Усилитель 16 Вт на трёх транзисторах

[теоретизирующий практик]

Класс А, 16 Вт, три транзистора.

Параметры усилителя при включении в качестве нагрузки резистора: Сопротивление нагрузки - 4 Ома; Выходная мощность до наступления ограничения сигнала — 16 Вт; Напряжение питания - 14 В; Потребляемый ток - 3А. Диапазон воспроизводимых частот не менее 20 Гц (-2дБ) — 20 кГц (0 дБ), реально АЧХ линейна при максимальной мощности до частоты не менее 70 кГц (граница имеющегося генератора НЧ). Входное сопротивление — 1 кОм. Входное напряжение — 0,85 В. КНИ не измерялся, но мне так представляется - очень маленький. Выходное сопротивление до разделительного выходного конденсатора — маленькое (расчётное ниже 0,001 Ом. С учётом замечания пост #191, корректнее написать ниже 0,004 Ома ). Глубина ООС — не менее 60 дБ в диапазоне частот 20 — 20000 Гц. Отношение сигнал/шум — 100 дБ (без взвешивающего фильтра).

На схеме приведены переменные напряжения в характерных точках при выходном напряжении усилителя 6,4 В. Ошибка в отношении сигнал/шум непредсказуема, т. к. в применённом милливольтметре В3-39 на диапазоне 1мВ значение 0,05мВ находится уже не в рабочей части шкалы.

Усилитель собран в макетном варианте из того что было под рукой. Выходной транзистор — из неисправной материнской платы ПК. Транзисторы Т1 и Т2 импульсные СВЧ. Работоспособность проверена на устойчивость при отключении и коротком замыкании на входе и выходе. Все манипуляции с включением — отключением нагрузки производились при выключенном питании (приберёг ограничительный стабилитрон). При КЗ на выходе и наличии входного сигнала потребляемый от источника питания ток увеличивался до перегорания 5А предохранителя в цепи питания между ИП и усилителем. После устранения КЗ и замены предохранителя работоспособность усилителя восстанавливается. Блок питания при испытаниях - стабилизированный, напряжение пульсаций 3 мВ эфф. Цепь R6 — C5 оставлена по инерции, на всякий случай, после того, как усилитель пришлось «усмирять» во время попыток «улучшения». ПО ВОЗМОЖНОСТИ, НИЧЕГО УЛУЧШАТЬ НЕ ТРЕБУЕТСЯ. При повторении можно по выбору убрать либо R6-C5, либо R9-C7. Ну а я на всякий пожарный оставил обе цепочки.

Дроссель намотан на витом сердечнике ШЛ 25х40 (окно 45х16). При сборке дросселя устанавливается немагнитный зазор толщиной 0,5 мм. Обмотка содержит 220 витков провода ПЭЛ Ф 1,18мм (виток к витку до заполнения каркаса). Индуктивность при токе подмагничивания 3А — 0,04 Г, активное сопротивление обмотки — 0,7 Ом. Конечно, для усилителя на 16 Вт размер дросселя может показаться великоватым (75х75х85), но и не больше, чем размеры теплоотвода под выходной транзистор на расчётные 36Вт.

Добавлено 03.09.2012г. В последнее время отношение к размеру индукивности чуть изменилось, сегодня я рекомендую индуктивность порядка 0,1 Г. Это снизит возможность появление нелинейности перемагничивания железа на НЧ, и сведёт нелинейностьть АЧХ почти к нулю.

С уважением, Анатолий Шувалов.

P.S. Стабилитрон, с требуемыми параметрами 24V, 3A в наличии отсутствовал, так что извините за обман с тремя транзисторами, пришлось ещё добавить в эквивалент мощного стабилитрона.

Добавлено 08.09.2012.г. В связи с имеющимися желаюшими повторить конструкцию, для начинающих привожу эквивалент мощного стабилитрона на 24В.

Добавлено 16.10.213г. Пост #257. Схема и печатка на 30 Вт от энтузиаста и сторонника экстремальных решений. .

[stan marsh]

Кстати, для макета и прикидок можно применить и унифицированные дроссели. Да и ТН сгодится, лучше с первичкой 127/220. Включить всю в послед.

