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. .

[Борисыч44]

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

он не нужен т.к. ООС не даст подняться напряжению - транзистор откроется и "съест" лишнее

[теоретизирующий практик]

Сообщение от теоретизирующий практик


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



он не нужен т.к. ООС не даст подняться напряжению - транзистор откроется и "съест" лишнее

Ну к счастью многие современные транзисторы имеют уже встроенные не просто обратно включенные диоды, но еще и выполняющие функцию ограничения максимального напряжения. А если такового не предусмотрено, то вполне возможна ситуация, когда нагрузка отключена, да ещё и входной сигналном больше номинального. Режим сильно похож на переключательный в однотактных повышаюших преобразователях напряжения. При наличии запаса энергии постоянного тока в дросселе, и резком запирании (без нагрузки) на индуктивновсти вполне может вылезти импульс повышенного напряжения. Ну ладно, если это переходный процесс в момент выключения, и этот единичный выброс транзистор поглотит в предпробойном режиме, а если это постоянная перегрузка сигналом со входа.

Откровенно говоря поставить ограничительный стабилитрон моя вынужденная мера, в силу незнания критических способностей МОСФЕТ транзисторов в режиме пробойных и предпробойных напряжений и токов. Многие биполярные транзисторы безболезненно выдерживают такое издевательство .

Моё мнение, для надежности в таких случаях стабилитрон - вещь необходимая.

Анатолий.

[Ясен Пень]

Здравствуйте.
Хочу повторить вашу схему, но есть трудности с покупкой/изготовлением дросселя. Скажите, пожалуйста, можно ли в качестве дросселя использовать трансформатор, если его вторичные обмотки соединить последовательно и в противофазе?

[теоретизирующий практик]

Ясен Пень, здравствуйте! Просто трансформатор вряд ли сможете использовать, придется доработать. В отличии от трансформатора конструкция дросселя предусматривает во первых наличие немагнитного зазора в магнитопроводе (в железном сердечнике), но не это главная сложность. В промышленности сущестует очень много номиналов и марок трансформаторов, и некоторые вполне подходят для переделки в дроссель. В начальном описании усилителя был применен дроссель индуктивностью 0,04 Гн, для которого впритык был применен сердечник ШЛ 40 Х 25, т. е с сечением стержня в 10 см.кв. Но окончательно я рекомендую увеличить индуктивность дросселя до 0,1Гн, что повлечёт увеличение размеров сердечника, и диаметр провода.

Вы не указали, какой трансформатор имеете в виду, поэтому конкретного ответа дать невозможно. Но конструкторы усилителей часто для переделки с успехом используют выпускаемые промышленностью силовые трансформаторы марки ОСМ. Для переделки можно вполне использовать например трансформатор ОСМ 0,4 кВт. Если же применить ОСМ 0,63 кВт, то переделывать практически ничего не надо, просто при разборке вставляется немагнитная прокладка около 0,225мм, и используется первичная обмотка. Остальные обмотки пусть остаются на месте, иначе если начнете экономить и снимать вторичные обмотки, вполне можно повредить первичную. Правда ничего не дается так просто, полученный отличный по качеству дроссель будет весьма больших габаритов, и веса.

Анатолий.

если его вторичные обмотки соединить последовательно и в противофазе?

Практически важно, чтобы у всех обмоток был примерно одинакового диаметра провод, если так, то можете соединятЬ последовательно (но не в противофАзе !) любые обмотки, в том числе и первичную, важно, чтобы изоляция между секциями обмоток была соблюдена, а результирующее число витков и диаметр провода соответствовали требуемым, для получения нужной индуктивности, и допустимого активного сопротивления.

Анатолий.

[Ясен Пень]

Спасибо, придется все же делать дроссель. По поводу противофазного включения обмоток трансформатора - я ошибался, получится бифилярная катушка с нулевой индуктивностью, а не дроссель.
У меня трансформатор ТПП-287. Его вторичные обмотки рассчитаны на 2.55 А и 17.63 В (максимально). Магнитопровод ШЛМ 25Х40, заключен в крепеж. Правильно ли я понимаю, что мне нужно разобрать трансформатор и, не трогая обмотки (чтобы ничего не повредить), пересобрать магнитопровод, просто сделав небольшой зазор между его половинками?

