Простой усилитель на N-канальных MOSFET

[antonluba]

Схема образовалась практически случайно.
В симуляторе показывает неплохие картинки.
Сегодня собрал на макетке, запустилось довольно легко. Ток покоя в железе немного меньше расчетного, нужно с номиналами источника тока поиграться.
Измерять нечем пока, на слух один канал приятно играет.
Модель прилагается.

VK_mosfet10_audio_MAKET.CIR

Подправил номиналы обратной связи, выровнял резисторы в коллекторах первого дк и в затворах выходников. Ушла постоянка на выходе, ток покоя выставил 50мА.
Играет красиво.
В симуляторе вот.
Вложение 341329
В железе R51 состоит из 2.2кОм + подстроечник на 10кОм.
Транзисторы биполярные 2N5551, 2N5401, полевые IRF9540, IRFP240.
Питание +-36В, в фильтрах 4700+1000мкф в каждое плечо.

Плюсы вижу следующие:
Простая схема, мало деталей, используются ходовые недорогие транзисторы.
Для такой простой схемы довольно низкие искажения, «мягкое» переключение выходников.
Минусы, наверное, тоже есть.
Я не умею нормально моделировать температурные режимы. Очевидно, нужна какая-то стабилизация тока покоя от температуры. И еще, непонятно, как он себя поведет при изменении напряжения питания (даже в пределах отклонений сети).
Различия в моделях P-канальных транзисторов дают в симуляторе разные варианты, от полной неработоспособности схемы с данными параметрами до идеальной схемы с небольшой второй гармоникой и полным отсутствием 3й и высших. В промежутке появляются варианты с отсутствием четных гармоник и огромными нечетными, а также с наличием только 3й гармоники на графике искажений.
Так что окончательный результат даст измерение.
Правда, еще бы печатку и конструктив подправить..

В окончательном варианте, возможно, имеет смысл поставить ограничение тока выходников, хотя я последнее время этого не делаю почему-то. Может потому что громко не слушаю.

Вот еще вариант
Вложение 341448

[Валет]

Устойчивость есть обратнопропорциональная величина петлевому усилению, глубине ООС и минимальным искажениям.
Так мои типовые симуляции с полосой выходного каскада под 10МГц показывают , что если петлевое усиление на 10кГц кажет 10000 - жди проблем с устойчивостью.
(…)
Вывод - цель простая схема с умеренной ООС , без рекордных КНИ, но "приятная" по звучанию.

Это может относиться с большими натяжками к УМЗЧ по структуре Лина, в т.ч. и сильно накрученному. В других структурах проблема может легко решаться. Например, структура УМЗЧ по ссылке в подписи https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1253909 , эскиз в посте 20, не имеет проблем с устойчивостью, хотя петлевое усиление 10000 он имеет на 20кГц. Об этом свидетельствует реакция на меандр без выбросов на фронтах и беспроблемная работа с любой нагрузкой от чисто емкостной до чисто индуктивной. Более того, в этой структуре можно упростить схемную реализацию УМЗЧ. В упомянутом усилителе число активных компонентов https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1034172 , пост 1107 меньше, чем у многих других усилителей.
Что касается приятного звучания, то эта цель недостижима, т.к. это понятие мало того, что сугубо индивидуально, так еще зависит и от характера музыки.

[Серый Мыш]

10000 он имеет на 20кГц

так этож где-то там же. Не озвучена граничная частота выходного каскада и тип коррекции - как там роняется петлевое усиление и куда фаза убегает. Не, я не против , и против композитов не против , вот простота быстро исчезает.

[antonluba]

Хм. Я тут покрутил в симуляторе и получил, что коррекция, выравнивая фазу, одновременно снижает петлевое усиление.

В моем случае получается с каскодом верхнего плеча и коррекцией внутри петли всего на 4 дБ больше на 10кГц, чем без каскода и без коррекции.
В абсолютных значениях 64дБ и 68дБ. Сколько это в разах? 7000 с чем-то?
Смысла нет, имхо.

Звук мне нравится, динамика хорошая, кизы на местах, мыла не слышу, инструменты слышу.
Состав у меня сейчас:
Самодельный USB цап на stm32+AD1865 из моей темы, этот усилитель, Alesis MonitorOne MK2 Passive (конденсаторы в фильтрах заменены на пленку).
Я думаю, как мониторный он вполне пойдет, при том, что слушать можно до половины регулятора громкости, дальше больно ушам становится.
Можно даже немного усиление снизить еще. Заодно гармоники снизятся.

[Валет]

Не озвучена граничная частота выходного каскада и тип коррекции - как там роняется петлевое усиление и куда фаза убегает.

Граничная частота ВК определяется транзисторами КТ830,831,818,819. Она сильно зависит от тока нагрузки.

