Каким-бы ни было творчество, в случае успеха оно всегда заканчивается приступом графоманства.
Задумал я как-то сделать себе усилитель. Да и знакомые подбивают, мол, давай за кампанию. Но затык в том, что бездумно повторять что-либо, пусть и со своей разработкой печатки, самолюбие не греет абсолютно, а сделать прорыв в области схемотехники не позволяют сделавшие таковой ранее. Поэтому остаётся брать известные решения и немного их совершенствовать. Таким образом, получился вроде бы довольно крепкий к закидонам жизни усилитель и с неплохими параметрами. Вполне неплохо подходит, к примеру, для встраивания в активную акустику, ну или ещё куда. Достаточно устойчив, отлично держит ток покоя, а опытный образец пережил несколько к.з. на выходе (буду честным - я это не специально, всё-таки очень страшно, когда оно хрустит и искрит).
Базовая схема, подвернувшаяся под совершенствование - это усилитель А.Агеева. В исходном варианте выглядит он так
И у него есть проблема. Она называется - недостаток тока управления выходным каскадом при высоком мгновенном уровне сигнала. Попросту говоря, выходным транзисторам не хватает тока в их базы на пиках сигнала, который обеспечивается резисторами предвыходного каскада R7 и R9. А также полное отсутствие какой-либо защиты этого выходного каскада...
В общем, проведя какое-то время за симуляторами схем, на свет выползло вот такое чюдо, и буква "ю" - это не ошибка.
- akl_20-02.png
- Схема принципиальная в высоком разрешении
- (63.89 KiB) Скачиваний: 2391
Выглядит схема маленько монстровато, но на самом деле на всякую деталь есть обоснование. Насколько оно прочное - это конечно каким-нибудь Гуру виднее.
Самые главные фишки.
Первая. Резисторы, обеспечивающие ток в базы транзисторов выходного каскада, заменены на источники тока, исполненные на транзисторах VT3, VT4 и VT5, VT6. С ними, какой бы ни был уровень сигнала, ток всегда есть.
Вторая. Вместо одиночных транзисторов с их унылым коэффициентом усиления применены транзисторы Дарлингтона (VT7-VT14), что позволило значительно снизить требования к рабочему току предвыходного каскада, а также снизило нагрузку на выход ОУ, что его можно ставить вообще самый хилый по току.
Третья. Есть защита от к.з. на выходе. Она не ахти какая - только ограничивает ток, проходящий через выходные транзисторы, но её достаточно, чтобы их защитить, пока срабатывает блок защиты АС (если он у вас установлен), либо ещё чего, предохранители там...
Вот. По-мелочи ещё вход симметричный очень кстати (гитаристы заценят).
Да, обычный вопрос: а нафига там много параллельных транзисторов на выходе. Ведь BDX53/54 могут отдавать большой ток, до 8А. На самом деле это сделано в угоду использования их коэффициента усиления. Дело в том, что коэффициент усиления транзисторов - величина не постоянная, и зависит от тока коллектора. Вот картинка с данной зависимостью
Видите? С ростом тока примерно до двух ампер коэффициент усиления растёт, а потом падает. И разница эта более чем шестикратная. Установив несколько транзисторов параллельно, уменьшаем ток через каждый из них, чтобы на пиках сигнала и нагрузке 4 Ом он и был где-нибудь в районе двух ампер, т.е. в максимуме передаточной характеристики транзистора. Чем также снижаем нагрузку на предвыходной каскад. А по току коллектора остаётся ещё неплохой запас на всякие чрезвычайные обстоятельства.
Да, на место VT15 засунут полевой транзистор (два). В этом решении есть и плюсы, а есть и минусы.
Плюсы хорошо комментирует вот эта картинка из симулятора
Видите разницу? Полевые транзисторы отсекают чётко только по верхушкам. Биполярные начинают открываться раньше, и при большой амплитуде сигнала вносят дополнительные искажения. Это плюс. Но минус в том, что у полевых транзисторов пороговое напряжение выше, чем у биполярных. Из-за чего токовые резисторы (в эмиттерах выходных транзисторов) необходимо применять большего сопротивления. А это ещё и потери в максимальном выходном напряжении. Но на самом деле минус этот в плане домашнего использования не очень-то и большой, полвольта погоду не делают.
АЧХ и ФЧХ усилителя и петли его ООС показаны на картинке под спойлером
Спойлер
Какие они в реальности, к сожалению, измерить не имею возможности. Однако замечу, что присутствие в схеме R9 и C9 вызвано тем, что на макете, который я традиционно исполняю дедовским способом при помощи картонки и проводов, у меня были замечены случаи возбуждения на частотах в районе 9 МГц. Установка этих деталей полностью решила проблему.
Коэффициент гармоник и отношение сигнал/шум симулятор показывает весьма оптимистично
Спойлер
Печатная плата выглядит так
Спойлер
Всё, кроме выходных транзисторов, монтируется на верхней стороне. Резисторы и пара конденсаторов - SMD размера 1206.
Да, R15 и R16 не особо-то и нужны. Некоторая неодинаковость токов никак себя не проявляет, поэтому их можно не ставить, а R14 при этом ставится такого же номинала, как и R11 - 33 Ом.
R6 балансирует ноль на выходе. Но его тоже можно не ставить - ноль определяется напряжением смещения ОУ помноженным на коэффициент усиления усилителя. Держится чётко, у меня больше 40 мВ смещения не было.
C2 можно ставить ёмкостью чуть меньше, 4.7 или 6.8 пФ.
Чисто теоретически может понадобиться небольшая (3.3~4.7 пФ) ёмкость параллельно резистору R17. Но плата разведена так, что эта ёмкость автоматически получается от расположенных рядом дорожек в разных слоях, поэтому на схеме ничего не указано. Я надеюсь, при других реализациях это также не будет актуально.
Оптимальное напряжение питания данного монстрика - от 22 до 28 вольт. Можно докинуть до 30 или 32. Повышение дальше не имеет смысла, т.к. клиппинг при этом раскладе всё-равно образуется из-за ограничений, связанных с ОУ - невозможно смещать его напряжение питания сколь угодно далеко. Но клиппинг получается вполне симметричный, как говорится, радует глаз. Можно констатировать, что 50 Ватт при 4-омной нагрузке для данного усилителя - то, что доктор прописал. А для домашнего использования этого вполне достаточно.
Питание от стабилизированного источника - это хороший вариант. Но источник должен беззаботно давать до 10А на каждый канал (для 4-Омной нагрузки).
Важный момент. Для того, чтобы ток покоя чётко стоял заданный, транзисторы VT7-VT14 должны иметь хороший тепловой контакт друг с другом. Т.е. быть на одном радиаторе рядышком. На картинке ниже показан удачный способ крепления к радиатору через переходную пластину
Способ старый, успешно применялся, к примеру, в промышленном модуле
УНЧ-50-8Ну и напоследок пара фоток собранного модуля
Спойлер
Здесь можно заметить, что вместо TIP29 и TIP30 на месте VT4 и VT6 применены другие типы транзисторов, а именно BD139 и BD140. Такая замена совершенно беспроблемна и даже приветствуется, только нужно помнить про цоколёвку - на данной плате транзисторы придётся развернуть на 180°. Но т.к. тепловыделение небольшое, порядка 0.5 Вт, прижим к радиатору лицевой стороной никак не сказывается на их работе. Если будете разрабатывать свою плату, вы легко учтёте все подобные моменты.Немного подробнее и более "статейным" стилем изложено там:
http://anklab.ru/Press/Articles/AKL/akl-20/Я честно пытался сделать статью через которедактор, но...