Усилитель мощности на полевых транзисторах: особенности конструкции и сборки

Как работает усилитель мощности на полевых транзисторах. Какие преимущества дает использование MOSFET в выходном каскаде. На что обратить внимание при сборке такого усилителя. Какие ошибки монтажа могут привести к выходу усилителя из строя.

Принцип работы усилителя мощности на полевых транзисторах

Усилитель мощности на полевых транзисторах (MOSFET) имеет ряд преимуществ по сравнению с классическими схемами на биполярных транзисторах:

• Более высокий КПД за счет меньших потерь в выходном каскаде
• Возможность получения большей выходной мощности
• Лучшая линейность характеристик
• Более высокая скорость нарастания выходного сигнала

Рассмотрим принцип работы такого усилителя на примере схемы Project 101 от Рода Эллиота. Усилитель содержит следующие основные каскады:

1. Входной буферный каскад на операционном усилителе
2. Драйверный каскад на комплементарной паре биполярных транзисторов
3. Выходной каскад на комплементарных парах полевых транзисторов

Входной сигнал усиливается по напряжению операционным усилителем, затем поступает на драйверный каскад, который обеспечивает необходимое усиление по току для управления затворами выходных MOSFET. Выходной каскад работает в режиме усиления, а не в режиме эмиттерного повторителя, что позволяет получить высокий КПД.

Особенности выходного каскада на MOSFET

Использование полевых транзисторов в выходном каскаде дает ряд преимуществ:

• Малое выходное сопротивление в открытом состоянии (0,2-0,5 Ом)
• Высокая скорость переключения
• Отсутствие эффекта вторичного пробоя
• Положительный температурный коэффициент

Благодаря малому сопротивлении канала в открытом состоянии, амплитуда выходного сигнала может достигать значений, близких к напряжению питания. Это позволяет получить высокий КПД усилителя.

Положительный температурный коэффициент обеспечивает лучшую температурную стабильность по сравнению с биполярными транзисторами. При нагреве сопротивление канала MOSFET увеличивается, что ограничивает ток и предотвращает тепловой разгон.

Ключевые моменты при сборке усилителя на MOSFET

При самостоятельной сборке усилителя мощности на полевых транзисторах следует обратить внимание на следующие моменты:

• Правильный выбор и подбор комплементарных пар MOSFET
• Обеспечение надежного теплоотвода для выходных транзисторов
• Точная настройка тока покоя выходного каскада
• Симметричная разводка печатной платы
• Использование качественных компонентов в цепях питания и смещения

Ток покоя выходного каскада рекомендуется устанавливать в пределах 30-40 мА на пару транзисторов. Это обеспечивает отсутствие искажений типа «ступенька» при переходе через ноль и дает некоторый запас по температурной стабильности.

Типичные ошибки при сборке усилителя на MOSFET

При монтаже усилителя следует избегать следующих распространенных ошибок:

• Неправильное подключение стабилитронов в цепи питания операционного усилителя
• Перепутывание местами драйверных транзисторов
• Неверная полярность подключения термокомпенсирующих диодов
• Установка выходных MOSFET разной структуры в одно плечо
• Использование биполярных транзисторов вместо полевых в выходном каскаде

Особое внимание следует уделить правильности монтажа выходных MOSFET. Их неправильное подключение может привести к пробою транзисторов при подаче питания.

Настройка и проверка работоспособности усилителя

После сборки усилителя необходимо выполнить его настройку и проверку:

1. Проверить отсутствие короткого замыкания в цепях питания
2. Настроить ток покоя выходного каскада
3. Проверить отсутствие постоянной составляющей на выходе
4. Измерить коэффициент нелинейных искажений на разных частотах
5. Проверить работу усилителя на максимальной мощности

При настройке тока покоя следует контролировать температуру радиаторов выходных транзисторов. Чрезмерный нагрев свидетельствует о слишком большом токе покоя.

Модификации и улучшения базовой схемы

Базовая схема усилителя на MOSFET допускает различные модификации для улучшения характеристик:

• Введение цепей защиты от перегрузки и короткого замыкания
• Добавление схемы мягкого старта для уменьшения броска тока при включении
• Использование более совершенных драйверов затворов MOSFET
• Применение параллельного включения транзисторов для увеличения мощности
• Оптимизация цепей обратной связи для улучшения линейности

При модификации схемы следует тщательно просчитывать изменения, чтобы не нарушить устойчивость усилителя и не ухудшить его характеристики.

Выбор компонентов для усилителя на MOSFET

Правильный выбор компонентов критически важен для получения качественного усилителя. Особое внимание следует уделить следующим элементам:

• Выходные MOSFET — рекомендуется использовать транзисторы с низким сопротивлением канала и хорошими частотными характеристиками, например IRFP240/IRFP9240
• Операционный усилитель — желательно применять малошумящие прецизионные ОУ, например TL071 или NE5534
• Конденсаторы в цепях обратной связи — следует использовать пленочные конденсаторы с малыми потерями
• Резисторы — рекомендуются металлопленочные резисторы с точностью 1%
• Выпрямительные диоды в блоке питания — желательно применять быстродействующие диоды с малым падением напряжения

Качественные компоненты обеспечат стабильную работу усилителя и позволят получить высокие звуковые характеристики.

Мощный усилитель на полевых транзисторах

Приветствую, радиолюбители-самоделкины!

Всё многообразие схем усилителей, представленных в интернете, ограничиваются мощностями около 100Вт на канал, особенно это касается микросхемных — более мощные микросхемы-усилители встречаются в продаже очень редко, либо стоят неоправданно дорого. Казалось бы, это не проблема, ведь мощности 100Вт на каждый канал, а суммарно это целых 200Вт должно хватить для любых применений, тем более, что акустические системы также редко встречаются рассчитанными на такие больших мощности. Но запросы энтузиастов, как известно, никогда не останавливаются на имеющемся, поэтому проектируются и более экзотичные, более мощные схемы, способные развивать действительно впечатляющие мощности, например, в этой статье речь пойдёт об одном из таких усилителей — он носит название МОСФИТ 400, и цифра в его названии означает именно мощность. Таким образом, суммарная максимальная мощность с двух каналов может достигать 800Вт — а это чуть больше, чем одна лошадиная сила.

Использоваться усилители таких мощностей могут как для проведения каких-либо концертов, где необходимо обеспечить громким звуком целую площадку, либо, например, в автозвуке, для «раскачки» огромных сабвуферов. Конечно, повседневное использование таких усилителей весьма непрактично, тем более, что 800Вт звука — избыточно громко для квартиры, в первую очередь такие конструкции собирают радио определённого спортивного интереса — ведь очень приятно осознавать, что любимый усилитель, при необходимости, «раскачает» какие угодно динамики. Эта ситуация напоминает автомобильную — мощный двигатель в несколько сотен лошадиных сил вовсе не обязателен для обычной езды по городу, но осознавать, что есть значительный запас по мощности — очень приятно. Однако сборка и использование мощных усилителей подразумевают некоторые нюансы, о которых речь пойдёт ниже. Схема для сборки:



Как можно увидеть, высокая мощность достигается путём параллельного включения нескольких пар мощных полевых транзисторов, каждая пара даёт прибавку мощности в 100Вт. Таким образом, данный вариант схемы можно собрать в различных вариациях, устанавливая от одной до четырёх пар, в первом случае мощность будет составлять всего 100Вт, а в последнем максимальные для этой схемы 400Вт. Несмотря на высокую мощность, схема весьма проста и лаконичная, на её входе имеется каскад на операционном усилителе, усиливающий сигнал по напряжению, затем драйверный каскад на паре биполярных транзисторов и затем уже мощный выходной каскад. Схема не требует каких-либо дополнительных предусилителей, вход можно подключать напрямую к источнику сигнала, наприимер, компьютеру, плееру или телефону. Регулятор громкости не показан, ведь все устройства обладают возможность программной регулировки громкости, но при желании на входе можно поставить переменный резистор на 50 кОм в качестве регулятора громкости. Операционный усилитель желательно применять малошумящий — подойдут и TL071, TL081, они обладают неплохими характеристиками и в то же время небольшой ценой. В цепи питания микросхемы стоят стабилитроны VD1, VD2, которые понижают питающее напряжение всей схемы до 15 вот на каждое плечо для питания микросхемы — здесь можно применить практически любые стабилитроны на 12-15В.

Обратите внимание на резисторы R3, R4 — они стоят последовательно со стабилитронами для задания тока стабилизации, на них будет рассеиваться некоторое количество тепла, поэтому стоит применить резисторы мощностью 2Вт, маломощные могут перегреться. Конденсаторы С3 и С4 фильтруют питание микросхемы в каждом плече. Далее сигнал с выхода операционного усилителя через разделительные конденсаторы С6, С7 попадает на базы транзисторов VT1, VT2, они имеют разную структуру, PNP и NPN, таким образом, каждый транзистор будет усиливать свою полуволну переменного звукового сигнала. Применить здесь можно PNP и NPN транзисторы средней мощности, например, BD139 и BD140, либо их отечественные аналоги, обратите внимание, что транзисторы обязательно должны составлять комплементарную пару, то есть иметь одинаковые характеристики при противоположных структурах. В качестве С6, С7 желательно применить плёночный конденсаторы. Также в цепи баз транзисторов можно увидеть пару диодов — VD3, VD4, здесь применяются любые маломощные кремниевые, те же 1N4148 или 1N4007, а также подстроечный резистор — он служит для задания тока покоя усилителя. Ток покоя настраивается после сборки всего усилителя, в норме он должен составлять 35-45 мА, что достаточно мало для такого мощного усилителя, таким образом, выходные транзисторы не будут нагреваться при отсутствии сигнала на входе. Ток покоя измеряется в каждой паре выходных транзисторов отдельно на схеме показаны контрольные точки, в которых следует измерять ток. При первом включении подстроечный усилитель нужно установить в минимальное, то есть закороченное состояние. В цепи коллекторов и эмиттеров VT1, VT2 также установлены резисторы повышенной мощности — R12, R13, R10, R11 должны быть как минимум на 0,5Вт.

