Унч на полевых транзисторах с ламповым звуком – Усилители мощности на полевых транзисторах

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 сток

electriclub.ru

Схема УНЧ на полевых транзисторах

Попробуем заставить транзисторы запеть тёплым ламповым хором.

Оппонент: Почему транзисторный и почему по ламповой схемотехнике? Не лучше ли озадачиться либо классическим ламповым усилителем, либо транзисторным по любой из существующих схем, которых в разных источниках, как грязи в болотах.

Автор: К ламповым усилителям — вообще никаких вопросов. Если не сильно 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.

А мы же — ребята ленивые, но умные! Поэтому озадачимся созданием УМЗЧ, полностью выполненного на мощных полевых транзисторах, являющихся, если и не полными твердотельными аналогами ламп, то имеющих близкие к ним квадратичные вольтамперные характеристики, что позволит получить нам на выходе спектр сигналов, аналогичный спектру ламповых усилителей — с преобладанием чётных гармоник и быстрым затуханием гармоник высших порядков.

Теперь по поводу расхожих транзисторных схем, которых «как грязи в болотах». Историю борьбы с феноменом транзисторного звучания, а также основные принципы построения «правильного» усилителя мощности мы подробно рассмотрели на странице ссылка на страницу. Так что для понимания схемотехнической целесообразности конструкции, описываемой в данной статье, рекомендую ознакомиться с приведённой по ссылке информацией.

Здесь же я приведу окоyчательные постулаты, следующие из обозначенного теоретического экскурса:

1. Усилитель должен быть выполнен целиком и полностью на полевых транзисторах, являющихся твердотельными аналогами ламп.
2. Никаких глубоких отрицательных обратных связей в нашем усилителе быть не должно, максимум — внутрикаскадные.
3. Усилитель должен работать в режиме А, что позволит нам достичь приемлемых величин нелинейных искажений при отсутствии обратных связей и напрочь избавит от тепловых искажений.

4. Однотактные транзисторные усилители, обеспечивающие экстремально устойчивую иллюзию звучания лампового усилителя, хороши только для выходных мощностей до 10Вт, поэтому наш выбор — классическая схема двухтактного лампового УМЗЧ, переработанная под комплементарные полевики и не содержащая выходного трансформатора. К тому же двухтактная схема позволяет в пару раз уменьшить ток покоя выходных транзисторов и тем самым во столько же раз увеличить КПД усилителя.
5. «Теория без практики мертва, а практика без теории слепа», — сказал то ли математик Пафнутий Чебышев, то ли полководец Александр Суворов, не суть.

Оппонент: Кстати, а я читал в умной книжке, что оставлять транзисторные усилители без глубоких отрицательных ОС нельзя, даже если они работают в режиме А. Причина — неидентичность и температурная нестабильность 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 в идеале 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 дополнительная местная обратная связь поднимет наш оконечник на труднодостижимый для ламповых схем уровень нелинейных искажений.

Однако пора от слов переходить к делу. Для затравки приведу схему получившегося агрегата,


Рис.1

а морщить лоб, изучать характеристики и разбираться в назначении тех или иных элементов с энтузиазмом начнём уже на следующей странице.

 

vpayaem.ru

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

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

Схема предварительного гитарного усилителя на полевых транзисторах

Эффекты distortion, overdrive и канал чистый звук с радикально ламповым
звучанием.

Как ни крути, но классические модели гитарных ламповых усилителей, по мнению значительной части профессиональной публики — до сих пор являются эталоном звучания. В отличие от транзисторных (solid state) устройств, они дают наиболее качественный и «тёплый» гитарный звук и представляют собой один из тех редких случаев, когда современные технологии так и не смогли превзойти безупречную классику жанра.
Причём, в серьёзных моделях усилителей и комбиков предусмотрен весьма немалый запас усиления, что позволяет получать перегруз в лучших традициях лампового звучания без использования внешних металлоконструкций типа: Overdrive и Distortion.
Что касается недостатков, то они понятны и ёжику — это высокая цена и недетские массогабариты.

А можно ли заполучить подобный «ламповый» гитарный звук от полупроводникового устройства?
Можно, но для это надо сильно постараться, и достоверно понять: а за счёт чего, собственно, лампа в гитарном усилителе звучит «по ламповому»?
По большому счёту — статья, посвящённая схеме легенды лампового звука «Marshall JCM900», опубликованная нами (с подробным описанием и диаграммами) на странице (ссылка на страницу), и имела главную цель — ознакомить заинтересованную аудиторию с процессом формирования динамических процессов изделия как на чистом звуке, так и в режимах distortion/overdrive. Поэтому, поимев на странице по ссылке некоторую долю познаний, можно наморщить мозг и озвучить предварительные соображения:

1. Вольт-амперные характеристики вакуумных приборов играют значительную, но не принципиальную роль в формировании спектральной составляющей исходящего звука. Непринципиальную — ввиду того, что те же полевые транзисторы имеют достаточно близкие ВАХ и умеют выдавать чистый звук, спектрально приближённый к ламповому.
2. А вот, огромный динамический диапазон ламповых каскадов, присущий им за счёт высоких напряжений анодного напряжения — это собака, зарытая в сути первопричины пресловутого лампового звучания гитарного усилителя. И особенно это проявляется в режимах перегруза distortion/overdrive!
О чём это я?
А о том, что если мы вдумаемся в схему, приведённую по ссылке, то увидим, что первый каскад — это линейный усилитель, третий — тоже, а четвёртый — и вовсе повторитель напряжения. Т.е. всё формирование перегруза происходит во втором каскаде и диодном ограничителе, выполненном по достаточно нетрадиционной схеме.
А если ещё там же пройтись по диаграммам выходного сигнала, то можно отчётливо увидеть, что практически при любых положениях регуляторов усиления — ограничение сигнала происходит в достаточно мягкой форме, кроме, пожалуй, самых крайних положений, что на практике приводит к появлению некоторого количества песка в звучании инструмента.

Переходим к сути задачи:
Схема транзисторного аналога лампового гитарного усилителя должна быть выполнена на полевиках, являющихся твердотельными аналогами вакуумных приборов.
Напряжение питания усилителя должно быть максимально высоким.
А поскольку увеличить его до 250…300 В нам едва ли удастся — придётся увеличивать количество усилительных каскадов, причём ограничение сигнала в каждом из них должно происходить в предельно мягкой форме.

Итак, подведём итоги! Главной целью сегодняшнего мероприятия является получение динамических характеристик нашего усилителя, максимально приближенных к ламповым аналогам, при бережном сохранении форм АЧХ, графики которых также были приведены на странице по вышеуказанной ссылке.

А понадобится нам для этого:
– голова с идеей — 1 шт,
– ухо без признаков заложенности — минимум 1 шт,
– гитарка, желательно со струнами — 1 шт,
– руки парные из правильного места — ровно две.
Разные деталюшки…. Ну и схема электрическая принципиальная — также окажется в хозяйстве совсем не лишней.

Рис. 1

Схема выполнена на полевых транзисторах 2SK117 с нормированным коэффициентом шума, что обеспечивает ей отличные шумовые характеристики.

Первый каскад (Т1) представляет собой усилитель, выполненный по схеме с общим истоком. В его функции входит не только усиление входного сигнала на 18…19 дБ, но и некоторое обогащение его спектра частотами чётных (в основном 2-ой) гармоник, что особенно ощутимо при звучании чистой (неперегруженной) гитары, либо при низком уровне перегруза.
Интегрирующая цепочка R4, С4 предотвращает пролезание и последующее усиление радиочастотных помех.

Далее сигнал поступает на истоковый повторитель (Т2), к выходу которого подключён канал чистого звука, а так же переменный резистор R9, являющийся регулятором уровня усиления канала перегруза.
Диодный ограничитель (D1-D4) совместно с резисторами R11-R13 осуществляет очень мягкое ограничение поступающего на него сигнала, фиксируя его максимальную амплитуду на уровне ~ 2 В.

Следующие два одинаковых каскада на транзисторах Т3, Т5 с такими же диодными ограничителями на выходе имеют усиление по напряжению ~ по 20…21 дБ каждый.
Помимо прочего, сток транзистора Т5 является выходом канала с низким уровнем перегруза, который условно можно назвать — «overdrive».

Ну и последний каскад, замыкающий процесс шлифовки гитарного звука, выполнен на транзисторе Т6. Он усиливает сигнал, поступающий с последнего диодного ограничителя, и посредством мягкого однотактного ограничения подводит черту под динамической и частотной обработкой сигнала.
Кстати, нелишне будет отметить, что за форму АЧХ усилителя отвечают, в той или иной степени, практически все неэлектролитические конденсаторы, приведённые на схеме.
Переключателями S1 и S3 осуществляется корректировка частотной характеристики усилителя по аналогии с маршаловским агрегатом, но, в отличие от него, не исключена возможность производить эти манипуляции при любом уровне усиления.

Истоковый повторитель (Т4) собирает все сигналы, поступающие с переключателей S2 и S4 режимов усиления сигнала, и передаёт их на трёхполосный регулятор тембра, выполненный в строгом соответствии со схемой, находящейся в чреве усилителя «Marshall JCM900».

С описанием работы схемы — пожалуй, всё. А смотреть диаграммы выходных напряжений, графики АЧХ, а также описывать процесс настройки схемы будем уже на следующей странице.

 

vpayaem.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

Схема УНЧ на полевых транзисторах

Попробуем заставить транзисторы запеть тёплым ламповым хором.

Автор: Перенесу сюда схему усилителя с предыдущей страницы.


Рис.1

При указанном питании максимальная выходная мощность УМЗЧ, ограниченная 1%-ми нелинейных искажений, составляет: 20Вт на 4-омной нагрузке, 16Вт — на 6-омной, 14Вт — на 8-омной при стоковых токах выходных транзисторов 1,2А.