[PA-qa7]

1) ТН60 и 61 в БП пойдут (по штуке на канал), ТН59 - для макета, если только не любите "погорячее"
2) Из унифицированных дросселей для макета сойдут Д169 и 271 по два последовательно, дабы не убежать из режимов транзисторов (Rдросселя не более 1 Ом), чтоб потом заново не налаживать режимы с настоящим дросселем.
3) Про 0.24Гн меня легко проверить: ваш 3-х фазник по 590 витков, разберите чтоб прокладку вставить и померьте с ней индуктивность получившегося. От прокладки кстати очень сильно будет зависеть конечная индуктивность дросселя. Главное без фанатизма (насыщения)
4) Чтоб чего-то успеть послушать на каком-нибудь готовом трансформаторе для дросселя надо, чтобы обмотка была хотя бы 0.9мм диаметром, при токе порядка 3А.

[tormoz]

Вопрос к автору, чем обусловлен выбор таких типов биполярных транзисторов? Были ли эксперименты с их заменой. Стоит ли заморачиваться с "желтыми" корпусами или все равно. И последний вопрос, есть ли ПП для усилителя.

[pavday]

PA-qa7)))...доброго дня! инструментальные измерения проводили?КНИ...выходное сопротивление...спектр...с такой большой емкостью в питании КЗ нет?...или у Вас плавное включение...с уважением....

[PA-qa7]

PA-qa7)))...доброго дня! инструментальные измерения проводили?КНИ...выходное сопротивление...спектр...с такой большой емкостью в питании КЗ нет?...или у Вас плавное включение...с уважением....

Доброго! Что Вы, что Вы, я не такой - я только мотаю, паяю и слушаю (хотя ЗГ, осциллограф, LC-метр и кучка мили, микро- ампервольтметров есть).
Большие емкости вообще не беспокоят, при настройке за час бывало по 10 раз сеть ВКЛ/ВЫКЛ в любое время суток и года.

[теоретизирующий практик]

Вопрос к автору, чем обусловлен выбор таких типов биполярных транзисторов?

При выборе схемы с глубокой ООС первый пункт - обеспечение способа обеспечения устойчивости усилителя. Принята как наиболее простая - однополюсная коррекция с использованием частотных свойств выходного транзистора. При принятом сопротивлении источника раскачки выходного транзистора (R7+R8) частота среза Т3 по инструментальным замерам оказалась коло 30 кГц. Получается, что для обеспечения устойчивости частота среза предусилительной части должна быть на уровне 30 МГц. Отметим, что в данной схеме ОЭ частота среза определяется граничной частотой транзистора в схеме ОЭ ( проще - по началу снижения В), которая меньше граничной частоты усиления транзистора в В раз. При граничной частоте выбранных транзисторв порядка 1 ГГц и коэффициенте усиления около 50 расчётная частота среза около 20 МГц. Недостаток протяженности допустимого запаздывания фазовой характеристики первых каскадов компенсируется дополнительной коррекцией С2, и технологическим запасом граничной частоты принятых транзисторов.

Вот и несложное обоснование выбора типа биполярных транзисторов. Конечно в расчёт принято и наличие этих транзисторов в "ящике рабочего стола". Естественно, транзисторы должны быть маломощными (особенно первый) с незначительным шумом. В первом макете успешно использовались транзисторы поверхностного монтажа выдернутые из вышедших из моды антенных предусилителей на МВ - ДМВ диапазона, но из за неудобства монтажа и бОльшей склонности к СВЧ генерации я от них отказался.

Стоит ли заморачиваться с "желтыми" корпусами или все равно

Я применял металлостеклянные корпуса, а вот РА-qa чёрные пластиковые корпуса более современного выпуска. .

есть ли ПП для усилителя

Дык мой интерес в схемотехнике, дальше макета не пошло. Как будто PA-qa на подходе к завершению разработки печатной платы...Задайте ему вопрос. Вообще схема не настолько сложна, чтобы её не составил специалист средней квалификации, возможно даже начинающий. Старайтесь, чтобы реальная монтажка хоть примерно соответствовала приведённой электрической схеме, сильно не ошибётесь. В предварительной части желательно соблюдать требования монтажа СВЧ изделий.

Анатолий.

