Проект Prophetmaster Tierra - моноблоки 50 Вт в классе А

[Prophetmaster]

Строятся УПТ моноблоки в классе А, с планируемой выходной мощностью 50-70 Вт/4 Ом. Tierra, в переводе с испанского, означает Земля - навеяло это название, когда в каждом моноблоке скопилось по Фараде
Поставил себе задачу попытаться сконструировать и изготовить усилитель не хуже по звучанию, чем имеющийся на BUF634T, но с более высокой выходной мощностью.
Уже больше года прошло с момента начала разработки моноблоков, но ввиду сложности задуманного и в связи с малым количеством свободного времени, все двигается гораздо медленнее, чем хотелось бы.
Сначала были изготовлены блоки питания, потому что в данном проекте это самая трудоемкая часть и есть необходимость делать железный макет УМ, так как одним симулятором не обойдешься, а макет нужно питать от полноценного БП, для получения достоверных результатов.
Разводка плат БП для левого и правого канала симметричная в силовой части и в части стабилизаторов УН и УМ, но зеркальная в области первички, несигнальных цепей и выпрямителя УН. При такой разводке, получаются "правый" и "левый" моноблоки. Хочется, чтобы было еще и красиво
Проект некоммерческий, поэтому все схемы в полном объеме будут доступны для просмотра.
Схема БП во вложении.
Что представляет из себя БП одного канала - это полностью стабилизированный блок питания мощностью 600 Вт, который имеет:
1. Силовые двухполярные линии питания с напряжениями +\- 25 В, от мощного тороидального трансформатора (550 Вт). Стабы - LT1083 (7.5 А), 8 шт, соединены по 4 в параллель. Суммарная площадь радиаторов стабилизаторов каждого канала 3000 кв.см. Нагрузка на каждый стабилизатор не будет превышать 1 А, так как ток покоя усилителя планируется около 4 А.
2. Две линии питания с напряжениями +\- 27 В и +\- 15 В для усилителя напряжения от отдельного трансформатора (50 Вт). Стабы - LM317/LM337, по 2 шт. Напряжения +\- 15 В формируются из уже стабилизированного +\- 27 В.
3. Отдельный трансформатор для несигнальных цепей (50 Вт).
4. Отдельный трансформатор для дежурки (5 Вт).
5. Все трансформаторы, кроме дежурки, изготовлены по моему заказу компанией Audioinstrument Все трансформаторы сфазированы по первичным обмоткам.
6. Суммарная емкость конденсаторов фильтра силовых цепей около 1 Фарады на канал, большая часть которых, находится после стабилизаторов.
7. Емкость конденсаторов в цепях питания УН - 27000 мкФ/63 В на напряжение +\- 27 В и 40000 мкФ/25 В на +\- 15 В.
8. Софтстарт во вторичной цепи, с временем заряда конденсаторов около 1 минуты. Так как при выключении питания вторичные силовые цепи отключаются от платы УМ, то для разряда электролитов предусмотрены нагрузочные сопротивления, которые полностью разряжают емкости в течении 20 минут.
9. Оптоэлектронная защита АС от постоянного напряжения встроена в БП и выполняет две функции:
- подает или снимает напряжение со схемы управления реле защиты, которая находится на платах самого УМ.
- обесточивает все вторичные цепи силового питания, в случае появления постоянного напряжения (свыше 1 В) на выходе УМ. Восстановление выходных напряжений происходит через 1 минуту после срабатывания защиты.
То есть, в аварийном режиме, одновременно блокируется нагрузка УМ (как и в предыдущей конструкции, реле защиты будет закорачивать выход на землю) и отключается питание силовой части. Без отключения не обойтись: пока разрядится Фарада, на плате УМ может все успеть поджариться после выключения сети
10. БП имеет трехэтажную конструкцию, что практически дало возможность укоротить многие соединительные шины БП или практически свести их длину к нулю.
11. БП имеет каркасную конструкцию из алюминиевого профиля и алюминиевого бруска, поэтому платы практически не являются несущими элементами, если только чуть-чуть.
12. Силовая разводка в БП произведена плоской медной моножилой 4 кв.мм, разводка земли - плоской медной моножилой 6 кв.мм. Земля на послестабовых силовых емкостях выполнена из листовой меди толщиной 0.7 мм.
13. Первичные цепи 220 В имеют R-C фильтры.
14. Энергоемкость каждого БП составляет 450 Дж для силовых цепей и 20 Дж для питания усилителя напряжения.
15. Все силовые реле производства Finder промышленных серий на 12 В. Все слаботочные - Takamisawa RY12W, также на 12 В, кроме входа включения питания от 5 В, который реализован на слаботочном реле Finder.
Конструктивно БП выполнен на трех платах - нижняя несет на себе всю первичку, основную часть БП несигнальных цепей и защиту. На втором этаже расположены софтстарт и выпрямители сигнальных цепей с частью емкостей, а также остальные несигнальные цепи. На верхней плате расположены вторая часть достабовых емкостей, все стабилизаторы для аудиочасти и послестабовые емкости. Шунтирующих полипропиленовых конденсаторов тут немного - основные шунты будут расположены непосредственно вблизи потребителей - на платах УМ.

Для включения БП не нужен мощный тумблер - достаточно слаботочного выключателя, который может коммутировать постоянное напряжение 12 В и ток 40 мА Как вариант, БП можно включать, подав на него 5 В - пятивольтовое реле может управляться с преда, например.

Во вложении: несколько фото БП, полная схема БП одного канала, РГ (http://khozmo.com/products_dale_shunt.html), трансформаторы для УН, изготовленные А. Воробьевым, пара фото первого из 4-х повторителей и схема повторителя.

[Prophetmaster]

Я на TO-92 хочу. Решетка(подложка) для охлаждения не проблема . Предварительно выходит 135 пар транзисторов на канал 80W AB. Считал 5551 5401.
Матричный ВК выходит

Интересно Должно нормально работать, по идее. Не многовато 80 Вт для 135 пар ТО-92 средней руки?

Кстати, немного подредактировал схему: изменил включение Q1 (для удобства разводки), источников тока и добавил два конденсатора С1 и С2. Их емкость оптимальна в районе 2.2 мкФ полипропилена.



Прилагаю модель для Мультисим-11, если интересно. В архиве, потому что файлы Мультисим в оригинальном виде не цепляются - приходится либо архив делать, либо менять расширение.

[ОРорин]

полоса у моего повторителя шире 200 МГц (в симуляторе)

Очень интересно увидеть конструктив такого повторителя. Известно, проблемой большого количества транзисторов в ВК становится индуктивность монтажа. Например длина проводника от эмиттера Q43 (последняя схема) до баз Q16-Q24 и аналогичных проводников скажется на полосе всего ВК. Хотя, наверно геометрически ближний транзистор Q16 будет "отрабатывать" более высокочастотно, чем скажем Q24.
Другая проблема - большие силовые петли в конструктиве ВК с большим количеством транзисторов.

[Semigor]

К сожалению, все потихоньку сводится к "гонке искажений".
Думаю, что параллельное соединение простых параллельных повторителей, (без ИТ, вольтдобавок и т.д.) имело бы гораздо больше шансов на хороший звук.
По крайней мере, одиночный простой параллельный повторитель заметно переигрывает все свои модификации, ИМХО, конечно.

[Petr-1951]

К сожалению, все потихоньку сводится к "гонке искажений".
Думаю, что параллельное соединение простых параллельных повторителей, (без ИТ, вольтдобавок и т.д.) имело бы гораздо больше шансов на хороший звук.
По крайней мере, одиночный простой параллельный повторитель заметно переигрывает все свои модификации, ИМХО, конечно.

именно такие и использовал автор книги по гибридным усилителям Гапоненко и привозил с друзьями несколько модификаций для сравнения к Медведко до ВК с отрицательным импедансом, сразу после освоения Медведко ломаного каскода. Все присутствующие и сам автор книги признали победу усилителя Медведко с УН в виде ломаного каскода и ВК в виде "двойки" с ПТ (2SK1530/2SJ201) на выходе и параллельным повторителем на его входе (без корректора Хаксфорда).

с уважением, Александр Петров

[Sagittarius]

Очень интересно увидеть конструктив такого повторителя. Известно, проблемой большого количества транзисторов в ВК становится индуктивность монтажа. Например длина проводника от эмиттера Q43 (последняя схема) до баз Q16-Q24 и аналогичных проводников скажется на полосе всего ВК. Хотя, наверно геометрически ближний транзистор Q16 будет "отрабатывать" более высокочастотно, чем скажем Q24.
Другая проблема - большие силовые петли в конструктиве ВК с большим количеством транзисторов.

Пока что мы в силах пересчитать индуктивность параллельно включенных индуктивностей и понять, что они меньше одной из них.

---------- Сообщение добавлено 08:46 ---------- Предыдущее сообщение было 08:43 ----------

С моей точки зрения, должно быть меньше коммутационных искажений в классе АВ, так как, в любом случае, имеем расброс параметров транзисторов, поэтому все плечи будут открываться и закрываться на разном токе, размазывая переход из А в АВ.

Можно усугубить нарочитым разбросом сопротивлений эмиттерных резисторов подключением к некоторым из них рез. 10 Ом.

[Karmanov]

Не многовато 80 Вт для 135 пар ТО-92 средней руки?

0,6W на пару. Думаю не много . 625mW 5551 5401 переваривают каждый по даташиту , запас ~50%

Можно усугубить нарочитым разбросом сопротивлений эмиттерных резисторов подключением к некоторым из них рез. 10 Ом.

Взять коробочку -+10% , по закону Мерфи все как братья близнецы будут

---------- Сообщение добавлено 12:31 ---------- Предыдущее сообщение было 12:21 ----------

Очень интересно увидеть конструктив такого повторителя.

Разводка подобного вк наверно одна из самых интересных задач всего усилителя

[Prophetmaster]

Очень интересно увидеть конструктив такого повторителя.

Разводка подобного вк наверно одна из самых интересных задач всего усилителя

Мне самому интересно Я в отпуске уже две недели, каждый день рисую, но задача оказалась гораздо сложнее, чем я мог раньше предполагать. Мозг кипит уже, а удовлетворительного результата пока нет.

0,6W на пару. Думаю не много . 625mW 5551 5401 переваривают каждый по даташиту , запас ~50%

У 2SA1930, 2SC5171 максимальный ток коллектора 2А, но они у меня будут работать на 50-55 мА. В классе АВ их можно использовать до 300 мА.

Можно усугубить нарочитым разбросом сопротивлений эмиттерных резисторов подключением к некоторым из них рез. 10 Ом.

Можно и так. Но в моем случае общий ток покоя будет около 4.5А, поэтому тут этого не нужно

---------- Сообщение добавлено 15:25 ---------- Предыдущее сообщение было 15:19 ----------

Думаю, что параллельное соединение простых параллельных повторителей, (без ИТ, вольтдобавок и т.д.) имело бы гораздо больше шансов на хороший звук.

Игорь, без источника тока не получается нормально работающая гирлянда. Я пробовал несколько десятков разных вариантов соединений, кое-что А. Трусов собирал на железном макете по моей просьбе. И этот повторитель частично проверен Александром в железе (с меньшим количеством выходников, естественно). Он хорошо работает.

[ОРорин]

Пока что мы в силах пересчитать индуктивность параллельно включенных индуктивностей и понять, что они меньше одной из них.

Не зря отметил монтаж баз выходных транзисторов. При их большом количестве нельзя расположить от предыдущего каскада каждый на одном расстоянии. Одни будут ближе, другие дальше. Если проводник будет проложен один по принципу от ближнего к дальнему транзистору ВК (базовая цепь ВК), то никакого параллельного включения по базам нет вообще (ВЧ случай).

[Semigor]

Игорь, без источника тока не получается нормально работающая гирлянда.

Почему? Ведь если я не ошибаюсь первоначально так и задумывалось.

Я пробовал несколько десятков разных вариантов соединений, кое-что А. Трусов собирал на железном макете по моей просьбе. И этот повторитель частично проверен Александром в железе (с меньшим количеством выходников, естественно). Он хорошо работает.

Верю, но все познается в сравнении.

[Karmanov]

Я в отпуске уже две недели, каждый день рисую, но задача оказалась гораздо сложнее, чем я мог раньше предполагать. Мозг кипит уже, а удовлетворительного результата пока нет.

Сколько слоев ?

[Alecs]

Не совсем понял назначение С1-С2, при даже небольших пульсациях питания через Q2-Q4 и через эти кондесаторы будет пролетать дополнительный ток. Увеличиться зависимость от чистоты питания и при включении, теоретически, бросок тока может утащить транзисторы. Такая большая емкость будет сильно тормозить работу Q2-Q4, наверно стоит коректировать ближе к частотной-фазовой границе каскада. Я немного макетировал такой источник тока, нагруженный на генератор, получился лучший вариант увеличение R8-R14 с увеличением напряжения на них. Ставил в эмитеры Q2-Q4 один-два светодиода зашунтированного мелкой пленкой.
По поводу такого большого количества транзисторов, приходит мысль что лучше их ставить без радиаторов вобще, насверлив отверстия в плате около них и обеспечив хорошею вентиляцию в корпусе. Это даст приемущество в печатном монтаже и дополнительную компактность. Ток покоя на один транзистор тогда 20ма х 25в =0.5вт, где то получается.

[Prophetmaster]

Почему? Ведь если я не ошибаюсь первоначально так и задумывалось.

Да, так и было. Кстати, эволюция буфера шла витьевато, поэтому двойку без источника тока в таком виде я и не моделировал, как оказалось Сейчас сделал это - получается вдвое хуже по искажениям, полоса около 70 МГц, прямоугольник чуть хуже, входное сопротивление в 5 раз меньше. Прикладываю и картинку и модель схемы без ИТ:


Если бы схема была с ОООС, то на разницу в искажениях можно было бы и забить, но линейность в схемах, без общей обратной связи, как-то больше корреллируется со звуком, с моей точки зрения. Игорь, посмотри картинку - может я просто что не так делаю?

