Свежие новости
04.08.2020
Схема мощного УНЧ на полевых
транзисторах без общей ООС.
Что может быть лучше усилителя
на полевых транзисторах? Только
усилитель мощности на полевых
транзисторах, не отягощённый об-
щей отрицательной ОС!

Все остальные новости обитают на главной странице



Мощный УНЧ на полевых транзисторах

Схема простого высококачественного усилителя мощности звуковых частот с выходной мощностью 200Вт

Довелось мне давеча у одного гарна хлопца послушать серийный образец Hi-End стерео усилителя NHB-108 от швейцарской фирмы DarTZeel с далеко недетским ценником в 18000$, гордо озвученным хозяином изделия.
На поверку швейцарский товар оказался китайским клоном NHB-108, а цена, как выяснилось – раз в 20 более гуманной. Однако, будучи подключённым к колонкам Пионер С-910, усилитель проявил себя на удивление достойно и звучал, если и не 18000$, то на ценник, более высокого уровня, чем потраченные 800 американских денег – уж точно. И всё это при заявленном коэффициенте гармоник – 1%!!!

Информация по NHB-108 представлена в сети, да и схема отыскалась довольно просто. Поэтому результатом прослушивания и проделанной работы явилась статья, посвящённая схеме Дартзила и особенностям его конструкции, расположенная на странице (ссылка на страницу).

Здесь же мы попытаемся несколько улучшить параметры NHB-108, переведя схему, построенную на биполярных транзисторах, на более "правильные", с точки зрения звукотехники, полевики, а так же избавимся от единственной межкаскадной отрицательной ОС, присутствующей у швейцарцев в предварительном каскаде усиления.

Итак, плодотворной дебютной идеей нашего мероприятия является снижение Кг усилителя ниже уровня NHB-108, а это – 1% при мощности на нагрузке 8 Ом – 100 Вт.
Конечно же, если мы задумали делать экстремальный Hi-End, то MOSFET-ы для усилителя желательно выбирать из числа транзисторов, специально разработанных для аудиоаппаратуры. Перечень и справочные характеристики таких полупроводников мы подробно рассмотрели на странице (ссылка на страницу).
Однако, учитывая дороговизну и сложность приобретения ОРИГИНАЛЬНЫХ приборов, я в своих разработках не гнушаюсь и массовыми Fast Switching MOSFET-ами и могу отметить, что звучат они ненамного хуже специализированных полевиков, как бы занимая между ними и биполярниками некоторое промежуточное положение.

Главной особенностью предлагаемого усилителя, определяющей его звуковые свойства, является то, что не только выход данного УМЗЧ не охвачен обратной связью с предварительными цепями усиления, но и вообще – любые межкаскадные ООС отсутствуют в нём как класс. Поскольку при таком подходе главным источником нелинейности являются мощные выходные транзисторы, то и мы начнём со схемы выходного каскада.

1. Выходной каскад.
Схема мощного УНЧ на полевых транзисторах
Рис.1 Схема выходного каскада УМЗЧ на полевых транзисторах

Менять построение выходного каскада, выполненного швейцарцами по схеме так называемого "линейного параллельного усилителя", я не нашёл ни причины, ни повода. Каскад хорошо известен как у нас в стране, так и за её пределами и успешно использовался в "Комбинированном УМЗЧ без общей ООС" на биполярных транзисторах, описанном С. Лачиняном в журнале Радио 2001, №4.
Переделанная под полевые транзисторы схема параллельного выходного каскада изображена на Рис.1.

Тут всё стандартно. Повторители напряжения на транзисторах Т2 и Т3 с источниками тока в истоках задают необходимое смещение для выходных комплементарных транзисторов Т5 и Т6. Источники тока, выполненные на биполярных транзисторах Т1, Т4, обеспечивают более высокую линейность каскада (по сравнению с резисторным эквивалентом), причём замена их на полевики в данном случае никаких видимых преимуществ не даёт.
Для достижения высокого параметра термостабильности каскада необходимо выполнить попарную установку полевых транзисторов каждого плеча на общий радиатор в непосредственной близости друг от друга (Т5 – рядом с Т2, Т6 – с Т3).
Транзисторы Т1 и Т4 также необходимо снабдить своими небольшими радиаторами, либо посадить на общий.

Главным недостатком любых полевиков, прилично ограничивающим их использование в аналоговых устройствах, является значительный разброс параметров! Если напряжение Uбэ у биполярного транзистора довольно предсказуемо и составляет величину 0,6...0,7В, то напряжение между затвором и истоком MOSFET-а может отличаться в разы и колебаться в диапазоне 2...5В.

