Унч на полевых транзисторах с ламповым звуком – Унч на полевых транзисторах с ламповым звуком. Предварительный усилитель на полевом транзисторе

Унч на полевых транзисторах с ламповым звуком. Предварительный усилитель на полевом транзисторе

Усилители на полевых транзисторах (ПТ) обладают большим входным сопротивлением. Обычно такие усилители используются как первые каскады предварительных усилителей, усилителей постоянного тока измерительной и другой радиоэлектронной аппаратуры.
Применение в первых каскадах усилителей с большим входным сопротивлением позволяет согласовывать источники сигнала с большим внутренним сопротивлением с последующими более мощными усилительными каскадами, имеющими небольшое входное сопротивление. Усилительные каскады на полевых транзисторах чаще всего выполняются по схеме с общим истоком.

Так как напряжение смещения между затвором и истоком равно нулю, то режим покоя транзистора VT характеризуется положением точки А на сток-затворной характеристике при U ЗИ =0 (рис. 15,б).
В этом случае при поступлении на вход усилителя переменного гармонического (то есть синусоидального) напряжения U ЗИ с амплитудой U mЗИ положительный и отрицательный полупериоды этого напряжения будут усиливаться неодинаково: при отрицательном полупериоде входного напряжения U ЗИ амплитуда переменной составляющей тока стока I» mc будет больше, чем при положительном полупериоде (I»» mc), так как крутизна сток-затворной характеристики на участке АВ больше по сравнению с крутизной на участке АС: Вследствие этого форма переменной составляющей тока стока и создаваемого им переменного напряжения на нагрузке U ВЫХ будет отличаться от формы входного напряжения, то есть возникнут искажения усиливаемого сигнала.
Для уменьшения искажений сигнала при его усилении необходимо обеспечить работу полевого транзистора при постоянной крутизне его сток-затворной характеристики, то есть на линейном участке этой характеристики.
С этой целью в цепь истока включают резистор Rи (рис.16,а).

Протекающий через резистор ток стока I С0 создает на нем напряжение
U Rи =I С0 Rи, которое прикладывается между истоком и затвором, включая ЭДП, образованный между областями затвора и истока, в обратном направлении. Это приводит к уменьшению тока стока и режим работы будет характеризоваться в этом случае точкой А» (рис.16,б).

Чтобы не происходило уменьшения коэффициента усиления, параллельно резистору Rи подключают конденсатор Си большой емкости, который устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, образуемую переменным напряжением на резисторе Rи. В режиме, характеризуемом точкой А», крутизна сток-затворной характеристики при усилении переменного напряжения остается примерно одинаковой при усилении положительных и отрицательных полупериодов входного напряжения, вследствие чего искажения усиливаемых сигналов будут незначительны
(участки A»В» и А»С» примерно равны).
Если в режиме покоя напряжение между затвором и истоком обозначить U ЗИО, а протекающий через ПТ ток стока I С0 , то сопротивление резистора Rи (в омах) можно рассчитать по формуле:
Rи =1000 U ЗИО /I С0 ,
в которую ток стока I С0 подставляется в миллиамперах.
В схеме усилителя, приведенной на рис.15, используется ПТ с управляющим p-n-переходом и каналом р-типа. Если в качестве ПТ применяется аналогичный транзистор, но с каналом n-типа, схема остается прежней, а изменяется лишь полярность подключения источника питания.
Еще большее входное сопротивление имеют усилители, выполненные на полевых МДП-транзисторах с индуцированным, или встроенным каналом. При постоянном токе входное сопротивление таких усилителей может превышать 100 МОм. Так как напряжения их затвора и стока имеют одинаковую полярность, для обеспечения необходимого напряжения смещения в цепи затвора можно использовать напряжение источника питания G C подключив его к делителю напряжения, включенному на входе транзистора таким образом, как показано на рис.17.

Усилители с общим стоком

Схема усилителя на ПТ с общим стоком аналогична схеме усилителя с общим коллектором. На рис.18,а приведена схема усилители с общим стоком на ПТ с управляющим р-n-переходом и каналом р-типа.

Резистор Rи включен в цепь истока, а сток прямо подключен к отрицательному полюсу источника питания. Поэтому ток стока, зависящий от входного напряжения, создает падение напряжения только на резисторе Rи. Работа каскада поясняется графиками, приведенными на рис.18,б для случая, когда входное напряжение имеет синусоидальную форму. В исходном состоянии через транзистор протекает ток стока I С0 , который на резисторе Rи создает напряжение U И0 (U ВЫХ0). В течение положительного полупериода входного напряжения обратное смещение между затвором и истоком увеличивается, что приводит к уменьшению тока стока и абсолютной величины напряжения на резисторе Rи. В отрицательный полупериод входного напряжения, наоборот, напряжение смещения затвора уменьшается, ток стока и абсолютная величина напряжения на резисторе Rи увеличиваются. Вследствие этого выходное напряжение, снимаемое с резистора Rи, т. е. с истока ПТ (рис.18,б), имеет такую же форму, что и входное напряжение.
В связи с этим усилители с общим стоком получили название истоковых повторителей (напряжение истока по форме и значению повторяет входное напряжение).

Если громкость звука не самое важное, а предпочтение отдается качеству звучания, то этот УМЗЧ будет как раз кстати. Выходной каскад, выполненный по двухтактной схеме на комплементарной паре мощных полевых транзисторов с изолированным затвором обеспечивает качество звучания субъективно сродни «ламповому».

Да объективные хара

electriclub.ru

Схема УНЧ на полевых транзисторах


Оппонент: Почему транзисторный и почему по ламповой схемотехнике? Ведь можно сделать либо классический ламповый, либо транзисторный
по любой из существующих схем, которых в разных источниках, как грязи в болотах.

Автор: К ламповым усилителям — вообще никаких претензий. Если не пугает гибка стальных шасси, приобретение качественных выходных
трансформаторов, поиск высоковольтных кондёров и подобранных по параметрам ламп, а будучи звездонутым анодным напряжением в 400 вольт,
вы найдёте не только минусы, но и плюсы, то вам дорога в спаянные ряды маньяков лампоманов.

Только обязательно имейте ввиду:

1. Любая межкаскадная обратная связь в ламповом усилителе приблизит его по звучанию к транзисторному и
преимущество ламп перед транзисторами будет сведено на нет.


2. Однотактные усилители, с мощностями свыше 6-8 вт — не что иное, как фикция, если хотите больше, используйте двухтактник.

И давайте-ка, для наглядности я приведу традиционную и хорошо себя зарекомендовавшую схему усилителя на лампах.




Рис.1

Это классика, тут ничего мудрить не надо, схема проверена временем, производителями профессиональной аппаратуры
и привередливыми ушами музыкантов.

Теперь по поводу транзисторных усилителей. История борьбы с феноменом транзисторного звучания уходит в далёкие
70-ые годы.

С появлением первых мощных транзисторных усилителей низкой частоты многих гурманов качественного
воспроизведения музыки постигло разочарование — новинки с более высокими электрическими характеристиками никак не могли
сравниться со своими ламповыми собратьями по мягкости и естественности звучания.

Сотни умных разработчиков чесали свои просветлённые
репы в надежде хоть как-то снизить тембральные искажения в транзисторных схемах, меняли схемотехнику и элементную базу,
оживлённо гнались за сверхпараметрами, писали разные статьи, пока не поняли, что к цифрам, указанным в характеристиках усилителя
надо относиться сдержанно, а верить можно только собственным ушам.

Однако, проиграв глобальную борьбу с лампой за чистоту музыкального звучания, обиженные, но не разбитые в пыль транзисторные аудиофилы
все же собрались духом и вынесли на своих плечах ряд постулатов о происхождении пресловутого транзисторного звучания:

1. Глубокая отрицательная обратная связь, без которой не обходится ни один транзисторный усилитель, порождает
переходные интермодуляционные искажения, вызванные запаздыванием сигналов в петле обратной связи.

2. Все та же глубокая обратная связь обуславливает низкое выходное сопротивление устройства, что с одной стороны хорошо, так как
повышает коэффициент демпфирования усилителя, но с другой стороны для большинства громкоговорителей чревато возникновением
интермодуляционных искажений в самих динамических головках, что вызывает неприятные призвуки, ошибочно принимаемые за искажения усилителя.

3. Особо продвинутые специалисты упоминают тепловые искажения, которые вызваны скачками мгновенной температуры кристалла транзистора при
прохождении сигнала, в связи с изменением рассеиваемой в нем мгновенной мощности. В результате,
в процессе усиления музыкального сигнала коэффициент усиления по току (или крутизна) выходных транзисторов плавно (из-за инерции
тепловых процессов) изменяется на 20-30%. Эти флуктуации, в свою очередь, становятся причиной инфразвуковых интермодуляционных
искажений в усилителе, к которым ухо слушателя чрезвычайно чувствительно.

Думаю, пока я выдёргивал из разных источников эту мудрёные постулаты, у Оппонента было время, чтобы спокойно попить кофе,
а при желании и вздремнуть.

Оппонент: Да уж, теория истощает и не даёт дойти до края пути.

Автор: Молодец, красиво сказано!

Но я же не порадую тебя банальным и не требующим умственного напряга умозаключением, типа: «Если свет выключается со звуком «э»,
значит, в туалете кто-то есть»?

Вижу — не порадую, поэтому придётся слегка поднапрячься.


А небольшой теоретический экскурс позволил нам сделать четыре важных вывода:

1. Никаких глубоких отрицательных обратных связей в нашем усилителе не будет, максимум — внутрикаскадные.


2. Усилитель должен работать в чистом режиме А, что позволит нам достичь приемлемых величин нелинейных искажений при отсутствии
обратных связей и напрочь избавит от тепловых искажений.


3. Усилитель должен быть построен исключительно на мощных полевых транзисторах, являющихся твердотельными аналогами ламп.
Уравнения, описывающие их вольтамперные характеристики практически идентичны и близки к квадратичным,
поэтому и у тех и у других в спектре выходных сигналов практически отсутствуют чётные гармоники, а амплитуды высших гармоник
очень быстро сходят на нет.


4. «Теория без практики мертва, а практика без теории слепа» — сказал то ли математик Пафнутий Чебышев, то ли
полководец Александр Суворов, не суть.


Надо отметить, что полевые транзисторы в низкочастотных усилителях применяются давно как радиолюбителями, так и промышленными
производителями. В основном, эти усилители собраны по стандартной транзисторной схемотехнике с глубокими ООС и никакого отношения
к ламповому звуку не имеют, а мощные ПТ используются у них только в выходных каскадах.

Удачным примером такого схемотехнического решения является усилитель фирмы HITACHY, воссозданный несколькими поколениями
радиолюбителей и сочетающий в себе простоту и качество звучания, которому могут позавидовать владельцы многих современных
ресиверов.

Рис.2

Предпринимались и робкие попытки соорудить гибридные схемы усилителей, где в качестве драйвера использовались
вакуумные триоды, а полевые транзисторы стояли на выходе устройств. Схемы эти позволяли отказаться от дорогостоящих выходных
трансформаторов, но настолько беззастенчиво нарушали чистоту стиля, что вполне заслужено массово в народ не пошли.

Ну и наконец, вдоволь нахлебавшись в потугах соорудить транзисторные усилители с ламповым звуком, радиолюбители и мелкие производители
звуковоспроизводящей аппаратуры (в основном импортные) стали штурмовать схемотехнику без обратных связей и выходными транзисторами,
работающими в режиме А.

Одно из таких решений — усилитель с источником тока в цепи стока было предложено фирмой Pass Laboratories.

Рис.3

Ну и совсем экстремальный вариант с дросселем в стоковой цепи — полный аналог лампового однотактного усилителя класса A
с выходным трансформатором был предложен итальянским инженером-аудиотехником Андреа Чуффоли.

Рис.4

Оппонент: И что будем делать однотактник?

