Отличный выходной каскад на МОП-транзисторах для УМЗЧ без общих ООС

А не подружить ли нам составную пару Шиклаи с полевыми MOSFET транзисторами? Делаем основу для гибридного усилителя мощности

Рис.1 Составной транзистор конфигурации Шиклаи

Для тех, кто слегонца запамятовал, что такое Шиклаи, как его употреблять и чем закусывать – напомню: Шиклаи, помимо того, что это Джордж, ещё и широко известный в узких кругах электронщик, который под предлогом некоего антагонизма к Дарлингтону сочинил свою пару транзисторов, получившую название – составной транзистор по схеме (конфигурации) Шиклаи. При том, что составные транзисторы по схеме Шиклаи используются реже Дарлингтонов, они обладают рядом преимуществ, как то:

более высокая линейность, а также меньшая температурная зависимость.
Для желающих убедиться в этом воочию – милости просим на страницу (ссылка на страницу), где специалист в области звукотехники – Род Эллиот в ненавязчивой форме раскроет содержание этой темы.
С другой стороны, тот же Эллиот пишет о целесообразности использования составных транзисторов исключительно в устройствах, построенных на биполярных транзисторах. Мотивирует он эту концепцию практически полным отсутствием входного тока в цепи затвора, а также высокой крутизной передаточных характеристик современных мощных полевиков.

А почему, собственно? – пришла в мою, не сказать, что гениальную, но весьма сообразительную голову светлая мысль:
Во-первых, отсутствие постоянного тока не означает отсутствие переменного. Суммарная входная ёмкость двух выходных полевых транзисторов составляет величину – около 3000 пФ, что на частоте 10 кГц выдаёт всего лишь 5,3 кОм входного сопротивления.
Во-вторых, крутизна – эта вещь, которой при работе на низкоомную нагрузку много не бывает.
В-третьих, изящное хитросплетение разноструктурных транзисторов, охваченных 100% обратной связью, действительно даёт существенное снижение нелинейности, в чём я собственноручно имел возможность убедиться в конструкции, описанной на странице – (ссылка на страницу).

Итак, тезисы выдвинуты, пора переходить к эксперименту. Для начала – тестовая схема выходного каскада на полевых MOSFET транзисторах:

Рис.2 Выходной каскад на составных полевиках по конфигурации Шиклаи

После первого прощупывания стало понятно, что этот выходной каскад – то что надо выходной каскад. При токе покоя выходных полевиков 100 мА и выходной мощности 10 Вт, нелинейные искажения составили 0,034%, при большем токе – меньше. Максимальная мощность на нагрузке 4 Ом при Кг < 1% – 200 Вт. Что смутило? Крайне высокая совокупная крутизна составных полевых транзисторов порождает очень острую регулировку тока покоя выходных транзисторов.

И как итог – повышенная чувствительность этого тока к любому плевку в сторону цепи смещения.

Амплитудный выброс на АЧХ в районе десятка мегагерц для Шиклаи – это вещь, знакомая ещё по биполярным каскадам, может инкрустировать выходной сигнал высокочастотной рябью, однако методы борьбы с этим явлением также хорошо известны.

Ну что ж, отлично! По крайней мере, понятно, куда двигаться. А двигаться мы будем в сторону сокращения крутизны каскадов по постоянному току при бережном сохранении оной по переменному, а также прочей мелочёвки в виде: защитных стабилитронов и цепей ВЧ коррекции.
Итого, что у нас получилось в сухом остатке?

Рис.3 Выходной каскад Шиклаи на полевых транзисторах для УМЗЧ без
общих ООС

Но для начала – лёгкий экскурс в идеологию однополярного питания и, стало быть, разделительного конденсатора на выходе УМЗЧ. И это всё в то время, когда отдельные персонажи шарахаются от электролитов на выходе похлеще, чем от опарышей, разбежавшихся по холодильнику, а вполне себе серьёзные издания проводят оценочные прослушивания, с целью определить – а каково оно влияние переходных ёмкостей на звучание усилителя? Однако, чем серьёзней издание, тем чаще эти изыскания венчаются выводом: "Какой-то эффект конденсаторы (как и любой другой элемент) на звук оказывают. Но не стоит данный эффект сильно переоценивать, так как он несоизмеримо слабее, чем влияние: качества выходного трансформатора, правильности схемотехники, выбора режимов активных элементов, типов элементов, конкретных экземпляров элементов и т. д. и т. п. К примеру, если изменение режима работы какого-либо каскада кардинально влияет на звук всего тракта, то замена одного и даже всех разделительных конденсаторов в посредственном усилителе не изменит практически ничего, пусть даже стоимость такого преобразованного “чуда” и вырастет вдвое".

Зато разделительный конденсатор в цепи нагрузки позволяет нам забить на устройство защиты акустики от постоянки, а КЗ на выходе (при наличии токоограничивающих резисторов и плавкого предохранителя в цепи питания) с большой степенью вероятности не отправит наши мощные транзисторы к праотцам электроники Ому и Амперу. Вдобавок ко всему, резисторы R16, R17 дополнительно снижают и без того низкую температурную зависимость Шиклаи, предоставляя возможность отказаться от каких-либо специальных цепей термостабилизации.

Введение в составные пары Шиклаи нештатных резисторов R13, R14 и конденсаторов С6, С7 дало возможность, с одной стороны, снизить их крайне высокую крутизну по постоянному току, с другой – оставить нетронутой по переменному. При этом некоторое снижение максимального выходного напряжения и, как результат, максимальной выходной мощности – это незначительная плата за стабильность тока выходных транзисторов при бережном сохранении отличного параметра Кг.

Основные параметры выходного каскада: