Поговорим про УНЧ - предварительные, оконечные, полные, любые. Главное, чтобы звук усиливали.
Ответить

УМ на MOSFET по-польски

Ср янв 07, 2015 11:26:47

Доброго времени суток, уважаемые Коты...уж не знаю, каким образом у меня в лапах оказался журнал (точнее, его электронная копия - Elektronika Praktyczna 2007 №3)...и уж было хотел закрыть его и тяпнуть валерьянки, но тут глаза мои зацепились за характерную схемотехнику УМ на стр. 42, в коей Иренеуш Повирски поведал миру о своем УМ, позиционируя его как альтернативну TDA7293/94, утверждая, что тот обладает более высокой мощностью и прочая, прочая...(впрочем, такие примеры нам известны - ОМ-1 и ОМ2). Будучи настырным котом и желая получить больше инфы по интересующему меня вопросу, я спросил у гугла...и о чудо!! - оказывается, там у них подобный дивайс продается в виде кита (AVT2762), а сопутствующий PDF имеет достаточно инфы, включая авторскую топологию pcb (см. приатаченный файл)....зачесались лапы, тем более, что свободное время и все остальное, что требовалось для сборки было...

ну, а теперь, собственно, сабж..

Изображение

Как видно из предоставленной схемы, на первый взгляд усилитель не содержит ничего экстравагантного - ДК, цепь питания эмиттеров которого стабилизирована параметрическим стабилизатором на стабилитроне, усилитель напряжения, так же на ДК, в цепь эмиттеров которого включен термозависимый элемент (транзистор Т3, который должен находиться в непосредственном тепловом контакте с транзисторами ВК), здесь же и осуществляется и регулировка начального тока покоя.Коррекция по опережению, соответственно динамические характеристики и в какой-то степени аспект линейности усилителя определяются конденсаторами C4,C6.Транзистор T9 выравнивает мощности, рассеиваиваемые на переходах дифкаскада УН, устраняя таким образом тепловые искажения.Выходной каскад собран на MOSFET-транзисторах одной структуры и содержит схему защиты от превышения тока.Левая верхняя часть схемы представляет собой узел плавного включения/выключения, управляя подачей напряжения питания на источник тока, питающий УН, а также триггер-защелку, снижающую до минимально возможного ТП ВК по появлению напряжения, вырабатываемого схемой защиты.Весьма оригинальной изюминкой сабжа является цепь вольтодобавки C2, R14, R18, которая практически на четверть увеличивает выходное напряжение, развиваемое ВК.Манипулируя указанными резисторами можно в некоторой степени влиять и на симметричность ограничения, а так же на спектральный состав выходного напряжения.

Автор утверждает, что усилитель актуален на импеданс нагрузки как 4, так и 8 Ом, и при 4-х омной нагрузке и питающем напряжении +/-50В имеет мощность около 100Вт, причем она может быть и увеличена до 140Вт (и даже более, вплоть до 200Вт) путем поднятием питающего напряжения до +/-60В и замены т-ров ВК IRF540 на IRF640, причем THD будет менее 0,1%...вот это то мне и захотелось проверить...но вначале - анализ в среде MicroCap...

Как и ожидалось, особо выдающимися характеристиками сабж не отличается (см графики) - при сравнительно небольшом коэффициенте усиления (81,5дБ) УМ имеет коэффициент передачи 30,4дБ (глубина ООС 51,7 дБ) и типично невысокий первый полюс АЧХ - около 2,5кГц.Анализ устойчивости наводит на мысль, что коррекция по опережению немного избыточна (скорее всего, автор подстраивался под серийное производство), а так же говорит о недостаточно эффективной разрядке диффузионных емкостей т-ров ВК.В то же время, в охваченном ООС усилителе выполняется уравнение динамической линейности, т.е динамические искажения отсутствуют.

Изображение

Предварительная оценка линейности и динамических харатеристик, принимая во внимание относительную простоту и высокую выходную мощность убеждает в предпочтительности этого усилителя перед TDA7294 - при мощности около 100Вт суммарный THD менее 0,09%, переходная характеристика гладкая, без выбросов, с типично задержанными фронтами.Файл МС в аттаче.