Автор: Не могу понять, почему большинство авторов переклинило на схемах однотактных усилителей.


Могу лишь робко предположить, что высокие нелинейные искажения, сопровождающие работу однотактников на высоких мощностях дают
устойчивую иллюзию звучания лампового усилителя. И происходит это, как мы помним, благодаря схожести набора гармонических составляющих
у ламп и полевых транзисторов. Но цена этой иллюзии — полное отсутствие прозрачности и детальности звучания уже при 10-ватной мощности.

А если мы хотим качественно озвучить комнату площадью 20 кв.м.? Тогда наш выбор — схема приведённая на Рис.1, только собранная на
транзисторах и без трансформатора.

Итак, делаем настоящий Hi-End!










 

vpayaem.ru

УНЧ КЛАССА А НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Это однотактный MOSFET усилитель класса A. Зачем он нужен, ведь своим КПД такая схема не выдерживает никакой критики? УНЧ класса А имеет очень хороший звук, и как правило не предназначен для того, чтобы играть очень громко, он должен играть очень качественно. Такие усилители имеют свои неоспоримые преимущества — они дают чистый, неискаженный звук, вот почему мечта многих аудиофилов — иметь усилитель класса А высокого класса.

Схема усилителя класса А на MOSFET

Этот усилитель был создан на основе принципиальной схемы, показанной выше. Вместо 2SK1058 использовался 2SK2221, потому что различия между ними невелики. Кроме того, 4700 мкФ был заменен на конденсатор 6800 мкФ. 

Схема БП УНЧ класса А

Источник питания потребовал некоторых изменений. В выпрямительном мосту использованы диоды BYW 29/100. Конденсаторы 100 нФ расположены вокруг диодов для фильтрации шума при их переключении. Конденсаторы 1 мкФ размещены параллельно конденсаторов 10000 мкФ для фильтрации. Все представлено на схеме блока питания. 

После сборки усилитель сразу заработал и весьма впечатляюще. Однако следует отметить, что в его случае используйте хорошую фильтрацию на источнике питания, чтобы устранить гудение. Но в остальном это довольно простой проект, с которым может справиться даже не слишком опытный радиолюбитель. 

В качестве нагрузки транзистора выступают четыре не индуктивных проволочных резистора мощностью по 10 Вт. Да, класс А очень неэффективен в плане расхода мощности. Уходит более 60 Вт, чтобы получить только несколько ватт звука из динамика.

Это типичный пример усилителя SE. Резистор действует как источник тока для транзистора. Ток покоя легко рассчитывается как 0,8 А. Потеря мощности составляет около 20 Вт. Теоретическая максимальная мощность составляет 5 Вт.

Схема усилителя класса А — второй вариант

А это несколько модифицированная схема: транзистор T2 заменяет резистор 15 Ом 40 Вт в верхней схеме и является источником тока для T3, T1 и R1 для поддержания тока источника тока равным Ube (0,7 В) / R1 (0,47 Ом) = 1,5 А. Мощность на R1 = Ube (0,7 В) x I (1,5 А) = 1 Вт. Мощность на T2, а также на T3 = Uds (17,5 В) xI (1,5 А) = 26 Вт. Транзисторы Т2 и Т3 в совокупности отводят тепло мощностью 52 Вт. А мощность на динамике около 12 Вт (на 8 Ом). Самым большим преимуществом источника тока является то, что для переменного напряжения он имеет очень высокое сопротивление.

Если требуется УНЧ класс «А» чисто для наушников — смотрите эту схему. В общем попробуйте собрать этот УМЗЧ А-класса и послушать — будете приятно удивлены!

   Схемы усилителей

elwo.ru

Эмулятор «лампового» звучания на полевом транзисторе

До сих пор у музыкантов неоспорим интерес к ламповой аппа­ратуре для электромузыкальных инструментов. Однако опреде­лённое сходство характеристик ламп и полевых транзисторов с рn переходом позволяет в ряде случаев и с транзисторами достигать аналогичного эффекта в создании специфического звучания. Описываемый эмулятор с полевым транзистором можно использовать как отдельное устройство к транзисторному УМЗЧ промышленного производства, так и встроить его в изго­тавливаемый, например, для электрогитары, усилитель.

Основное достоинство полевых тран­зисторов с p-n переходом — низкий уровень гармонических и интермодуляционных искажений при усилении напряжения, вследствие чего звучание ЭМИ с УМ на их основе напоминает звучание с ламповыми усилителями. Коэффициент гармоник даже с местны­ми ООС не превышает 0,1…0,3 %, при­чём гармоники высших порядков отсут­ствуют. Благодаря этому обстоятель­ству конструкторы всё чаще применяют в выходных каскадах УМЗЧ так называе­мые латеральные транзисторы (струк­тура МОП с боковым каналом), напри­мер, 2SK1058, 2SJ162 производства Renesas Electronics. Однако в предвари­тельных каскадах полевые транзисторы применяют редко, в основном в люби­тельских разработках.

Достоинства полевых транзисторов особенно ярко проявляются в простых усилителях без общей обратной связи. Однако вследствие заметного техноло­гического разброса параметров звуча­ние с каждым экземпляром одного типа прибора становится индивидуаль­ным. Это обстоятельство становится преимуществом в тех случаях, когда вносимая окраска звучания является художественным средством — напри­мер, в усилителях для электрогитар.

Традиционно решение этой задачи возлагается на ламповые усилители, которые используются с электрогита­рами в двух режимах: «чистого» звуча­ния (с характерным для ламп окрашива­нием звучания чётными гармониками) и в режиме перегрузки (с большим уров­нем гармонических и интермодуляци­онных составляющих). Эксплуатацион­ные недостатки вакуумных ламп обще­известны, поэтому вполне естественно желание добиться того же эффекта другими способами.

Рис. 1

Сравним поведение электронной лампы и транзистора с затвором на основе р-n перехода, используя их характеристики (рис. 1).