Схема, представленная на Рис.1, не критична к разбросу параметров транзисторов, однако для её корректной работы необходимы определённые танцы с бубнами. Исполнение должно сопровождаться следующими хореографическими фигурами:
1. Измерить напряжение затвор-исток транзисторов при определённом токе, не сильно важно каком, скажем – любом из диапазона: 10...100мА. Если сумма этих напряжений у транзисторов Т2 и Т3 меньше, чем у Т5, Т6, то схему следует оставить без изменений. Если больше (у меня, кстати, так и вышло) – поменять местами подсоединения левых выводов R7 и R8 к точкам А и Б, обозначенным на схеме красным цветом.
2. Если нет желания возиться с манипуляциями, описанными выше, то можно собрать всё как есть и, установив R4 в состояние, соответствующее нулевому значению, измерить ток выходных транзисторов. Если он меньше 100мА – оставить как есть, если больше, то всё-таки перекинуть левые концы R7 и R8.
В этом случае при разработке печатной платы необходимо предусмотреть возможность манипуляций с дорожками, идущими к выводам резисторов.

Подстроечный резистор R4 отвечает за ток покоя выходных транзисторов, R3 – за нулевой уровень напряжения на выходе усилителя.

Итак, что мы получили в сухом остатке?
Коэффициент передачи выходного каскада Кu = 0,95;
Максимальная выходная мощность на 8-омной нагрузке Р = 100Вт при Кг = 0,3%.

Основной вклад в показатель Кг вносят вторая и третья гармоники, причём уровень третьей – на 8дБ ниже, чем второй, что весьма хорошо сказывается на субъективном звучании усилителя. Однако можно ещё сильнее улучшить показатель «фактора спектра», подняв ток покоя выходных транзисторов со 100 до 300мА. В этом случае, при незначительном снижении общего уровня Кг, уровень третьей гармоники становится на 23дБ ниже уровня второй – а это уже уровень спектрального состава, присущий очень качественным и дорогим ламповым агрегатам.

Хотя вполне справедливо считается, что для выходных каскадов без общей ООС более оптимальной является высокоомная акустика, это вовсе не означает, что данный каскад будет плохо работать на 4-омную нагрузку.
Работать будет нормально, обеспечивая выходную мощность около 200 Вт, правда, при несколько большем значении коэффициента нелинейных искажений Кг ≈ 0,45%.

Переходим к следующему этапу – драйверу, то есть устройству, которое обеспечит нам усиление входного сигнала до уровня, при котором выходной каскад отдаёт в нагрузку максимальную мощность. Если задаться чувствительностью усилителя 1В, то усиление драйвера должно составлять 32,5 дБ или 42 раза по напряжению.

Повторять схему, используемую в цепях усиления напряжения NHB-108, не вижу большого смысла, т. к. она отводит нас в сторону от замечательной идеологии "УМЗЧ без межкаскадных ООС". К тому же, если следовать наследию классика однотактных транзисторных усилителей – Нельсона Пасса, то и без межкаскадных обратных связей никаких сложностей не возникает.
Итак:

2. Входной каскад усиления напряжения.
Схема предварительного усилителя на полевых транзисторах
Рис.2 Схема драйвера для вых. каскада УМЗЧ на полевых транзисторах

Схема усилителя напряжения (драйвера) состоит из двух каскадов.
Первый каскад на транзисторе Т1 представляет собой простейший каскад с общим истоком.
Второй, выполненный по схеме Пасса – это также каскад ОИ (Т3), но нагруженный на источник тока (Т4) в стоковой цепи.
Узел на транзисторе T2 служит для автоматической установки значения тока покоя транзистора Т3 на уровне ≈ 650/R15 (мА).

Резисторы R11 и R13 создают цепь обратной связи по постоянному току, которая управляет затвором T3, поддерживая напряжение на нём около 4В и позволяя установить нулевое напряжение на выходе драйвера. Для точной установки выходного напряжения может потребоваться подбор номинала R13, поэтому при желании его можно заменить подстроечным резистором.
На каждом из транзисторов Т3 и Т4 рассеивается в виде тепла около 3Вт, поэтом их следует снабдить небольшими радиаторами.

Коэффициент нелинейных искажений драйвера при размахе выходного напряжения ±40В – 0,1%;
Коэффициент усиления – 33дБ;
Входное напряжение, при котором усилитель развивает максимальную мощность – 1В;
Входное сопротивление – 4,3кОм.

