Симметричная топология Холтона На биполярах, биполярно-мосфетный гибрид

[nikolayms]

Вот отсюда #1628 прикручиваем лампу в первом ДК.
Nik87_V2_250W.rar - Файлы ПП, Замеров услителя Николай87
Пост 386 - актуальная схема.
С поста #33 начинается обсуждение "гибрида"
, это схема с параллельными каскадами биполярных и полевых транзисторов. Отсюда и название.
Особого внимания достойна схема Павла (Mepavel): пост #302 и пост #290
К подобному решению выходного каскада прибегает Кжиштоф Ясински в журнале Радиохобби 2 номер 2002 год, стр.13. Только он использует схему Шиклаи в выходном каскаде.

[nikolayms]

одного тона с частотой 10кГц

1 кГц почему не используем? Сомневаюсь, что кому-то пригодится искажения свыше 10 кГц, эти гармоники человек не слышит.

---------- Добавлено в 23:10 ---------- Предыдущее сообщение в 23:05 ----------

Это было определено экспериментально?

это микрокаповская симуляция

---------- Добавлено в 23:14 ---------- Предыдущее сообщение в 23:10 ----------

Толку от него совсем нету, когда суммарная индуктивность контура в десятки и сотни раз больше его собственной.

Ничего не могу об этом сказать, предпочитаю доверять лабораторно проверенным данным, но, пока ими не располагаю. На плате стоит 470 мкФ + 68 мкФ низкоимпедансники возле мощников.

[Mepavel]

Ёмкости по 10 пФ тоже, как видно, можно уменьшать.

Вот их как раз нельзя уменьшать. Ёмкость коррекции должна быть больше ёмкости коллекторного перехода транзистора. Иначе коррекция будет зависеть от выходного напряжения (возможны подвозбуды). Тем более в Вашей модели ещё не учтены паразитные индуктивности. Так что коррекцию надо делать с запасом. Смысл в том, что надо разогнать усиление, но при этом не потерять устойчивость.

---------- Добавлено в 20:24 ---------- Предыдущее сообщение в 20:21 ----------

1 кГц почему не используем?

Используем, просто не хотелось сразу кучу картинок выкладывать (на 1 кГц ситуация не сильно лучше).

это микрокаповская симуляция

Это симуляция идеальной схемы. В такой модели всё может работать и без коррекции. Поэтому желательно смотреть на граничную частоту петлевого усиления Fгр. В исходной схеме она была в районе 100-200 кГц. Если сделать хорошую плату (монтаж), и учитывая, что на выходе используются быстродействующие транзисторы, то можно довести Fгр до 1-2 МГц. При этом снизив искажения более чем в 10 раз.

[nikolayms]

Поэтому желательно смотреть на граничную частоту петлевого усиления Fгр

т.е. - размыкаем ос, смотрим усиление от частоты?
с разомкнутой - не пойму, что смотреть
с замкнутой

[Mepavel]

т.е. - размыкаем ос, смотрим усиление от частоты?

Нет, вывод общей ООС надо оторвать от выхода и подать туда сигнал v(IN). Фаза и амплитуда отношения v(OUT)/v(IN) - есть АЧХ и ФЧХ петлевого усиления. Только есть один нюанс. Нужно задать режим по постоянному току (установить нужное напряжение на выходе, например 0). А то получится АЧХ и ФЧХ в режиме ограничения, как у Вас. Сейчас пример прикреплю. Красным показано что надо изменить. Далее с помощью оптимизатора выставить нужное напряжение на выходе в режиме Dynamic DC.
P.S. Видно что глубина ОС ничтожна даже на 1 кГц, всего лишь 46 дБ (оптимально 60-65 дБ).

[nikolayms]

То есть, подать один и тот же сигнал на прямой и инвертирующий вход?

[Mepavel]

То есть, подать один и тот же сигнал на прямой и инвертирующий вход?

Прямой заземлить.

[nikolayms]

C 18 пФ единичное усиление на 500 кГц, а с 2 пФ немного больше мегагерца... И что дальше?

---------- Добавлено в 01:14 ---------- Предыдущее сообщение в 01:10 ----------

Что повышается быстродействие и уменьшаются искажения - понятно, добиться устойчивости, или схема "в железе" будет устойчива и без этой ёмкости в ООС с второго ДК?

[Mepavel]

или схема "в железе" будет устойчива и без этой ёмкости в ООС с второго ДК?

Да, именно.

[nikolayms]

пощупаю

[Mepavel]

nikolayms, попробовал раскрыть потенциал полевых транзисторов. Честно говоря, получил результат в симуляторе даже лучше, чем планировал. Причём коррекцию делал с большим запасом, так что при хорошей печатной плате можно даже чуть отпустить.
Схемка такая получилась:

Удалось увеличить глубину ООС на НЧ на 30 дБ, и снизить частоту первого полюса до 54 Гц. График петлевого усиления:

Запас по фазе получился очень большой порядка 90 град.
Гармоники на 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц соответственно:

Т.е. на 100 Гц КНИ в районе 0,0001%, на 1 kHz 0,001% и на 10 кГц менее 0,005% (в звуковой полосе).
При этом усилитель обладает достаточно приличной скоростью нарастания (порядка 50В/мкс). Вот меандр на 10 кГц:

P.S. В общем идея мне очень понравилась.

[nikolayms]

Цитата Сообщение от Mepavel Посмотреть сообщение
Толку от него совсем нету, когда суммарная индуктивность контура в десятки и сотни раз больше его собственной.
Ничего не могу об этом сказать, предпочитаю доверять лабораторно проверенным данным, но, пока ими не располагаю. На плате стоит 470 мкФ + 68 мкФ низкоимпедансники возле мощников.

плёнка стоит 0,47 еще

---------- Добавлено в 12:03 ---------- Предыдущее сообщение в 11:48 ----------

Mepavel, X12 X13 - тоже выходной каскад. Его нужно питать вместе с биполярниками от мощного источника, полевики лучше проработают клипп при превышении входного напряжения ВК. Повышенного напряжения хватит на 8 вольт выше выходного, учитывая просадку напряжения под нагрузкой. Биполярники "переворачиваются" при превышении входного напряжения выше потенциала коллектора. Т.е. эмиттер меняются местами с коллектором, а нагрузочная способность и h21 разная и происходит пробой. Это известные данные.

[Vjumajlo]

получил результат в симуляторе даже лучше, чем планировал.

Mepavel, с твоего позволения я немного покрутил предложенную модельку. Очень даже недурственно.
Это с небольшими доделками как бы уже просится в железо.
Но, как Николай заметил, теряется идея - полевики фактически превращаются в мощный драйвер для биполяров, и только.

[Mepavel]

Mepavel, X12 X13 - тоже выходной каскад. Его нужно питать вместе с биполярниками от мощного источника, полевики лучше проработают клипп при превышении входного напряжения ВК.

nikolayms, я снизил нагрузку для X12 X13. Не согласен - это всё же предвыходной каскад, потому как через оконечный каскад течёт ток в 30 раз больший.
А почему запитал полевые транзисторы от высоковольтного источника - это необходимое условие устойчивости усилителя, поскольку у полевых транзисторов (особенно DMOS-ключей) при уменьшении Uси сильно возрастает входная, проходная и выходная ёмкости. Из-за этого при больших выходных напряжениях сильно изменяется АЧХ и ФЧХ петлевого усиления и явно не в лучшую сторону.

Биполярники "переворачиваются" при превышении входного напряжения выше потенциала коллектора. Т.е. эмиттер меняются местами с коллектором, а нагрузочная способность и h21 разная и происходит пробой. Это известные данные.

Разумеется дабы не усложнять схему, не стал приводить ограничительные стабилитрон и диод Шоттки.

Offтопик:
Маленькое уточнение, биполярные транзисторы в этом случае сгорят при превышении тока базы в 1,5А (для 5200/1943). h21 тут не причём. Но мы и этого, разумеется недопустим!..

---------- Добавлено в 15:06 ---------- Предыдущее сообщение в 14:59 ----------

Mepavel, с твоего позволения я немного покрутил предложенную модельку. Очень даже недурственно.
Это с небольшими доделками как бы уже просится в железо.

Мне тоже идея понравилась. Сразу чувствуется превосходство схемы над микросхемами LM3886 и LME49810.

Но, как Николай заметил, теряется идея - полевики фактически превращаются в мощный драйвер для биполяров, и только.

А по-моему идея не сильно теряется, из-за того что стоки полевых транзисторов посажены на другой источник питания. Быстродействие и, следовательно, качество звучания для современного усилителя я ставлю на первое место.

[25602]

Бесполезная вещь, только ухудшит переходные характеристики.

Да ну?

[Mepavel]

Да ну?

Спорим?

[25602]

Зачем, я и так знаю что она ничего не ухудшит, а вот поможет снизить КНИ легко.

[nikolayms]

при уменьшении Uси сильно возрастает входная, проходная и выходная ёмкости.