В электронной лампе при сигнале плюсовой полярности на управляющей сетке появляется сеточный ток, сетка становится «конкурентом» анода, пере­хватывая эмитированные катодом элек­троны. Это замедляет рост тока анода и даже может привести к его снижению, когда ток катода начинает перераспре­деляться между анодом и сеткой. Ток насыщения лампы определяется мак­симальным током, который можно отбирать с катода.

В полевом транзисторе с p-n пере­ходом и каналом n-типа происходят подобные явления, однако ток затвора появляется после превышения напря­жения открывания p-n перехода (более +0,6 В). Ток насыщения полевого тран­зистора лишь незначительно превыша­ет начальный ток стока и с током затво­ра не связан. Напряжение стока, при котором наступает режим насыщения, можно определить из условия отсечки канала вблизи стока (Ucнас — напряже­ние насыщения): Uс нас +|Uз| = |Uз нас|. По­этому для транзистора с малым напря­жением отсечки различия тока насы­щения и начального тока стока невели­ки.

При всех различиях в механизме возникновения перегрузки для нас важно то, что их роднит: появление тока сетки или тока затвора приводит к резкому снижению входного сопротив­ления каскада и соответственно сни­жению коэффициента передачи цепи от предшествующего каскада (или ис­точника сигнала). Но, в отличие от диодных ограничителей сигнала, в ламповых каскадах это ограничение мягкое и лишь в небольшой степени затрагивает динамику сигнала. Порог ограничения «следит» за уровнем сиг­нала благодаря цепи утечки сетки. Таким образом, чтобы добиться того же эффекта в транзисторном каскаде, нужно использовать фиксированное смещение взамен автоматического и установить «гридлик» аналогично лам­повым схемам.

Рассчитать режимы каскада по постоянному току и коэффициент пере­дачи можно по методу линейной аппроксимации [1]. Этот метод сущест­венно проще и нагляднее приведённого в [2] и обеспечивает практически те же результаты.

Рис. 2

На рис. 2 приведена схема рас­считанного каскада. Кремниевые диоды VD1, VD2 (например, КД102, КД522 с любым буквенным индексом) в цепи истока полевого транзистора фиксируют его потенциал на уровне 1,3…1,4 В. Переменный резистор R5 изменяет напряжение смещения на затворе (отрицательное относительно истока) примерно в интервале 0…1,2 В. При использовании ПТ с небольшим напряжением отсечки (0,5…2 В) это позволяет установить рабочую точку на любом участке ха­рактеристики — линейном, в области верхнего или нижнего изгиба. Дина­мические изменения дифференциаль­ного сопротивления диодов VD1, VD2 (несколько десятков ом в сравнении с сотнями ом сопротивления истока ПТ) в интервале размаха сигналов не при­водят к заметному росту нелинейных искажений в каскаде: в конечном счётеэтот эмулятор пред­назначен для обога­щения спектра.

Цепь R3C3 обра­зует гридлик: при появлении тока за­твора конденсатор СЗ заряжается и рабочая точка дина­мически сдвигается влево к линейному участку амплитудной характеристики. Без этой RC-цепи огра­ничение сигнала бу­дет жёстким, «тран­зисторным». Посто­янная времени гридлика определяется, в частности, конденсатором С3, изме­нение его ёмкости в пределах 1…10 нФ оказывает влияние на характер динами­ческого ограниче­ния сигнала и тембр звучания.

Входной сигнал должен иметь амп­литуду напряжения 0,5… 1 В, поэтому на входе каскада необ­ходим линейный уси­литель, доводящий сигнал до этого уровня.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Межлумян А. О расчёте ступеней на полевом транзисторе. — Радио, 2000, № 6, с. 45-48.
  2. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. — М.: Мир, 1991, с. 74-79.

Автор: А. ШИХАТОВ, г. Москва
Источник: Радио №3, 2016

Возможно, вам это будет интересно:

meandr.org

cxema.org — Мощный УМЗЧ на полевых транзисторах

Мощный УМЗЧ на полевых транзисторах


Давно, еще года два назад, приобрел я старый советский динамик 35ГД-1. Несмотря на его первоначально плохое состояние, я его восстановил, покрасил в красивый синий цвет и даже сделал для него ящик из фанеры. Большая коробка с двумя фазоинверторами сильно улучшила его акустические качества. Осталось дело за хорошим усилителем, который будет качать эту колонку. Решил сделать не так, как делает большинство людей – купить готовый усилитель D–класса из Китая и установить его. Я решил сделать усилитель сам, но не какой-нибудь общепринятый на микросхеме TDA7294, да и вообще не на микросхеме, и даже не легендарный Ланзар, а очень даже редкий усилитель на полевых транзисторах. Да и в сети очень мало информации об усилителях на полевиках, вот и стало интересно, что это такое и как он звучит.




Сборка


Данный усилитель имеет 4 пары выходных транзисторов. 1 пара – 100 Ватт выходной мощности, 2 пары – 200 Ватт, 3 – 300 Ватт и 4, соответственно, 400 Ватт. Мне все 400 Ватт пока не нужны, но я решил поставить все 4 пары, дабы распределить нагрев и уменьшить рассеиваемую каждым транзистором мощность.


Схема выглядит так:


На схеме подписаны именно те номиналы компонентов, которые установлены у меня, схема проверена и работает исправно. Печатную плату прилагаю. Плата в формате Lay6.


Внимание! Все силовые дорожки обязательно залудить толстым слоем припоя, так как по ним будет течь весьма большой ток. Паяем аккуратно, без соплей, флюс отмываем. Силовые транзисторы необходимо установить на теплоотвод. Плюс данной конструкции в том, что транзисторы можно не изолировать от радиатора, а лепить все на один. Согласитесь, это здорово экономит слюдяные теплопроводящие прокладки, ведь на 8 транзисторов их ушло бы 8 штук (удивительно, но факт)! Радиатор является общим стоком всех 8 транзисторов и звуковым выходом усилителя, поэтому при установке в корпус не забудьте как-нибудь изолировать его от корпуса. Несмотря на отсутствие необходимости установки между фланцами транзисторов и радиатором слюдяных прокладок, это место необходимо промазать термопастой.


Внимание! Лучше сразу всё проверить перед установкой транзисторов на радиатор. Если вы прикрутите транзисторы к радиатору, а на плате будут какие либо сопли или непропаяные контакты, будет неприятно снова откручивать транзисторы и измазываться термопастой. Так что проверяйте всё сразу.


Биполярные транзисторы: T1 – BD139, T2 – BD140. Тоже нужно прикрутить к радиатору. Они греются не сильно, но все таки греются. Их тоже можно не изолировать от теплоотводов.


Итак, приступаем непосредственно к сборке. Детали располагаются на плате следующим образом:


Теперь я прилагаю фото разных этапов сборки усилителя. Для начала вырезаем кусок текстолита по размерам платы.


Затем накладываем изображение платы на текстолит и сверлим отверстия под радиодетали. Зашкуриваем и обезжириваем. Берем перманентный маркер, запасаемся изрядным количеством терпения и рисуем дорожки (ЛУТом делать не умею, вот и мучаюсь).


Далее кидаем плату в раствор хлорного железа и ждём, пока оно сделает своё дело. Затем вынимаем, оттираем маркер щёткой для сковород и плата готова.


Вооружаемся паяльником, берём флюс, припой и лудим.


Отмываем остатки флюса, берём мультиметр и прозваниваем на предмет замыкания между дорожками там, где его быть не должно. Если всё в норме, приступаем к монтажу деталей.

Возможные замены.

Первым делом я прикреплю список деталей:

C1 = 1u

C2, C3 = 820p

C4, C5 = 470u

C6, C7 = 1u

C8, C9 = 1000u

C10, C11 = 220n


D1, D2 = 15V

D3, D4 = 1N4148


OP1 = КР54УД1А

R1, R32 = 47k

R2 = 1k

R3 = 2k

R4 = 2k

R5 = 5k

R6, R7 = 33

R8, R9 = 820

R10-R17 = 39

R18, R19 = 220

R20, R21 = 22k

R22, R23 = 2.7k

R24-R31 = 0.22


T1 = BD139

T2 = BD140

T3 = IRFP9240

T4 = IRFP240

T5 = IRFP9240

T6 = IRFP240

T7 = IRFP9240

T8 = IRFP240

T9 = IRFP9240

T10 = IRFP240


Первым делом можно заменить операционный усилитель на любой другой, даже импортный, с аналогичным расположением выводов. Конденсатор C3 нужен для подавления самовозбуждения усилителя. Можно поставить и побольше, что я и сделал впоследствии. Стабилитроны любые на 15 В и мощностью от 1 Вт. Резисторы R22, R23 можно ставить исходя из расчета R=(Uпит.-15)/Iст., где Uпит. – напряжение питания, Iст. – ток стабилизации стабилитрона. Резисторы R2, R32 отвечают за коэффициент усиления. С данными номиналами он где то 30 – 33. Конденсаторы C8, C9 – емкости фильтра – можно ставить от 560 до 2200 мкФ с напряжением не ниже чем Uпит.* 1.2 дабы не эксплуатировать их на пределе возможностей. Транзисторы T1, T2 – любая комплементарная пара средней мощности, с током от 1 А, например наши КТ814-815, КТ816-817 или импортные BD136-135, BD138-137, 2SC4793-2SA1837. Истоковые резисторы R24-R31 можно ставить и на 2 Вт, хоть и нежелательно, с сопротивлением от 0.1 до 0.33 ом. Силовые ключи менять не желательно, хотя можно и IRF640-IRF9640 или IRF630-IRF9630; можно на транзисторы с аналогичными пропускаемыми токами, емкостями затворов и, разумеется, таким же расположением выводов, хотя если паять на проводках, значение это не имеет. Больше менять тут вроде и нечего.


Первый запуск и настройка.


Первый запуск усилителя производим через страховочную лампу в разрыв сети 220 В. Обязательно закорачиваем вход на землю и не подключаем нагрузку. В момент включения лампа должна вспыхнуть и погаснуть, причем погаснуть полностью: спираль не должна светиться вообще. Включаем, держим секунд 20, затем выключаем. Проверяем, нет ли нагрева чего-либо (хотя если лампа не горит, вряд ли что-нибудь греется). Если действительно ничего не греется, включаем снова и меряем постоянное напряжение на выходе: оно должно быть в пределах 50 – 70 мВ. У меня, к примеру, 61.5 мВ. Если всё в пределах нормы, подключаем нагрузку, подаём сигнал на вход и слушаем музыку. Не должно быть никаких помех, посторонних гулов и т. п. Если ничего этого нет, переходим к настройке.


Настраивается всё это дело крайне просто. Необходимо лишь выставить ток покоя выходных транзисторов с помощью вращения движка подстроечного резистора. Он должен быть примерно 60 – 70 мА для каждого транзистора. Делается это так же как и на Ланзаре. Ток покоя считается по формуле I = Uпад./R, где Uпад. – падение напряжения на одном из резисторов R24 – R31, а R – сопротивление этого самого резистора. Из этой формулы выводим напряжение падение на резисторе, необходимое для установки такого тока покоя. Uпад. = I*R. Например в моем случае это = 0.07*0.22 = где то 15 мВ. Ток покоя выставляется на “тёплом” усилителе, то есть радиатор должен быть тёплым, усилитель должен поиграть несколько минут. Усилитель прогрелся, отключаем нагрузку, закорачиваем вход на общий, берем мультиметр и проводим ранее описанную операцию.




Характеристики и особенности:


Напряжение питания – 30-80 В

Рабочая температура – до 100-120 град.

