХ= +50грд на частоте единичного вот тот длинный хвост гармоник ( и это только на 1 кгц) и некрасивый меандр.

[Hennady]

С твоей (и включенной ОООС) даже не запускается анализ.

или более полный частотный анализ:


---------- Сообщение добавлено 22:59 ---------- Предыдущее сообщение было 19:54 ----------

вот получился такой вариант)):
максимальное входное 1,2 вольта, как впрочем и всех вариантов схем с питанием в 42 вольта
искажения ....десятитысячная - проверь при желании...

[Hennady]

приехали платки ))



пропримерял детальки, ок - в общем только собирать и тестировать, попутно делать корректировки по расположению и диаметру отверстий, более широким дорожкам и большим использование второй стороны, сейчас полный райдер, да и платы только тестовые...

[Hennady]

медленно, но пока так ... в процессе ))) :
по вот этому файлу

будут корректировки по деталям...

[Hennady]

катушки 3uH Hand Made ))

Offтопик:
прикольно так скрутить пару катушек в пятницу вечером )))

---------- Сообщение добавлено 29.02.2020 в 19:20 ---------- Предыдущее сообщение было 28.02.2020 в 21:49 ----------

рассчитал и купил таки радиаторы:
методика расчета:
Тепловое сопротивление на участке кристалл/радиатор IRF630 – 1.26 C/W
Тепловое сопротивление кристалл/радиатор IRF9630 – 1.7 C/W
Это означает что при одинаково выделяемой мощности усилителем прирост температуры кристалла IRF9630 будет в 1,35(на 35%) раза выше чем у IRF630…. поэтому в дальнейшем будем ориентироваться на его параметры.

Максимальная рабочая температура кристалла IRF630 - 175С
Максимальная рабочая температура кристалла IRF9630 - 150С

Определим техзадание на размер радиатора:
Радиатор должен обеспечивать максимальную температуру кристалла транзистора не более +150 °С при максимальной температуре внутри корпуса усилителя +40 °С и максимальной выходной мощности в 40ватт на 4Омах.
Получаем что максимальная температура радиатора не должна превышать 150-40*1,65*1,7= 38 градуса
Поправочный коэффициент на разницу температуры радиатора и внутри корпуса усилителя составит ~1,23
С учетом данной поправки тепловое сопротивление радиатора для одного транзистора ВК составит 1,7 /1,23=1,38С/W

Исходя из этого значения:
*Максимальное эффективное значение периметра сечения радиатора для одного транзистора ВК составит 750мм, для двух – это 750*2=1500мм
*Минимальное значение периметра сечения радиатора для одного транзистора ВК составит 180мм, для двух 360мм ,
среднее значение периметра получим (1500+360)/2=930мм

считаем выбранный радиатор 120мм+32мм*26+8мм*14=1064мм при высоте радиатора 70мм, его площадь составит 744кв. см.

допустимая температура перегрева при такой площади радиатора составит примерно 52 градуса (см. вложение), а у нас 38 градусов, т.е. на 14 градусов меньше, т.е. площадь должна быть на 37% больше, т.е. 744*1,37=1019кв.см., если смотреть на график во вложении то оно так и получается , но думаю в моем случае это не критично, т.к. я брал КПД в 65 %, если брать нагрузку в 6 Ом, что больше 4 Ом, мощность при этом естественно меньше, то укладываемся в нужный параметр :





для 6 омной нагрузки получаем допустимый максимальный перегрев 150-30*1,65*1,7= 65,85 градуса, а у нас для 30 ватт (6Ом) получается всего 40градусов (см. график выше) , т.е. ок.

т.е. юзать с таким радиатором необходимо усилитель на нагрузку 6-8 Ом.... для бОльшей мощности нужен бОльший радиатор...

[variator]

Пусть все получится... Спектры и меандр покажешь? Потом, когда все соберется.

[Hennady]

Пусть все получится... Спектры и меандр покажешь? Потом, когда все соберется.

Offтопик:
если у Wert будет время )))...

[variator]

Offтопик:
Хм, это несерьезно . У меня очень плохой комповый БП, большие помехи, но тем не менее кой-какие выводы по моим измерениям сделать можно. Сейчас я тыкаюсь по картинкам в поисковике, хочу формирователь меандра из синуса изобрести.
Импульс я заколхозил из опера с перегрузкой (несимметричный получился), там все плохо, выбросы в плюс и в минус. В симуляторе еще хуже. Как скорректировать правильно не пойму.

[fagos]

variator, посмотри вот тут)
https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1858137

[Hennady]

тадаам...))))

[Alex07]

Сейчас я тыкаюсь по картинкам в поисковике, хочу формирователь меандра из синуса изобрести.

Простой генератор прямоугольных импульсов для проверки усилителей собрал по такой схеме,может и Вам подойдет.