[tormoz]

А действительно ли у вас получилась такая мощность при 14В питания? Даже в идеале не возможно получить размах больше 14В. При пересчете в действующее получим 14/2/1,41=5В. Тогда мощность при нагрузке 4Ом составит чуть более 6Вт.

[Semigor]

А действительно ли у вас получилась такая мощность при 14В питания? Даже в идеале не возможно получить размах больше 14В.

В идеале с дросселем можно получить размах 28В.

[теоретизирующий практик]

Действительно, ответили без меня ))). Подумайте, в один полупериод напряжение на выходном транзисторе меняется с 14 В до 0 и опять до 14В, а во второй, за счет энергии дросселя с 14В до 28В и снова до 14В... в идеале получается размах пик - пик синусоиды 28В. В идеале мощность чуть больше 24Вт.

Анатолий.

[manowar]

делал нечто подобное на макетке весьма давненько, в двухтактном исполнении. 2 транзюка, 3 опера(на паре итун, на одном-фазоинвертор)-позволяет избавится от разделительного конденсатора на выходе, поиграть с токами и режимами вых каскада, снизить требования к питальнику.самые грабли - двухобмоточный дроссель. был взят первый попавшийся транс (от упс ватт на 400), мощная первичка с центральным отводом-по факту вышла с разным сопротивлением полуобмоток, что и предопределило: конструктив- в помойку, до 7вт/8ом при 4а на обмотку-весьма не дурно, снять выше 10вт-вылазила ассиметрия полуволн, недостаточная индуктивность-ограничение нч полосы снизу.так бы можно было бы мотануть или на Ш в 2 провода или на 0образном сердечнике с 2 катушками, аля тс270-360, с введенным небольшим зазором на случай разбаланса плеч. отсутствие под рукой обмоточного провода достаточного сечения поставило крест на сем конструктиве.

[PA-qa7]

В идеале с дросселем можно получить размах 28В.

в идеале получается размах пик - пик синусоиды 28В. В идеале мощность чуть больше 24Вт.

Вы своими "идеальными" размахами мне щас колонки порвёте

P.S: у меня при ~0.7в (50Гц) на входе, на выходе = ~13в на Rас=6 Ом

[теоретизирующий практик]

делал нечто подобное на макетке весьма давненько, в двухтактном исполнении. 2 транзюка, 3 опера(на паре итун, на одном-фазоинвертор)-позволяет избавится от разделительного конденсатора на выходе, поиграть с токами и режимами вых каскада, снизить требования к питальнику.самые грабли - двухобмоточный дроссель. был взят первый попавшийся транс (от упс ватт на 400), мощная первичка с центральным отводом-по факту вышла с разным сопротивлением полуобмоток, что и предопределило: конструктив- в помойку, до 7вт/8ом при 4а на обмотку-весьма не дурно, снять выше 10вт-вылазила ассиметрия полуволн, недостаточная индуктивность-ограничение нч полосы снизу.так бы можно было бы мотануть или на Ш в 2 провода или на 0образном сердечнике с 2 катушками, аля тс270-360, с введенным небольшим зазором на случай разбаланса плеч. отсутствие под рукой обмоточного провода достаточного сечения поставило крест на сем конструктиве.

На этой ветке, пост #38. У некоторых читателей возникли опасения в излишней сложности. По моим понятиям схема будет значительно проще многих монстроидальных псевдосимметричных бестрансформаторных усилителей. В двухтактной схеме габариты трансформатора дросселя снижаются раза в 4, не менее. К недостаткам можно отнести излишнюю мощность для класса А. Класс А до 30 Вт целесообразннее ограничится однотактом, для бытового применения должно хватить. Ну и некоторое неудобство в блоке питания: относительно большой ток при малом напряжении предопределяет громоздкость конденсаторов выпрямителя.

Анатолий.

[tormoz]

[QUOTE=tormoz;1761366]А вы уверены, что при параллельном включении получиться такая большая индуктивность?

Сегодня пробовал измерить индуктивность без разборки трансформатора. При параллельном соединении обмоток индуктивность как и положено уменьшается.

[PA-qa7]

Сегодня пробовал измерить индуктивность без разборки трансформатора. При параллельном соединении обмоток индуктивность как и положено уменьшается.