Если усилитель предполагается использовать только с 6 или 8-омной акустикой, то ток покоя транзисторов целесообразно снизить до 1,1А в первом случае и до 1А — во втором. 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 — 0,01%, 1Вт — 0,02%, 2Вт — 0,03%, 4Вт — 0,05%, 8Вт — 0,12%, 12Вт-0,4%, 16Вт — 1%.
Параметры эти можно существенно улучшить простым повышением напряжения питания схемы. Надо это Вам или нет, каждый решает сам, ведь при увеличении напряжения питания пропорционально увеличивается и мощность, рассеиваемая на теплоотводах транзисторов. Тем не менее, приведу эту же зависимость при 50-ти вольтовом источнике питания и 6-омной нагрузке:
0,5Вт — 0,01%, 1Вт — 0,015%, 2Вт — 0,02%, 4Вт — 0,04%, 8Вт — 0,08%, 12Вт-0,2%, 16Вт — 0,3%.
Максимальная выходная мощность усилителя, ограниченная 1% — 28Вт.

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

Теперь по схеме.
Выходной каскад выполнен на мощных комплементарных транзисторах Т2, Т3, включённых по схеме с ОИ. Такое построение, в отличие от схемы с ОС позволяет не только обеспечить усиление сигнала по току, но и по напряжению. За счёт этого, размах выходного напряжения усилителя может достигать значений, практически равных напряжению питания усилителя.
Общий коэффициент усиления каскада — около 2,1 по напряжению. Такое значение было вымученно экспериментально, как компромисс между приемлемым уровнем нелинейных искажений и нежеланием предъявлять серьёзных требований к предыдущему каскаду.

Достаточно высокие значения сопротивлений истоковых резисторов R18 и R19 выбраны из соображений максимальной температурной стабильности выходного каскада, работающего в режиме А, а значит при высоких токах транзисторов, не зависящих от уровня входного сигнала.

Подстроечный резистор R12 отвечает за напряжение на затворе Т3, а значит и общий ток покоя выходных транзисторов.
Резисторы R10, R16 образуют обратную связь по постоянному току, полезную для стабилизации напряжения средней точки выходных транзисторов.

Ну и наконец, ОС по переменному току через R8+RвыхТ1, R11 устаканивает коэффициент усиления выходного каскада на уровне 6,5дБ и подводит черту под местными обратными связями нашего оконечника.

Ввиду невысокого коэффициента усиления выходного каскада, для получения приемлемой чувствительности усилителя (в пределах 1В) необходим драйвер, т.е. усилительный каскад, обладающий коэффициентом усиления — около 7. С его функцией замечательно справился такой же мощный полевик Т1, включённый по канонам лампового жанра по схеме с общим истоком (катодом) и работающий при значительном токе покоя. Не один менее мощный транзистор на его месте не смог обеспечить уровень искажений, сопоставимый с IRFP140.
При настройке схемы может потребоваться подбор резистора R2 для установки напряжения на стоке транзистора Т1, равным 14,2В.
Корпус транзистора Т1 следует снабдить небольшим радиатором.

Ну, что ещё скажешь — всё 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 положительная ОС, которая и приведёт-таки к потере устойчивости нашей устойчивой схемы.
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 серьёзное внимание.

АХТУНГ №1 !!! R18 и R19 должны быть мощностью не менее 2 вт. Не используйте проволочные резисторы, а то вместо мощного НЧ усилителя, получите мощный ВЧ генератор. И не стоит размышлять о том, что проволочный резистор непременно должен внешне отличаться от непроволочного. Я специально указал на схеме 1-омные резисторы, поскольку непроволочные резисторы меньшего номинала найти достаточно сложно.

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 R10 и R12 в нижнее по схеме положение. Очень желательно, чтобы они были многооборотными. Подключите питание и вольтметром проверьте напряжения на центральном выводе R12 — оно должно быть равно 0v.

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

Подключаем амперметр между шиной питания и стоками выходных транзисторов. Не торопясь, вдумчиво покручивая R12, устанавливаем ток стока транзистора Т3, равный 1,1А.
Отключаем амперметр. Мысленно поднимаем тост за успех мероприятия.

На этот раз берём вольтметр и подключаем его между шиной питания и все теми же стоками транзисторов. Уже не так вдумчиво крутим подстроечный резистор R10 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 1,1А. Если показания все же незначительно отличаются, резистором R12 возвращаем значение тока в родные пенаты.
Повторяем манипуляции с вольтметром и R10.

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. И не забываем — мощность, выделяемая в виде тепла на обоих транзисторах = Iпокоя*Еп.

Если мы прошли все эти этапы, а в шкафу завалялся низкочастотный генератор с размахом выходного напряжения +-1,5В, 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.
Вот такой мой сказ.

Оппонент: А темброблок для настоящего High End не нужен!

Автор: А это мы обсудим на следующей странице.

 

vpayaem.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *