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

[gdvcesium]

Возможен второй вариант - емкость в 60-100 пФ "добирается" паразитной емкостью дорожек. Причем этот вариант более вероятен, т.к MicroCap показывает нормальную работу усилителя без "возбуда" именно начиная с 70пФ, а он плату точно в расчетах не учитывает. Вот и хотелось в этом убедится...

[aif.66]

Возможен второй вариант - емкость в 60-100 пФ "добирается" паразитной емкостью дорожек. Причем этот вариант более вероятен, т.к MicroCap показывает нормальную работу усилителя без "возбуда" именно начиная с 70пФ, а он плату точно в расчетах не учитывает. Вот и хотелось в этом убедится...

Ну, не знаю! У меня МК не показывает возбуда даже при нулевой емкости.
А на графике переходных процессов выброс исчезает полностью при 20пФ. При 10пФ он достаточно мелкий и без колебаний.
А при 100 пФ валит фронт очень сильно, следовательно уменьшается усиление на ВЧ и увеличиваются искажения.
А у вас какие выходники в симуляморе? У меня IRL540. HUF нет ни в реале ни в модели. Может поэтому такая разница?

[gdvcesium]

Посмотрите на выброс АЧХ в районе 500-1000кГц (Probe AC- анализ).
То, что МС ничего не показывает еще ни о чем не говорит - сделайте вручную малый квант времени - 0.1 мкС или меньше.

[aif.66]

Посмотрите на выброс АЧХ в районе 500-1000кГц (Probe AC- анализ).
То, что МС ничего не показывает еще ни о чем не говорит - сделайте вручную малый квант времени - 0.1 мкС или меньше.

Минимальный шаг по времени, по мере возможности, ставлю всегда.
Ну, а увеличение С5 выброс на АЧХ конечно устраняет, но всё равно не даёт запаса по фазе!
В реале - при 10 пФ возбуда нет. Смотрел С1-114, Г3-118. Всё это говорит о том, что симулятор не может просчитать всего.

[gdvcesium]

Если убрать входной фильтр на С1, то выброс будет очень серьезным. При такой АЧХ любая помеха (по питанию, радиочастотная или ...) приведет к большим неприятностям ( отжигание твитера и т.д.), То, что по факту ее нет, говорит скорее о наличии паразитных емкостей, которые и нормализуют работу, но всегда лучше иметь дело с сосредоточенной и подконтрольной емкостью, чем с какими-то паразитными эффектами, которые Вы не контролируете и при другой топологии платы могут привести не понятно к чему.
МС довольно точно позволяет моделировать схемы и до нескольких сотен МГц (у меня конкретно работал генератор на 433.92Мгц), но в этом случае нужно иметь S-параметры транзистора.

[Alex Nikitin]

МС довольно точно позволяет моделировать схемы и до нескольких сотен МГц

Два момента:

1) модели мощных MOSFET совершенно неудовлетворительны при симуляции аналоговых схем.

2) при работе на резистивную нагрузку усилитель не должен возбуждаться даже при уменьшении или отсутствии С5.

Ёмкость монтажа на оригинальных печатках мизерная - несколько пФ. Если требуется 120 пФ, явный косяк - с питанием, с разводкой, с землёй, с конструкцией (например, не заземлён теплоотвод). Кроме этого, возбуд может быть при недостаточном смещении выходных полевиков (в классе В с отсечкой).

Алексей

[gdvcesium]

Платы, естественно, не оригинальные, но все элементы, кроме ZVP,"выходов" и LowESR емкостей по питанию - все чиповое (bcm847 - вх.диф. каскад,источники тока, bcp53-16 на усилитель напряжения (кстати, на сколько критично использование здесь транзистора с небольшим h>=100?) и источник тока), плата двухсторонняя, один слой- земляной полигон, с отдельным полигоном входной земли, соединение земель - в земле "разгрузочных" LowESR электролитов (по паре 680мкфх50в (плюс по 0.1мкФ X7R 0805 под каждым электролитом) на каждое плечо питания в 1.5см от выходного транзистора) около выходных каскадов, туда же подходит и земляной провод с питания.Цепь ООС - минимально короткая и под ней отдельный земляной полигон, соединенный с входной землей. У меня такого рода платы стабильно работали и на 800Мгц... Сколь я понимаю, в таком случае, все паразитные емкости оказываются на "земле" и их влияние минимально.
Питание - тор на 200 вт с экранирующей обмоткой, входной сетевой фильтр на феррите и керамика на 2200пФ со средней точкой(туда и экран трансформатора и "заземление") и между проводами 220в, диоды в мосте - UltraFast, емкости - обычные, суммарно 20000мкФ, на каждой "жбан" - керамический конденсатор на 0.1мкФ. Радиатор - на "земле".
В чем может быть "косяк"?
Скорее всего все же недостаточное смещение... Как я понимаю, в этом случае ВЧ "мусор" с выходного каскада начинает "сильно мешать жить"?
Кстати, а если слегка "фильтрануть", сделав Т- образный фильтр в цепи резисторов ООС, а "миллеровский конденсатор - подцепить к входу дифкаскада-ООС?

---------- Добавлено в 00:08 ---------- Предыдущее сообщение в 00:04 ----------

Думаете, что выброс на АЧХ от 300кГц до 1000кГц - "шутки" МС из-за плохих моделей?

[Alex Nikitin]

Скорее всего все же недостаточное смещение...

Под "недостаточным" я понимаю чистый класс В - начального тока буквально в несколько мА обычно достаточно для устранения возбуда.

Просмотрите внимательно земляные и сильноточные контуры - не исключена паразитная связь там. На каких частотах возбуд получается? Кстати, попробуйте разорвать общую ООС (подключите R9 не к выходу, а к коллектору Q3) и посмотрите, будет ли возбуд. При 120 пФ скорость нарастания в этом усилителе снизится до 5-6 В/мкс (должно быть не менее 30-35 В/мкс, что, кстати, подтверждает малые паразитные ёмкости) и сильно вырастут искажения.

Алексей

[Alickkk]

Платы, естественно, не оригинальные

На всякий случай... разводка

[gdvcesium]

Мне не понравилось периодическое выгорание "левых" IRL540N в момент включения, причем этот эффект исчез при увеличении емкости до 68пФ. Если включилось все нормально, то транзисторы дальше не горят - такое ощущение, что ВЧ-помеха при включении все же успевает запустить генерацию, ну, а как я писал, "левые" IRL имели довольно хлипкий кристалл, с FQA33N10L даже на минимальных емкостях этого нет, но вот поймать "подвозбуд" или его отсутствие пока не получается, а "заметать грязь под ковер" нет никакого желания.
Спасибо за совет с R9!
По ссылке на разводку - сделано все именно так, только в ссылке не показано, куда подключена входная земля - у меня к средней точке между конденсаторами около выходного каскада, к точке подключения земляного провода.
Я не стал использовать цепочки Бушеро и выходной дроссель - на выходе стоит сопротивление в 200 Ом. АС довольно приличного качества, реактивность у них минимальная, да и после отладки усилителя все равно хочу использовать цифровую фильтрацию и по-канальное усиление для каждой головки, может сделаю активную акустику с цифровым входом.
Спасибо всем за помощь и советы!

[Alex Nikitin]

По ссылке на разводку - сделано все именно так, только в ссылке не показано, куда подключена входная земля - у меня к средней точке между конденсаторами около выходного каскада, к точке подключения земляного провода.
Я не стал использовать цепочки Бушеро и выходной дроссель - на выходе стоит сопротивление в 200 Ом.

А вот это ошибка, поставьте обязательно, как минимум 10-15 см многожильного провода и ту цепочку, что на схеме (10 Ом 100нФ), без них будет 100% возбуждаться.

Алексей

[gdvcesium]

Спасибо, сегодня попробую!