Замечательно! Я в школе тоже сравнивал параллельное с последовательным
Вы железо в своем трехфазнике под установку прокладки переберите и замерьте на одной центральной катушке индуктивность с зазором, так Вы проверите меня, а для себя выясните возможность приготовления на этом железе требуемого дросселя.

[теоретизирующий практик]

Сегодня пробовал измерить индуктивность без разборки трансформатора. При параллельном соединении обмоток индуктивность как и положено уменьшается.

Попробовать не возбраняется . Речь о том, что необходимо определённое низкое активное сопротивление обмотки. Важно не забывать установить немагнитную прокладку в разрыв магнитопровода. Без прокладки даже небольшой постоянный ток подмагничивания выводит сердечник в глухое насыщение и магнитная проницаемость сердечника вместе с индуктивностью катушки в "ауте". Если Вы не нагружали обмотки постоянным током в момент измерения, то Ваши измерения индуктивности никакого практического значения не имеют.

Анатолий.

[stan marsh]

Это верно, в подобной схеме применял униф. дроссели Д264, а с меньшим током - Д256, там о наличии и величине зазора уже позаботились.

[tormoz]

Я просто пока хотел-бы разобраться, как может получиться прогнозируемая вами индуктивность до намотки дросселя. Окно по центральному стежню у меня размером 20х40, что близко к размерам в топике.Для намотки у меня есть провод диаметром 1,2 по меди. Обьясните пожалуйста каким образом получться индуктивность в 10 раз больше чем у ТС?

[PA-qa7]

Если быстренько, то в окно 20х40мм войдет 20х40мм / (1.3х1.3мм) = 473 витка провода диаметром 1.3мм, но это очень теоретически, реально если Вы занимаетесь спортом, то стараясь уместите ~360 витков .
У ТС при том же железе на 220 витках получилось 0.04Гн, значит 360ваших/220его = 1.64 раза.
А индуктивность зависит от квадрата витков (формулы смотрели?), значит ваша индуктивность будет 1.64^2=2.69 раза больше.
Но у Вас Ш сердечник и можно будет мотать в два окна две катушки, а последовательно эти две катушки будут в 2.69^2=7.24 раза большей индуктивностью, чем у ТС: 7.24раза х 0.04Гн = 0.29 Гн.
Ну и зазор внесет свои коррективы в сторону уменьшения.

Поэтому раз в 10 не получиться

Еще раз рекомендую перебрать Ваш сердечник с зазором и уже тогда померить индуктивность пока с катушкой 590 витков тонким проводом . Потом просто намотаете почти тоже количество витков более толстым проводом на двух катушках.

[теоретизирующий практик]

Я просто пока хотел-бы разобраться, как может получиться прогнозируемая вами индуктивность до намотки дросселя. Окно по центральному стежню у меня размером 20х40, что близко к размерам в топике.Для намотки у меня есть провод диаметром 1,2 по меди. Обьясните пожалуйста каким образом получться индуктивность в 10 раз больше чем у ТС?

При известных геометрических параметрах сердечника прогнозировать индуктивность в общем и не надо. Ну если есть большой опыт в изготовлении подобных изделий, то можно и близко попасть. А вообще, задаем желаемую индуктивность, и рассчитываем необходимое число витков, и диаметр провода по заданному току, и сопротивлению обмотки. Если вариант не проходит по расчётам (например обмотка не помещается в окно) задаются либо другим сердечником, либо снижают требования к индуктивности и активному сопротивлению обмотки и повторяют расчёт.

Надо просто взять методику расчёта дросселя, в интернете. Это наверное не проблема.

Повторюсь: в Вашем случае использования сердечника от трёхфазного трансформатора целесообразно использовать стержневую конструкцию с намоткой двух катушек на крайние стержни. Средний стержень никак не будет влиять на работу дросселя. Число уместившихся витков определённого диаметра при такой раскладке очевидно удвоится. Увеличится и достижимая индуктивность, или уменьшится активное сопротивление. Реально окно получится 40 х 40.

Никто не запрещает Вам использовать и Ваш любимый вариант с броневой конструкцией дросселя. Методу в руки , и удачи в любом варианте!
Анатолий.

[Peredelkin1]

А если включить ПОС?