Изображение

Изображение

Для упрощения макетирования была скопирована и немного переработана под свои потребности авторская печатная плата, герберы можно взять во вложении и импортировать в SL-6, получив таким образом возможность сразу вывести плату на печать для ЛУТ.

Изображение

При изготовлении по предложенной автором топологии pcb определенное неудобство вызвал недостаток установочного места под запараллеленные низкоомные резисторы в цепях ВК (автор вообще применил углерод с мощностью 0,25Вт, очевидно, полагая, что при их крайне малом их сопротивлении 0,071Ом мощность, выделяемая на них незначительна), с чем, я собственно не согласен - при аварии они тут же испарятся, и неизвестно, что вслед за ними вынесет.Конструктивно (в моем случае) собранная плата через латунные стойки для материнских плат была закреплена на теплоотводе AB0095 300х125х46мм, транзисторы ВК и термостабилизации (последний BD139 в корпусе ТО-225) через слюдяные прокладки и соотв пластмассовые втулки, выводы которых были впаяны непосредственно в pcb со стороны печати.

Первое включение, как и уж повелось - после проверки монтажа с 200-омными резисторами в цепи питания и движком подстроечника выкрученном на максимальное сопротивление.Разумеется, все элементы были предварительно проверены до установки в плату.Дивайс запустился сразу, был выставлен ток покоя 50мА, как то рекомендует автор.Постоянка на выходе - несколько милливольт.При исследовании уровня насыщения усилителя синусоидальным сигналом 1кГц выяснилось, что уровень насыщения (клиппинг) наступает при выходном напряжении около +/-32В, что соответствует выходной мощности около 120Вт на активную нагрузку в виде проволочного резистора 4Ом.Прохождение меандра 2 кГц тоже не выявило сюрпризов - выбросы на переходной отсутствовали, переходная гладкая, со слегка скругленным фронтом.Затем выходное напряжение было уменьшено на 3дБ (0,7 от номинального, что соответствует в данном случае и номинально выходной мощности) и в RMAA (по-быстрому, как же еще..) проанализирован спектральный состав выходного сигнала и оценен THD усилителя...и вот тут, господа коты, меня ждал небольшой сюрприз - примерно 0,06% при корректирующих конденсаторах 100пф, и около 0,04 при 33пф...

Ну, а теперь некоторые негативные моменты.Это, в первую очередь, довольно-таки сильный нагрев транзисторов ВК при значительной выходной мощности.Понятно, что IRF540 и аналогичные допускают эксплуатацию при температуре корпуса до 125 град, однако, возникает мысль, что одна пара транзисторов при 100 ваттах несколько маловато..

В целом, резюмируя все вышесказанное, еще раз прихожу к мысли о предпочтительности усилителя Иренеуша Повирски в отношении TDA....и, как говаривал один весьма известный тут на форуме, персонаж - апсуждаим активно... :)))
Вложения
УМ Иренеуша Повирски ГЕРБЕР.rar
(25.03 KiB) Скачиваний: 952
УМ Иренеуша Повирски.rar
(21.21 KiB) Скачиваний: 968
AVT2762.rar
(359.55 KiB) Скачиваний: 927

Re: УМ на MOSFET по-польски

Ср янв 07, 2015 13:03:25

Сей усил больше подходит для дискотеки, чем для домашнего прослушивания (не то качество и нахрена дома такая моща), хотя он несомненно лучше, чем TDA7294 и мощнее. В том виде, в котором он есть в сравнении с ОМ2 этот дешевле и проще будет, но неизвестно как долго смогут выдержать полевики такое издевательство над собой.
Интересно, есть ли смысл в источнике тока на транзисторе(ах) в первом ДК?
И возможно есть смысл пересчитать его под более низкое напряжение питания с понижением мощности, оставив на месте IRF540, тогда он вполне сможет претендовать на недорогую замену TDA7294 с улучшением характеристик.
Есть у меня предположение, что если пробьются оконечники и даже выгорят низкоомные резисторы, всё остальное выживет...

Re: УМ на MOSFET по-польски

Ср янв 07, 2015 14:05:27

RA83 писал(а):Интересно, есть ли смысл в источнике тока на транзисторе(ах) в первом ДК?

Ззамена параметрического стабилизатора в цепи эмиттера ДК на источник тока в принципе, ничего не даст.Равно как и замена резисторов в нагрузке ДК на токовое зеркало.
RA83 писал(а):но неизвестно как долго смогут выдержать полевики такое издевательство над собой.

..пока изучаю этот вопрос... :) ..пробовал 2 пары IRF640-IR, получил...чуть больше 200Вт на 4Ом при питании +/-50В.Резисторы в ВК увеличил до 0,12Ом для корректной работы защиты.Т-ры второго дифа слегка греются, но не более 40...50 град.Все остальные параметры без изменений.

Изображение

RA83 писал(а):И возможно есть смысл пересчитать его под более низкое напряжение питания с понижением мощности, оставив на месте IRF540, тогда он вполне сможет претендовать на недорогую замену TDA7294 с улучшением характеристик.

Безусловно можно...сабж работоспособен в диапазоне питающих напряжений +/-25...+/-60В, для этого требуется изменить номиналы всего пары-тройки резисторов.Уже при +/-30В тепловой режим ВК становится существенно легче, максимальная выходная мощность при таком питании около 80Вт.

З.Ы. Есть в продаже подходящие для 2-х каналов теплоотводы, будет время, разведу нормальную плату под такой вариант.

Re: УМ на MOSFET по-польски

Пн май 01, 2017 22:56:24

А в лау печатку выложите ... :)

Re: УМ на MOSFET по-польски

Пн май 01, 2017 22:59:01

..там все есть - импортируете герберы в 6-ой спринт и получаете плату в лай...

Re: УМ на MOSFET по-польски

Вт май 02, 2017 00:22:58

примерно 0,06%
на какой частоте?
а 19 и 20 kHz 1:1 при выхлопе эдак 0.7 от начала ограничения?
а при выхлопе 20 миллиВатт?
сдаётся мне, где-то здесь подвох...

Re: УМ на MOSFET по-польски

Вт май 02, 2017 03:38:43

Phlanger писал(а):на какой частоте?

..да на какой хошь...
Phlanger писал(а):а 19 и 20 kHz 1:1 при выхлопе...

..а у тебя шорты вареные на меху с капюшоном есть..?...сделай, промеряешь и мне расскажешь...ну а не расскажешь, я не расстроюсь... :)
Phlanger писал(а):сдаётся мне, где-то здесь подвох...

..а ты напиши автору дивайса... :)

p/s THD менее 0,1% на частоте 1..10кГц вполне вероятное и даже типичное значение для такой топологии - глубина ООС под 50дБ...на верхнем краю диапазона она уменьшается, но остается вполне достаточной (45дБ)...

Re: УМ на MOSFET по-польски

Вт май 02, 2017 10:15:17

Коррекция Миллера на Q6 не работает, т.к. на коллекторе КЗ от входа с ОБ. Поэтому эта емкость только стабилизирует динамическую перехода КБ. Плечи усилителя будут иметь разную частоту и полюса. Если же поставить в коллектор 1 kOm резистор , как у подобной схемотехники, то возможно придётся делать компенсацию полюса от этого резистора. Коррекцию для симметричной схемы обычно делают между коллекторами дифкаскада RC цепью, для компенсации полюса выходного каскада. Или же получим вариант УН РТ -101, но с полевиками на выходе . Сама схема вполне нормальная для заявленной цели разработки.
Немного поигрался с моделью в МС11. Я бы добавил резисторы в диф. каскады для линеаризации и термо стабильности, и немного увеличил ток второго диф. каскада - у полевиков емкости входа надо перезаряжать и стабилизировать в динамике.
Вложения
MOSFET_POL_2N5401__68R_22R.RAR
(10.7 KiB) Скачиваний: 568

Re: УМ на MOSFET по-польски

Вт май 02, 2017 18:41:48

..а у тебя шорты вареные на меху с капюшоном есть..?...сделай, промеряешь и мне расскажешь...
Спасибо. Как и чем вы намеряли свои 38 попугаев на картиночьке из эньтюрьнетеков - теперь стало намного понятнее.

Re: УМ на MOSFET по-польски

Ср май 03, 2017 03:41:32

Phlanger писал(а):Как и чем вы намеряли свои 38 попугаев..

..ты 39-й... :)

Re: УМ на MOSFET по-польски

Ср май 03, 2017 10:41:42

Приведу измеренные прибором MY6013A ёмкости переходов транзисторов. У прибора измерительное напряжение - однополярное с амплитудой 2-3 вольт. Это даёт практически реальные значения емкостей переходов для занесения в модель. 2SD669AC - kb=16 pf be=180pf, 2SB649AC- kb=8.5pf be=36pf, MJE340G - kb=8.5pf be=56 pf, MJE350G- kb=12 pf be=52 pf, KT819G kb =470pf be=850pf , KT818G- kb=910pf be=1200pf, KT815G- kb=25pf be=115pf, KT814G- kb=40pf be=60pf. Можно для коррекции в модели увеличить значения на 20-30%, чтобы привести их к значениям при напряжении на переходе 0 вольт,как требует PSPICE.
Посмотрел в модели - если в первом дифкаскаде оригинальной схемы резистор источника тока - 10 кОм заменить генератором тока на транзисторе, то повышается симметрия каскада и почти в 3 раза снижаются гармоники на выходе усилителя - c 0.03% до 0.013% при опорной 20 кГц и токе покоя ВК 120 мА. Интересно, как в железе?

Re: УМ на MOSFET по-польски

Пт май 05, 2017 19:29:59

Немного поправил модель и схему в МС11.
На второй схеме (COR1) более корректный способ коррекции Миллера во втором каскаде.
Вложения
MOSFET_POL8_2N5401__68R_22R_GEN_2mA_COR1.rar
(11.44 KiB) Скачиваний: 548
MOSFET_POL8_2N5401__68R_22R_GEN_2mA.rar
(11.39 KiB) Скачиваний: 439

Re: УМ на MOSFET по-польски

Сб май 06, 2017 05:33:10

На второй схеме (COR1) более корректный способ коррекции Миллера во втором каскаде.

Провел сравнение в симуляторе пары сирок, предоставленных EMiq. Тест по CCFI с частотами 19 и 20кГц. Тестовые амплитуды уровней на входе усилителей приведены для мощности, развиваемой усилителем при номинальной чувствительности в 1В. Сирки использовал как есть, без изменений.
Из картинок видно, что улучшения по интермодам для варианта MOSFET_POL8_2N5401__68R_22R_GEN_2mA_COR1 по отношению к MOSFET_POL_2N5401__68R_22R нет. А общий уровень интермодов великоват для обоих вариантов. Едва за -64дБ опустился.
Вложения
MOSFET_POL8_2N5401__68R_22R_GEN_2mA_COR1_Imd_spectr.GIF
(39.29 KiB) Скачиваний: 784
MOSFET_POL8_2N5401__68R_22R_GEN_2mA_COR1_Imd_level.GIF
(12.81 KiB) Скачиваний: 833
MOSFET_POL_2N5401__68R_22R_Imd_spectr.GIF
(42.16 KiB) Скачиваний: 860
MOSFET_POL_2N5401__68R_22R_Imd_level.GIF
(13.84 KiB) Скачиваний: 874

Re: УМ на MOSFET по-польски

Сб май 06, 2017 08:07:11

Все правильно, -64 dB - это около 0.05-0.07% интермодуляции при мощности около 90 Вт на 6 Ом.. Это не просто интермодуляция, а двухчастотная интермодуляция, причем самый жесткий тест. Он обычно в 3 раза выше ,чем обычная одночастотная интермодуляция продуктов гармоник.Меньше на таких выходных транзисторах в данной модели скорее всего и не получить. Лес выходных гармоник полевиков при токе покоя ВК 120 мА. Если до 200 мА чуть лучше. THD в модели при 100Вт около 0.03%.Это не звуковые полевики с квадратичной характеристикой, нелинейность более высокого порядка. Схемы по интермодам отличаться не должны. В оригинальной схеме посмотрите, интересно, сколько там? А реально, надо смотреть в железе- модель это только ориентир характеристик и направление поиска взаимосвязей. Может быть лучше, может хуже, зависит от корректности модели под данный вид исследования. Двухчастотный анализ показывает исходную нелинейность каскадов, которая общей обратной связью плохо исправляется. Поэтому требуется дополнительная линеаризация каждого каскада усиления в схеме. Известно, что если исходная нелинейность каскада превышает определённый порог, то общая ООС существенно не исправит положения с интермодуляцией, но общий Кг может оказаться достаточно малым. Отсюда , простая схема на исходно лианеризованных каскадах с малой глубиной ООС часто звучит лучше, чем усилитель с глубокой ООС, которая не может в достаточной степени исправить именно интермодуляцию в не оптимальном построении отдельных каскадов, вызывая размножение гармоник в динамике от сложного звукового сигнала. Поэтому стремятся уменьшить перегрузку входного каскада и расширить область максимальной его линейности , т.к в него заводится сигнал общей ООС, от точности работы которой зависит качество всего тракта усиления ( аналогия с линейным смесителем и перегрузочной способностью каскадов в радиотрактах). Наличие TIM искажений на входе второго каскада приводит к кратковременной перегрузке и резкому росту нелинейности в виде вспышки интермодуляции. Поэтому стремятся, как уменьшить уровень TIM искажений, так и повысить перегрузочную способность- линейность второго каскада. И многие другие вопросы требуется сбалансированно учитывать ( вопрос оптимизации) при построении всего линейного усилительного тракта. Этому много посвящено в журнальных статьях и книгах. Я это только кратко обобщил.

Re: УМ на MOSFET по-польски

Пн май 08, 2017 15:55:41

Вариант модели с IMD 19,20 kHz -74dB при 90W 6 Ohm. THD на 20 kHz 0.01%. Ток 1 каскада 3мА. Ток покоя ВК 150 мА. Разбаланс транзисторов дифкаскадов при подборе их с точностью 10% по Н21 дает смещение выхода 5-6 мВ. Особенно важен подбор транзисторов первого дифкаскада. Входной резистор фильтра первого каскада 1kOm уменьшает THD в данной симметричной схеме первого каскада и имеет оптимальный номинал. При большем и меньшем значении этого резистора THD растет, т.е. схема чувствительна к выходному сопротивлению источника сигнала.
В оригинальной схеме на плате емкости C10, C12,C13 сильноточных цепей лучше отцепить от сигнальной входной земли и подключить отдельным проводом на силовую от опорных электролитов источника питания, как и землю цепей управления и защиты - отдельным проводом - звездой, т.к. пульсации тока через эти емкости будут влиять на искажение опорного потенциала на ВЧ и могут не позволить уменьшить общий Кг на высоких частотах.
Вложения
MOSFET_POL_2N5401__19N20.RAR
(12.95 KiB) Скачиваний: 422

Re: УМ на MOSFET по-польски

Вт май 09, 2017 09:03:34

..удивляюсь - лежала себе тема лежала, больше года как запилил, и тут... :)

Re: УМ на MOSFET по-польски

Вт май 09, 2017 11:10:23

Эта схема будет работать и с дарлингтонами типа TIP142, если резисторы нагрузки второго дифа 1 ком заменить на 180-270 Ом и соответственно увеличить ток плечей дифа до 5-7 мА., ток покоя ВК 130-150 мА. Транзисторы второго каскада тогда с мощность корпусов от 0.5 Вт - MJE350, 2SB647, 649, BD140. Гармоники могут быть чуть меньше. Для простого усилителя - неплохая схема . Все усиление практически в первом каскаде- короткий тракт усиления и малые задержки ООС., неплохая динамика и нет TIM искажений. Устойчивость легко должна достигаться емкостями во втором каскаде, что даёт возможность использовать разные типы транзисторов в схеме. Остальное - собирать в железе и слушать. Скорее всего схема удачно сочетает простоту, надёжность и качество. :solder: Вполне коммерческий проект.
...... Влияние входного резистора ( сопротивление источника сигнала) на искажения убирается каскодным включением транзисторов в первом каскаде усиления.Влияет большое усиление входного каскада, с большим уровнем сигнала на коллекторах, на линейность. В каскоде нижние транзисторы отвязаны от выходного сигнала.
Ниже модель, это демонстрирующая.
Вложения
MOSFET_POL_2N5401__19N20_Cascod.rar
(13.12 KiB) Скачиваний: 538

Re: УМ на MOSFET по-польски

Сб май 13, 2017 21:01:39

Решение, когда вольтдобавка заводится в первый и второй каскад усилителя с резистивной нагрузкой, и образует на резисторах первого каскада динамическую нагрузку, позволяет увеличить усиление первого каскада без генератора тока в нагрузке, как следствие поднять разомкнутое усиление и увеличить глубину ООС, что снижает Кг почти в 2-3 раза. Можете попробовать на моделях.

Re: УМ на MOSFET по-польски

Вс янв 20, 2019 15:00:49

Я извиняюсь, но в теме стало маловато изображений :)
Поэтому выложу картинку сабжевой польской схемы, а также другие, которые более или менее чем-то с ней похожи. Хочется собрать все сходные решения в одной теме, легче будет потом разбираться. Добавляйте, если у вас что-то есть.

Схема Иренеуш Повирски, 2007г (Польский mosfet). Сабжевая схема из шапки темы, также еще есть небольшая статья-описание в дайджесте Радиохобби N3, 2007г.
Изображение


Схема Иржи Алмазны из дайджеста Радиохобби N2, 2012г (описание есть во вложении, внизу поста). Тут понятней нарисовано, но питание входной части двух-этажное
Изображение


Схема Иванова из журнала Радио N9, 1988г, сканы из журнала не полные, но по ссылке статья полностью http://www.vegalab.ru/content/view/12/9/
Изображение Изображение Изображение


Схема vol2008, началась со схемы Иванова. Не знаю только, это уже финальная версия или нет, надо читать 17 страниц ветки, некогда пока :)
Изображение Изображение


Из статьи Никитина, его схема
http://www.ant-audio.co.uk/Theory/N-cha ... ty_Rus.pdf

Изображение Изображение Изображение


Не знаю чья, кажется импорт, возможно Creek Никитина, без серво-системы
Изображение


Вот еще из наших, местных статей на Радиокоте, правда квази-комп. ВК на биполярах, но по сути схемотехника та же
https://radiokot.ru/circuit/audio/amplifier/42/
https://radiokot.ru/circuit/audio/amplifier/55/


Японцы
Изображение Изображение
Вложения
Радиохобби N5 2012г, схема Иржи Алмазны на mosfet !!! .djvu
(87.43 KiB) Скачиваний: 329

Re: УМ на MOSFET по-польски

Вт янв 22, 2019 14:47:12

Захотелось мне нарисовать схемку-компиляцию, более наглядную и упрощенную. Номиналы все приблизительные, надо уточнять. Транзистор термостабилизации Т3 на одном радиаторе с ВК. Второй дифкаскад Т5 и Т6, смазать между собой термопастой и прикрутить "бутербродом" к маленькому радиатору, для выравнивания тепловой симметрии. Если увидите какие-то ошибки в схеме или есть предложения по номиналам, подсказывайте, я исправлю в течении суток (пока действует правка сообщения).
Есть ли необходимость ставить второй диод в эмиттер Т3, как в польской схеме ?

Изображение
Последний раз редактировалось novice2001 Ср янв 23, 2019 10:36:29, всего редактировалось 4 раз(а).
Ответить