Технологичный УМ с улучшенными параметрами

[bukvarev]

Данный концепт сделан для высокоскоростного УМ с номинальной выходной мощностью 100 Вт и полосой полной мощности 2 МГц.
Это - не звуковой УМ, но идея, видимо, может быть использована и для УМЗЧ.

При проектировании я преследовал следующие цели:
1. Технологичность и отсутствие регулировки тока покоя при пром. производстве.
2. Улучшенный PSRR за счет отсутствия "термо" узла в высокоомной части усилителя (на выходе УН).
3. Простота реализации ограничения по напряжению затворов и току ВК (от последовательного датчика на выходе модуля). Этот узел на схеме не показан, чтобы ее не перегружать.

Схема:


Какие получаются дополнительные плюсы:
1. Транзисторы УН можно брать в неизолированных корпусах, и монтировать на общую пластину, с нормированной конструктивной емкостью "пластина-общий".
2. Транзисторы основной группы монтируются на двух брусьях без термопрокладок, что технологично.
3. Есть возможность реализации дополнительного параллельного канала за счет введения управления токами Q3 и Q4. Например, "супер А" или коррекция искажений вперед.

Основные недостатки:
1. Плохое использование напряжения питания.
2. Повышенная сложность.

Пояснения к схеме.
Q4 и Q4 - датчики температуры (и дополнительно нелинейные элементы, аналогичные Q13-Q18).
- Полевиков в ВК показано три пары для примера (у меня в конструкции их другое количество).
- В первом приближении R4-R7 имеют одинаковое сопротивление (порядка 300 Ом).
- При необходимости увеличения тока покоя при сохранении равенства R4-R7 в истоки Q2 и Q3 можно ставить дополнительные сопротивления.
- VD1-VD4 - ограничитель.
- VD5 предназначен для уменьшения омического сопротивления между эмиттерами Q11 и Q12.
- R1C1 и R2C2 формируют динамическую нагрузку, если необходимо использовать опцию динамического управления источниками тока I1 и I1. Если же этого не нужно, то R1 и R2 заменяются перемычками, C1 и C2 не устанавливаются, а источники тока I1 и I2 заменяются единственным резистором или источником тока, который в небольших пределах позволяет регулировать ток покоя ВК.
- Постоянная времени цепей С3R5 и C4R6 может быть небольшая, от 0,3 мкс.
- В моей конструкции Q5 и Q6 - не транзисторы, а ОУ в sot23-5 с обратной связью от R4 и R7.

[deemon]

У меня в прототипе жестко ограничено количество источников питания, и нет возможности сделать повышенное (раздельное) напряжение питания УН.
Поэтому для повышения линейности важным оказывается максимальное использование питания в УН, а термо ворует от этого ресурса порядка 7,5 В.

Так ведь , затворы выходных полевиков всё равно надо как-то открывать в покое , и между ними всё равно будет напряжение смещения , которое вычтется из размаха сигнала на выходе ... там хоть ставь термо , хоть не ставь - потери всё равно будут . Так что тут уж надо выбирать - или максимальное использование питания , или полевики на выходе ... точнее , полевики без вольтдобавки

Вольтдобавку, а тем более динамическое управление током тут поставить не получится, на ВЧ нужно делать все максимально "каскадно".

Но кстати , вольтдобавку на затворы можно брать не с выхода ( чтобы не влияла задержка на ВЧ ) , а с того же УН - через дополнительные маломощные повторители .

---------- Сообщение добавлено 15:28 ---------- Предыдущее сообщение было 15:22 ----------

ЗЫ. И еще момент.
По скорости отработки тока покоя от температуры, никакое решение с прокладками (а это минимум пять!!! дополнительных тепловых сопротивлений в тракте слежения) не сравнится с корпусом TO-220, размещенным на одной пластине с выходными транзисторами и закрепленным вместе с ними без изоляторов.

