Мощный умзч на транзисторах схема. Схемы усилителей мощности на транзисторах: обзор популярных конструкций

Полевые транзисторы SiC все чаще используются в более требовательных приложениях, поскольку они обеспечивают более высокие частоты переключения при снижении коммутационных потерь.

Быстрые IGBT до сих пор были последним словом в силовой электронике, обеспечивая лучшее из обоих миров полевых транзисторов на входе с биполярными транзисторами на пути коллектор-эмиттер. Полевые транзисторы SiC все чаще используются в более требовательных приложениях, поскольку они обеспечивают более высокие частоты переключения при снижении коммутационных потерь. У обеих технологий есть одна общая черта: обеим требуется оптимальное управление и соединения, чтобы обеспечить долгие годы надежной работы в, возможно, суровых условиях, поэтому следует любой ценой избегать ложных срабатываний.

Применение IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором) и SiC FET (полевых транзисторов на основе карбида кремния) широко распространено в силовой электронике, начиная от ветряных турбин и инверторов солнечной энергии и заканчивая системами управления двигателями, индукционными печами, сварочным оборудованием и электромобилями. , и это лишь некоторые из них.

БТИЗ содержат монокристаллический кремний и обычно считаются экономичным стандартным решением, в то время как в полевых транзисторах SiC используется карбид кремния для обеспечения более высоких температур перехода и более тонких изоляционных слоев на затворе для улучшения теплопроводности и удельной мощности. Коммутационные потери в SiC FET как минимум в четыре раза ниже, чем в IGBT (рис. 1). В частности, полевые транзисторы на основе карбида кремния устраняют типичный для IGBT хвост тока при выключении — преимущество, которое особенно окупается в высокопроизводительном диапазоне и более высоких частотах переключения, позволяя заметно повысить эффективность, например, за счет использования полевых транзисторов на основе карбида кремния в мостовых схемах. В качестве альтернативы увеличение частоты переключения при неизменном КПД может снизить стоимость и вес пассивных компонентов, особенно индуктивностей. Будучи более дорогими, полевые транзисторы SiC чаще используются в сложных задачах; IGBT доминируют на массовом рынке.

Рис. 1 Серая область под кривыми ток/напряжение во время включения (верхние диаграммы) и в выключенном состоянии обеспечивает меру коммутационных потерь. Более крутые рампы переключения дают SiC FET (справа) примерно в четыре раза большую эффективность, чем IGBT при температуре окружающей среды 25°C, с учетом потерь от одного внутреннего диода.

Приложения для управления питанием в быстро развивающемся секторе электромобилей (EV) и устройствах бытовой электроники, таких как зарядные устройства или адаптеры, подпитывают спрос на компоненты из карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN). В этом месяце мы рассмотрим последние разработки в области материалов с широкой запрещенной зоной (WBG) и пути развития отрасли.

Предотвращение ложных срабатываний

Оценка надежности схем IGBT и SiC FET быстро связана с риском чрезмерного сосредоточения внимания на характеристиках транзистора и пренебрежения модулем драйвера и компоновкой схемы; как это часто бывает в аналоговой технике, дьявол кроется в деталях, то есть в паразитных компонентах, не показанных ни на одной принципиальной схеме. Чтобы проиллюстрировать проблемы, с которыми сталкиваются разработчики в реальной жизни, мы включили паразитные емкости и индуктивности, которые играют роль в IGBT и SiC FET, на простой блок-схеме и пометили их зеленым цветом (рис. 2).

Рисунок 2 Принципиальная схема IGBT и SiC FET с паразитными емкостями и индуктивностями от транзистора, отмеченного зеленым цветом.

Схема должна быть рассчитана таким образом, чтобы избежать ложных срабатываний в экстремальных ситуациях. Случайные короткие замыкания в таком компоненте, как мостовая схема, вызовут проблемы с ЭМС и сократят срок службы компонента или, возможно, даже приведут к его полному разрушению.

Для предотвращения этого необходимо устранить две основные причины ложных срабатываний:

1. Влияние паразитных емкостей, таких как C _{, обратная} (емкость Миллера) и C _{, входная}
2. Влияние паразитных индуктивностей, таких как затвор L и эмиттер L

Re 1. : C _реверс необходимо заряжать, если напряжение коллектор-эмиттер увеличивается во время работы IGBT в выключенном состоянии. Зарядный ток можно оценить по следующей формуле:

Обратите внимание, что C _реверс сильно зависит не только от напряжения, но и от температуры и тока. Имеет смысл приводить измерения в реальных условиях, так как это значение недостаточно определено в большинстве спецификаций.

Зарядка C _{в обратном направлении} не является реальной проблемой, однако реальная проблема возникает, когда зарядный ток вызывает емкость Миллера, входная емкость C _вход была заряжена достаточно далеко, чтобы достичь или превысить пороговое напряжение (рис. 3).

С _{, вход} , зарядный ток можно определить следующим образом:

I _{драйвер} зависит от сопротивления затвора, а также L _затвор в динамическом режиме. Последнее зависит от компоновки схемы и используемого корпуса.

Это дает ряд параметров, которые можно настроить, чтобы емкость Миллера не вызывала ложных срабатываний:

• Ограничение dU _CE /dt для выравнивания рампы переключения и кривой I _Creverse .
• Однако, к сожалению, в качестве побочного эффекта это также приведет к увеличению коммутационных потерь.
• Уменьшить паразитную индуктивность L _{затвора} за счет оптимизации схемы, тем самым уменьшив рост напряжения на затворе.
• Использование отрицательного напряжения затвор-эмиттер n для расширения запаса безопасности до порогового напряжения.

Последнее решение самое элегантное.

Re 2. : При включении ток нагрузки протекает через транзистор и, следовательно, через индуктивность эмиттера. Отключение тока вызовет отрицательное напряжение на эмиттере L в соответствии со следующей формулой:

Это приведет к тому, что напряжение эмиттера станет ниже GND. Однако драйвер переводит затвор на GND, что приводит к положительному напряжению затвор-эмиттер. Превышение порогового напряжения вызовет ложный срабатывание, включив транзистор.

Паразитные индуктивности от других ветвей моста и схемы необходимо учитывать при проектировании мостовых схем. Отсутствие изоляции цепи драйвера приведет к тому, что питание GND и GND драйвера окажут значительное влияние на паразитные индуктивности и, следовательно, также возникнет риск ложного срабатывания в мостовой схеме. В этой статье невозможно охватить все мыслимые конструкции мостов, поэтому мы рекомендуем загрузить информационный документ «Проектирование надежных транзисторных схем с IGBT и SIC MOSFET » с веб-сайта www.recom-power.com/papers для получения дополнительной информации.

Как свести к минимуму влияние паразитных индуктивностей Возможные решения:

• Отрежьте dI/dt, так как более медленное падение тока уменьшит напряжение, индуцируемое между затвором и эмиттером. Однако это также увеличит коммутационные потери.
• Уменьшить индуктивность цепи. Чем короче проводники, тем ниже паразитные напряжения.
• Используйте отрицательное напряжение затвор-эмиттер, чтобы расширить запас безопасности до порогового напряжения затвор-эмиттер.
• Используйте драйверы затворов с гальванической развязкой и изолированные преобразователи постоянного тока. Подключение источника питания драйвера, подключенного непосредственно к соответствующим эмиттерам, в значительной степени устранит влияние индуктивности цепи.
• Используйте драйверы с отдельными соединениями для управляющего эмиттера (контакт Кельвина). Это также может вызвать паразитную индуктивность, но она не будет протекать через ток нагрузки и вызовет серьезные проблемы.

Измерение надежности схемы

Надежное измерение параметров IGBT и SiC FET не является тривиальным. Паразитные индуктивности L _затвор и L _{эмиттер} препятствуют прямому пути к затвору и эмиттеру, делая невозможным надежное измерение запаса прочности по порогу напряжения затвор-эмиттер при динамической работе; это еще раз подтверждает старое правило: мусор на входе, мусор на выходе.

Одним из решений может быть измерение перекрестного тока на мосту, хотя необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать дополнительных сопротивлений или емкостей в цепи затвор-эмиттер, которые могут изменить режим переключения в IGBT или SiC FET. Один испытанный и надежный метод измерения пересекает токовый шунт вверх по потоку от коллектора верхней стороны через падение напряжения; для этого требуется осциллограф с изолированными входами и соответствующий пробник.

Рис. 4 Реакция напряжения затвор-эмиттер на температуру перехода.

Однако показания без подозрительного тока не гарантируют отсутствия ложных срабатываний в серии. Во-первых, пороговые напряжения затвор-эмиттер сильно различаются между отдельными транзисторами одного типа; во-вторых, существенную роль играет температура перехода (рис. 4). Для пуленепробиваемой надежности потребуются транзисторы с минимальным пороговым напряжением, как показано на диаграмме, которое необходимо измерять при максимально допустимой температуре и максимально возможных dI/dt и dv/dt.

Изолированные DC/DC преобразователи обеспечивают оптимизированное электропитание

Как упоминалось в начале, коммутационные потери в основном определяются качеством управления, поэтому драйверы затворов и их питание требуют особого внимания. Драйверы напрямую связаны с высоким потенциалом транзисторов, поэтому как входной сигнал, так и источник питания микросхем драйверов должны быть тщательно изолированы. Изолированные DC/DC преобразователи представляют собой очень удобное решение.

Имеющиеся на рынке драйверные модули асимметрично управляются положительным и отрицательным напряжением; Драйверы IGBT и SiC FET различаются требуемыми напряжениями.

В спецификациях указано напряжение от +3В до +6В для БТИЗ; они могут уменьшиться до 1-2 В с увеличением температуры перехода. Значения +15 В были установлены для быстрого срабатывания в реальных приложениях.

Для предотвращения ложных срабатываний, несмотря на крутые рампы во время переключения, требуется отрицательное напряжение смещения на затворе, как описано выше. Значения -9В оказались безопасными на практике. Вот почему DC/DC-преобразователи с двойной изоляцией и асимметричными напряжениями +15 В и -9 В оказались особенно подходящими для питания драйверов IGBT (рис. 5 слева).

Рисунок 5 Преобразователи постоянного тока в постоянный с высокой степенью изоляции с асимметричными выходами +15 В/-9 В (например, RECOM RKZ1509) или +20 В/-5 В (например, RECOM RxxP22002D) обеспечивают удобный способ питания IGBT и SiC -FET-драйверы.

Пороговые напряжения на SiC-FET значительно ниже, чем на IGBT, а также уменьшаются с повышением температуры. Это привело бы к логическому выводу, что полевые транзисторы SiC также требуют более отрицательного напряжения смещения на затворе. Напротив, исследования, проведенные в Ноттингемском университете, показывают, что оксид затвора меняется в разной степени на протяжении всего срока службы транзистора.

Пороговое напряжение уменьшается примерно на 0,2–0,3 В в течение тысячи часов работы, а затем остается стабильным при напряжении затвора-истока -5 В. Изменение примерно в пять раз больше, чем при U _GS = -10 В, а разница между транзисторами настолько велика, что некоторые полевые транзисторы SiC уже были «нормально включены» при 0 В. Это привело к рекомендации не использовать значения напряжения смещения затвора более отрицательные, чем -5В.

Теоретически возможно положительное напряжение +15 В, как на IGBT; пороговое напряжение значительно ниже, что обеспечивает надежное переключение в SiC FET. Однако выходные характеристики при различных напряжениях истока затвора показали, что более высокие напряжения истока затвора привели бы к значительно более низкому значению rds(on) (рис. 6). Напряжение затвор-исток +20 В максимально использует преимущества SiC FET, поэтому изолированный преобразователь постоянного тока, работающий при +20 В/-5 В, является лучшим выбором для питания драйвера.

Рис. 6. Выходные кривые SiC MOSFET при 25°C.

Особое внимание следует уделить сопротивлению изоляции преобразователя постоянного тока в постоянный; высокие частоты переключения — обычно от 10 кГц до 50 кГц в IGBT и более 50 кГц в SiC FET — и крутые рампы подвергают изоляционный барьер постоянному напряжению. Всплески часто значительно выше, чем может уловить осциллограф. Если полагаться только на измерения и использовать преобразователь со слишком жесткой изоляцией, так как это создает риск долговременной надежности системы, поэтому разработчики, как правило, предусматривают достаточные резервы безопасности и используют преобразователи с наилучшей возможной изоляцией при расчете быстродействующих силовых переключателей.

Полная линейка изолированных DC/DC преобразователей для IGBT и SiC FET

Компания RECOM является одним из ведущих производителей силовых модулей и разработала полное семейство DC/DC преобразователей, специально предназначенных для питания IGBT и SiC FET водители (рис. 7).

Преобразователи имеют асимметричные выходы либо +15 В/-9 В для IGBT, либо +20 В/-5 В для карбидных полевых транзисторов и доступны для входных напряжений 5 В, 12 В, 15 В и 24 В. Требуемая мощность существенно зависит от частоты коммутации системы; значения 1 Вт в основном достаточно для частот до 10 кГц, тогда как для частот 50 кГц и выше требуется до 2 Вт. Изделия работают в режиме разделения мощности, что означает, что номинальная мощность может быть распределена между двумя розетками.

Рисунок 7 RXXP1509D, RXXP21509D, RV XX1509D, RP-XX1509D, RKZ-XX1509D, RHS1509D и RKZ-XX1509D. Драйверы SiC FET.

Существуют и другие отличия изоляции; продукты семейства RKZ доступны при напряжении изоляции 3 кВ постоянного тока и 4 кВ постоянного тока, версии RxxP2xx могут достигать 5,2 кВ постоянного тока.

RECOM подвергает все вновь разработанные преобразователи интенсивным испытаниям HALT (высокоускоренное длительное время) в собственной экологической лаборатории, чтобы обеспечить длительный срок службы даже в экстремальных условиях. Гарантия действует три года. Все преобразователи производятся в соответствии с директивой RoHS2 и Reach, сертифицированы по UL 609.50-1, и его могут попробовать все крупные дистрибьюторы.

References

ST Microelectronics SCT30N120 datasheet

Infinion IKW20N60h4 datasheet

Recom DC/DC-Book of Knowledge

About the Author

Reinhard Zimmermann is a product marketing manager at RECOM Пауэр ГмбХ.

Двухтактный усилитель на полевых транзисторах. Умзч на полевых транзисторах

Если громкость звука не самое главное, а качество звука предпочтительнее, то этот УМЗЧ придется как нельзя кстати. Выходной каскад, выполненный по двухтактной схеме на комплементарной паре мощных полевых транзисторов с изолированным затвором, обеспечивает субъективно близкое к «ламповому» качество звука.

Да объективные характеристики очень не плохие:

Предварительная часть НЧ сделана на А1. Сигнал с его выхода поступает на выходной двухтактный каскад на разноименных полевых транзисторах с изолированным затвором — 2SK1530 (n-канал) и 2SJ201 (p-канал). На затворах транзисторов необходимое напряжение смещения создается с помощью резисторов R8, R9и диоды VD3 и VD4.

Диоды устраняют «ступенчатые» искажения за счет создания начальной разности потенциалов между затворами полевых транзисторов. Стабилизирующее напряжение УФО снимается с выхода выходного каскада и через цепь R4-C6 подается на инверсный вход операционного усилителя А1, который также является входом.

Коэффициент усиления по напряжению зависит от соотношения сопротивлений резисторов R1 и R4. Изменяя сопротивление R1, можно в достаточно широких пределах регулировать чувствительность этого УМЗЧ, подстраивая ее под выходные параметры имеющегося предварительного УЗЧ. При этом вы должны знать, что, как обычно, увеличение чувствительности приводит к увеличению искажений. Так что здесь должен быть разумный компромисс.

Напряжение питания ±25В, можно использовать нестабилизированный источник, но он должен быть хорошо отфильтрован от фоновых пульсаций переменного тока. Операционный усилитель питается двухполярным напряжением ±18В от двух параметрических стабилизаторов на основе стабилитронов VD1 и VD2. Вместо транзистора 2SK1530 можно использовать более старые 2SK135, 2SK134. Вместо транзистора 2SJ201 можно использовать 2SJ49, 2SJ50.

Транзисторы должны быть установлены на радиаторе. Транзисторы 2SK1530 и 2SJ201 имеют такую ​​конструкцию корпуса, что у них нет пластины радиатора, контактирующей с кристаллом, их корпус выполнен из керамического пластика, хорошо проводящего тепло, но не проводящего электричество. Поэтому транзисторы можно установить на общий радиатор. Если используются транзисторы с пластинами радиатора, имеющими электрический контакт с кристаллом, то необходимо устанавливать их на разные радиаторы, изолированные друг от друга, или использовать тщательную изоляцию слюдяными прокладками.

В любом случае между теплоотводящей поверхностью корпуса транзистора и радиатором должна быть теплопроводящая паста, она закрывает неровности контакта между корпусом транзистора и радиатором и тем самым увеличивает реальную площадь контакта, что способствует лучшему отводу тепла. Операционный усилитель звука можно заменить практически любым ОУ, например, или каким-либо другим вариантом. Диоды 1N4148 можно заменить на КД522 или КД521.

Стабилитроны 1N4705 можно заменить любыми другими стабилитронами на 18В или каждый из них можно заменить двумя последовательно соединенными стабилитронами, что даст в сумме 18В (например, 9В и 9В). Конденсаторы С1 и С4 должны быть не менее 35В, конденсаторы С7 и С8 не менее 50В. Несмотря на наличие электролитических конденсаторов С7 и С8 по питанию, на выходе блока питания необходимо использовать конденсаторы значительно большей емкости, чтобы обеспечить качественное подавление пульсаций переменного тока на выходе блока питания.

Установка выполнена на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита с односторонним расположением печатных дорожек (рис. 2). Способ изготовления печатной платы может быть любым доступным. Напечатанные дорожки не обязательно должны точно повторять форму показанных на рисунке — важно, чтобы были обеспечены необходимые соединения.

Это устройство позволяет подключить к звуковой карте компьютера динамический микрофон, электрогитару и другие источники сигнала с высоким выходным сопротивлением. Устройство не вносит частотных искажений в звуковой диапазон частот, а также искажений, связанных с нелинейностью усилительного устройства, так как построено по схеме истокового повторителя.

Другими словами, если вы хоть немного беспокоитесь о качестве записываемого звука, у вас есть хорошая звуковая карта и дорогой микрофон, то это устройство то, что вам нужно.

Немного о схеме. Устройство начинает работать, когда в гнездо J1 вставляется монофонический штекер, или, по-научному, штекер 6,35 мм (1/4 дюйма). При этом через гнездо минусовой контакт аккумулятора замыкается на минус блока питания и устройство начинает работать. Также со второго контакта этой вилки входной сигнал поступает на резистор R1, что обеспечивает высокое входное сопротивление устройства. Конденсатор C2 выполняет регулировку частоты, обрезая частоты выше звукового диапазона. Резисторы R2-R4 обеспечивают необходимое смещение на затворе полевого транзистора.

В данной конструкции применен полевой транзистор КП303 с индексом Е. При использовании транзистора с другим индексом может потребоваться уменьшение номиналов резисторов R3 и R4. Резистор R5 является нагрузкой усилительного каскада, звуковой сигнал снимается с него конденсатором С5 и через резистор R7 поступает на вход звуковой карты компьютера.

Диод VD1 в схеме выполняет функцию защиты от случайной переполюсовки, так как конструктивные особенности разъема батареи «Крона» не исключают такой возможности. Лучше использовать германиевый диод, так как падение напряжения на нем будет меньше. Но это совсем не критично, его можно заменить любым маломощным кремниевым диодом, например, КД521, КД522, 1Н4148 и т. д.

Устройство собрано на плате из однослойного фольгированного текстолита размерами 47х26мм. Трассировка платы в программе Dip Trace будет показана ниже. Но можно обойтись и без платы, а собрать все на универсальной плате (это та, что с кучей отверстий) одинакового размера.

Корпус устройства выполнен из однослойного текстолита для полного экранирования усилителя.

Размеры его частей следующие:
— боковые стенки 60х50 мм — 2 шт.
— передняя стенка 50х30 мм — 1 шт.
— задняя стенка 46х30 мм — 1 шт. Размер 46 миллиметров не критичен, он может варьироваться от 50 мм до 35 мм. Все зависит от того, как вы хотите установить аккумулятор.
— дно и промежуточные стенки 55х30 мм

Стенки корпуса спаяны между собой припоем. Фольга на всех стенках должна быть внутри корпуса. Старайтесь не перегревать текстолит, так как фольга может легко отклеиться.

В первую очередь спаиваются все стенки, кроме задней. Затем сверлятся отверстия под разъем jack диаметром 10 мм, отверстие под силовые провода, диаметром около 3 мм, и столько же в задней стенке под экранированный провод с миниджеком.

Также в месте крепления задней стенки припаивается скоба из толстой медной проволоки, в которую будет вставляться низ задней стенки.

После этого нужно будет приклеить разъем для «Кроны». Кстати, его можно взять из уже израсходованной короны, как я всегда делаю. Этот разъем приклеивается горячим клеем к задней стороне передней стенки. Важно, чтобы ни один из контактов разъема не касался фольги корпуса.

После этого к схеме припаиваются провода питания и третий провод, соединяющий фольгу корпуса и «землю» схемы. Также припаивается экранированный выходной провод, схема устанавливается в корпус и запаивается задняя стенка вверху по бокам.

Ниже приведены принципиальные схемы и статьи по теме «УНЧ на полевых транзисторах» на сайте радиоэлектроники и сайте радиохобби.

Что такое «УНЧ на полевых транзисторах» и где он применяется, принципиальные схемы самодельных устройств, относящихся к термину «УНЧ на полевых транзисторах».

Представлена ​​электронная принципиальная схема простого качественного усилителя мощности ЗЧ на 20 Вт, выполнен полностью на транзисторах, выход — полевые транзисторы КП904. Схема простого и мощного усилителя низкой частоты с выходным каскадом на полевых транзисторах КП912. Максимальная выходная мощность составляет 65 Вт. Принципиальная схема широкополосного усилителя мощности ЗЧ (УМЗЧ), выполненного по симметричной схеме на полевых транзисторах КП904, дается. В радиолюбительской практике получил распространение усилитель мощности ЗЧ (УМЗЧ), выполненный по симметричной схеме. Комплементарные биполярные транзисторы его входного каскада включены по схеме двухтактного дифференциального усилителя, а следующего — по схеме… Принципиальная схема усилителя мощности с МДП-транзисторами в выходном каскаде, мощность о 12 Вт. Схема показана на следующем рисунке. Его основные технические характеристики. Описываемый в этой статье усилитель мощности звука класса AB использует в выходном каскаде пару комплементарных МОП-транзисторов. Эта особенность позволяет улучшить характеристики по сравнению с эквивалентным выходным каскадом на биполярных… Построение усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) на полевых транзисторах привлекает разработчиков возможностью добиться «ламповой» мягкости звучания (вольт-амперная характеристики полевых транзисторов очень похожи на характеристики электронных ламп)… Карел Бартон построил свой High-End УМЗЧ на полевых транзисторах с шестигранной структурой (HEXFET от International Rectifier). Входные каскады выполнены на дискретных биполярных транзисторах по симметричной дифференциально-каскодной схеме… «Полевой» УМЗЧ Эндре Пире заметно прост, но и соответствует стандартам качественного воспроизведения звука. Оригинально спроектирован входной каскад (без обычных дифференциальных усилителей) — это двухтактный комплементарный каскад. .. Мощный УМЗЧ со всеми каскадами, работающими в режиме класса А, дающий 32 Вт на 8-омной нагрузке с поразительно высоким реальный КПД 45% Ричард Барфут обращает внимание на то, что в обычном резистивном усилительном каскаде с ОЭ и развязывающим конденсатором теоретически… Схема УМЗЧ, разработанная Мэттом Такером. Первый дифференциальный каскад выполнен на биполярных транзисторах Q1Q5 по типовой схеме с токовым зеркалом Q7Q8 в нагрузке, а каскад усиления напряжения на Q9Q13 с ОЭ и нагрузкой на генератор тока Q6Q2. .. Принципиальная электрическая схема усилителя приведена на рисунке (заменяемые элементы указаны в скобках). Этот дизайн является усовершенствованием разработки. Принципиальная схема УМЗЧ на MOSFET транзисторах (200Вт). Все основные части усилителя — трансформатор, радиаторы… Несколько принципиальных схем качественных УМЗЧ на полевых транзисторах, которые привлекают своей простотой и техническими характеристиками. Применение полевых транзисторов в усилителе мощности позволяет значительно улучшить качество звука при общем упрощении схемы. ..

Давным-давно, года два назад, купил старенькую советскую акустику 35ГД-1. Несмотря на его изначальное плачевное состояние, я восстановил его, покрасил в приятный синий цвет и даже сделал для него фанерный ящик. Большой ящик с двумя фазоинверторами значительно улучшил его акустические качества. Осталось дело за хорошим усилителем, который прокачает эту колонку. Я решил сделать что-то отличное от того, что делает большинство — купить готовый усилитель D-класса из Китая и установить его. Решил сделать усилитель сам, но не какой-то общепринятый на TDA7294, и вовсе не на микросхеме, и даже не легендарный Ланзар, а очень редкий усилитель на полевых транзисторах. Да и информации в сети о полевых усилителях очень мало, вот и стало интересно, что это такое и как звучит.

Сборка

Этот 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 пока не нужны все 400 ватт, но я решил поставить все 4 пары, чтобы распределить тепло и уменьшить мощность, рассеиваемую каждым транзистором.

Схема выглядит так:

На схеме точно указаны номиналы компонентов, которые я установил, схема проверена и работает исправно. Прикрепляю печатную плату. Доска в формате Lay6.

Внимание! Все силовые дорожки необходимо залудить толстым слоем припоя, так как по ним будет протекать очень большой ток. Паяем аккуратно, без соплей, промываем флюсом. Силовые транзисторы необходимо установить на радиатор. Преимущество такой конструкции в том, что транзисторы можно не изолировать от радиатора, а слепить все на одном. Согласитесь, это значительно экономит слюдяные теплопроводящие прокладки, ведь на 8 транзисторов ушло бы 8 из них (удивительно, но факт)! Радиатор является общим стоком для всех 8 транзисторов и аудиовыходом усилителя, поэтому при установке в корпус не забудьте его как-то изолировать от корпуса. Несмотря на отсутствие необходимости установки слюдяных прокладок между фланцами транзисторов и радиатором, это место необходимо промазать термопастой.

Внимание! Лучше сразу все проверить перед установкой транзисторов на радиатор. Если прикрутить транзисторы к радиатору и на плате есть какие-то сопли или непропаяные контакты, будет неприятно снова выкручивать транзисторы и мазать их термопастой. Так что проверяйте все сразу.

Транзисторы биполярные: Т1 — БД139, Т2 — БД140. Его также необходимо прикрепить к радиатору. Они не нагреваются, но нагреваются. Их тоже нельзя изолировать от радиаторов.

Итак, приступаем непосредственно к сборке. Детали расположены на плате так:

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

Затем накладываем изображение платы на текстолит и сверлим отверстия под радиодетали. Шлифовка и обезжиривание. Берем перманентный маркер, запасаемся изрядным терпением и рисуем дорожки (не умею делать ЛУТ, поэтому мучаюсь).

Вооружаемся паяльником, берем флюс, припаиваем и мастерим.

Отмываем остатки флюса, берем мультиметр и прозваниваем замыкание между дорожками там, где его быть не должно. Если все в порядке, приступайте к установке деталей.
Возможные замены.
Сначала приложу список запчастей:
C1 = 1u
C2, C3 = 820p
C4, C5 = 470u
C6, C7 = 1u
C8, C9 = 1000u
C10, C11 = 220n

D1, D1, D1 15В
Д3, Д4 = 1N4148

OP1 = KR54UD1A

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 нужно заменить операционный усилитель на любой другой, даже импортный, с аналогичной разводкой выводов. Конденсатор С3 нужен для подавления самовозбуждения усилителя. Можно поставить больше, что я и сделал позже. Любые стабилитроны на 15 В и мощностью от 1 Вт. Резисторы R22, R23 можно установить исходя из расчета R=(Uпит. -15)/Iст., где Uпит. — напряжение питания, Iст. — ток стабилизации стабилитрона. Резисторы R2, R32 отвечают за усиление. При этих номиналах где-то 30 — 33. Конденсаторы С8, С9- емкости фильтров — могут быть установлены от 560 до 2200 мкФ при напряжении не ниже Uпит. * 1.2, чтобы не эксплуатировать их на пределе. Транзисторы Т1, Т2 — любая комплементарная пара средней мощности, с током 1 А, например, наши КТ814-815, КТ816-817 или импортные БД136-135, БД138-137, 2SC4793-2SA1837. Истоковые резисторы R24-R31 можно установить и на 2 Вт, хотя и нежелательно, сопротивлением от 0,1 до 0,33 Ом. Ключи питания менять не желательно, хотя IRF640-IRF9640 или IRF630-IRF9можно использовать 630; можно у транзисторов с похожими пропущенными токами, емкостями затвора и, конечно же, с одинаковым расположением выводов, хотя если припаять по проводам, то это не беда. Кажется, здесь больше нечего менять.

Первый запуск и настройка.

Производим первый запуск усилителя через предохранительную лампу в разрыв сети 220 В. Обязательно замкните вход на землю и не подключайте нагрузку. В момент включения лампа должна вспыхнуть и погаснуть, причем погаснуть совсем: спираль вообще не должна светиться. Включите, подержите 20 секунд, затем выключите. Проверяем, не греется ли что-нибудь (хотя если лампа выключена, то вряд ли что-то греется). Если ничего особо не греется, снова включите его и измерьте постоянное напряжение на выходе: оно должно быть в пределах 50 — 70 мВ. У меня, например, 61,5 мВ. Если все в пределах нормы, подключаем нагрузку, подаем входной сигнал и слушаем музыку. Не должно быть помех, посторонних шумов и т.п. Если ничего этого нет, переходим к настройкам.

Все очень просто настроить. Нужно только выставить ток покоя выходных транзисторов вращением движка подстроечного резистора. Он должен быть около 60 — 70 мА на каждый транзистор. Делается это так же, как и на Лансаре. Ток покоя рассчитывается по формуле I = Uпад./R, где Uпад. — падение напряжения на одном из резисторов R24 — R31, а R — сопротивление этого самого резистора. Из этой формулы получаем падение напряжения на резисторе, необходимое для установки такого тока покоя. Падение = I*R. Например, в моем случае это = 0,07 * 0,22 = где-то 15 мВ. Ток покоя устанавливается на «теплом» усилителе, то есть радиатор должен быть теплым, усилитель должен играть несколько минут. Усилитель прогрелся, отключаем нагрузку, замыкаем 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 частотной характеристики — 5-100000 Гц

последний пункт стоит рассмотреть поближе. Использование этого усилителя с шумными тональными блоками, такими как TDA1524, может привести к кажущемуся необоснованному потреблению мощности усилителем. По сути, этот усилитель воспроизводит интерференционные частоты, не слышимые нашим ухом. Может показаться, что это самовозбуждение, но скорее всего это помехи. Здесь стоит отличать неслышимые на слух помехи от реального самовозбуждения. Я сам столкнулся с этой проблемой. Изначально в качестве предварительного усилителя использовался операционный усилитель TL071. Это очень хороший высокочастотный импортный операционный усилитель с малошумящим выходом на полевых транзисторах. Он может работать на частотах до 4 МГц — этого более чем достаточно для воспроизведения частот помех и для самовозбуждения. Что делать? Один хороший человек, большое спасибо, посоветовал заменить ОУ на другой, менее чувствительный и воспроизводящий меньший частотный диапазон, который просто не может работать на частоте самовозбуждения. Поэтому купил нашу отечественную КР544УД1А, поставил и… ничего не изменилось. Это все привело меня к мысли, что шумят переменные резисторы темброблока. Моторы резисторов немного «шуршат», что вызывает помехи. Убрал блок тона и шум пропал. Так что это не самовозбуждение.

Похожие записи

31.08.2023 0

Микросхема 358: подробный обзор, применение и характеристики операционного усилителя

30.08.2023 0

Радиозвонок схема. Радиозвонок своими руками: схемы, устройство и монтаж беспроводного дверного звонка

29.08.2023 0

Электросхема ваз 2105 инжектор. Электросхема ВАЗ 2105: особенности, устройство и основные неисправности