Оно итак меняется постоянно. Или что имеется ввиду? Что ёмкость будет больше при питании 33 и меньше при 45?

---------- Добавлено в 19:53 ---------- Предыдущее сообщение в 19:48 ----------

Offтопик:

в этом случае сгорят при превышении тока базы в 1,5А (для 5200/1943). h21 тут не причём. Но мы и этого, разумеется недопустим!..

Однажды, я перепутал у кремниевого транзистора коллектор и эмиттер, в ключевом режиме. Все работало. h21 другой, в таком случае. И этот случай и происходит, если подать на базу выходного каскада, напряжение выше потенциала коллектора. Вот про что написано было выше.

[Mepavel]

Зачем, я и так знаю что она ничего не ухудшит, а вот поможет снизить КНИ легко.

Да никто не против, покажите это хотя бы на модели в MC. Сравним переходные характеристики и запас по фазе на АЧХ и ФЧХ петлевого усиления.

---------- Добавлено в 17:32 ---------- Предыдущее сообщение в 17:23 ----------

Или что имеется ввиду? Что ёмкость будет больше при питании 33 и меньше при 45?

Имеется ввиду, что при приближении U_СИ (V_DS) к 0 эти три ёмкости резко (нелинейно) возрастают (см. в даташите вольт-фарадные характеристики. Физика полупроводниковых приборов думаю Вас не очень интересует). Мало того, что это приведёт к существенному фазовому набегу, так ещё и к возможному выполнению условий ёмкостной трёхточки. Другими словами быстродействующий DMOST может сам по себе засвистеть (поэтому в затворах ПТ стоят столь большие "противовозбудные" сопротивления).

Однажды, я перепутал у кремниевого транзистора коллектор и эмиттер, в ключевом режиме. Все работало. h21 другой, в таком случае. И этот случай и происходит, если подать на базу выходного каскада, напряжение выше потенциала коллектора. Вот про что написано было выше.

Offтопик:
nikolayms, давайте не будем пользоваться неправильной терминологией - типа h21. Есть два статических коэффициента передачи по току для БТ, включённого по схеме с ОЭ: интегральный (B) и дифференциальный (Beta или h_FE)

Сразу могу Вас успокоить - не сгорят 1943/5200, если им в базу подать не более 1,5А в любом режиме (см. даташит). Но, ещё раз, повторюсь ключевого режима в любом случае для транзисторов ВК надо избегать. В скором времени приведу схему с ограничителями.

[nikolayms]

Понятно, значит, ничего не меняется, если полевики по прежнему будут работать в режиме "А". Блок питания на 100-200 мА организовать - не проблема. И смысла параллельности не убавится. Но только току нужно под 100 мА для 510/9510

---------- Добавлено в 21:35 ---------- Предыдущее сообщение в 21:27 ----------

Каскод во втором ДК несколько раз обсуждать начинали и в ветке холтона и здесь тоже было. Но откидывали из за увеличенного усиления без ООС и, как следствие - меньшей устойчивости. Перегрузок первого ДК или что-то в этом роде. Как насчёт всех этих моментов, Mepavel, 25602?

[Mepavel]

Но только току нужно под 100 мА для 510/9510

Слишком сильно греть их не надо, если на искажениях это никак не отражается. К слову, пора бы задумываться о теплопроводной керамике.

Offтопик:
Проводил измерения теплового сопротивления номаконовских плёнок для корпуса TO-220 и результат показался мне слишком удручающим, и этом при том, что транзистор прижимал двумя винтами посредством планки к идеальной поверхности. На 5-ти ваттах перепад температуры составил 35 гр.

---------- Добавлено в 18:45 ---------- Предыдущее сообщение в 18:39 ----------

Но откидывали из за увеличенного усиления без ООС и, как следствие - меньшей устойчивости.

Зачем тогда коррекция? Каскод разгоняет усиление в основном на ЗЧ. А на устойчивость наоборот положительно влияет. Снижается эффект Миллера.

---------- Добавлено в 18:46 ---------- Предыдущее сообщение в 18:45 ----------

Перегрузок первого ДК или что-то в этом роде. Как насчёт всех этих моментов, Mepavel, 25602?

У входного ДК достаточно большие эмиттерные резисторы (относительно коллекторной нагрузки). Перегрузочная способность очень высокая (см. меандр на 10 кГц) и скорость нарастания. А вот если добавить туда индуктивность коррекции, тогда всё сойдёт на нет. Или номинал этой индуктивности придётся выбрать таким, что выигрыша по КНИ практически не будет.