Сопротивление нагрузки – 2-8 Ом

Мощность усилителя – 400 Вт/4 Ом

КНИ – 0.02-0.04% при мощности 350-380 Вт

Коэффициент усиления – 30-33

Диапазон воспроизводимых частот – 5-100000 Гц


На последнем пункте стоит остановиться подробнее. Использование этого усилителя с шумящими тембрблоками, такими как TDA1524, может повлечь за собой необоснованное на первый взгляд потребление энергии усилителем. На самом деле это усилитель воспроизводит частоты помех, не слышные нашему уху. Может показаться, что это самовозбуждение, но скорее всего это именно помехи. Тут стоит отличать помехи, не слышимые ухом от реального самовозбуждения. Я сам столкнулся с этой проблемой. Изначально в качестве предварительного усилителя операционник TL071. Это очень хороший высокочастотный импортный ОУ с малошумящим выходом на полевых транзисторах. Он может работать на частотах до 4 МГц – этого с запасом хватает и для воспроизведения частот помех и для самовозбуждения. Что делать? Один хороший человек, спасибо ему огромное, посоветовал мне заменить операционник на другой, менее чувствительный и воспроизводящий меньший диапазон частот, который просто не может работать на частоте самовозбуждения. Поэтому я купил наш отечественный КР544УД1А, поставил и… ничего не поменялось. Это всё натолкнуло меня на мысль, что шумят переменные резисторы тембрблока. Движки резисторов немного “шуршат”, что и вызывает помехи. Убрал тембрблок и шум пропал. Так что это не самовозбуждение. С данным усилителем нужно ставить малошумящий пассивный тембрблок и транзисторный предусилитель дабы избежать вышеперечисленного.


Итоги


В результате получается хороший усилитель, который прекрасно воспроизводит как низкие, так и высокие частоты мало греется и работает в широком диапазоне питающих напряжений. Лично мне усилитель очень нравится. Осталось только соорудить для него предварительный усилитель, нормальный тембрблок и корпус, но об этом как-нибудь в другой раз.


Ниже прилагаю несколько фото готового усилителя.


На этом в принципе всё. Если остались какие-либо вопросы, задавайте их либо на форум VIP-CXEMA, либо мне на почту Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.


Автор: Дмитрий4202 

  • < Назад
  • Вперёд >

vip-cxema.org

Схема УНЧ звукового усилителя мощности на полевых транзисторах


Оппонент: Я подготовился, почитал умную книжку и понял, почему нельзя оставлять транзисторные усилители без глубоких
отрицательных ОС, даже если они работают в режиме А — всему виной неидентичность характеристик выходных комплементарных транзисторов.

Автор: Сие слова не мальчика, но мужа. Книга — это не только сундук для заначек от жены, но и источник познавательных ценностей.
Каждая прочитанная страница повышает уровень интеллекта, но не избавляет от вредных привычек, таких как, например,
поковыряться в носу и съесть козявку, или сделать на основании одной прочитанной книги решительные выводы.


Ведь наверняка найдётся и другая книжка, где написано, что две одинаковые лампы не обладают идентичными параметрами,
их ещё надо постараться подобрать из десятка-другого, а выходной трансформатор —
как не мотай, не получишь двух идеально одинаковых обмоток.

Оппонент: Я так понимаю, что транзисторы тоже придётся подбирать из десятка-другого.

Автор: Ан нет! Не угадал.

Современные полевые транзисторы, а именно такие мы будем использовать в усилителе, превосходят своих вакуумных собратьев
по целому ряду параметров, в частности и по такому важному для работы в оконечных
каскадах, как крутизна характеристики (10 А/В против 10-20 мА/В). Поэтому небольшие сопротивления в истоковых
цепях транзисторов, не ухудшая усилительных свойств каскада, обеспечат не только температурную стабилизацию, но и подровняют
характеристики комплементарной пары транзисторов,
а дополнительные местные
обратные связи поднимут наш оконечник на труднодостижимый для ламповых схем уровень нелинейных искажений.

Однако, пора от слов переходить к делу и выкладывать схему усилителя.




Рис.5

Максимальная выходная мощность усилителя, ограниченная 2%-ми нелинейных искажений: 20Вт на 4-омной нагрузке, 16Вт — на 6-омной,
14Вт — на 8-омной при стоковых токах транзисторов 1,2А.

Если усилитель предполагается использовать с 6 или 8-омной акустикой, ток покоя транзисторов целесообразно снизить до 1А.
У меня под рукой оказались 6-омные колонки, поэтому дальнейшее описание буду проводить исходя из этого.

Для интересующихся приведу зависимость коэффициента нелинейных искажений от выходной мощности усилителя:
0,5Вт — 0,015%, 1Вт — 0,02%, 2Вт — 0,04%, 4Вт — 0,08%, 8Вт — 0,17%, 12Вт-0,6%, 16Вт — 1,8%.

Параметры эти можно существенно улучшить (в несколько раз) тупым повышением напряжения питания схемы.
Надо это Вам или нет… каждый решает сам, но для сравнения приведу эту же зависимость при 50-ти вольтовом источнике питания и
6-омной нагрузке:


0,5Вт — 0,013%, 1Вт — 0,018%, 2Вт — 0,033%, 4Вт — 0,05%, 8Вт — 0,1%, 12Вт-0,2%, 16Вт — 0,3%.

Максимальная выходная мощность усилителя, ограниченная 2%-ми — 28Вт.


Полоса пропускания усилителя по уровню -3дБ: 10Гц — 150кГц.

Теперь по схеме.




Здесь все поставлено на службу минимизации гармонических искажений, поэтому с точки зрения следования звукового сигнала,
схема является абсолютно симметричной.

Достаточно высокие значения сопротивлений резисторов R12 и R13 выбраны из соображений
максимальной температурной стабильности каскада, работающего в режиме А, а значит при высоких токах транзисторов, не зависящих от
уровня входного сигнала.

Общий коэффициент усиления схемы — около 2,5 по напряжению. Такое значение было вымученно экспериментально, как компромисс между
приемлемым уровнем нелинейных искажений и нежеланием предъявлять серьёзных требований к предыдущему каскаду.

Резисторы R8, R5, R2 образуют обратную связь по постоянному току, полезную для стабилизации напряжения средней
точки выходных транзисторов. Одновременно через R8 и R5 образуется и «паразитная» ОС по переменному току, приводящая
к разбалансу нашей симметрии. Её мы компенсируем введением такой же ОС на нижний транзистор Т2 через R9, R6.

Ну и наконец ОС через R1, R3 окончательно устаканивает коэффициент усиления нашей схемы на уровне 7,5дБ и подводит
черту под местными обратными связями нашего оконечника.

Подстроечный резистор R4 отвечает за ток покоя выходных транзисторов, а R2 — за напряжение средней точки, образованной
стоками Т1 и Т2.

Ну, что ещё скажешь — все предельно просто, как и должно быть в настоящей ламповой схемотехнике.

Оппонент: Почти везде ставят RC фильтры на выходах усилителей, и на радиолюбительских и на заводских.
Я так понимаю, они нужны для ограничения полосы выходного сигнала.

Автор: А шланг у противогаза нужен для того, чтобы при взрыве башка далеко не улетала.

Не выпучивайся, это аллегория. Бедолага Отто Юлия Цобель, перевернулся бы в гробу, а может даже и выпрыгнул оттуда,
узнав что цепь, придуманная им в муках
творчества для компенсации реактивного сопротивления динамиков, будет трактоваться нерадивыми Оппонентами как фильтр
для ограничения полосы выходного сигнала.

Необходимость применения корректирующей цепочки Цобеля зависит и от типа усилителя и от типа нагрузки. Многие усилители вообще не могут
устойчиво работать без этой цепи при любом раскладе.

В нашем случае, ввиду отсутствия глубоких отрицательных обратных связей, схема сохраняет высокую устойчивость при работе
с широким диапазоном видов нагрузок. Хотя, теоретически, при высокой добротности динамика, через сток-истоковые ёмкости выходных
транзисторов может организоваться ёмкостная трёхточка, которая и приведет таки к потере устойчивости нашей устойчивой схемы.
Возможно в усилителе, приведённым на Рис.3 предыдущей страницы, резистор R10 номиналом 100ом как раз и предназначен
для понижения добротности подобных нагрузок.

В идеале, нужно стремиться избегать каких-либо корректирующих цепей, но в любом случае после полной отладки схемы
с эквивалентом нагрузки, нелишним будет подключить к усилителю реальный громкоговоритель,
ткнуться в него осциллографом и, подав на вход усилителя 1кГц сигнал, при выходной мощности близкой к максимальной
пронаблюдать на приборе идеальную синусоиду. Если на пиках синусоидального сигнала поселилась посторонняя рябь, можете смело обращаться к
наследию Цобеля или Буше, ничего страшного.

Теперь, что касается настройки. Она проста, но есть моменты на которые надо обратить серьезное внимание.

АХТУНГ №1 !!! R12 и R13 должны быть мощностью не менее 2 вт. Не используйте проволочные резисторы, а
то вместо мощного НЧ усилителя, получите мощный ВЧ генератор.

АХТУНГ №2 !!! Если не хотите отправить Ваши мощные транзисторы к праотцам электроники Ому и Амперу,
не торопитесь их подпаивать к плате. То, что они обязаны заботливо покоиться на радиаторе, я
думаю понятно не только ёжику.


После того, как схема будет спаяна, установите центральные выводы подстроечных
резисторов R2 и R4 в нижнее по схеме положение. Очень желательно, чтобы они были многооборотными.
Подключите питание и вольтметром проверьте напряжения на центральном
выводе R4 — оно должно быть равно 0v.

А вот теперь можно подпаивать транзисторы и приступать к настройке схемы.

Подключаем амперметр между шиной питания и стоками транзисторов. Не торопясь, вдумчиво покручивая R4,
устанавливаем ток стока транзистора Т2, равный 1А.

Отключаем амперметр. Мысленно поднимаем тост за успех мероприятия.

Берём вольтметр и подключаем его между шиной питания и все теми же стоками транзисторов.
Уже не так вдумчиво крутим подстроечный резистор R2 до тех пор, пока прибор не начнёт показывать значение, равное
половине напряжения питания.

Отключаем вольтметр. Поднимаем второй тост за успех мероприятия и радиолюбительское братство.

Усомнившись в окончательности результата, подключаем амперметр в разрыв цепи питания и убеждаемся в том,
что через транзисторы течёт все тот же 1А. Если показания все же незначительно отличаются, резистором R4 возвращаем
значение тока в родные пенаты.

Повторяем манипуляции с вольтметром и R2.

Не выключая питания, трогаем пальцем радиатор с транзисторами. Матерясь и рассматривая волдырь на пальце, делаем вывод, что
произошла роковая ошибка, и радиатор, который казался достаточно большим для 20 ваттного усилителя, вообще не справляется с
возложенным на него высоким доверием.

Достаём из холодильника недопитую в выходные бутылку водки, наливаем рюмаху и выпиваем её залпом и без тоста.
Обзывая себя куском идиота, северным оленем и грёбаным упырём, заказываем в интернете нормальный радиатор, предварительно
рассчитанный по формуле из умной книжки.

Если мы прошли все эти этапы, а в шкафу завалялся низкочастотный генератор с размахом выходного напряжения +-7в,
подключаем его на вход нашего усилителя, на выход сажаем эквивалент нагрузки и умилённо наблюдаем
на экране осциллографа — то чистую синусоиду, то мягкое и симметричное ограничение выходного сигнала, в зависимости от уровня поступающего
на вход сигнала.

Всё. Теперь со спокойной совестью можем выпить и закусить и даже вспомнить какой-нибудь тост из грузинского фольклора.

Оппонент: А если нет такого генератора?

Автор: А это мы обсудим на следующей странице.

P.S.
Уважаемые господа радиолюбители и прочие, сочувствующие им рукоделы!

Судя по одним и тем же взываниям о помощи, скопившимся у меня на почте — выделенный жирный текст и восклицательные знаки —
это пустячок, не требующий высокого внимания достопочтенной публики.

А ведь впихнуть проволочный резистор в исток довольно высокочастотного транзистора — это Вам не шубу в трусы заправлять и не козявки
из-под носа хавать, а верный путь к неконтролируемой паразитной генерации усилителя. Генератор получается почти классическим —
индуктивность, состоящая из обмотки резистора, и положительная обратная связь, образованная ёмкостью затвор-исток транзистора.

Результат — ВЧ-колебания на частоте около десятка МГц, которые низкочастотным осциллографом ещё и хрен зафиксируешь.

Учитывая высокую амплитуду и несимметричную форму колебаний, на ёмкости затвора накапливается электрический заряд, увеличивающий
потенциал Uзи, что, в свою очередь, приводит к устойчивому нарастанию выходного тока полевика.

Если своевременно не исправить ситуацию — транзистор, вероятнее всего, «крякнет» внезапно и бесповоротно.


И не стоит размышлять о том, что проволочный резистор непременно должен внешне отличаться от непроволочного. Это тот случай, когда
думать вредно — только справочная информация спасёт жизнь неповинным полупроводникам, сэкономит бюджет, а также время Ваше (и моё, кстати,
тоже).

Резистор углеродистый, или резистор металлооксидный, или резистор металлодиэлектрический, или резистор плёночный —
вот что должно быть написано в технических характеристиках применяемого элемента.

Вполне вероятно, что необходимого номинала непроволочного резистора Вам найти не удастся. Ничего страшного — используйте параллельное
соединение нескольких элементов. Хуже от этого никому не будет!

Антипаразитные резисторы во входных цепях транзисторов должны находиться в непосредственной близости с затвором полевика (не более 5мм).
Если транзисторы установлены не на плате, а подсоединяются к ней проводками — подпаивайте эти резисторы непосредственно к затворам.
















 

vpayaem.ru

Однотактный усилитель Хьюстона класса А на 2SK1058 MOSFET-е. ZCA — усилитель без деталей

Введение

Мне захотелось построить усилитель со следующими параметрами:

1. без ООС, так называемый вариант «0-NFB» (zero negative feed back)
2. чистый класс А
3. однотактный


Нельсон Пасс (Nelson Pass) проделал огромную работу в этом направлении при строительстве своего усилителя «Zen», но я решил пойти еще дальше! Я построю «Усилитель Без Деталей» — Zero Component Amplifier (ZCA).
smile
Думаете, я пытался найти Священный Грааль в усилительной схемотехнике, этакий прямой кусок серебрянного провода, дающий чистое усиление без искажений?

Содержание / Contents

Несомненно, чтобы усилитель назывался усилителем, он должен содержать активные компоненты, обеспечивающие усиление. Меня всегда восхищали однотактные ламповые усилители. Как такое вообще возможно? Посмотрите, одна лампа, пара резисторов и выходной трансформатор. Поэтому я и решил создать усилитель на полевом транзисторе, придерживаясь такой же простоты дизайна.

Один канальный полевой униполярный МОП-транзистор, пригодный для аудио, парочка резисторов и конденсаторов, и конечно же умощненный хорошо «профильтрованный» блок питанния. Схема такого усилителя представлена на рис. 1.


Рис. 1: Схема однотактного усилителя класса A на MOSFET-е

Применен полевик 2SK1058 от Hitachi. Это N-канальный MOSFET. Внутренняя схема и распиновка для 2SK1058 представлена на рис. 2.

Однотактный усилитель Хьюстона класса А на 2SK1058 MOSFET-е. ZCA — усилитель без деталей
Рис. 2: Hitachi 2SK1058 N-Channel MOSFET

Я использовал конденсаторы Sprague Semiconductor Group во входных цепях и большие электролиты на выходе с «бутербродом» из полиэстерного конденсатора на 10 мф. Все резисторы, если не указано иначе, на 0,5 Ватт. Четыре 10-ти Ваттных проволочных резистора работают в качестве нагрузки. Внимание, эти резисторы рассеивают около 30 Ватт и становятся чрезвычайно горячими даже при простое усилителя. Да, это класс А, а низкий КПД — расплата. Он съедает 60 Ватт, чтобы выдать ок. 5Вт! Мне пришлось использовать мощный и качественный радиатор с эффективным теплоотведением (0.784 °C/Ватт).


Фото 1: Печатная плата усилителя в сбореБлок питания состоит из трансформатора мощностью 160 Ватт, нагруженного на 25-ти Амперный выпрямительный мост, и обеспечивает напряжени ок. 24 Вольт. Используется П-образный фильтр (конденсатор — дроссель — конденсатор) состоящий из электролитов на 10.000 Мф и 5-ти Амперных дросселей индуктивностью 10 мГн.

Рис. 3: Схема блока питания
Фото 2: Усилитель в сборе
Фото 3: Усилитель в сборе, вид сзадиСмещение задаётся резистором на 1 мОм и потенциометром на 100 кОм. Просто установите потенциометром половину напряжения питания в точке соединения MOSFET-а и нагрузочного резистора.Я прослушивал мой усилитель с ламповым предусилителем на 12AU7, т. к. он обеспечивает наиболее чистый звук. Я понятия не имею об коэффициентах искажений этого усилителя и т.п. цифрах, лишь скажу, что у него точная звукопередача и деликатно текстурированный тембральный окрас.

Для работы с усилителем требуется высокочувствительная, эффективная аккустика, т. к. он выдаёт ок. 5 Ватт RMS (и до 15 Ватт на пиках, что я ясно наблюдал на экране осциллографа). Передача басса оказалась значительно лучшей, чем можно было ожидать от такого решения. Усилитель с легкостью раскачивает мои 12-ти дюймовые трех-полосные колонки.

Усилитель удался. Конечно, не совсем «без деталей», но очень близко! Один 18-ти баксовый полевик надрывает задницу, чтобы подарить Вам офигенное впечатление от прослушивания. Не просите от него больше, чем ожидали.

Усилитель воспроизводит все аккустические инструменты с несравненным натуралистичным качеством. Простое джазовое трио, классический квартет или нежный мужской/женский вокал показывают то, для чего этот усилитель и был сделан — красоту!

Игорь Котов (Datagor)

Россия, Сибирь, г.Новокузнецк

Основатель, владелец и главный редактор Журнала практической электроники datagor.ru.
Founder, owner and chief editor of datagor.ru.

 

datagor.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о