[gdvcesium]

Что лучше поставить в Q3 - транзистор в sot23 с большим коэффициентом усиления (>400), но с малой мощностью рассеивания - 0.25Вт или средней мощности 1-1.5Вт (sot-89, sot-223), но h>100? Склоняюсь ко второму варианту, т.к очень не хочется "попасть" на тепловые искажения.

[Alex Nikitin]

Что лучше поставить в Q3 - транзистор в sot23 с большим коэффициентом усиления (>400), но с малой мощностью рассеивания - 0.25Вт или средней мощности 1-1.5Вт (sot-89, sot-223), но h>100? Склоняюсь ко второму варианту, т.к очень не хочется "попасть" на тепловые искажения.

Думаю, что второй вариант. Лучше всего в этом месте работают транзисторы с малыми ёмкостями (особенно проходной) и высоким динамическим сопротивлением коллектора. Усиление по току выше 50 вполне достаточно. Я ставил BF423, например, предназначенный для видеоусилителей, с отличным результатом. Эквивалент в SOT223 - BF721 .

Алексей

[gdvcesium]

Спасибо за совет!
RC-L цепочки на выходе помогли, "возбуда" нет при полном отсутствии миллеровской емкости.
Остановлюсь на BF621 или BF721, придется немного подработать плату...
С уважением.

[UFHBY]

Небольшое наблюдение. Усилитель играл у меня некоторое время, ВК улучшенный, все детали оригинальные, кроме выходников - стояли IRL540N, ток 100мА. И отлично играл! Пару-тройку недель назад "апгрэйдился": поставил РГ на PGA2311 и HUFы в выход, ток покоя тот же выставил. И всё, нет звука, муть сплошная, высокие прорезаются только если их уровень достаточно велик, напоминает экспандер на ВЧ, в середине каша. Утрирую немного, но так понятней. С прогревом, минут 20, всё становится лучше, но до первоначального варианта не дотягивает и заметно. Естественно, грешил на РГ, всё перерыл, и так и эдак пробовал, кстати, если нагрузить выход PGA килоом на 10-20, становится заметно лучше, чем на входную сотню. Уж думал обратно на альпсик заменить (стоял у меня раньше простенький RK12). И тут меня, как стукнуло! Достал усил из стойки и выставил рекомендованы автором 70мА (на прогретом). Ёлки-моталки, как ему похорошело! Всё встало на свои места и звучит, собака, замечательно! Правда, теперь уже не смогу сказать есть ли различия по звуку между IRL и HUF, подзабыл звук первого варианта, но сейчас всё отлично!
Alex Nikitin, я был бы рад авторскому комментарию по поводу таких различий, интересно знать механизм влияния тока покоя на тональный баланс и разрешение усилителя.

[gdvcesium]

Добрый день!
То, о чем Вы говорите хорошо описано в книге Дугласа Селфа - Проектирование усилителей мощности звуковой частоты, 2009г..
В инете наверняка найдете, если нет - то отпишите.
С уважением.

---------- Добавлено в 12:15 ---------- Предыдущее сообщение в 12:09 ----------

По PGA... А Вы уверены, что это не очередная китайская поделка, перемаркированная под BB или Сrystal? Если настоящая - "земли" у каналов разделили, что в питании?Что на входе PGA?

[UFHBY]

Offтопик:

По PGA... А Вы уверены, что это не очередная китайская поделка, перемаркированная под BB или Сrystal? Если настоящая - "земли" у каналов разделили, что в питании?Что на входе PGA?

Уверен, это сэмпл, полученный из TI , разводка нормальная, в питании 7805, Nichicon FW 330 мкф, Wima MKP10 0.1 мкф. А на входе ей и не нужно ничего. Но это офф. Проблемы была в УМ и она решена.

А книжку чего-то не могу найти, если есть - буду признателен.

[Shurik]

А книжку чего-то не могу найти, если есть - буду признателен.

Имеется в виду вот эта? http://www.kodges.ru/67125-proektiro...-zvukovoj.html

[UFHBY]

Shurik, уже забрал, спасибо! Почитаем...

А архивчик-то с паролем за дэнги , хэ им, а не смс...