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]

доработал схему на предмет переходной характеристики:

схема:
*добавлен драйвер на комплиментарных транзисторах Q72 Q81, с его добавлением не стало необходимости в цепи Цобеля Буше на выходе и увеличилась скорость.
*Выходной повторитель УН Q73 теперь задает начальный ток ВК и "опирается" на ГСТ Q79
*цепь термокомпенсации реализована на биполярном транзисторе Q82, R702 ограничивает компенсацию, чтобы при нагреве выходников,
нагрев Q82 не вывел начальный ток в режим класса В.
* компенсатор половины напряжения питания на выходе ВК реализован на транзисторах Q77, Q78 , благодаря компенсатору нет необходимости в настройке половины питания , она устанавливается автоматически. и отслеживает среднюю точку при любых изменения напряжения питания.
* начальный ток ВК 100mА
* скорость нарастания 44в/мкс

вид схемы:

спектр искажений при входном амплитудном напряжении 2 вольта на частоте 1кГц:


переходная характеристика, скорость нарастания 44в/мкс:


частотка без ОООС и с ОООС:


P.S. размер платы не меняется, вид разводки выложу позже.

[fakel]

Q77 Q78 охвачены ненужной ПОС через R696 (перенумеруй!) Схема неработоспособна, т.к. защелкивается

[Hennady]

Q77 Q78 охвачены ненужной

чушь.

Схема неработоспособна,

схема работостпособная - узел спаян и прекрано работает в отличии от твоего некомпетентного воображения...

[fakel]

чушь.

Докажи. Вот мое док-во: В эмиттере - делитель 10 и 10к Кпер=0.5, в коллекторе - 20к Ку Q77 = 2, итого Кпетли близко к 1, чуть разбаланс по резикам - и привет!

схема работостпособная - узел спаян и прекрано работает

В некотором ограниченном диапазоне входных напряжений, дальше защелкивается

[Hennady]

Вот мое:...чуть разбаланс...привет.....В некотором....

какое имеет отношение эти, мягко сказать, "предположения" к реальной работающей схеме в количестве 2-штук со стандартным допуском на пассивные элементы?

[fakel]

какое имеет отношение эти, мягко сказать, "предположения" к реальной работающей схеме в количестве 2-штук со стандартным допуском на пассивные элементы?

Самое прямое. Не говоря уже о том, что такое схемотехническое построение ничем не оправдано и здесь - как корове седло

[Hennady]

такое схемотехническое построение ничем не оправдано

причем здесь оправдание? или ты себя оправдываешь?
схема автоматически выводит на половину питания без подбора сопротивлений, диапазон поддерживания превышает достаточный для того, чтобы понимать что половина питания никуда не уйдет....
т.е. тебе не доходит?

Offтопик:
P.S. критикуешь предлагай, не можешь предложить - садись в свое коровье седло и

[fakel]

схема автоматически выводит на половину питания без подбора сопротивлений, диапазон поддерживания превышает достаточный для того, чтобы понимать что половина питания никуда не уйдет....

Нет здесь половины питания. Благодаря ПОС референсная точка плавает, а должна жестко стоять

P.S. критикуешь предлагай

Предлагаю: не собирать эту схему вообще, а пугать ею младенцев абитуриентов

что половина питания никуда не уйдет....

Уйдет, уйдет. Хотя бы из-за неправильно подключенного коллекторного резика. Он же на питании у тебя! Представь, что питание скакнуло. А интегратор еще не отработал. И где там будет половина?

Далее, интегратор начинает отрабатывать, заряжая конденсатор. И, двигает референсную точку из-за пресловутой ПОС, как мило! Т.е. середина уже не середина! И к чему ему стремиться теперь?

И, наконец, финал - все это чудо рулит чем? Стоком! Стоком, Карл! Вспоминаем первый курс универа (те, кто его заканчивал, конечно) и ВАХ ПТ по стоку. Видим, что ток почти не зависит от напряжения. И зачем, спрашивается, огород было городить? Регулировка ничего не регулирует, зато замечательно режет апертуру выходных напряжений, сажая каскад на голодный паек

[Hennady]

Нет здесь половины питания. Благодаря ПОС референсная точка плавает, а должна жестко стоять

есть, даже при снижении до 52 вольт, на выходе 26 вольт.

Предлагаю: не собирать эту схему вообще, а пугать ею младенцев абитуриентов

Предлагаю не писать тебе подобную чушь.

Видим, что ток почти не зависит от напряжения.

так и нужно, чтобы ток предварительного каскада усиления был стабильным не зависимо от напряжения.

[Garlik]

Геннадий, транзисторы Q72 и Q81 устанавливаются на радиаторы? Если да, примерно какой площади и можно каждый отдельно или обязательно вместе.

[fakel]

так и нужно, чтобы ток предварительного каскада усиления был стабильным не зависимо от напряжения.

Не нужно. Петля управления разрывается

[Hennady]

Геннадий, транзисторы Q72 и Q81 устанавливаются на радиаторы? Если да, примерно какой площади и можно каждый отдельно или обязательно вместе.

можно как отдельно так и на общем, реализация зависит от топологии печатной платы , при раздельных радиаторах плата компактней получается по длине.
Откорректированную схему выложу чуть позже, причина в недостаточной перегрузочной способности каскада Q73, Q79.