 

Главная страница | Наши разработки | Полезные схемы | Это нужно знать | Вопросы-ответы | Весёлый перекур
© 2017 Vpayaem.ru   All Rights Reserved

     
     

Мощный УНЧ на полевых транзисторах

Схема простого высококачественного усилителя мощности звуковых частот с выходной мощностью 200Вт

Довелось мне давеча у одного гарна хлопца послушать серийный образец Hi-End стерео усилителя NHB-108 от швейцарской фирмы DarTZeel с далеко недетским ценником в 18000$, гордо озвученным хозяином изделия.
На поверку швейцарский товар оказался китайским клоном NHB-108, а цена, как выяснилось – раз в 20 более гуманной. Однако, будучи подключённым к колонкам Пионер С-910, усилитель проявил себя на удивление достойно и звучал, если и не 18000$, то на ценник, более высокого уровня, чем потраченные 800 американских денег – уж точно. И всё это при заявленном коэффициенте гармоник – 1%!!!

Информация по NHB-108 представлена в сети, да и схема отыскалась довольно просто. Поэтому результатом прослушивания и проделанной работы явилась статья, посвящённая схеме Дартзила и особенностям его конструкции, расположенная на странице (ссылка на страницу).

Здесь же мы попытаемся несколько улучшить параметры NHB-108, переведя схему, построенную на биполярных транзисторах, на более "правильные", с точки зрения звукотехники, полевики, а так же избавимся от единственной межкаскадной отрицательной ОС, присутствующей у швейцарцев в предварительном каскаде усиления.

Итак, плодотворной дебютной идеей нашего мероприятия является снижение Кг усилителя ниже уровня NHB-108, а это – 1% при мощности на нагрузке 8 Ом – 100 Вт.
Конечно же, если мы задумали делать экстремальный Hi-End, то MOSFET-ы для усилителя желательно выбирать из числа транзисторов, специально разработанных для аудиоаппаратуры. Перечень и справочные характеристики таких полупроводников мы подробно рассмотрели на странице (ссылка на страницу).
Однако, учитывая дороговизну и сложность приобретения ОРИГИНАЛЬНЫХ приборов, я в своих разработках не гнушаюсь и массовыми Fast Switching MOSFET-ами и могу отметить, что звучат они ненамного хуже специализированных полевиков, как бы занимая между ними и биполярниками некоторое промежуточное положение.

Главной особенностью предлагаемого усилителя, определяющей его звуковые свойства, является то, что не только выход данного УМЗЧ не охвачен обратной связью с предварительными цепями усиления, но и вообще – любые межкаскадные ООС отсутствуют в нём как класс. Поскольку при таком подходе главным источником нелинейности являются мощные выходные транзисторы, то и мы начнём со схемы выходного каскада.

1. Выходной каскад.
Схема мощного УНЧ на полевых транзисторах
Рис.1 Схема выходного каскада УМЗЧ на полевых транзисторах

Менять построение выходного каскада, выполненного швейцарцами по схеме так называемого "линейного параллельного усилителя", я не нашёл ни причины, ни повода. Каскад хорошо известен как у нас в стране, так и за её пределами и успешно использовался в "Комбинированном УМЗЧ без общей ООС" на биполярных транзисторах, описанном С. Лачиняном в журнале Радио 2001, №4.
Переделанная под полевые транзисторы схема параллельного выходного каскада изображена на Рис.1.

Тут всё стандартно. Повторители напряжения на транзисторах Т2 и Т3 с источниками тока в истоках задают необходимое смещение для выходных комплементарных транзисторов Т5 и Т6. Источники тока, выполненные на биполярных транзисторах Т1, Т4, обеспечивают более высокую линейность каскада (по сравнению с резисторным эквивалентом), причём замена их на полевики в данном случае никаких видимых преимуществ не даёт.
Для достижения высокого параметра термостабильности каскада необходимо выполнить попарную установку полевых транзисторов каждого плеча на общий радиатор в непосредственной близости друг от друга (Т5 – рядом с Т2, Т6 – с Т3).
Транзисторы Т1 и Т4 также необходимо снабдить своими небольшими радиаторами, либо посадить на общий.

Главным недостатком любых полевиков, прилично ограничивающим их использование в аналоговых устройствах, является значительный разброс параметров! Если напряжение Uбэ у биполярного транзистора довольно предсказуемо и составляет величину 0,6...0,7В, то напряжение между затвором и истоком MOSFET-а может отличаться в разы и колебаться в диапазоне 2...5В.