Можно поставить параллельно два по 0,25Вт, так, чтобы суммарное сопротивление соответствовало схеме. Возле всех транзисторов на схеме показаны значки радиаторов — установка на радиатор обязательно. Небольшой нагрев также будет и у биполярных транзисторов драйверного каскада, большие радиаторы для них не обязательны, но небольшие необходимы. Наконец, с коллекторов VT1, VT2 снимается сигнал, которым управляются непосредственно затворы полевых транзисторов выходного каскада. Для самого мощного варианта усилителя потребуются целых восемь мощных полевых транзисторов, по четыре в каждом плече, каждое плечо усиливает свою полуволну сигнала, на выходе они соединяются и на динамик приходит такой же сигнал, как был на входе, только усиленный как по напряжению, так и по току. В цепи стоков каждого плеча транзисторов устанавливаются мощные 5-ти ваттные проволочные резисторы, каждый из них имеет сопротивление 0,33 Ома, эти резисторы нужны для уменьшения влияния разброса параметров транзисторов, ведь двух идентичных полупроводниковых элементов в мире не существует. Все остальные детали на схеме — самые обычные, ничем не примечательные элементы — маломощные резисторы, а также электролитические полярные и керамические/плёночные неполярные конденсаторы. Обратите внимание, что использовать схему с абы-каким динамиком можно разве что для проверки и первоначального тестирования после сборки — ведь усилитель запросто сожжёт любой маломощные динамик. В идеальном случае мощность динамика должна быть не меньше мощности самого усилителя, встретить динамики мощностью в несколько сотен ватт можно в некоторых сабвуферах, либо концертных акустических системах. Однако, никто не мешает использовать усилитель и с обычными бытовых акустическими системы, например, S90 и им подобными — просто нужно быть аккуратнее с регулировкой громкости и не выкручивать на максимум, а также следить за перегрузкой акустической системы, например, в корпусах колонок S90b установлены специальные индикаторы перегрузки.



В процессе работы, особенно на большое громкости, полевые транзисторы будут неслабо нагреваться, их необходимо установить на массивные радиаторы с использованием термопасты и специальных слюдяных прокладок для изоляции транзистора и радиатора, ведь металлический фланец транзистора соединён с его стоком. Для уменьшения габаритов радиаторов можно применить кулеры, например, компьютерные — как на фотографиях автора. Также автор рекомендует использовать схему автоматического регулятора оборотов для кулера, в этом случае, если радиаторы не нагревают, например, при простое усилителя, вентиляторы будут вращаться на небольших оборотах, снижая уровень шума. Также в конструкции автора можно увидеть схему защиты акустических систем с реле — в случае выхода усилителя из строя, например, при перегреве и пробое выходных транзисторов, постоянное напряжение питания не пойдёт на динамики и не испортит их — сработает защита.

Напряжение питания схемы составляет 35 — 80В на каждое плечо, напряжение питания двухполярное. Чем больше напряжение питания, тем выше выходная мощность, максимум будет достигаться при максимальное напряжении в 80В. Обратите внимание, что источник питания также должен быть рассчитан на большую мощность — не меньше 500Вт, если используется самый мощный вариант усилителя. В качестве источника можно использовать, например, массивный трансформатор с самодельной вторичной обмоткой под нужную мощность. Удачной сборки!


Источник (Source)

Рекомендации по сборке усилителя Мосфит

Рекомендации по сборке усилителя Мосфит

Рекомендации по сборке усилителя Мосфит — не смотря на примитивную схемотехнику данный усилитель мощности имеет довольно не плохие характеристики, приятное звучание и в середине восьмидесятых был запетентован (инфа по номеру патентаи и автору погибла вместе с жестким диском — пардон). С тех пор элементная база изменилась довольно сильно и схему получилось упростить сохранив саму идею и получив лучшие характеристики без снижения надежности. Принципиальная схема усилителя мощности с использование полевых транзисторов в оконечном каскаде приведена на рисунке 1.

Усилитель имеет 4 подмодификации, отличающиеся друг от друга выходной мощностью и может на нагрузк 4 Ома выдавать 100, 200, 300 и 400 Вт. Конструктивно усилитель выполнен на печатной плате, причем сколько ватт выдаст усилитель зависит именно от длины платы, поскольку плата выполнена таким образом, что позволяет изменять количество устанавливаемых оконечных транзисторов. Поэтому и даются здесь рекомендации по сборке усилителя Мосфит . p>
Данный усилитель мощности имеет предварительный буферный усилитель напряжения, выполненый на операционном усилителе TL071 и двукаскадный двухтактный усилитель мощности — именно мощности, поскольку производится усиление и по току и по напряжению. Схемотехника выходного каскада построена таким образом, что по сути представляет собой два независимых усилителя — для положительной полуволны звукового сигнала (VT1 — драйвер, VT3, VT5, VT7, VT9 — оконечники) и для отрицательной полуволны (VT2 — драйвер, VT4, VT6, VT8, VT10 — оконечники). Оба усилителя охвачены своими местными отрицательными обратными связями: R13-R9 и R14-R10, от соотношения номиналов этих резисторов и зависит коф усиления данного каскада. В данном случае он выбран таким образом, чтобы получить минимальные искажения в этом каскаде и менять номиналы не рекомендуется (R13 и R14 — лучше не менять, R9 и R10 могут быть от 27 до 43 Ом, оптимально — 33 или 39 Ом). Поскольку последний каскад усилителя работает в усилительном режиме, то входя в режим насыщение сопротивление между выходом усилителем и источником питания становится мнимально возможным (0,2-0,5 Ома). Именно это позволяет усилителю по отношению к традиционным усилителям с эмиттерными повторителями на выходе иметь значительно больший КПД, поскольку амплитуда выходного сигнала практически от напряжения питания отличается на пару вольт в отличии от усилителей с эмиттерными повторителями на выходе (рисунок 2-а амплитуда выходного сигнала данного усилителя, 2-б — амплитуда усилителя мощности VL).

Кроме местной отрицательной обратной связи (ООС) весь усилитель охвачен другой веткой ООС — R32-R2, от номиналов которой зависит коф усиления всего усилителя. В данном случае коф усиления при этих номиналах равен Ku = R32 / (R2 + 1) . При указананных на схеме номиналах коф усиления составляет примерно 48 раз или чуть больше 33 дБ, а уровень THD не превышает 0,04% при выходной мощности 300 Вт (4 пары оконечных транзисторов и питание ±65 В).

Перечень необходимых для самостоятельной сборки усилителя мощности элементов сведен в таблицу:
C4,C3 = 2 x 470.0u х 25V
C9,C10 = 2 x 470.0u x 100V
C6,C7,C2 = 3 x 1.0u x63V
C5 = 1 x 100p
C1 = 1 x 680p
C8 = 1 x 0.1u

R1,R32 = 2 x 47k
R23,R22,R27, R26,R31,R30,R19,R18 = 8 x 5W 0.33
R20,R21,R24, R25,R28,R29,R15,R17 = 8 x 39
R13,R14 = 2 x 820
R9,R10 = 2 x 0.5W 33
R11,R12 = 2 x 0.5W 220
R7,R8 = 2 x 22k
R5,R6 = 2 x 2k
R3,R4 = 2 x 1W-2W 2.7k
R2 = 1 x 1k
R16 = 1 x 1W-2W 3.6

VD2,VD1 = 2 x 15V (стабилитроны на 1,3W)
VD3,VD4 = 2 x 1N4148

VT1 = 1 x BD139
VT2 = 1 x BD140
VT6,VT8,VT10,VT4 = 4 x IRFP240
VT5,VT7,VT9,VT3 = 4 x IRFP9240

X1 = 1 x TL071
X2 = 1 x 4.7k

Чертеж печатной платы в формате LAY можно скачать здесь скачать здесь, расположение деталей на плате показано на рисунке 3.

Рисунок 3 Расположение деталей на печатной плате усилителя мощности МОСФИТ УВЕЛИЧИТЬ

Внешний вид собранного варианта усилителя мощности на 400 Вт с полевыми транзисторами IRFP240 и IRFP9240 показан на рисунке 4.

Рисунок 4 Внешний вид усилителя мощности МОСФИТ на 400 Вт

Как видно из фотографии оконечные транзисторы установлены не совсем традиционно — они развернуты внутрь платы и крепятся к теплоотводу через имеющиеся в плате отвертия, диаметр которых позволяет пропустить через них крепеж вместе с головкой (винты или саморезы диаметром 3 мм). Такая компjновка позволила существенно сократить размеры печатной платы усилителя.
Из особеностей усилителя так же следует отметить, что фланцы оконечных транзисторов соеденены между собой и выходом усилителя, поэтому при использовании небольших теплоотводов с принудительным охлаждением можно не использовать диэлектрические прокладки а изолировать радиатор от корпуса. При использование теплоотводов с естественной конвекцией воздуха размеры теплоотвода уже становяться довольно большими и подавать на них выход усилителя не рекомендуется — слишком большие наводки он будет создавать, что при неудачном монтаже плат в корпусе может вызвать возбуждение усилителя даже не смотря на его довольно жесткую устойчивость.

На рисунке 5 и 6 приведены карты напряжений для варианта усилителя на 200 Вт при напряжении питания усилителя ±45 В и двумя парами оконечных транзисторов и усилителя на 400 Вт при напряжении питания ±65 В. Оба варианта нагружены на эквивалент акустической системы (желтый прямоугольник) и используют в качестве источника питания не идеальные источники питания, имеющие свое собственное сопротивление.

Рисунок 5 Карта напряжений усилителя мощности на 200 Вт и питании ±45В

Рисунок 6 Карта напряжений усилителя мощности на 400 Вт и питании ±65В

Пожалуй стоит заметить, что в модели использовались транзисторы IRF640-IRF9640, как ближайшие аналоги IRFP240-IRFP9240, но с меньшей мощностью рассеиваниея кристалом тепла, поскольку имеют корпус ТО-220 против ТО-247. Тем не менее IRF640-IRF9640 в симмуляторе полностью справились с возлагаемыми на них задачами, а так же могут быть использованы в усилителе в качестве оконечных транзисторов. Однако, при использовании корпусов ТО-220 не следует забывать, что можность одного корпуса ТО-220 не должна превышать 60 Вт, в отличии от корпуса ТО-247 — до 100-120 Вт. Другими словами — при использовании в качестве оконечных транзисторов IRF640-IRF9640 с усилителя с четырмя парами снимать более 240 Вт не рекомендуется.
На рисунках 7 и 8 показаны карты токов, потекающих через каждый элемент усилителя в режиме покоя (входной сигнал отсутствует).

Рисунок 7 Карта токов усилителя мощности при напряжении питания ±45 В.

Рисунок 8 Карта токов усилителя мощности при напряжении питания ±65 В.

Ток покоя оконечного каскада следует выставлять в пределах 30-40 мА — этого вполне достаточно для полного исчезновения искажений «ступенька» и технологического запаса на повышение напряжения питания. Пожалуй об этом стоит сказать отдельно:
Учитывая рекомендации по сборке усилителя Мосфит и, то что данный усилитель не имеет ни каких токостабилизирующих цепочек, следовательно при изменении напряжения питания будут изменяться и режимы работы оконечного каскада — при увеличении питания ток покоя будет увеличиваться, при снижении — уменьшаться. Особого значения это не имеет, если напряжение сети изменяется в пределах 5% или для усилителя используется стабилизированный блок питания, но если напряжение питания сети снизится на 10 %, что на периферии случается довольно часто, то на выходе усилителя уже гарантированно появится ступенька, а если повысится на 10%, то ток покоя уже будет составлять 0,45 А, а выделяемая на каждом транзисторе мощность (при питании ±65 В + 10% и четырех парах оконечников) составит порядка 30 Вт, что в итоге вызовет выделение тепла порядка 200 Вт, причем это на холостом ходу.
Именно по этой причине рекомендуется этот усилитель использовать в качестве широкополосного при не измененном напряжении питания, либо в качестве усилителя для сабвуфера и установкой тока покоя в пределах 15-20 мА. При снижении питания появившуюся «ступеньку» низкочастотная динамическая головка просто не в состоянии воспроизвести за счет инерционности дифузора, а при повышении ток покоя останеться в пределах допустипого и такого сильного разогрева теплоотвода не произойдет.
В качестве термостабилизирующих элементов используются диоды VD3-VD4, которые могут быть установлены как на радиатор, так и оставаться на печатной плате — мгновенного разогрева все равно не происходит, поэтому скорости разогрева платы, установленной над радиатором вполне хватает. На рисунке 8 показаны тока, протекающие в каскадах при температуре 20°С, а на рисунке 9 — при температуре 60°С, т.е. температура увеличилась в 3 раза.

Рисунок 8 Токи в каскадах усилителя мощности при температуре 20°С

Рисунок 9 Токи в каскадах усилителя мощности при температуре 60°С

Поскольку оконечный каскад усилителя имеет свой собственный коф усиления ОЧЕНЬ важно обеспечить на входе этого каскада напряжение максимально приблежонное к нулю, поскольку как видно из рисунков 5 и 6 постоянное напряжение на выходе операционного усилителя величиной в 13 мВ на выходе усилителя уже приобретает величину в 66 мВ, т.е. увеличивается практически в 5 раз. А поэтому следуйте точно рекомендации по сборке усилителя Мосфит .Микросхемы от различных производителей имеют разное напряжение постоянной составляющей на выходе усилителя соответсвенно будет тоже отличаться довольно значительно и если постоянное напряжение на выходе усилителя больше 0,05-0,08 В, то придется либо искать микросхему другого типа, либо другого производителя, причем не гарантия, что новая микросхема будет по этим параметрам лучше той, которая уже стоит.
Поэтому стоит обратиться в даташнику на TL071, в котором имеется принципиальная схема самого операционного усилителя. Изучив внимаетльно описание становится понятным, что производитель предусмотрел подобную ситуацию и вполне разумно вывел точки балансировки на выводы микросхемы (выводы 1 и 5 рисунка 10).

Рисунок 10 Принципиальная схема операционного усилителя TL071

Подстроечный резистор лучше выбрать многооборотным и установить его непосредственно на корпус микросхемы распаяв выводы резистора на балансирующие выводы микросхемы, а движок резистора соединить с минусовым выводом питания.
Мнение о том, что постоянное напряжение может возникать из за разбросов параметров транзисторов драйверного каскада не совсем верно. Усилитель мощности охвачен довольно хорошей ООС и посотянное напряжение остается не изменным даже при использовании не комплементарных пар в драйверном каскаде, а так же при отличии номаналов резисторов R9 и R10 на 10 % относительно необходимых (R9 составлял 36 Ом, а R10 — 30 Ом). Во всех экспериментах только увеличивался уровень THD, но ни как не изменялась величина постоянного напряжения на выходе усилителя.
Несколько слов об ошибках монтажа:
В целях улучшения читаемости схем расмотрим усилитель мощности с двумя парами оконечных полевых транзисторов и питании ±45 В.
В качестве первой ошибки попробуем «запаять» стабилитроны VD1 и VD2 не правильной полярностью (правильное включение показано на рисунке 11). Карта напряжений приобретет вид, показанный на рисунке 12.

Рисунок 11 Цоколевка стабилитронов BZX84C15 (впрочем и на диодах цоколевка такая же).

Рисунок 12 Карта напряжений усилителя мощности при неправильном монтаже стабилитронов VD1 и VD2.

Данные стабилитроны нужны для формирования напряжения питания операционного усилителя и выбраны на 15 В исключительно из за того, что это напряжение является для данного операционного усилителя оптимальным. Работоспособность без потери качества усилитель сохраняет и при использовании рядом стоящих по линейке номиналов — на 12 В, на 13 В, на 18 В (но не более 18 В). При неправильном монтаже вместо положенного напряжения питания операционный усилитель получает лишь напряжение падения на n-p переходе стаблитронов. Ток покоя регулируется нормально, на выходе усилителя присутствует небольшое постоянное напряжение, выходной сигнал отсутствует.
Так же возможен не правильный монтаж диодов VD3 и VD4. В этом случае ток покоя ограничивается лишь номиналами резисторов R5, R6 и может достигать критической величины. Сигнал на выходе усилителя будет, но довольно быстрый нагрев оконечных транзисторов однозначно повлечет их перегрев и выход усилителя из строя. Карта напряжений и токов для этой ошибки показаны на рисунка 13 и 14.

Рисунок 13 Карта напряжений усилителя при неправильном монтаже диодов термостабилизации.

Рисунок 14 Карта токов усилителя при неправильном монтаже диодов термостабилизации.

Следующей популярной ошибкой монтажа может быть неправильный монтаж транзисторов предпоследнего каскада (драйверов). Карта напряжений усилителя в этом случае приобретает вид, показанный на рисунке 15. В этом случае транзисторы оконечного касада полностью закрыты и на выходе усилителя наблюдается отсутсвие каких либо признаков звука, а уровень постоянного напряжения максимально приближен к нулю.

Рисунок 15 Карта напряжений при неправильном монтаже транзисторов драйверного каскада.

Далее самая опасная ошибка — попутаны местами транзисторы драйверного каскада, причем цоколевка тоже попутана в следствии чего прилагаемое к выводам транзисторов VT1 и VT2 является верным и они работают в режиме эмиттерных повторителей. В этом случае ток через оконечный каскад зависит от положения движка подстроечного резистора и может быть от 10 до 15 А, что в любом случае вызовет перегрузку блока питания и быстрый разогрев оконечных транзисторов. На рисунке 16 показаны токи при среднем положении подстроечного резистора.

Рисунок 16 Карта токов при неправильном монтаже транзистров драйверного каскада, цоколевка тоже попутана.

Запаять «наоборот» вывода оконечных полевых транзисторов IRFP240 — IRFP9240 врядли получится, а вот поменять их местами получается довольно часто. В этом случае установленные в транзисторах диоды получаются в нелегкой ситуации — прилагаемое к ним напряжение имеет полярность соответсвующую их минимальному сопротивлению, что вызывает максимальное потребление от блока питания и как быстро они выгорят больше зависит от удачи чем от законов физики. Внимательно читайте все рекомендации по сборке усилителя Мосфит.
Фейверк на плате может случиться еще по одной причине — в продаже мелькают стабилитроны на 1,3 Вт в корпусе таком же как у диодов 1N4007, поэтому перед монтажом стабилитронов в плату, если они в черном корпусе стоит повнимательней ознакомиться с надписями на корпусе. При монтаже вместо стабилитронов диодов напряжение питания операционного усилителя ограничено лишь номиналами резисторов R3 и R4 и потребляемым током самого операционного усилителя. В любом случае получившаяся величина напряжения значительно больше максимального напряжения питания для данного ОУ, что влечет его выход из строя иногда с отстрелом части корпуса самого ОУ, ну а дальше возможно появление на его выходе постоянного напряжения, близкого в напряжению питания усилителя, что повлечет появление постоянного напряжения на выходе самого усилителя мощности. Как правило оконечный каскад в этом случае остается работоспособным. И если выполнять все рекомендации по сборке усилителя Мосфит, то все будет хорошо.
Ну и на последок несколько слов о номиналах резисторов R3 и R4, которые зависят от от напряжения питания усилителя. 2,7 кОм является наиболее универсальным, однако при питании усилителя напряжением ±80 В (только на 8 Ом нагрузку) данные резисторы будут рассеивать порядка 1,5 Вт, поэтому его необходимо заменить на резистор 5,6 кОм или 6,2 кОм, что снизит выделяемую тепловую мощность до 0,7 Вт.

Данный усилитель заслуженно обрел своих поклоников и начал обретать новые версии. Прежде всего изменению подверглась цепочка формирования напряжения смещения первого транзисторного каскада. Кроме этого в схему была введена защита от прегерузки.
В результате доработок принципиальная схема усилителя мощности с полевыми транзисторами на выходе и рекомендации по сборке усилителя Мосфит приобрела следующий вид:

Варианты печатной платы приведены в графическом формате (необходимо масштабировать)

Внешний вид получившейся модификации усилителя мощности приведен на фотографиях ниже:

Осталось в эту бочку меда плескануть ложку дегтя.., но если учитывать рекомендации по сборке усилителя Мосфит, то ничего страшного не будет )
Дело в том, что используемые в усилителе полевые транзисторы IRFP240 и IRFP9240 прекратила выпуск фирма разработчик International Rectifier (IR), которая прилагала больше внимания к качеству выпускаемой продукции. Основная проблема этих транзисторов — они разрабатывались для использования в источниках питания, но оказались вполне пригодными для звуковой усилительной аппаратуре. Повышенное внимание к качеству выпускамых компонентов со стороны International Rectifier позволяло не производя подбор транзисторов включать параллельно несколько транзисторов не беспокоясь об отличиях характеристик транзисторов — разброс не превышал 2%, что вполне приемлемо.
На сегодня транзисторы IRFP240 и IRFP9240 выпускаются фирмой Vishay Siliconix, которая не так трепетно относится к выпускаемой продукции и параметры транзисторов стали пригодными лишь для источников питания — разброс «коф усиления» транзисторов одной партии превышает 15%. Это исключает параллельное включение без предварительного отбора, а количество протестированных транзисторов для выбора 4 одинаковы переваливает несколько десятков экземпляров.
В связи с этим перед сборкой данного усилителя прежде всего следует выяснить какой фирмы транзисторы вы может достать. Если в Ваших магазинах в продаже Vishay Siliconix, то настоятельно рекомендуется отказаться от сборки данного усилителя мощности — Вы рискуете довольно серьезно потратиться и ни чего не добиться.
Однако и работа по разработке «ВЕРСИИ 2» этого усилителя мощности и отсутствие приличных и не дорогие полевых транзисторов для выходного каскада заставили немного поразмышлять над будущим этой схемотехники. В результате был смоделирована «ВЕРСИЯ 3», использующая вместо полевых транзисторов IRFP240 — IRFP9240 фирмы Vishay Siliconix биполярную пару от TOSHIBA — 2SA1943 — 2SC5200, которые на сегодня еще вполне приличного качества.
Принципиальная схема нового варианта усилителя вобрала доработки «ВЕРСИИ 2» и притерпела изменения в выходном каскаде, позволив отказаться от использования полевых транзисторов. Принципиальная схема приведена ниже:

Принципиальная схема с использованием полевых транзисторов в качестве повторителей УВЕЛИЧИТЬ

В данном варианте полевые транзисторы сохранились, но они используются в качестве повторителей напряжения, что существенно разгружает драйверный каскад. В систему защиты введена небольшая положительная связь, позволяющая избежать возбуждение усилителя мощности на границе срабатывания защиты.
Печатная плата в процессе разработки, орентировочно результаты реальных измерении и работоспособная печатная плата появятся в конце ноября, а пока можно предложить график измерения THD, полученный МИКРОКАП.

Источник: interlavka.su

ГИБРИДНЫЙ УНЧ

   По многочисленным просьбам радиолюбителей, привожу усовершенствованную и более полную схему гибридного УНЧ с подробным описанием, списком деталей и схемой блока питания. Лампу на входе схемы гибридного УНЧ 6Н6П — заменил на 6Н2П. Так же можно поставить в этот узел и более распространённую в старых лампачах 6Н23П. Полевые транзисторы заменимы на другие аналогичные — с изолированным затвором и ток стока от 5А и выше. Переменник R1 — 50 кОм это качественный переменный резистор на регулятор громкости. Можно поставить его вплоть до 300кОм, ничего не ухудшится. Обязательно проверить регулятор на отсутвие шорохов и неприятных трений при вращении. В идеале стоит использовать РГ ALPS — это японская фирма по производству качественных регуляторов. Не забываем про регулятор баланса.

   Подстроечным резистором R5 — 33 кОм вставляется ноль напряжения на динамике в режиме молчания УНЧ. Другими словами подав питание на транзисторы и вместо динамика (!) подключив мощный резистор на 4-8 Ома 15 ватт, добиваемся на нём нуля напряжения. Меряем чувствительным вольтметром, так как должен быть абсолютный ноль. Схема одного канала гибридного УНЧ приведена ниже.

   Остальные резисторы 0,125 или 0,25 ватт. Короче любые маленькие. Конденсатор 10000мкФ можно смело уменьшить до 100мкФ, а нарисован он так по старому обозначению. Все конденсаторы по анадному питанию ставим на 350В. Если трудно достать на 6,8мкФ — ставим хотя бы на 1мкФ (я так и сделал). Транзистор управления током покоя, заменим на КТ815 или КТ817. На звуке это не отразится, он там просто ток корректирует. Естественно нужна ещё одна нужна копия гибридного УНЧ и для второго канала. 

   Для питания транзисторов нужен двуполярный источник +-20 (35)В с током 4А. Можно на обычном трансформаторе. Так как большая мощность не требовалась — поставил 60-ти ваттный транс от видеомагнитофона с соответствующим снижением выходной мощности. Фильтрация простая — диодный мост и конденсатор. При токе покоя 0,5А — хватит ёмкости 10000мкф на канал. Конденсаторы С3, С4, С5 по 160В, не меньше. Или на всякий случай больше. R8 небольшой подстроечный резистор — крутится отвёрткой. Он задаёт ток покоя выходных транзисторов (в отсутствии сигнала). Выставить ток надо от 0,3А — режим АВ до 2А — режим А. Во втором случае качество звука гораздо лучше, но вот греться будет не слабо. Можно задействовать для питания и электронный трансформатор с дополнительным кольцом и обмотками 12витков — на неё идёт 12В с трансформатора, и двумя по 20В — это вторичка. В этом случае диоды моста должны быть высокочастотными, простые КД202 сгорят в момент.

   Накал питаем 12-ю вольтами соединив накалы обеих ламп последовательно. Анодное напряжение 300В я брал с помощью маленького трансформатора (5 ватт) от китайского многонапряжительного адаптера. Питать от той пародии, кроме светодиода, ничего нельзя, а вот в этом гибридном УНЧ он пришёлся к месту. На его 15-ти вольтовую вторичку подаём 12В с электронного (или обычного) трансформатора, и с 220-ти вольтовой сетевой снимаем напряжение. Ток конечно не ахти, но обе лмпы 6Н2П тянут по аноду всего 5мА, так что большего им и не надо.

   Форум по гибридным УНЧ

7.4. Усилители на полевых транзисторах

В качестве примера рассмотрим RC–усилитель на полевом транзисторе сp—n–переходом, включенным с общим истоком (рис. 7.13). Используем транзистор с каналомn-типа. Для используемого транзистора начальное напряжениеu_издолжно быть положительным (p—n-переход должен находиться под запирающим напряжением). С целью получения этого напряжения в цепь истока включают резисторR_и, на котором возникает падение напряженияu_Rиот протекания по нему начального тока истокаI_ин.

Рис. 7.13. Усилитель на полевом транзисторе

Напряжение u_Rичерез резисторR_зпередается на затвор. Так как ток затвора полевого транзистора пренебрежительно мал, падение напряжения на резистореR_зпрактически равно нулю, поэтомуu_из=u_Rи.

Рассмотренную схему обеспечения начального режима работы называют схемой с автоматическим смещением.

Пусть задан начальный ток стока (I_CH =I_ИН) и начальное напряжениеU_ИЗНмежду истоком и затвором. Тогда резисторR_И следует выбрать из соотношения

.

Резистор R_Зобычно выбирают порядка 1МОм.

Рассматриваемая схема обеспечения начального режима работы характеризуется повышенной стабильностью. Если по каким-либо причинам начальный ток стока I_СНначнет увеличиваться, то это приведет к увеличению напряженийU_RИиU_ИЗ, что будет препятствовать значительному увеличению токаI_CН.

Модуль коэффициента усиления каскада в области средних частот определяется равенством

,

где S– статическая крутизна характеристики полевого транзистора, определяемая по справочникам.

Назначение конденсаторов С₁,С₂иС₄аналогично назначению соответствующих конденсаторовRC–усилителя на биполярном транзисторе.

Частотные характеристики рассматриваемого усилителя подобны частотным характеристикам RC–усилителя на биполярном транзисторе.

Лекция 8 Операционные усилители

Операционный усилитель (ОУ) – это высококачественный усилитель, предназначенный для усиления как постоянных, так и переменных сигналов. Вначале такие усилители использовались в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения математических операций (сложения, вычитания и т. д.). Это объясняет происхождение термина «операционный».

В настоящее время операционные усилители широко используются в виде полупроводниковых интегральных схем. Эти схемы содержат большое число (десятки) элементов (транзисторов, диодов и т. д.), но по размерам и стоимости приближаются к отдельным транзисторам. Операционные усилители удобно использовать для решения самых различных задач преобразования и генерирования маломощных сигналов, поэтому эти усилители очень широко применяются на практике.

Рассмотрим наиболее широко используемые разновидности операционных усилителей, для питания которых применяются два источника напряжения (обычно +15 Ви –15В). По-другому это называется питанием от источника с нулевым выводом или от расщепленного источника.

Условное графическое обозначение операционного усилителя показано на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Графическое обозначение операционного усилителя

Обозначение общего вывода «0V» расшифровывается как «ноль вольт». Для пояснения назначения выводов на рис. 8.2 приведена типовая схема на операционном усилителе – схема инвертирующего усилителя.

Рис. 8.2. Инвертирующий усилитель на основе операционного усилителя

Если входное напряжение u_вх достаточно мало по модулю, то выходное напряжениеu_выхопределяется выражением

.

Часто на схемах выводы +U, –Uи0Vне указывают (но подразумевают) и используют упрощенное условное графическое обозначение (рис. 8.3). При этом приведенная на рис. 8.2 типичная схема приобретает упрощенный вид (рис. 8.4).

Рис. 8.3

Рис. 8.4

Обозначим напряжения на выводах операционного усилителя (рис. 8.5).

Рис. 8.5

Напряжение u_дифмежду инвертирующим и неинвертирующим входами называют дифференциальным напряжением (дифференциальным сигналом). Ясно, что. Операционные усилители конструируют таким образом, чтобы они как можно больше изменяли напряжениеu_выхпри изменении дифференциального сигнала (т. е. разности) и как можно меньше изменяли напряжениеu_выхпри одинаковом изменении напряженийи.

Пусть u_диф=0. Обозначим синфазное напряжение (синфазный сигнал). Операционные усилители конструируют таким образом, чтобы влияние синфазного сигнала на выходное напряжение было как можно меньше.

Передаточная характеристика.Операционный усилитель хорошо характеризует его передаточная характеристика – зависимость вида

,

где f– некоторая функция.

График этой зависимости для операционного усилителя К140УД1Б приведен на рис. 8.6. Эта конкретная характеристика не проходит через начало координат. Значение напряжения u_диф, при котором выполняется условиеu_вых=0, называют напряжением смещения нуля и обозначают черезU_см. Для операционного усилителя типа К140УД1 известно, что напряжениеU_см лежит в диапазоне от –10мВдо + 10мВ. А это означает, что при нулевом напряженииu_дифнапряжениеu_вых может лежать в пределах от минимально возможного (около –7В) до максимально возможного (около +10В).

Рис. 8.6. Передаточная характеристика операционного

усилителя К140УД1Б

Для того, чтобы при нулевом сигнале на входе напряжение на выходе было равно нулю, т. е. для того, чтобы передаточная характеристика проходила через начало координат, предусматривают меры по компенсации напряжения смещения (балансировка, коррекция нуля, настройка нуля). В некоторых операционных усилителях для компенсации напряжения смещения предусмотрены специальные выводы. Типовая схема включения операционного усилителя типа К140УД8А, в котором предусмотрены такие выводы, представлена на рис. 8.7.

Рис. 8.7. Схема включения операционного усилителя К140УД8А

Через NCобозначены специальные выводы для балансировки. Цифрами обозначены номера выводов.

Диапазон выходного напряжения, соответствующий почти вертикальному участку передаточной характеристики, называется областью усиления. Соответствующий этому диапазону режим работы называют режимом усиления (линейным, активным режимом). В линейном режиме

,

где К– коэффициент усиления по напряжению (коэффициент усиления напряжения, коэффициент усиления дифференциального сигнала).

Обычно величина Клежит в пределах 10⁴…10⁵. Например, для операционного усилителя типа К140УД1БК=1350…12000, для операционного усилителя К140УД14АКне менее 50000.

Диапазоны выходного напряжения вне области усиления называются областями насыщения. Соответствующий этим областям режим называют режимом насыщения.

Реальные электронные устройства на основе операционных усилителей практически всегда имеют коэффициент усиления значительно меньше К, так как в них используется отрицательная обратная связь (рис. 8.2).

УМЗЧ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

УМЗЧ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Я. ТОКАРЕВ, г. Москва

В нашей редакционной почте нередки письма с просьбой о публикации описаний УМЗЧ на полевых транзисторах. Отвечая пожеланиям наших читателей, предлагаем несложный усилитель мощности. Он отличается широкой полосой пропускания и линейностью даже при разомкнутой цепи общей ООС. Схемотехника усилителя позволяет при необходимости увеличить его выходную мощность или снизить допустимое сопротивление нагрузки.

Описываемый УМЗЧ с мощными полевыми транзисторами отличается высокой температурной стабильностью, имеет малый ток покоя, не боится замыканий в нагрузке, достаточно устойчив и надежен. К особенности предлагаемой конструкции можно отнести ограниченный выходной ток и в связи с этим необходимость использования громкоговорителей с номинальным сопротивлением 8 или 16 Ом.

Технические характеристики усилителя

Номинальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом, Вт ……………………..32

Чувствительность, В…………..1

Входное сопротивление, кОм ……20

Глубина ООС на частоте 20 кГц, дБ………………..36

Коэффициент гармонических искажений при Рвых=8 Вт на частоте 20 кГц, %, не более ………………0,015

Отношение сигнал/шум усилителя не измерялось, но вблизи АС заметного шума при включенном УМЗЧ не прослушивается.

Основная особенность устройства — использование высокочастотных генераторных полевых транзисторов с горизонтальной структурой канала (КП904А). Как известно из [1], этот тип МДП транзисторов отличается относительно линейной передаточной характеристикой и высоким быстродействием. Однако сравнительно невысокая крутизна характеристики и повышенное сопротивление в открытом состоянии ограничивают максимальный ток транзистора.

Как выяснилось из экспериментов с транзисторами КП904А, кривизна начального участка их проходной характеристики незначительна, и при токе покоя около 30 мА проходная характеристика выходного каскада уже достаточно линейна, поэтому коммутационные искажения оказываются очень низкими. Относительно малые значения емкостей этих транзисторов позволяют отказаться от их форсированной перезарядки.

Транзисторы серии КП904 перспективны и в качестве усилителя напряжения, так как дают значительное линейное усиление и быстродействие при отсутствии эффекта насыщения. Благодаря их достаточно линейным характеристикам искажения в таком усилителе не имеют широкого спектра гармоник, который бывает с биполярными транзисторами.

Сам усилитель охвачен общей ООС средней глубины, которая на всех звуковых частотах практически не уменьшается. Коррекции «вперед» или «назад», вызывающие перегрузку на импульсном сигнале либо снижающие скоростные характеристики, в нем не использованы.

Схема УМЗЧ приведена на рис. 1. Входной сигнал после ФНЧ R2C1 приходит на один из входов дифференциального усилителя, выполненного на транзисторах VT1—VT4. Применение составных транзисторов повышает линейность входного каскада и его входное сопротивление. Генератор тока каскада выполнен на VT5; диоды VD2, VD3 и резистор R11 задают его ток, а резистор R12 улучшает симметрию плеч каскада на высоких частотах. Сам этот генератор питается напряжением, определяемым стабилитроном VD1. Дифференциальный усилитель при токе покоя 3 мА имеет спад коэффициента усиления на 1 дБ на частоте около 360 кГц (входная емкость последующего каскада — около 300 пФ).

С выхода первого каскада противофазные сигналы подведены к затворам мощных полевых транзисторов VT6, VT7 второго дифференциального каскада — основного усилителя напряжения. Мощные транзисторы КП904А здесь использованы потому, что при токе стока VT7 20 мА они имеют высокую крутизну характеристики и большое усиление: на частоте 20 кГц — около 170. Каскад развивает напряжение до 25 Вэфф. Ток покоя подобран для обеспечения высокой скорости нарастания выходного напряжения и линейности.

С выхода усилителя напряжения сигнал поступает на затвор мощного транзистора VT11 через эмиттерный повторитель на VT9, а на затвор нижнего транзистора VT12 выходного каскада он приходит через фазоинверсныи каскад, выполненный на VT10. Резистор R23 подобран таким образом, чтобы коэффициент передачи обоих плеч выходного каскада был строго одинаков. Элементы R29—R31, СЗ задают глубину ООС УМЗЧ по постоянному и переменному току, а конденсатор С4 использован для фазовой коррекции петли ООС. Элементы L3, С23, R27, R28 обеспечивают нормальную работу усилителя при комплексном характере нагрузки на высоких частотах.

Этот УМЗЧ при заданной глубине общей ООС достаточно устойчив. В качестве эксперимента глубина ООС в нем была временно увеличена до 54 дБ и коэффициент усиления снижен до 2 при выпаянном С4 — и в этом случае неустойчивости не обнаружилось.

Схема источника питания приведена на рис. 2. Как видно, он предельно прост. Следует обратить внимание на то, что конденсаторы фильтра питания размещены на платах каждого канала УМЗЧ. Таким образом, у каждого канала получается свой фильтр, расположенный вблизи выходного каскада. Резисторы R2—R5 (0,5 Ом) ограничивают бросок тока во время включения в сеть и обеспечивают некоторую дополнительную развязку усилителей. Такой способ рекомендован в [2].

Устройство защиты для УМЗЧ не разрабатывалось, а реле на выходе УМЗЧ не используется ввиду того, что щелчок переходного процесса при включении едва слышен.

Следует иметь в виду, что более дорогие транзисторы серии 2П904А, имеющие меньший разброс параметров, в описываемом усилителе целесообразно использовать во втором дифференциальном каскаде. Схема приставки для измерения начального тока стока приведена на рис. 3. Транзисторы с большим начальным током, как правило, имеют и большую крутизну.

Немного о монтаже усилителя. Печатная плата под данный усилитель не разработана, изготовлен лишь двухка-нальныи макет с объемным монтажом. При монтаже или самостоятельной разводке печатной платы стоит обратить внимание на ряд важных моментов.

Общий провод цепей питания (показан на схеме утолщенной линией) и общий провод сигнальных цепей (тонкой линией) разделены между собой резистором 10 Om (R33).

На схеме в цепи истока VT12 включен диод VD8, зашунтированный танталовым конденсатором С22. Эти элементы следует устанавливать лишь в том случае, если конкретный экземпляр VT12 КП904А будет иметь начальный ток стока выше 5 мА; в таком случае эта «подставка» будет просто необходима. Но все же гораздо лучше будет установить на место VT12 экземпляр с начальным током стока менее 5 мА, а транзисторы с большим током установить в верхнее плечо или дифференциальный усилитель.

Нелишне будет напомнить и о том, что при монтаже все выводы элементов и проводники надо стараться делать как можно короче, а силовые — толще. Важно, чтобы сток VT11 и исток VT12 (или диодная «подставка») были подсоединены непосредственно к выводам конденсаторов фильтра, длина проводников здесь должна быть минимальна.

Выходные транзисторы VT11, VT12 расположены на отдельных ребристых теплотводах размерами 90x65x50 мм, использовавшихся в блоках строчной развертки МС-3 телевизоров. Толщина пластины теплоотвода — 5 мм, и для крепления корпуса транзистора нужно только рассверлить отверстие диаметром 8,5 мм.

Транзистор VT8 также надо ставить на теплоотвод, который в авторском варианте представляет собой две пластинки из дюралюминия размерами 40x25x2 мм, подложенные с обеих сторон монтажной платы и скрепленные винтом. При монтаже эти пластины оказываются соединенными с коллектором VT8, на котором действует напряжение большой амплитуды усиленного сигнала. Поэтому такой теплоотвод следует разместить подальше от входных цепей усилителя. Пластины можно изолировать от транзистора, но не стоит соединять их с общим проводом или корпусом, так как образуется значительная паразитная емкость нагрузки, которая может существенно снизить скорость нарастания выходного напряжения каскада.

В усилителе можно применять резисторы МЛТ-0,125, но в позициях R6—R9 лучше применить прецизионные резисторы С2-14, С2-29 с допуском не более 1 % или обычные, подобранные с помощью омметра.

Конденсаторы С1, С4 — КТ-1; С2, СЗ, С6, С9, С18—С21 — К73-17; С7, С22 — К53-4; С23 — К73-9. Оксидные конденсаторы С5, С8 на напряжение 63 В — фирмы JAMICON. Конденсаторы СЮ—С17 — малогабаритные импортные НРЗ, но подойдут и более крупные — JAMICON.

Дроссели L1, L2 — Д 1-0,1 из серии ДПМ или аналогичные индуктивностью 200…500 мкГн на-ток 100 мА. Катушка L3 намотана на резисторе МЛТ-2 (R27) виток к витку и содержит 20 витков провода ПЭВ-2 0,8 мм.

О налаживании усилителя. Подав питание, следует проверить, соответствуют ли режимы по постоянному току указанным на схеме. Ток второго дифференциального каскада (40 мА) в случае заметного отклонения можно изменять подбором резистора R11. Если напряжение на резисторах R8, R9 сильно отличается (более чем на 20 %), это свидетельствует о существенном различии параметров транзисторов VT6, VT7; желательно подобрать их более точно. Выбором резистора R17 устанавливают ток покоя выходных транзисторов 30…40 мА.

Далее УМЗЧ нагружают на эквивалент нагрузки сопротивлением 8 Ом и, подав на вход с генератора 34 сигнал частотой 1 кГц и амплитудой 1 В, проверяют наличие на выходе синусоидального сигнала амплитудой около 16 В. Причиной существенного отклонения от этого значения или искажений формы сигнала обычно является ошибка в монтаже или использование неисправных элементов.

Далее, временно отключив конденсатор С1, подают на вход УМЗЧ через конденсатор К73-17 емкостью 1,5 мкФ сигнал «меандр» с размахом около 0,25 В и частотой 100 кГц; подбором конденсатора С4 добиваются минимальной амплитуды и длительности переходного колебательного процесса. После этой проверки конденсатор С1 устанавливают на место. Может оказаться так, что конденсатор вообще не нужен. На этом настройку можно считать завершенной.

Усилитель отличается естественным, открытым и легким звучанием музыкальных инструментов, а малые искажения способствуют детальной передаче пространственной сцены и микродинамики звуковых образов. В качестве громкоговорителей с усилителем использовалась AC S-90D.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дьяконов В. П. и др. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах. — М.: Радио и связь, 1994.

2. Атаев Д. И., Болотников В. А. Практические схемы высококачественного звуковоспроизведения. МРБ. — М.: Радио и связь, 1986.

Радио №8, 2002 г., с. 13-14.

Методика проектирования ВЧ-усилителей на полевых транзисторах

БЮЛЛЕТЕНЬ ПРИМЕНЕНИЯ

БЮЛЛЕТЕНЬ ЗАЯВКИ Почтовый адрес: PO Box 11400, Tucson, AZ 85734 Street Address: 6730 S.Tucson Blvd., Tucson, AZ 85706 Тел .: (520) 746-1111 Телекс: 066-6491 Факс (520) 889-1510 Информация о продукте: (800) 548-6132

Дополнительная информация

Что такое делители мощности

Общие сведения о делителях мощности Как они работают, какие параметры критичны и как выбрать лучшее значение для вашего приложения. По сути, разветвитель 0 — это пассивное устройство, которое принимает входной сигнал

. Дополнительная информация

Основы РЧ-анализатора цепей

Основы RF Network Analyzer Учебное пособие, информация и обзор основ RF Network Analyzer.Что такое анализатор цепей и как их использовать, включая скалярный анализатор цепей (SNA),

Дополнительная информация

Использование операционных усилителей в качестве компараторов

РУКОВОДСТВО Использование операционных усилителей в качестве компараторов Несмотря на то, что операционные усилители и компараторы на первый взгляд могут показаться взаимозаменяемыми, между ними есть некоторые важные различия. Компараторы предназначены для работы в разомкнутом контуре, они

Дополнительная информация

Четыре триггера Шмитта NAND с 2 входами

Ред.9 15 декабря 2015 г. Паспорт продукта 1. Общее описание 2. Характеристики и преимущества 3. Области применения Четырехканальный вентиль NAND с двумя входами. Каждый вход имеет схему триггера Шмитта. Выключатели вентильные

Дополнительная информация

Масштабирование и смещение аналоговых сигналов

Масштабирование и смещение аналоговых сигналов Ноябрь 2007 г. Введение Масштабирование и смещение диапазона и смещения аналоговых сигналов — полезный навык для работы с разнообразной электроникой.Мало того, что он может взаимодействовать с

Дополнительная информация

УСИЛИТЕЛЬ JFET С ОБЩИМ ИСТОЧНИКОМ

ЭКСПЕРИМЕНТ 04 Цели: Теория: 1. Оценить усилитель с общим источником, используя эквивалентную модель слабого сигнала. 2. Узнать, что влияет на усиление напряжения. Самосмещенный n-канальный полевой транзистор JFET с AC

Дополнительная информация

Что такое делители мощности

Понимание того, как работают разветвители мощности, какие параметры критичны и как выбрать лучшее значение для вашего приложения.По сути, разветвитель 0 — это пассивное устройство, которое принимает входной сигнал

. Дополнительная информация

MPR121 Последовательная связь

Freescale Semiconductor Номер документа: AN3895 Application Note Rev. 2, 02/2013 Последовательная связь MPR121 ВВЕДЕНИЕ MPR121 использует последовательный интерфейс I 2 C. Реализация протокола I 2 C и

Дополнительная информация

g fs R D A V D g os g os

Методы смещения полевого транзистора AN12 Введение Инженеры, не знакомые с надлежащими методами смещения, часто проектируют усилители на полевых транзисторах, которые излишне чувствительны к характеристикам устройства.Один из способов получить

Дополнительная информация

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

EE ELECTRICAL ENGINEERING См. Начало раздела H для сокращений, номеров курсов и кодов. * Обозначает лабораторные работы, которые проводятся через неделю. Минимальная оценка C требуется для всех предварительных условий

. Дополнительная информация

ПЬЕЗО ФИЛЬТРЫ ВВЕДЕНИЕ

На протяжении более двух десятилетий технология керамических фильтров способствовала распространению твердотельной электроники.Взгляд в будущее показывает, что на

будут возлагаться еще большие надежды. Дополнительная информация

НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ ДЛЯ НОВОГО ДИЗАЙНА

Технические данные ВЧ силовой полевой транзистор N-Channel Enhancement-Mode Lateral MOSFET Разработан для широкополосных коммерческих и промышленных приложений с частотами до 00 МГц. Высокий прирост и

Дополнительная информация

Использование ADS для моделирования коэффициента шума

Использование ADS для имитации коэффициента шума ADS можно использовать для проектирования малошумящих усилителей почти так же, как вы уже использовали его для MAG или MSG.Круги шума и доступные круги усиления —

Дополнительная информация

Глава 19 Операционные усилители

Глава 19 Операционные усилители Операционный усилитель, или операционный усилитель, является основным строительным блоком современной электроники. Операционные усилители появились еще в первые дни электронных ламп, но стали обычным явлением только

Дополнительная информация

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКА

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКА Закажите этот документ у MPX5050 / D Пьезорезистивный преобразователь серии MPX5050 — это современный монолитный кремниевый датчик давления, предназначенный для широкого спектра применений,

Дополнительная информация

www.jameco.com 1-800-831-4242

Распространяется по: www.jameco.com 1-800-831-4242. Содержание и авторские права на прилагаемый материал являются собственностью его владельца. LF411 Операционный усилитель на входе JFET с малым смещением и малым дрейфом Общее описание

Дополнительная информация

Усилители: Выходной каскад

Во многих усилителях мощности схема операционного усилителя состоит из дискретных компонентов, специально разработанных для более высоких напряжений на шине.Выходные транзисторы добавлены для обеспечения дополнительного тока для управления динамиком. У больших выходных транзисторов есть только небольшое усиление по току HFE, поэтому транзисторы драйвера помещаются перед выходными транзисторами, чтобы увеличить общий коэффициент усиления по току примерно до 200. Усилители, использующие силовые полевые МОП-транзисторы, не требуют транзисторов драйвера. Строку смещения теперь можно поместить в схему драйвера класса А.

Выходные транзисторы можно расположить тремя различными способами. Это описание является основным обзором.Детали электронной конструкции, включая печатные платы для создания усилителей мощности, доступны на sound.whsites.net
Первыми транзисторами были германиевые, которые хорошо подходили для маломощных транзисторных радиоприемников в 1960-х и 70-х годах. Но германиевые транзисторы были нестабильны и ненадежны. Позднее были изобретены надежные кремниевые транзисторы. Усилители большой мощности можно было построить только на кремниевых транзисторах.

На рисунке ниже показаны параллельные выходные транзисторы. Некоторые большие усилители мощности используют много параллельных выходных транзисторов.Резисторы с большой проволочной обмоткой 1 / 2Ω (R47) помещены последовательно с эмиттерами. Эти эмиттерные резисторы вынуждают выходные транзисторы равномерно распределять ток и, следовательно, одинаково рассеивают тепло. Поскольку на эмиттерных резисторах теряется небольшая мощность, в некоторых конструкциях усилителей используется 1 / 4Ω (R22).

Дарлингтонский дополнительный — это основной порядок обучения выходному каскаду усилителя. Все выходные транзисторы выполнены в виде эмиттерных повторителей. Коллекторы подключаются непосредственно к рельсам.Излучатель следует за сигналом на базе в пределах 650 мВ. Выходные транзисторы не увеличивают размер звукового сигнала. Выходные транзисторы могут только добавлять ток.

Квазикомплементарный используется в большинстве усилителей. Первые большие кремниевые транзисторы (2N3055) позволяли усилителям мощности достигать 50 Вт, но были доступны только как NPN, а не как PNP. Когда стали доступны силовые транзисторы PNP (2N2955), они стали вдвое дороже. Выходные транзисторы на шине -V, похоже, не подключены как эмиттерные повторители.Однако транзистор драйвера PNP управляет выходными транзисторами вместе как единый составной большой эмиттерный повторитель с высоким коэффициентом усиления по току HFE.

Составные комплементарные выходные транзисторы NPN и PNP, разработанные для звуковых усилителей, сейчас доступны от многих производителей. Управляющие транзисторы NPN и PNP совместно управляют выходными транзисторами NPN и PNP как составные одиночные большие эмиттерные повторители с высоким усилением тока HFE. Сложная комплементарная компоновка имеет два преимущества по сравнению с компоновками Дарлингтона и квази-комплементарными.Компонентный комплементар имеет превосходную стабильность смещения покоя, а пик аудиосигнала может приближаться к шинам + — V, поэтому мощность немного больше.

Отрицательная обратная связь должна быть снята с выхода усилителя. Усилители мощности имеют коэффициент усиления сигнала примерно от 20 до 40 (регулируется R1 R2). Но дополнительный драйвер и выходные транзисторы теперь содержатся в контуре отрицательной обратной связи, и это вызывает нестабильность работы всех усилителей мощности.

Силовой МОП-транзистор

MOS-FET Металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы представляют собой разновидность биполярных транзисторов и используются в некоторых усилителях.Транзистор функционирует, имея небольшой ток между Base_Emitter, чтобы обеспечить больший ток между Collector_Emitter. Для полевых транзисторов требуется только статический электрический заряд в виде напряжения (от 3 до 12 В) на затворе, чтобы обеспечить прохождение тока между Drain_Source.

MOS-FET

можно легко контролировать для включения и выключения на высокой скорости (мегагерц), и они в основном используются для импульсных источников питания в компьютерах и т. Д. И называются вертикальными MOS-FET. МОП-транзисторы с боковой мощностью были разработаны для усилителей звука в 1990-х годах.Основным недостатком полевых транзисторов является то, что они обеспечивают меньшую мощность, чем биполярный транзисторный усилитель, использующий то же напряжение питания. Они дороги, сложны в производстве, и их поставляют всего несколько компаний. Производители усилителей реже используют силовые МОП-транзисторы.

На рисунке выше показана разница между транзисторами и полевыми транзисторами, использующими одно и то же напряжение + — 70 В.

(1) На пике синуса сопротивление транзистора уменьшается с температурой.
На пике синусоиды сопротивление полевого МОП-транзистора увеличивается с температурой.

(2) На пике синуса транзисторный эмиттер следует за базой в пределах 0,65 В.
На пике синусоиды источник на полевом транзисторе следует за затвором примерно на 12 В

Источник (выход) будет на 12 В меньше, чем у ворот. С технической точки зрения указанный МОП-транзистор имеет номинальное напряжение Vds (напряжение насыщения, сток в источник) 12 В при полном токе, которое вычитается из значения постоянного напряжения питания. В приведенном выше примере усилитель, использующий силовые МОП-транзисторы, будет выдавать на 60 Вт меньше мощности, чем тот же усилитель на транзисторах.

Чтобы решить проблему потерь 12 В, необходимо, чтобы затвор управлялся на 12 В выше напряжения питания шины 70 В на пике синусоидальной волны. Для этого схема драйвера должна быть запитана от отдельного источника питания более высокой шины (например, 90 В), чтобы входной сигнал достиг, по крайней мере, 12 В выше источника питания шины 70 В. Разница в 6 В между пиком синусоидальной волны и питанием шины, показанная на рисунке выше, может быть уменьшена до более низкого напряжения, обеспечивающего большую мощность. Большинство усилителей, в которых используются силовые МОП-транзисторы, не имеют этой дополнительной схемы.
wikipedia.org / MOS-FET

Существуют паранормальные представления о том, что полевые транзисторы похожи на клапаны, но каковы факты? Единственное сходство с полевыми транзисторами и клапанами заключается в том, что входная сетка клапана и затвор полевого транзистора не требуют тока (в амперах) для работы. Вне этого одноточечные клапаны и полевые транзисторы не имеют никакого сходства. Без предварительной информации невозможно услышать или научно проверить, являются ли устройства вывода в усилителе транзисторами или полевыми МОП транзисторами.Приз в размере 1000000 долларов, предложенный Образовательный фонд Джеймса Рэнди для любого, кто предоставляет доказательства паранормальных явлений, следует также включить любого аудиофила, который может доказать двойным слепым методом (сравнение A B), чтобы услышать разницу между транзисторами и полевыми транзисторами.

RMS мощность и музыкальное сжатие

Из предыдущего описания количества тепла, выделяемого транзисторами в радиатор, возникает вопрос — как возможно, чтобы большинство усилителей не вышли из строя из-за перегрева?

Music поддерживает динамический диапазон 60 дБ (1000000: 1).Переходные процессы в музыке очень малы по энергии, но примерно на 20 дБ выше музыкального уровня RMS. Средняя RMS-мощность полностью динамической музыки не может превышать -20 дБ полной мощности усилителя без переходных процессов, ограничивающих питание шины. 20 дБ составляет 100: 1, поэтому 100-ваттный усилитель не должен работать с музыкальным уровнем выше 1 Вт RMS (примерно в течение 1 минуты), чтобы избежать переходных процессов, приводящих к ограничению шины. Усилитель на 100 Вт может использоваться только при мощности 1 Вт при полностью динамической музыке.По этой причине усилители мощностью менее 60 Вт не следует рассматривать как аудиофильские, но, к сожалению, многие из них таковыми являются.

Современная тенденция цифровой записи заключается в динамическом сжатии музыки в попытке удалить весь динамический диапазон, который включает переходные процессы. Динамическое сжатие позволяет воспроизводить музыку с более высокой мощностью без временного ограничения. Однако чрезмерное динамическое сжатие вызывает крайние интермодуляционные искажения. Голоса и инструменты сдавлены и искажены, что делает артикуляцию голосов и инструментов настолько далекой от естественного звучания, что ее часто трудно распознать.Самая большая проблема такого безответственного поведения при записи в поп-музыке, телепрограммах и фильмах заключается в том, что они затрудняют понимание произносимых слов или произносимых диалогов. Интермодуляционные искажения, включая устранение артикуляции, вызванной динамическим сжатием музыки, настолько велики (искажение около 30%), что аудиофилы и профессиональные установщики звука, делая вид, что обеспокоены неслышными различиями синхронизации времени компонентов динамиков на перегородке, являются заблуждением. мягко говоря.

Кроме того, динамически сжатая музыка уже настолько искажена динамическим сжатием в процессе записи, что ее можно привести к отсечению шины питания, не заметив его на слух, по сравнению с искажением, создаваемым динамическим сжатием. Максимальный уровень, на котором усилитель может работать с динамически сжатой музыкой до того, как добавленные искажения, вызванные ограничением в питании шины, станут нежелательными, составляет 1/3 эквивалентной энергии синусоидальной волны на полной мощности.Что еще хуже, на большинстве живых концертов музыка подвергается дальнейшему сжатию, поэтому средняя RMS-мощность может быть близка к 1/2 полной мощности от мощности усилителя. В этом состоянии многие профессиональные усилители большой мощности отключаются из-за перегрева.

Преимущество мостового усилителя

Несимметричный — это 1 усилитель, управляющий динамиком. Односторонний — это наиболее часто используемое приложение. Однако динамик может быть соединен мостом между 2 усилителями. Подключение динамика между двумя усилителями — одна из наименее понятных концепций управления усилителем.Перемычка 1 динамика между 2 усилителями обычно используется в звуковых системах для транспортных средств, где напряжение питания ограничено аккумулятором 12 В.

От источника постоянного тока 12 В 4 В RMS — это максимум, который может быть достигнут от несимметричного усилителя.
4V x 4V / 8R = 2 Вт. Причина, по которой динамики 8 Ом не используются в автомобилях.
4V x 4V / 4R = 4 Вт. Причина, по которой в автомобилях используются динамики с сопротивлением 4 Ом.
Перемычка динамика между 2 усилителями и управление одним усилителем в противофазе 4 В + 4 В = 8 В RMS.
8V x 8V / 4R = 16 Вт. Поэтому многие автомобильные звуковые системы используют мостовые усилители для питания динамиков.

Распространено мнение, что при соединении двух усилителей в 4 раза больше мощности по сравнению с несимметричным соединением. Отчасти это правда, но ничего не бывает даром. На рисунке выше показаны два усилителя мощностью 100 Вт с питанием от шины + — 30 В. Среднеквадратичное значение 20 В является максимальным при питании от шины + — 30 В.

20 В RMS на динамик 8 Ом составляет 50 Вт.
Среднеквадратичное значение 20 В на динамик 4 Ом составляет 100 Вт.

Соединение двух усилителей 20 В + 20 В = 40 В RMS.
40V x 40V / 8R = 200 Вт.

При более внимательном рассмотрении мы видим, что в 4 раза больше мощности достигается за счет соединения двух усилителей, передающих 40 В RMS на динамик 8 Ом (200 Вт), если мы сравниваем его с несимметричным усилителем, подающим 20 В RMS на тот же динамик 8 Ом (50 Вт). Однако при сравнении мостового усилителя, дающего 40 В RMS на динамик 8 Ом (200 Вт), с несимметричным усилителем, доставляющего 20 В RMS на динамик 4 Ом (100 Вт), мост кажется только в два раза мощнее.

Преимущество моста в том, что он обеспечивает ту же мощность, что и несимметричный усилитель, только с половиной напряжения шины. (40 В RMS на 8R = 200 Вт) Для 40 В RMS от несимметричного усилителя требуется + — 60 В, тогда как 40 В RMS от мостовых усилителей требует только + — 30 В. В мостовых усилителях динамик питается от обоих источников питания + — V одновременно, вместо того, чтобы чередоваться между шинами питания, как в случае с несимметричным усилителем. Таким образом, мостовые усилители позволяют более эффективно использовать рельсы.Также максимальное напряжение на транзисторах вдвое меньше по сравнению с несимметричным усилителем. Мостик — самый эффективный способ управлять динамиком. Единственный минус — более высокая стоимость.

Управление мостом Перемычка динамика между двумя усилителями — наиболее эффективное средство для включения динамика. Питание подается от шин + и — V одновременно, что позволяет вдвое увеличить напряжение на динамике по сравнению с использованием одного усилителя. Единственный минус — это стоимость.

Двойной операционный усилитель часто используется для создания сбалансированного сигнала. Первый операционный усилитель действует как буфер с единичным усилением. Выходной сигнал буфера отправляется в инвертирующий буфер, чтобы перевернуть сигнал на 180 градусов. Затем на усилители мощности отправляется идеально сбалансированный сигнал.

Существует также альтернативный метод, который не требует двойного операционного усилителя для создания сбалансированного сигнала, который будет отправлен на усилители. Выходной сигнал первого усилителя поступает на инвертирующий вход второго усилителя через резистор того же значения, что и R1.Второй усилитель мощности теперь действует как инвертирующий ведомый. Это простейший способ соединить 2 усилителя мостом, поскольку для этого требуется всего лишь добавление одного резистора R1. Единственным недостатком является то, что любые искажения в первом усилителе передаются на второй усилитель, что приводит к удвоению искажений.

sound.whsites.net/ amp design Основное чтение для продвинутых пользователей
sound.whsites.net amp звук более продвинутое существенное чтение

Класс G Класс H

Разработчики усилителей предприняли множество попыток уменьшить на 30–50% тепловыделение выходных транзисторов.Поддерживая питание шины близко к пику синусоидальной волны, рассеивание тепла через транзисторы сводится к минимуму. Эти конструкции требуют большей сложности схемы.

Class G имеет 4 фиксированных рельса. 2 шины питания + V и 2 шины -V. На каждую шину питания + -V включены 2 транзистора последовательно. На рисунке выше показан только источник питания + V. То же самое и с питанием -V рейки. На низком уровне мощность снимается с шины нижнего напряжения 1-м транзистором.По мере увеличения аудиосигнала второй транзистор, подключенный к шине более высокого напряжения, начинает проводить. Весь ток течет через 1-й транзистор к динамику.

Class H дает результат, аналогичный классу G, и немного более эффективен. Шина + V и шина -V изменяют напряжение и увеличивают при необходимости. Класс H требует, чтобы схема предсказывала, когда вот-вот появится высокий переходный входной сигнал. Напряжение на шине должно возрастать перед звуковым сигналом, чтобы он не ограничивался.Поскольку это не всегда возможно, переходное искажение клиппирования действительно происходит.

И класс G, и класс H иногда используются усилителями высокой мощности, которые, как ожидается, будут использоваться на малой мощности в течение большей части времени, тем самым минимизируя потери тепла за счет возможности альтернативной работы с более высокой на более низкую шину. Вольтаж. Класс G также используется для бытовых усилителей с небольшим радиатором.
sound.whsites.net amp-basics
sound.whsites.net amp-design

© 2008-2016 Ленард Аудио.Все права защищены во всем мире.

Junction FET как учебное пособие и схемы усилителя — полевой транзистор

Для правильного смещения FET, ворота должны быть отрицательным в отношении к источнику. Смещение получается в следующим образом.