Усилитель на N-канальных полевиках

[Alex Nikitin]

Схема усилителя здесь:

http://www.ant-audio.co.uk/circuits/MOSFET1.gif

Извините за не очень изящный рисунок от руки, но это всё, что я мог сделать в спешке. Потом как-нибудь сделаю в редакторе - или если у кого есть время, то помогите и перерисуйте. Надеюсь, что тем не менее всё понятно и читаемо.

Это переработанный вариант на основе схемы разработанного мной и уже давно снятого с производства усилителя Creek 4330 (выпуска примерно 1997 года) . Почти в точности такая схема у усилителя, который я и сейчас использую дома.

Как видите, схема довольно простая с небольшим количеством деталей.

Выходная мощность при питании +/- 35 Вольт примерно 40 Вт на 8 Омах, 65-70 Вт на 4 Ом.

Не показаны на схеме цепи питания, в том числе питания ОУ ( +/-15В) . Основной блок питания может быть от +/-25 до +/-35 Вольт с ёмкостью сглаживающих конденсаторов от 6800 до 10000 мкФ на два канала, защищённый плавкими предохранителями на 3-4 А ("медленными", с буквой Т) на ВХОДЕ выпрямительного моста, то есть последовательно с каждой половиной вторичной обмотки трансформатора. Выходные транзисторы помещены на теплоотвод с тепловым сопротивлением не больше 1-1,5 градусов на Ватт, закреплены прижимом сверху алюминиевым блоком 10х10х45мм, изоляция ОБЯЗАТЕЛЬНО слюдяная с теплопроводящей смазкой с обеих сторон. Q9 должен иметь хороший тепловой контакт (со смазкой) с теплоотводом выходных транзисторов и лучше всего прямо между ними. Величина R15 определяет крутизну температурной компенсации и может быть слегка изменена для другого типа выходных транзисторов. Теплоотвод желательно заземлить.

В целом рекомендую на выход поставить ещё последовательно цепь из резистора 3Вт 1 Ом параллельно с намотанными на него 10 витками эмалированного провода диаметром 1 мм. Это в целом обеспечит хорошую стабильность на реактивной нагрузке даже при не слишком удачной разводке.

Вот пока и всё.

Алексей

[Mad optic]

Anli,

Thanks! Сработало... только вот выброс тока получился до 20А при 6 ом нагрузке и PULSE (-15 15 0 1n 1n 25U 50U) и наличии злополучной емкости 1n. Ширина как раз около 0.5uS при 50%. Это то, о чем я говорил, хотя в PSpice был другой уровень выброса (кажется, ниже).

[anli]

только вот выброс тока получился до 20А при 6 ом нагрузке и PULSE (-15 15 0 1n 1n 25U 50U)

Симулятор-то любое время фронта сгенерит. А вот на практике какой смысл пытать усилитель одной наной? Любой усилитель с ОООС даст бяку. Я взял, если быть точным, 0.3uS не с потолка, а потому, что когда-то давно решил, что короче - смысла нет, так как нет уже никакой связи с жизнью. А вот почему взял именно 0.3uS, не помню. Так что теперь можно считать, что с потолка

Вольты, кстати, можно не писать, а уж если для понятности писать, то не U, а V.

[Alex Nikitin]

Давно столкнулся с этой проблемой и не решив ее "с налета" просто забил на такой симулятор.

Я никогда не использовал "нулевое" время для фронтов, а так можно хоть доли наносекунды ставить. На работе я имею дело с наносекундными импульсами и прекрасно их симулирую в LTspice. Кроме этого, ускорения, компрессия и прочие трюки там все отключаемые, и если модели корректные, то по точности симуляции это то же самое, что и другие spice программы, просто у этой оболочка на мой вкус удобная и простая в обращении. Ну и цена тоже привлекательная . На работе у меня есть ещё пара коммерческих симуляторов, и дома один лежит, но мне они меньше нравятся.

Алексей

[Mad optic]

Anli,

Ну не любое, конечно, время - ведь "ноль"-то не воспринимает
С практической точки зрения вы правы, но ведь всегда хочется сделать усилитель как можно лучше... Поэтому ограничиваться 0.3uS - это фактически вводить ограничение на рассматриваемую полосу пропускания. А вопросы устойчивости могут пострадать из-за этого. Хороший усилитель имеет полосу полной мощности в несколько мегагерц и при рассмотрении его устойчивости и таких ограничениях можно легко получить нестабильную систему.

Вольты, кстати, можно не писать, а уж если для понятности писать, то не U, а V.

Не понял я что-то - это о чем? Где "V" вместо "U" Надо писать?

Добавлено через 8 минут
Алекс,

Неужели Orcad*овская оболочка не нравится? Но в отношении цены с LTSpice трудно спорить

"...то по точности симуляции это то же самое, что и другие spice программы"

Теперь есть повод и попробую еще раз сравнить результаты с PSpice 10.

Алекс, так сквозной ток-то Вы значит видите?

[anli]

С практической точки зрения вы правы, но ведь всегда хочется сделать усилитель как можно лучше...

Ну дык улучшая что-то одно сверх надобности мы неизбежно ухудшим что-то другое

Не понял я что-то - это о чем? Где "V" вместо "U" Надо писать?

Я про это:

(-15 15 0 1n 1n 25U 50U)

[Mad optic]

Ну дык улучшая что-то одно сверх надобности мы неизбежно ухудшим что-то другое

Anli,
Это слишком пессимистично и я так не думаю.

25U и 50U - это вообще-то времена в мкс. Формат оператора (для источника напряжения):
Vxxx n+ n- PULSE(V1 V2 Tdelay Trise Tfall Ton Tperiod Ncycles )

Соответственно, в приведенном мной примере напряжения это -15 и +15.

[Alex Nikitin]

Алекс, так сквозной ток-то Вы значит видите?

При определённых условиях - разумеется. То же можно сказать и о большинстве традиционных схем . Я же в своё время уже писал, что в реальном усилителе скорость нарастания в драйвере просто не позволит образоваться заметному сквозному току даже при наличии ёмкости 1нФ. Если ёмкость убрать, то ситуация в этом плане заметно улучшается. На самом деле всё, что требуется, это именно разумно ограничить скорость нарастания в УН для исключения появления сквозного тока. Есть, разумеется, способы заметно ускорить мой выходной каскад даже без увеличения тока драйвера, но в УМЗЧ нет особого смысла это делать.

Алексей

[anli]

15U и 25U - это вообще-то времена в мкс

А-а-а... Уже и забыл.

Это слишком пессимистично и я так не думаю.

Если подходить к усилителям с поэзией, то хочется удовлетворить куче требований при минимальной сложности. Элегантности хочется. Поэтому требования и должны быть разумными (у каждого, понятно, свои представления о разумности). Если попробовать посмотреть на это дело формально, то усложнение схемы приводит к увеличению степеней свободы (число взаимодействий, грубо говоря, пропорционально квадрату количества компонентов), что неизбежно влияет на надёжность/стабильность.

[Mad optic]

На самом деле всё, что требуется, это именно разумно ограничить скорость нарастания в УН для исключения появления сквозного тока

Алекс, я против этого никогда не возражал - это слишком очевидно. Но мы рассматривали в сравнении "чистые" варианты входных каскадов классики и предложенный вами.

Вот эта фраза не совсем понятна - "Есть, разумеется, способы заметно ускорить мой выходной каскад даже без увеличения тока драйвера"

Ну в нижнем плече это понятно как сделать. В любом случае нарастание выходного фронта будет зависеть от разряда емкости полевика через резисторы в цепи затвора. Уменьшить его с использованием дополнительного смещения? Можно. Также еще лет двадцать назад я ставил в управление затвором каждого плеча два ИТ (но общая схемотехника была стандартная - плечи были идентичны). Это очень большой "гем.." Но в верхнем-то плече это как сделать в вашей схеме?

Добавлено через 3 минуты

то усложнение схемы приводит к увеличению степеней свободы (число взаимодействий, грубо говоря, пропорционально квадрату количества компонентов), что неизбежно влияет на надёжность/стабильность.

Аnli,
Так ведь не надо усложнять схему и вводить лишние компоненты. Достаточно в большинстве случаев просто использовать качественные компоненты.

[anli]

Offтопик:

Аnli,
Так ведь не надо усложнять схему и вводить лишние компоненты. Достаточно в большинстве случаев просто использовать качественные компоненты

Мы тут уже в ветке Алексея скатились в флейм о жизни.

Что касается качества. Мне нравятся схемы, которые не требуют супер-пупер компонентов, но обеспечивают то, что мне нравится. Есть узлы, где сильно экономить не стоит (трансформаторы и конденсаторы БП, например). Но правильная, по моему разумению, схема будет прозрачной и на "обычных" компонентах.

[Alex Nikitin]

Но в верхнем-то плече это как сделать в вашей схеме?

Точно так же. Плечи вполне симметричны, особенно если забыть о 1нФ конденсаторе . Заряд в обоих плечах производится полным током ИТ до максимума в 2Vth, а разряд - через резистор, но это поправимо при необходимости.

Алексей

[Mad optic]

а разряд - через резистор, но это поправимо при необходимости.

Алекс, я же интересовался как вы собираетесь (могли бы) "ускорить ... выходной каскад даже без увеличения тока драйвера" в верхнем плече? (имеется в виду отрицательный фронт вых. сигнала). С нижним плечом все понятно - два управляемых ИТ решат проблему, но в верхнем плече? Cтроить цепь управления c ИТ от Q8 через "низ"?

С такими усовершенствованиями теряется вся идея вашего выходного каскада, мне кажется. Он превращается в вариант с классическим выходом УМ на однополярных тр-рах (я ссылался на него в дискуссии) с неким *балансным* управлением каждого плеча. Я прорабатывал такой вариант давно, но до реализации так и не дошел.

Но это уже лирика и флейм "о жизни", как говорит поэт Alio
лишнее удалено
PS приношу извинения Mad optic-у за необоснованно выданое повторное нарушение

[Gav]

Точно так же. Плечи вполне симметричны, особенно если забыть о 1нФ конденсаторе . Заряд в обоих плечах производится полным током ИТ до максимума в 2Vth, а разряд - через резистор, но это поправимо при необходимости.

Алексей

Добрый день!Пара вопросов по схеме усилителя из первого поста.Почему r12 10к на один ватт?Как я понимаю,ток через него будет порядка 5 ма- т.е. рассеиваемая мощность будет порядка 0,25 ватта.Вопрос чисто практический-какой резистор ставить?

[Alex Nikitin]

Вопрос чисто практический-какой резистор ставить?

Резисторы всегда полезно выбирать с хорошим запасом по мощности, как минимум двукратным. То есть здесь 0,5Вт как минимум, лучше больше.

Алексей

[Gav]

Резисторы всегда полезно выбирать с хорошим запасом по мощности, как минимум двукратным. То есть здесь 0,5Вт как минимум, лучше больше.

Алексей

Спасибо!А какой мощности необходимы ZD1,ZD2 и стабилитроны в питании опера при номинале балластных резисторов 2,2к(кстати,а можно их брать одноватными?)Есть стеклянные стабилитроны в корпусе DO-35 на 15В,продовец утверждал,что они 0,4 вт.Их хватит?

[Alex Nikitin]

при номинале балластных резисторов 2,2к(кстати,а можно их брать одноватными?)

Да.

Есть стеклянные стабилитроны в корпусе DO-35 на 15В,продовец утверждал,что они 0,4 вт.Их хватит?

Вполне.

Алексей

[Gav]

Так какие номиналы балластных резисторов были в оригинальном 4330-2,2к или 1к?

[Alex Nikitin]

Так какие номиналы балластных резисторов были в оригинальном 4330-2,2к или 1к?

1К, но там это было для питания TL074 (для серво в двух каналах сразу). Если питание раздельное по каналам, то 2К2 достаточно.

Алексей

[SinteZ]

Gav,
Расчитай их. Исходя из закона Ома. I=U/R

[Ivanuch]

Наконец запускаю усилитель по немного измененной схеме (Yan-а).
Выходные транзисторы IRF540. В затворах резисторы по 200Ом.
Источник тока на IRF9610.
При напряжении температурной компенсации 1,2В оная вообще не работает. Радиатор греется - ток прилично растет - горят предохранители... а когда кончаются предохранители - горят транзисторы.
При этом у меня приличный уровень искажений... буквально 1% на 1кГц при токе покоя 75мА.
Искажения уменьшались до приемлемого уровня 0,006% при токе покоя 190мА. Радиатор разумеется быстро разогревается и ток увеличивается до выгорания предохранителей.

Поставил напряжение около 1,3В - ситуация улучшилась. Ток покоя все-равно плавает оттемпературы, но в пределах 75...150мА. Искажения небольшие, звук приятный. Попробую еще более увеличить напряжение. Но вот какой вопрос у меня есть. Чем мне может грозить чрезмерное увеличение этого напряжения?... только лишними потерями по напряжению питания?

Уже даже грешу на точность моего мультиметра... может неверно напряжение измеряет?

Температурный датчик у меня далековато от выходных транзистров... к сожалению. Не учел.