Схема, представленная на Рис.1, не критична к разбросу параметров транзисторов, однако для её корректной работы необходимы определённые танцы с бубнами. Исполнение должно сопровождаться следующими хореографическими фигурами:
1. Измерить напряжение затвор-исток транзисторов при определённом токе, не сильно важно каком, скажем – любом из диапазона: 10...100мА. Если сумма этих напряжений у транзисторов Т2 и Т3 меньше, чем у Т5, Т6, то схему следует оставить без изменений. Если больше (у меня, кстати, так и вышло) – поменять местами подсоединения левых выводов R7 и R8 к точкам А и Б, обозначенным на схеме красным цветом.
2. Если нет желания возиться с манипуляциями, описанными выше, то можно собрать всё как есть и, установив R4 в состояние, соответствующее нулевому значению, измерить ток выходных транзисторов. Если он меньше 100мА – оставить как есть, если больше, то всё-таки перекинуть левые концы R7 и R8.
В этом случае при разработке печатной платы необходимо предусмотреть возможность манипуляций с дорожками, идущими к выводам резисторов.

Подстроечный резистор R4 отвечает за ток покоя выходных транзисторов, R3 – за нулевой уровень напряжения на выходе усилителя.

Итак, что мы получили в сухом остатке?
Коэффициент передачи выходного каскада Кu = 0,95;
Максимальная выходная мощность на 8-омной нагрузке Р = 100Вт при Кг = 0,3%.

Основной вклад в показатель Кг вносят вторая и третья гармоники, причём уровень третьей – на 8дБ ниже, чем второй, что весьма хорошо сказывается на субъективном звучании усилителя. Однако можно ещё сильнее улучшить показатель «фактора спектра», подняв ток покоя выходных транзисторов со 100 до 300мА. В этом случае, при незначительном снижении общего уровня Кг, уровень третьей гармоники становится на 23дБ ниже уровня второй – а это уже уровень спектрального состава, присущий очень качественным и дорогим ламповым агрегатам.

Хотя вполне справедливо считается, что для выходных каскадов без общей ООС более оптимальной является высокоомная акустика, это вовсе не означает, что данный каскад будет плохо работать на 4-омную нагрузку.
Работать будет нормально, обеспечивая выходную мощность около 200 Вт, правда, при несколько большем значении коэффициента нелинейных искажений Кг ≈ 0,45%.

Переходим к следующему этапу – драйверу, то есть устройству, которое обеспечит нам усиление входного сигнала до уровня, при котором выходной каскад отдаёт в нагрузку максимальную мощность. Если задаться чувствительностью усилителя 1В, то усиление драйвера должно составлять 32,5 дБ или 42 раза по напряжению.

Повторять схему, используемую в цепях усиления напряжения NHB-108, не вижу большого смысла, т. к. она отводит нас в сторону от замечательной идеологии "УМЗЧ без межкаскадных ООС". К тому же, если следовать наследию классика однотактных транзисторных усилителей – Нельсона Пасса, то и без межкаскадных обратных связей никаких сложностей не возникает.
Итак:

2. Входной каскад усиления напряжения.
Схема предварительного усилителя на полевых транзисторах
Рис.2 Схема драйвера для вых. каскада УМЗЧ на полевых транзисторах

Схема усилителя напряжения (драйвера) состоит из двух каскадов.
Первый каскад на транзисторе Т1 представляет собой простейший каскад с общим истоком.
Второй, выполненный по схеме Пасса – это также каскад ОИ (Т3), но нагруженный на источник тока (Т4) в стоковой цепи.
Узел на транзисторе T2 служит для автоматической установки значения тока покоя транзистора Т3 на уровне ≈ 650/R15 (мА).

Резисторы R11 и R13 создают цепь обратной связи по постоянному току, которая управляет затвором T3, поддерживая напряжение на нём около 4В и позволяя установить нулевое напряжение на выходе драйвера. Для точной установки выходного напряжения может потребоваться подбор номинала R13, поэтому при желании его можно заменить подстроечным резистором.
На каждом из транзисторов Т3 и Т4 рассеивается в виде тепла около 3Вт, поэтом их следует снабдить небольшими радиаторами.

Коэффициент нелинейных искажений драйвера при размахе выходного напряжения ±40В – 0,1%;
Коэффициент усиления – 33дБ;
Входное напряжение, при котором усилитель развивает максимальную мощность – 1В;
Входное сопротивление – 4,3кОм.

  ==================================================================