[PA-qa7]

Если Вы используете вторички ТПП-287 по 17.63в последовательно = 35в и даже если там по 4-5витков на вольт, то Вы получите 140-175витков - это мало для получения приемлемой индуктивности. Хотя если общее сопротивление двух последовательных обмоток вторички не окажется больше 2-3ом, то послушать можно будет.. полчаса, потом у Вас при токе 2.5-2.8А дроссель разогреется сильно (провод вторички ведь 1мм с копейками?).
Из ОСМ-ов только начиная с ОСМ-0.63 (630вт) ТОЛЬКО С ПЕРВИЧКОЙ 220В провод идет 1.56мм диаметром и нормально держит ток 2.8-3А, там 255 витков, при зазоре 1мм индуктивность по L-метру 0.184Гн (при 1.5мм = 0.154Гн). У ОСМ-0.63 с первичкой 380в и т.д. провод первички ~ 1.1-1.3мм.
И.. ОСМ-0.63 весит 10кг))
Самый простой и ленивый вариант найти разделительный трансформатор с железом 15-20см.кв. и проводом хотя бы 1мм, у которого и первичка и вторичка на 220в, соединить их параллельно (как неоднократно советовал Анатолий), подогнав одинаковость напряжения в обеих обмотках, путем смотки или домотки. Ну и зазор сделать))
Сергей.

[теоретизирующий практик]

PA-qa7, Все верно, но по расчету для ОСМ 0,63 на 220В прокладка получается 0,255мм, индуктивность 0,1 Гн. (расчет практичкски не проверен).

Анатолий.

ШЛМ 25Х40

Применив при полной перемотке провод Ф 1,18, и намотав обмотку до заполнения получите такой же дроссель как в начальном топике, L = 0,04Гн. Пойдёт на низы от 20 Гц, ну а от 30 Гц вдвойне гарантированно. (Вы часто видели в природе АС, нормально воспроизводящие с 20 Гц? уверен - нет, а этот вариант и 20 гц будет воспроизводить, с почти незаметным спадом максимальной выходной мощности.)

[Alex]

Пойдёт на низы от 20 Гц, ну а от 30 Гц вдвойне гарантированно.

По завалу уровня или по фазе?

[теоретизирующий практик]

По завалу уровня или по фазе?

По максимальному неискаженному напряжению. Выходной уровень составит 0,79 от средних частот. При меньшем уровне сигнала АЧХ линейна по крайей мере до 20 ГЦ, ну а если уж АЧХ линейна , то и фаза не вертится. Правда не учтено влияние переходной емкости, ну для экстремалов её несложно сделать и побольше,не повредит. Вообще то здесь фаза на низах крутится практически только выходным конденсатором, влияние индуктивности нивелируется ООС.

Анатолий

[Alex]

По максимальному неискаженному напряжению.

Ну то есть по мощности. А какой сдвиг фазы на этой частоте?
В любом случае, это не характеризует полностью АЧХ - это АЧХ по мощности, что интересно но не достаточно. Еще весьма интересно знать малосигнальную АЧХ, по -3дб.

Выходной уровень составит 0,79 от средних частот

Непонятно почему 0.79 (-2дБ)?
Надо же по 0.71 (-3дБ)?

[теоретизирующий практик]

интересно знать малосигнальную АЧХ, по -3дб.

Алекс, в данной кофигурации АЧХ условно делю на 2 части, то,что до разделительного конденсатора, и то, что привносит разделительный конденсатор, не охваченный ООС. В первой части частотнотнезависимая (на НЧ) ООС глубиной более 60 дБ практически выравнивает АЧХ до прямой линии в интересующем диапазоне, ну, если не считать входной разделительный конденсатор, но не будем ловить блох . Вторая часть включает емкость в 10мФ (на 20Гц - реактивное - 0,8Ом) с нагрузкой 4 Ома. С учетом комплексной нагрузки это не простой делитель, и коэффициент передачи составит 0,98 (на 20 Гц). Угол врвщения с ходу не могу сказать, но тангенс угла будет 0,8/4=0,2. (Рядом оказалась логарифмическая линейка, угол около 11.град.)