Кстати , это ведь тоже не факт - например , диод в маленьком стеклянном корпусе , установленный в отверстии радиатора на термопасте - всё равно будет быстрее реагировать , чем транзистор в корпусе TO-220 , потому что транзистор гораздо массивнее , а диод притом можно разместить гораздо ближе к источнику тепла ...

[fakel]

а с того же УН - через дополнительные маломощные повторители .

Все равно задержка будет. Тогда уж с этих же ЭП и питать затворы

[deemon]

Все равно задержка будет. Тогда уж с этих же ЭП и питать затворы

Да можно ещё проще сделать - при условии , что в усиливаемом сигнале нет постоянной составляющей . Просто взять и подать сигнал с УН на затворы ВК через 2 кондёра . Один кондёр на верхние полевики , другой на нижние , только и всего ... ну а на правой стороне кондёров установить резисторами нужное напряжение смещения - тогда такой каскад будет работать rail-to-rail , и без всякой дополнительной шняги

[bukvarev]

через дополнительные маломощные повторители

Это - не звуковой усилитель. Тут все по другому.

Кстати , это ведь тоже не факт

Факт. У ТО-220 тепловое сопротивление "фланец-коллектор" ниже, чем у стеклянного диода. А площадь теплового контакта значительно выше.
Транзисторы размещены группами на толстых пластинах, которые уже через термопрокладку (их всего две, и они большой площади) соединяются с заземленным радиатором.
Даже если регулировать, потребуется как минимум два термодиода. И весь этот термоузел потребует еще транзисторов.
И что мы поимеем в итоге? То же усложнение, только с худшими параметрами, и более геморное в плане конструктива.

У меня только динамически рассеиваемая на Cpd выходных транзисторов мощность - 25 Вт. Нужна соответствующая реакция термоузла, и качество.
Так что предложенное решение однозначно лучше.

Просто взять и подать сигнал с УН на затворы ВК через 2 кондёра .

У меня пиковый ток затворов - 150 мА.
Прикиньте параметры УН.

[deemon]

Это - не звуковой усилитель. Тут все по другому.

Там что , есть постоянная составляющая ? Если нет - 2 кондёра ( пост 45 в теме ) элементарно решают вопрос использования питания , да и остальное тоже

Транзисторы размещены группами на толстых пластинах, которые уже через термопрокладку соединяются с заземленным радиатором.
Даже если регулировать, потребуется как минимум два термодиода. И весь этот термоузел потребует еще транзисторов.
И что мы поимеем в итоге? То же усложнение, только с худшими параметрами, и более геморное в плане конструктива.
Так что предложенное решение однозначно лучше.

Ну я в классе А именно вот так и делал - 2 медные пластины , посаженные через изоляцию ( слюду ) на заземлённый радиатор ... так надо заметить , что по сравнению с всем этим "геморроем" с пластинами - просверлить ещё 2 отверстия для диодов-термодатчиков , это просто мизер , почти ничего не стоит . Зато получается идеальный термоконтроль . И это на биполярах - с полевиками должно быть проще , из-за меньшей их зависимости от температуры ...

P.S. А почему , кстати , предложенное тут решение не лучше того , про что я говорю - дело в том , что в том решении все транзисторы работают на частоте сигнала ( а он , как было написано - 2 мгц ) ... ну а тот узел стабилизации температуры , про который говорю я - должен работать на постоянном токе . Даже если по деталям выйдет паритет - всё равно , в настройке и в работе оно будет стабильнее , при прочих равных условиях ...

---------- Сообщение добавлено 16:12 ---------- Предыдущее сообщение было 16:02 ----------

У меня пиковый ток затворов - 150 мА.
Прикиньте параметры УН.

Ну я имел в виду , разумеется , УН + параллельный повторитель . У вас же в схеме стоит параллельный повторитель , который даёт сигнал на затворы ... только в вашей схеме эмиттеры повторителя "раздвинуты" так , чтобы дать на затворы смещение . Это , конечно же , не только усложняет схему , но и вызывает потери в напряжении сигнала - не позволяет использовать 100% питания . А я бы сделал по-другому - повторитель бы сделал обычный , и прямо с него подал бы сигнал на полевики , но через 2 конденсатора - один для верхних полевиков , другой для нижних - так что напряжение смещения образовалось бы благодаря резисторным делителям справа от кондёров . Если в сигнале постоянной составляющей нет - так можно делать , ведь затворы не потребляют постоянный ток , ну а ток сигнала пойдёт через кондёры , понятное дело ... А термоузел стабилизации смещения ( если он нужен ) - в таком варианте будет просто двухполюсником , включенным между затворами и зашунтированным по ВЧ кондёрами - так что он будет только регулировать постоянное напряжение смещения , сигнал же в него вовсе не будет заходить .

[mellowman]

Ну я в классе А именно вот так и делал - 2 медные пластины , посаженные через изоляцию ( слюду ) на заземлённый радиатор ... так надо заметить , что по сравнению с всем этим "геморроем" с пластинами - просверлить ещё 2 отверстия для диодов-термодатчиков , это просто мизер , почти ничего не стоит .

Я делал это в макете, лютый геморрой, а уж в серии только как шутка на 1 апреля сгодится.

[deemon]

Я делал это в макете, лютый геморрой, а уж в серии только как шутка на 1 апреля сгодится.

Да уж , не без того ... Но как бы там ни было , у такого решения есть и свои плюсы - кроме хорошей тепловой связи между транзисторами и радиатором , эти пластины дают и хорошую электрическую связь - позволяют ставить транзисторы без прокладок , и притом резко уменьшают паразитную индуктивность в коллекторных цепях ( одновременно образуя блокировочную ёмкость шин питания на землю , через изоляцию ) . Я так делал из-за теплоотвода ( у меня же там было 150 ватт в чистом классе А ) , а у топикстартера , надо полагать , ещё и сказывается необходимость усиливать довольно-таки высокие частоты в классе АВ ...

[bukvarev]

что в том решении все транзисторы работают на частоте сигнала

На частоте сигнала у меня работают только Q7 и Q10 (если нет ограничения). Но его никогда нет. Диоды D1-D4 нарисованы для "аудио" варианта.
Если делать "для звука", с коррекцией, тогда да, можно дать возможность и Q3-Q6 поработать в звуковом диапазоне.

не позволяет использовать 100% питания

Категорически нельзя использовать 100% напряжения питания!
На с/и полевиков должно оставаться не менее 5 В. А лучше - 7..10 В.

А я бы сделал по-другому - повторитель бы сделал обычный , и прямо с него подал бы сигнал на полевики , но через 2 конденсатора - один для верхних полевиков , другой для нижних - так что напряжение смещения образовалось бы благодаря резисторным делителям справа от кондёров .

Нет воспроизведения от постоянного тока.

А вот замена источников тока на резисторы на ВЧ может дать преимущество за счет меньшей емкости.
Это решение (вынос источника смещения в затворы и введение конденсаторов) я тоже в итоге отбросил. Там был обычный двухтактный повторитель и более мощный УН.

[deemon]

Категорически нельзя использовать 100% напряжения питания!
На с/и полевиков должно оставаться не менее 5 В. А лучше - 7..10 В.

Тогда нафиг нужны такие полевики - биполяры тогда использовать надо ....

Нет воспроизведения от постоянного тока.

Какого воспроизведения ? В смысле , в сигнале нет постоянки ? Так это же как раз и хорошо - сильно упрощает дело , что я и говорил выше ...

[bukvarev]

Есть постоянка.
Опять же, если для звука - точно есть.
Я поэтому и не стал рисковать, отвязываться от постоянки в аппарате. Сделал гальваническую межкаскадную связь.

[deemon]

Я поэтому и не стал рисковать, отвязываться от постоянки в аппарате. Сделал гальваническую межкаскадную связь.