Коррекция:
Во 2-м (мощном) каскаде усилителя:
На опережение R20-C13 в ДК, R36-C18 в УН и R18-C8 во внутренней цепи ООС
На запаздывание в явном виде отсутствует.
В полной схеме:
На опережение C7 между вых. ОУ и входом мощного каскада и R8-C6 во внешней цепи ООС
На запаздывание перемычка 1-8 в ОУ 544УД2 и R18-C8 во внутренней цепи ООС

Подробной АЧХ транзисторов у меня не было. Поэтому исходный черновик был без номиналов в коррекции. Фазу не считал, подбирал тыком. Особых проблем не было, повторяемость была отличная.

По такой структуре 2-х петель ООС вполне достаточно, в добавлении 3-й необходимости не было.

Схема https://yadi.sk/d/K8R95lWTqrxqg , далее папка 1, далее файл 01

[Серый Мыш]

Валет, При всем уважении, извини, елозить глазами по кальке очень утомительно.
Если уж задаваться борьбой за количество нулей аосле запятой, я б вариант Белки попробовал - усь сделать инвертирующий и ОУ с подкачкой тока "антиискажений" на входе.
Но для усилителя в теме это и усложнение и повышение склонности к сквозным токам.
Уж лучще дроссельную коррекцию во входном диффкаскаде попытать - будет в сумме двухполюсная коррекция.

вот воткнул дроссель навскидку - при токе покоя 170 мА на половинной мощности на 20кГц кажет 0.0004% искажений
реальное усиление 93дБ, с ООС 28дБ, глубина ООС 65дБ на 20кГц. Скорость под 25 В/мкС

Но подзванивает при выходе из клипа - противонасыщение вводить не хочется - надо "подщлифовать" коррецию, но это со временем

[Валет]

Валет, При всем уважении, извини, елозить глазами по кальке очень утомительно.

К сожалению другой нет. В 2000-м году я пытался опубликовать схему в «Радио», но не срослось и схеме осталась в черновике.

Если уж задаваться борьбой за количество нулей аосле запятой, я б вариант Белки попробовал

Бороться за количество нулей неблагодарное занятие. Бороться надо за точность усиления. Она тоже измеряется количеством нулей, но с оговоркой о честном измерении, т.е. с регистрацией всех искажений без исключения.

Уж лучще дроссельную коррекцию во входном диффкаскаде попытать - будет в сумме двухполюсная коррекция.
вот воткнул дроссель навскидку - при токе покоя 170 мА на половинной мощности на 20кГц кажет 0.0004% искажений

Искажения в симуляторе и в железе – две большие разницы. Но любая схема, в т.ч. и твоя, имеет право на жизнь, если результат устраивает и тебя, и потенциальных слушателей.

[Серый Мыш]

Искажения в симуляторе и в железе

вопрос точности моделей и учета паразистных эффектов в железе. Припаял землю на 5 мм не там, снял ООС неоттуда - привет граблям.
Вот обратный эффект - в реале лучше чем в симуляторе - не наблюдал. Но я честно говоря ленив мерять в реале. Настроил - и так сойдет! Все равно завтра переделывать - что то новое пробовать...

[zoog]

Припаял землю на 5 мм не там, снял ООС неоттуда - привет граблям.

Земли разделить, паять прямыми руками.
Я как-то добавлял штрихи реальности - 20..50нГн во все выводы силовиков, питание, банки с ЭПС и ЭПИ - всё равно ограничение и Кг отличались. Подозреваю, что в моделях нет токозависимых паразитов, даже не факт, что ёмкость коллктора нелинейна.

[Серый Мыш]

Подозреваю, что в моделях нет токозависимых паразитов

Предчувствие его не обмануло....
Хотя не так, в моделях не бывает паразитов - они достаточно точные и или упрощенные.
нелинейные емкости в моделях легко и проверить - меняй напругу на коллекторе и пользуй транзистор как конденсатор в фильтре

вот проверил BD139 - при 2В на коллекторе емкость коллектор база около 20пФ, при 70В уже 5пФ
на 30В около 10пФ

[.Васильев]

На выходе уся до выходого RL фильтра кондерчик ставь для проверки и смотри устойчивось усилителя.Помогает найти компромис

[antonluba]

И как он в классе б не искажает?

Я кажется понял, когда ток покоя верхнего плеча нулевой, через нижний выходник все еще течет ток верхнего плеча 2-го ДК. То есть нижнее плечо всегда открыто немного.

---------- Сообщение добавлено 18:44 ---------- Предыдущее сообщение было 18:36 ----------

На выходе уся до выходого RL фильтра кондерчик ставь для проверки и смотри устойчивось усилителя.Помогает найти компромис

Пожалуй я на текущем виде остановлюсь. Только конструктив доработаю, но без фанатизма.
Как раз детали приехали. Нужно блок питания на плату оформить, защиту опять же.
Трансформатор оставлю от Веги 122. Доп.питание с помощью удвоителя сделал, так и оставлю.
Регулятор громкости пока простой переменник. Есть дискретный в наличии.
Корпус на будущее оставлю.

Еще раз всем благодарен за поддержку.

---------- Сообщение добавлено 19.05.2019 в 17:52 ---------- Предыдущее сообщение было 18.05.2019 в 18:44 ----------

Поставил конденсаторы на плату. 4х 2200мкФ на каждую плату. Звук ощутимо улучшился по низам. Как атака большого барабана, так и длинные ноты бас-гитары.
Буду собирать плату выпрямителя и фильтров. Туда станет 2х 22000мкФ в каждое плечо и схема повышенного питания.
Еще нужно нормальную защиту сделать и софт-старт.


---------- Сообщение добавлено 20:00 ---------- Предыдущее сообщение было 17:52 ----------

Кстати, дополнительное преимущество схемы - абсолютно бесшумное включение и выключение. Никакого переходного процесса, если на вход что-то поступает, оно появляется на выходе. Если тишина - в колонках тишина.

[Серый Мыш]

Кстати,

молодец однако! Взял и сделал!

[Airt]

Но для усилителя в теме это и усложнение и повышение склонности к сквозным токам.

Гулять так гулять. Нужно повторители перед выходниками сделать двухтактными, как когда-то Котов сделал. Скорость запредельная. Искажения приемлемые.

[antonluba]

Хм. Я сейчас на этом усилителе слушал из вконтактика Sting All this time
Вот с этого альбома.
https://vk.com/audio?z=audio_playlis...e171fa94f6b537

Звук очень классный. Как живой концерт звучит. Динамика на барабанах просто супер. Рояль, голоса, синтезаторы, бас-гитара, четко, выпукло, кайф.

После этого подключил свой предыдущий усилитель "по мотивам" Натали, только упрощенный, который меня удивил звуком в свое время.
Весь объем куда делся... Вроде все слышно, стереопанорама есть, звук к колонкам не привязан, но вот этой динамики живой не получилось. Увеличение громкости не помогло. Плоско и все.

Подключил обратно этот усилитель. И опять живой звук. Как будто отключили компрессор. Громкие звуки реально громкие. Первый удар по бас-тому, как будто он здесь стоит, в комнате.

В общем, мне нравится.
Нужно скачать этот альбом во флаке. И сравнить еще с чем нибудь.

[antonluba]

С этого же альбома When we dance виолончель шикарна. Раз 10 переслушивал

[EMiq]

Посмотрел Вашу модель. Проблемы с динамикой во втором каскаде при подаче меандра на вход . Также проблема в клипе. Полевики второго каскада имеют слишком большие входные емкости. Их надо менять. В модели поставил ZVP3310A. Во входном каскаде нужны резисторы в эмиттерах для устойчивой коррекции и динамики. Модель в МС11 ниже. Старался ничего более не менять. Поправил схему генератора тока второго каскада. У второго транзистора генератора тока микротоковый режим в Вашей схеме. Это может быть критичным, т.к. усиление транзистора при таких токах резко падает, а ток коллектора соизмерим с обратным током коллектора. Вопрос термостабилизации тока покоя выходного каскада остается открытым.

[antonluba]

Спасибо.

Оос по току я убрал в железе.
Эмиттерные резисторы во входном каскаде сильно снижают усиление, спектр искажений портится. К тому же я для них место на плате не предусмотрел.
Каскод верхнего плеча все же сильно заворачивает фазу. Без него третья гармоника по симулятору сильно снижается. И дополнительная коррекция оказывается не нужна.

Насчет затворных резисторов ВК. В вашей модели при отсутствии сигнала на ZVP3310 рассеивается 625мВт, это уже предел. Прошу прощения, это параметры модели.
В железе при работе на 1кОм у меня IRF9520 немного нагревается. Так что тут тоже вопрос.

Термокомпенсация в железе работает. 2N5401 в источнике тока контачит с радиатором выходников.
Выходники греются очень слабо, кстати. Хотя я громко не слушаю, может поэтому.

В целом, я пока оставлю так, как есть.

[.Васильев]

Посмотрел Вашу модель. Проблемы с динамикой во втором каскаде при подаче меандра на вход . Также проблема в клипе. Полевики второго каскада имеют слишком большие входные емкости. Их надо менять. В модели поставил ZVP3310A. Во входном каскаде нужны резисторы в эмиттерах для устойчивой коррекции и динамики. Модель в МС11 ниже. Старался ничего более не менять. Поправил схему генератора тока второго каскада. У второго транзистора генератора тока микротоковый режим в Вашей схеме. Это может быть критичным, т.к. усиление транзистора при таких токах резко падает, а ток коллектора соизмерим с обратным током коллектора. Вопрос термостабилизации тока покоя выходного каскада остается открытым.

С24 стоит неправильно. Выброс на переходных здоровенный

[antonluba]

С24 стоит неправильно

Этих цепей нет в железе.

Вот схема. За исключением ИТ 2-го каскада. Там еще один подстроечник.
Вложение 346772

[.Васильев]

А там, в вашем вложении , тоже есть вторая петля двухкомпонентной оос и грамотно сделана .