Непонятно почему 0.79 (-2дБ)?

Просто оценил влияние индуктивности 40 мГ на 20 Гц, и на нагрузке 4 Ома (каюсь, без учёта разделительного конденсатора ), и оно оказалось 0,79. Конечно можно было для интереса посчитать нижнюю воспроизводимую частоту по мощности на уровне - 3 дБ, ну будет несколько ниже 20 Гц. Это мне показалось неважным.

Анатолий

[Alex]

Алекс, в данной кофигурации АЧХ условно делю на 2 части, то,что до разделительного конденсатора, и то, что привносит разделительный конденсатор, не охваченный ООС.

Но слушаем-то мы не две тдельные части, а все вместе!

Это мне показалось неважным.

А мне наоборт, кажется важным - если каждый будет измерять и делать выводы по собственным нормам, как можно сравнивать одно с другим? Тем более, что -3дБ имеет физический смысл.
Макаров вон в свои -0.17дБ уперся, и тоже с места не сдвинешь

[Борисыч44]

(на НЧ) ООС глубиной более 60 дБ практически выравнивает АЧХ до прямой линии в интересующем диапазоне,

Это практически измерено или прикинуто умозрительно "где то так 7/8"? ООС ведь будет уменьшать выходное сопротивление каскада с ОИ которое изначально не маленькое

[теоретизирующий практик]

Но слушаем-то мы не две тдельные части, а все вместе!

Я и не уверяю в обратном, но любой объект имеющий более одной части никто не запрещает рассматривать как по частям, так и в целом, если целое определяется свойствами частей. Не так ли?

А мне наоборт, кажется важным - если каждый будет измерять и делать выводы по собственным нормам, как можно сравнивать одно с другим? Тем более, что -3дБ имеет физический смысл.
Макаров вон в свои -0.17дБ уперся, и тоже с места не сдвинешь

Принимается . С оговорками. (вообще то любое отношение в дБ имеет физический смысл, другой вопрос, имеет ли смысл оговаривать технические характеристики на инфранизких частотах, например с гордостью сообщать что усь без потери мощности пропускает от постоянного тока до 10000000Гц, экзотерику напоминает; может ошибаюсь). По затронутому вопросу: выходная неискаженная мощность при индуктивности 40 мГ снижается в два раза (на - 3 дБ) при снижении частоты до 16 Гц. Малосигнальная АЧХ без учета переходного конденсатора равномерна до этой же частоты в пределах точности измерительного вольтметра. Ввиду бессмысленности расчетов в инфранизком диапазоне, влияние разделительной емкости не привожу, для 20 Гц влияние емкости см. сообщение # 171.

Анатолий.

PS Согласен, что слушаем мы всё вместе, т.е. на выходе разделительного конденсатора.

---------- Добавлено в 13:56 ---------- Предыдущее сообщение в 13:09 ----------

Сообщение от теоретизирующий практик


(на НЧ) ООС глубиной более 60 дБ практически выравнивает АЧХ до прямой линии в интересующем диапазоне,



Это практически измерено или прикинуто умозрительно "где то так 7/8"? ООС ведь будет уменьшать выходное сопротивление каскада с ОИ которое изначально не маленькое

Прямо торги напоминает . Что, ветка похожа на фальсификацию с моей стороны, так игнорируйте её , в чём вопрос?

Да бЫл изготовлен и промерен имеющейся на тот момент измерительной аппаратурой сей продукт, не сомневайтесь . Около года практического интереса никто не проявлял. Естественно макет разобран (к сожалению, а то сейчас мог бы его чуть обмерить СПЕКТРАПЛЮСом, спасибо АЛЕКСУ). То, что сам не проверил практически не упоминаю в сообщениях. Исключение составляют сообщения практически прикладного характера, не требующие проверки с включением и обмером уся. Ну какие умозриттельные заключения могут быть выведены при расчете индуктивности, или влиянии разделительного конденсатора?

Ну а то , что ООС глубиной 60 дБ при грамотном исполнении выпрямляет АЧХ в звуковом диапазоне в струнку я заранее не смневаюсь, и практически проверял не раз, не только на описываемой конструкции. Вообще както странно Вы разделяете выходное сопротивление устройства и АЧХ в связи с применением ООС. Выходное сопротивление в данной конфигурации естественно падает до малых долей Ома, а АЧХ естественно выравнивается, вчём могут быть сомнения?

Анатолий.

[Борисыч44]

Не принимайте так близко , просто у меня трудился гибридник безосный с полевым повторителем на выходе, дроссель то же был порядка 40мГн, нижняя граничная 6Гц, дык вот и интересует на сколько реально низкое вых. сопр. которое как раз по Fн видно

[теоретизирующий практик]

безосный с полевым повторителем на выходе, дроссель то же был порядка 40мГн, нижняя граничная 6Гц, дык вот и интересует на сколько реально низкое вых. сопр. которое как раз по Fн видно

С дросселем 40 мГн нижняя частота 6 Гц? Здесь какое -то несоответствие. При 6 Гц индуктивное сопротивление будет 1,5 Ом. Только если Ваша акустика имела сопротивление 1,5 Ом можно ожидать такую низкую частоту половинной максимальной мощности,( при любом малом динамическом сопротивлении усилителя.) Можно предположить, что активное сопротивление обмотки дросселя было таким высоким, что это был скорее резистор, чем дроссель, тогда нижняя граница эффективно воспроизводимых частот может заметно понизится, НО ценой сильного снижения общей выходной мощности, или по другому, снижением эффективного КПД, который в классе А и так не очень высок.

Анатолий.

[Борисыч44]

Выходное сопротивление повторителя 1/S образует делитель с дросселем - нагрузка тут почти не причем (почти потому что у меня автотранс и его сопротивления входят в выходное)

[теоретизирующий практик]

Борисыч44, На самом деле все не так просто. Понятно, что выходное сопротивление повторителя 1/S. Но для хорошего КПД надо, чтобы сопротивление общей нагрузки в цепи истока было много больше 1/S, иначе "Автотрансформатор" из выходного сопротивления уся и элементов нагрузки получится штука весьма прожорливая, и выходную мощность потому выдаёт по минимуму от возможного, т. е, нельзя сказать что ничего не даёт, но можно сказать, что ничего существенного не даёт. А вообще, возможно, мы говорим о разных вещах, без схемы, и без режимов работы. Иногда словами описать даже простенькую схему сложнее, чем нарисовать.

Анатолий.

[Борисыч44]

Но для хорошего КПД надо, чтобы сопротивление общей нагрузки в цепи истока было много больше 1/S, иначе "Автотрансформатор" из выходного сопротивления уся и элементов нагрузки получится штука весьма прожорливая, и выходную мощность потому выдаёт по минимуму от возможного

Меня ПД не интересовал, иначе бы кл А не делал, "прожорливая" - да согласен, НЧ на большой амплитуде только энергией в индуктивности обеспечивается, мощность только питанием ограничена, кста на полной амплитуде граничная поднималась до 11Гц

[теоретизирующий практик]

Меня ПД не интересовал, иначе бы кл А не делал, "прожорливая" - да согласен, НЧ на большой амплитуде только энергией в индуктивности обеспечивается, мощность только питанием ограничена, кста на полной амплитуде граничная поднималась до 11Гц

Борисыч, вообще разговор наш в ветку юмора можно поместить . Только сегордня ночью дошло до меня. .

Ну зачем нам беспокоится воспроизводит ли усь с дросселем 40 мГ частоту 6Гц, или 11Гц? Мне кажнетсч не воспроизводит, а тебе - что воспроизводит. Зри в корень! (К.Прутков.) Звуковой диапазон усь воспроизводит наверное хорошо? Вывод: вопрос спора отсутствует, по причине неприменения на прктике частот ниже 20 Гц.

Нормально играет, и слава Богу! Пусть даже на 6 Гц оно играет за счет резонанса дросселя и переходной ёмкости!

Анатолий.