Offтопик:
P.S. пока в командировке...

---------- Сообщение добавлено 18:16 ---------- Предыдущее сообщение было 08:42 ----------

примерно какой площади и можно каждый отдельно или обязательно вместе.

вот тут был расчет радиаторов: https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2742837

для Q72 и Q81 выделяемая мощность не превышает 1,2 ватта на каждый транзистор , т.е. для двух ИМХО достаточно порядка 30 кв.см.

---------- Сообщение добавлено 23.08.2020 в 10:52 ---------- Предыдущее сообщение было 22.08.2020 в 18:16 ----------

Offтопик:
Из-за того что предприятие начнет работу по производству макетных плат с 1 сентября, пока тестируется предыдущий вариант:

схема:
* доработана схема термокомпенсации, мосфет заменен на диод, для стабильности температуры
* транзисторы выделяют Q71 и M17 более 5 ватт ( 3 и 2,2 сответственно), поэтому прикручены дополнительно пластины охлаждения к которым прикручен уже радиатор.
* уменьшен номинал катушки с резистором Буше , на чисто активной нагрузке ни Буше ни Цобель не нужен, для реактивной - нужен (см. тест далее)

схема и спектр искажений менее 0,0005% на 20кГц на нагрузке 4 Ома:


на 8 омах спектр получается спадающим:


тест прямоугольником на емкость в нагрузке 10nF:


пока инсталлировал в рэковый корпус высотой в 3(U) юнита (130мм) , размер корпуса 430мм ширина, глубина 160мм.


---------- Сообщение добавлено 24.08.2020 в 10:20 ---------- Предыдущее сообщение было 23.08.2020 в 10:52 ----------

тестилки прямоугольником Цобеля Буше;

прямоугольник на активную нагрузку:

прямоугольник на "сложную" нагрузку:

прямоугольник на сложную нагрузку с Цобелем:

прямоугольник на сложную нагрузку с Цобелем и Буше:

Прямоугольник на сложную нагрузку только Буше:


P.S. необходимость в Буше из-за коррекции с выхода усилителя.

Чтобы не использовать Буше, саму коррецию можно перемести до ВК на мосфетах, т.е. с эммитера Q71 и уменьшить усиление на ВЧ RC-цепью в цепи ООС:


прямоугольник получается вот такой:

при этом полюс становится низким и глубина ООС на частоте 20кГц падает с 73дБ до 37дБ, но искажения не меняются.

[Hennady]

Проверил АЧХ без ООС, вот такой результат:


изменения:
*убрана цепь цобеля
*изменена цепь коррекции
*база драйверного транзистора Q77 переключена на высокомный выход УН Q75

актуальная реализованная в железе схема:

[Garlik]

Значит можно собирать (по крайней мере на макетной плате) ?
Цобель вроде остался на схеме.

[Hennady]

Значит можно собирать (по крайней мере на макетной плате) ?

не вижу проблем.
предусмотреть возможность навесить радиатор на Q71 M17 (например, алюминиевая пластинка 5смх4см на оба транзистора)

Цобель вроде остался на схеме.

нет, убрал.

---------- Сообщение добавлено 21:37 ---------- Предыдущее сообщение было 08:16 ----------

Еще бы выхлоп на транзисторах одной структуры...

вот такая получилась схема:

*схема термостабильна
*отрицательный ТКЕ
*полюс выше 20кГц
*глубина ОС 20кГц - 70дБ
*искажения 0,01%
*ток ВК - 100mA
* да и настраивать в общем то нечего - половина сама выставляется, начальный ток определяется параметрами схемы , можно R717 подобрать.



---------- Сообщение добавлено 01.09.2020 в 21:08 ---------- Предыдущее сообщение было 31.08.2020 в 21:37 ----------

вариант с выходом одной проводимости с УН на мосфетах, который предлагал в теме Альтернативного драйвера, который очень неплохо вписался и чем то стал напоминать топологию Фуриоуса.
мосфеты в УН BS170 в ВК IRF640 , фазовращатель на BD139/140

[Алексеич]

Геннадий. Может ,перед затвором нижнего полевика, поставить повторитель? Сейчас управление затвором
нижнего полевика на порядок отстает от верхнего полевика.

[Hennady]

Геннадий. Может ,перед затвором нижнего полевика, поставить повторитель? Сейчас управление затвором
нижнего полевика на порядок отстает от верхнего полевика.

уже пробовал повторитель к нижнему - не получается.
возможно сразу после Q75 попробовать поставить и выровнять с током Q76 - ок, попробую...

P.S. также во вложении на схеме режимов по току ток Q76 абсолютно равен току Q75...

[fakel]

Геннадий. Может ,перед затвором нижнего полевика, поставить повторитель? Сейчас управление затвором
нижнего полевика на порядок отстает от верхнего полевика.

Ну кто-ж на низкоомный вход ТЗ вешает емкость затвора? И вообще, зачем там зеркало? Нижний полевик работает как ИТ. Ток Q76 на порядок больше тока Q75. Это зеркало - как слону дробинка

Алексеич, https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=87882

[Hennady]

Геннадий. Может ,перед затвором нижнего полевика, поставить повторитель?

получилось вот так:

[Алексеич]

Ну теперь похоже , что лучше стало. Было бы интересно посмотреть теперь отдельно выходной
каскад с базы Q 75.