Сколько слоев ?

Сейчас пробую 4 слоя. Начинал с 2-х.

Не совсем понял назначение С1-С2, при даже небольших пульсациях питания через Q2-Q4 и через эти кондесаторы будет пролетать дополнительный ток.

Эти конденсаторы шунтируют резисторы ИТ и еще немного уменьшают искажения. Вообще, в этом месте ставят электролит 220 мкФ, обычно, но симулятор показывает, что свыше 2.2 мкФ искажения уже не меняются, поэтому я решил поставить полипропилен. Но я не сразу заметил, что введение этих конденсаторов и изменение конфигурации источников тока дало выбросы не меандре - небольшие, но появились.
Поэтому вернулся к более ранней схеме:

[Olegyurich]

Сейчас пробую 4 слоя. Начинал с 2-х.

Ты 4 слоя в домашних условиях будешь делать?

[Semigor]

Игорь, посмотри картинку - может я просто что не так делаю?

Все так, с ИТ искажения будут меньше, но звук хуже.

Если бы схема была с ОООС, то на разницу в искажениях можно было бы и забить, но линейность в схемах, без общей обратной связи, как-то больше корреллируется со звуком, с моей точки зрения.

Усилитель Ульянова играет лучше усилителя Макарова? Миллениум переигрывает Ульянова?
Кроме того, симмулятор и с резистором показывает 3-ю гармонику на уровне порядка 0.03% при 20В амплитуды.

[Prophetmaster]

с ИТ искажения будут меньше, но звук хуже.

Может Вы и правы, но именно такие ИТ вроде и не портят звук. Надо пробовать.

Усилитель Ульянова играет лучше усилителя Макарова?

Нет, но там вольтдобавка, а это ПОС и мне такой вариант реализации выходного каскада на ПП вообще не очень нравится.

Миллениум переигрывает Ульянова?

Не знаю, не сравнивал в одной аудиосистеме.

Кроме того, симмулятор и с резистором показывает 3-ю гармонику на уровне порядка 0.03% при 20В амплитуды.

Да, у меня на 20-ти Вольтах тоже получается 0.026% в Мультисиме, на нагрузке 8 Ом, с учетом всех гармоник до 10-й включительно.
С ИТ показывает 0.017% при тех же условиях. В принципе, разница не глобальная, но мне больше не нравится подвозбуд на меандре на милливольтах входного сигнала. С ИТ есть выбросы, но без колебательных процессов. Причем, это появляется именно при большом количестве выходников - в обычном выходном каскаде без ИТ, когда нет гирлянды из сотни транзисторов, все нормально на любом уровне сигнала.

[Olegyurich]

Причем, это появляется именно при большом количестве выходников - в обычном выходном каскаде без ИТ, когда нет гирлянды из сотни транзисторов, все нормально на любом уровне сигнала.

В базы выходников возможно стоит поставить небольшие резисторы - 1 Ом или чуть больше.

[Prophetmaster]

В базы выходников возможно стоит поставить небольшие резисторы - 1 Ом или чуть больше.

Я пробовал, но не в базу каждого транзистора, а по одному на каждые 9 выходников - помогает, но растут искажения, сужается полоса. Я не знаю что лучше - поставить источники тока или давить артефакты базовыми резисторами.

[Olegyurich]

Я не знаю что лучше - поставить источники тока или давить артефакты базовыми резисторами.

Т.е. это с резисторами выбросы? Я думал - наоборот с ИТ.

[Prophetmaster]

Т.е. это с резисторами выбросы? Я думал - наоборот с ИТ

С ИТ небольшие выбросы, а с резисторами - выбросы больше и с подвозбудами. Вообще, на плате нужно предусмотреть установку базовых резисторов, на всякий случай. В железе, как показывает практика, может быть как хуже, так и лучше чем в симуляторе.

[Alecs]

Все так, с ИТ искажения будут меньше, но звук хуже.

А можно узнать почему так, по вашему?
Пока что мысли, что источник тока просто "не успевает" и после спада выброс, но это где то наносекунды. Также с резистором при большем размахе уменьшается ток через драйверные транзисторы и возможно увеличивается их усиление, но это еще какие транзисторы. При меньшем токе меньше быстродействие, что наверное может быть и в плюс, как мягкая коррекция на большем размахе, а низкоуровневые сигналы с большим быстродействием. Однако питать смещение через резистор наверное придется напряжением больше чем выходники раза в два, иначе изменения тока будут во много раз, и начальный ток тоже придется ставить большим, чтобы осталось что то на полном размахе. Наверно должен быть определенный баланс относительно конкретной схемы, здесь наверное для резисторов, вместо источников тока, питание низковато.