Но тут фокус в том , что можно середину делителей смещения - подключить к выходу параллельного повторителя . Тогда получится , что постоянка с предвыхода спокойно будет поступать на затворы выхода , только немного ослабленной по уровню - но этого в любом случае хватит , чтобы замкнуть петлю ООС и усиливать постоянную составляющую . Единственное отличие такого усилителя от обычного УПТ - постоянка не должна достигать максимального размаха , так как она будет ограничиваться раньше , как раз на величину этого смещения . Но для музыки , понятное дело - это ограничение совершенно не важно , да и для всяких гидроакустических приложений - конечно , тоже .

---------- Сообщение добавлено 18:06 ---------- Предыдущее сообщение было 17:56 ----------

Я собственно вот это имею в виду - примитивно ведь , совершенно очевидное решение ...

[bukvarev]

Я собственно вот это имею в виду - примитивно ведь , совершенно очевидное решение ...

Так делаю.. и снова возвращаюсь к вопросу термо, диоды - прокладки - проводочки - регулировка. Все то, от чего изначально ушел.
При этом в том треугольничке на схеме тоже будут элементы термокомпенсации, эмиттерные резисторы. Если все разрисовать, то не намного проще.

[deemon]

Так делаю.. и снова возвращаюсь к вопросу термо, диоды - прокладки - проводочки - регулировка. Все то, от чего изначально ушел.
При этом в том треугольничке на схеме тоже будут элементы термокомпенсации, эмиттерные резисторы. Если все разрисовать, то не намного проще.

Так не надо ещё забывать и про такой момент - в исходном варианте термодатчик сидел бы на входных базах параллельного повторителя ( или дарлингтона ) , а в схеме с кондёрами - он сидит уже на затворах выходников ( что равносильно выходу повторителя ) . Внутреннее сопротивление схемы в этих точках намного меньше , и влияние тех жалких пикофарад между термодатчиком и радиатором уже совсем мизерное ... ну а если сделать ещё один очевидный ход - отделить этот датчик от затворов парой резисторов - то влияние и вовсе станет практически нулевое . В общем , оно кому что нравится , дело вкуса ... но если мне вдруг надо было бы сделать такой усилитель - я бы сразу собрал этот вариант , да и забыл бы про эти "проблемы" навсегда

[bukvarev]

в исходном варианте термодатчик сидел бы на входных базах параллельного повторителя

Нет, он изначально находится в низкоимпедансной точке, на эмиттерах первых транзисторов параллельника.

я бы сразу собрал этот вариант , да и забыл бы про эти "проблемы" навсегда

Ну так я тоже сделал, только другой вариант, и тоже забыл про "проблемы".
И поделился решением. Понравится кому - попробует. Не понравится - не станет делать.

[deemon]

Нет, он изначально находится в низкоимпедансной точке, на эмиттерах первых транзисторов параллельника.

Ну да , так лучше , чем на базах , но если пересадить его на эмиттеры выходных транзисторов параллельника - то будет ещё лучше , притом намного ...

Ну так я тоже сделал, только другой вариант, и тоже забыл про "проблемы".
И поделился решением. Понравится кому - попробует. Не понравится - не станет делать.

Конечно , ведь в сущности это всё дело вкуса ... все решения хороши , при условии , чтобы работало нормально

[bukvarev]

но если пересадить его на эмиттеры выходных транзисторов параллельника - то будет ещё лучше , притом намного ...

Вот специально не поленился, посмотрел (правда, в симуляторе, потому что сижу в отпуске в деревне).
Если взять параллельник и заменить в моей схеме Q3Q5Q7 Q4Q6Q10 на идеальные источники тока, то разница практически неотличима (+- несколько дБ).
Основной вклад в PSRR здесь формируется за счет емкостей мощных биполяров и емкостей выходных FET, поэтому установка цепи смещения непосредственно в затворы выходных FET (на эмиттеры выходных транзисторов параллельника) практически ничего не улучшит, тем более "намного".

Для того же, чтобы еще улучшить PSRR, во всех решениях нужно отделять УН от параллельника, а параллельник - от FET LC фильтрами. Но и в этом случае расположить термодатчик будет выгоднее в более чистом от помех месте.

[deemon]

Вот специально не поленился, посмотрел (правда, в симуляторе, потому что сижу в отпуске в деревне).
Если взять параллельник и заменить в моей схеме Q3Q5Q7 Q4Q6Q10 на идеальные источники тока, то разница практически неотличима (+- несколько дБ).
Основной вклад в PSRR здесь формируется за счет емкостей мощных биполяров и емкостей выходных FET, поэтому установка цепи смещения непосредственно в затворы выходных FET (на эмиттеры выходных транзисторов параллельника) практически ничего не улучшит, тем более "намного".

Для того же, чтобы еще улучшить PSRR, во всех решениях нужно отделять УН от параллельника, а параллельник - от FET LC фильтрами. Но и в этом случае расположить термодатчик будет выгоднее в более чистом от помех месте.

Хм , но тут у вас совсем уже абсурд получается ... вы же сначала так объясняли цель проекта , в начале темы :

При проектировании я преследовал следующие цели:
1. Технологичность и отсутствие регулировки тока покоя при пром. производстве.
2. Улучшенный PSRR за счет отсутствия "термо" узла в высокоомной части усилителя (на выходе УН).
3. Простота реализации ограничения по напряжению затворов и току ВК (от последовательного датчика на выходе модуля). Этот узел на схеме не показан, чтобы ее не перегружать.

Тут вроде бы логично - в смысле , пункт 2 - желание избавиться от термодатчика на выходе УН ... оно конечно , лечится и просто фольгой - но предположим , вы фольгу применять не хотите , ну пусть так .

Но тут вы говорите , что согласно симулятору - даже перенос датчика температуры на ВЫХОД повторителя ( затворы полевиков ) дескать ничего не улучшает ... а тогда ( если оно так ) - в чём смысл всего этого действа , в смысле темы ? Сказать , что смысл в том , чтобы убрать датчик совсем - ну так вы тут же утверждаете , что основной вклад в помехи дают биполяры повторителя и полевики выхода , так что влияние источников тока повторителя - уже мизерное . Но тут же в теме раньше - вы говорили , что вклад 10 пикофарад ёмкости датчика ( если он на входе повторителя ) - это уже много .... но тогда почему гипотетический перенос его ближе к выходу усилителя ничего не должен улучшить ??? ... в общем , наблюдается тут какая-то совершенная путаница и "разруха в голове"

[bukvarev]

наблюдается тут какая-то совершенная путаница и "разруха в голове"

Спасибо на добром слове.

1. Цели проекта заявлены и выполнены. 10 пФ со входа параллельника были убраны изначально. Посмотрите схему в шапке.
2. Вы предложили свой вариант, написав, что он, дескать, проще и лучше. Смысл предложения - выполнить источник смещения традиционно и перенести его еще дальше, на выход параллельника (или как вариант, на выход простого повторителя, убрав параллельник).
3. Я эту идею проверил и убедился, что по сравнению с моей схемой плюсов по PSRR на ВЧ она не дает. По сложности она чуть проще, а вот ее технологичность ниже.
4. Изложил причины, почему так произошло (потому что влияние датчиков пренебрежимо мало в обоих случаях, а основной вклад в PSRR на ВЧ вносят емкости транзисторов в повторителях) и в принципе что можно сделать, чтобы дополнительно улучшить PSRR схемы в области ВЧ.

Так что все просто и прозрачно.

[wert]

Евгений!
Можно подробнее об измерении PSRR вашего ВК в зависимости от температуры.
Почему PSRR v t, а не другие параметры?

[bukvarev]

? Ток покоя от температуры, а не PSRR.