Усилитель мощности с симметричной схемой

Многие делали попытки построить транзисторный усилитель без ООС. Я - один из них.

Первая попытка, о которой сейчас пойдёт речь, закончилась несколько неудачно (т.е. в конечном итоге устройство работать всё же заставил, но не так, как хотел). Зато теперь, не без помощи камрадов с форума (первым опубликовал на DiyAudio) удалось прояснить суть некоторых проблем схемы, которые я, с моим мизерным пока ещё опытом разработки, упустил из внимания.

Однако симметричная структура транзисторных усилителей мощности меня ну очень привлекает, в будущем планирую продолжать заниматься их разработкой и, как минимум, создать свою оригинальную, рабочую модель, которая будет хотя бы оценена пусть даже в узких кругах, как Milleniul Creschendo, ставшая прототипом для описываемой ниже конструкции. На подходе довольно интересная и значительная модификация данной схемы, которая претендует на статус "авторской", поскольку пока не у кого ещё не видел ничего подобного. Заранее писать не буду, пока не попробую, т.к. моделируется как надо, а как поведёт себя "живой" макет - пока неизвестно.

*****

По-сути - это мой первый опыт пусть не полной разработки устройство с нуля, но доработки прототипа - с полным пересчётом, моделированием и в конце - сборкой готового образца.

Вот полное описание этого опыта в моём техно-бложике

В блоге есть фотки уже получившегося агрегата (сделан несколько топорно - не обессудьте, делал в открытом море из подручного), схемы прототипов, печатная плата - для тех, кто захочет повторить. � более подробное описание. Не рекламы ради, а просто чтоб пост был покороче.

А ниже - самый сок, чтоб не "засорять" форум.

Главная головная боль при разработке усилителей - подбор режимов, токов покоя, глубины обратной связи так, чтобы добиться стабильной рабочей точки.

�так, прототипом стала схема в журнали Радио №1 за 1980 год и похожая на неё, более современная, на просторах интернетов в модификациях известная как Millenium.

Особенностью из была полностью симметричная структура, т.е. на входе стояли два абсолютно одинаковых дифференциальных усилителя с источниками тока, только на транзисторах разной проводимости. Входы соединялись параллельно, выходы раскачивали разные половинки усилителя напряжения, соответственно - так же разной проводимости, включённые в одну цепь. А далее - всё, как в обычном усилителе. Мощный выходной каскад: в одной модификации он был на полевых транзисторах, в другой - на биполярных, включённых по схеме Дарлингтона и Шиклаи.

Конечно же, я "купился" на эту заманчивую симметричность и решил схему собирать, предварительно доработав. От полевых транзисторов решил отказаться сразу (как в выходном каскаде, так и в источниках тока для ДУ), так же как и от множества каскадов, как в первом прототипе на выходе. Вообще все транзисторы взял из тех, что были под рукой. Так, все маломощные - комплиментарные 2SA1015 и 2SC1815, усилитель напряжения на BD139/BD140, предвыходной каскад можно реализовать на них же, а можно взять транзисторы помощнее. В выходном каскаде - опять де комплиментарная пара 2SA1943 и 2SC5200.




Запуск показал сдеюующее: без обратной связи и с завышенным током покоя усилитель сразу уходит в насыщение. Добиться стабильной работы можно, только включив обратную связь и снизив токи покоя дифф. каскадов (подбор резисторов R4 и R10). В такой вариации схема работает хорошо. Так же в моей пробной конструкции отсутствовали R18 и R19 что, впрочем, на работоспособность не влияло. Как уже позже подсказали на форуме, причиной нестабильности стал неверный режим работы выходных каскадов. Они рассчитаны на огромный коэффициент усиления, значительно больший, чем в усилителе напряжения. Тогда, получается, реализовать его в конечном итоге так и не удалось: суммарный КУ схемы снижался с включением обратной связи. Опытные товарищи же рекомендовали пересчитать резисторы в дифф. каскадал так, чтобы КУ получился вообще символическим, а основное усиление "доверить" следующему каскаду...

Хотел бы заслушать мнение участников относительно такой схемотехнике усилителя в целом и замечание по данной конструкции.



Что скажете?

Это сообщение отредактировал NovaPA - 29.12.2013 - 01:15

NovaPA, а какая конкретно цель прежде всего преследуется тобой при построении УМ без ООС, несмотря на то, что это очень трудно реализуемо?

Это сообщение отредактировал ZAQ - 1.02.2014 - 17:34

такая же, как и у большинства обитателей этого форума
сделать что-нибудь оригинальное.

конкретно об усилителе - проверить экспериментально, правда ли, что ООС определяет "транзисторность" звучания, и что без неё у усилителя лучше динамика.

Усилитель - ... стартовый вариант.
Если довести до ума, будет играть. Но надо много дорабатывать.

Для безООСника - не самый лучший вариант. (IMHO)

без ООС имеет целую кучу усиления, на вскидку около 80-100дБ, естественно тут же будет перегружаться

С ООС будет нестабилен. Нет коррекции СОВСЕМ!!! (кроме входных ёмкостей транзисторов УНа.. усилителя напряжения)
т.к. они динамичны (меняются с уровнем сигнала) и довольно малы - будет возбуд.
снизив токи покоя дифф. каскадов вы уменьшили крутизну его транзисторов - тем самым уменьшив петлевое усиление.
Это привело к относительной стабильности... но сильно уменьшило скорость нарастания. Поднимутся искажения на высоких

Как вариант - выставьте нормальный ток диффкаскада, 2мА на пару минимум, а чтоб уменьшить крутизну (петлевое усиление) увеличьте эмитерные сопротивления. Около 100 Ом можно смело ставить. это Л�НЕАР�ЗУЕТ входной каскад, сделает его более устойчивым к динамическим перегрузам.

� обязятельно внесите корекцию. По 22-47пФ между базой и колектором транзисторов УНа (ёмкость миллера)

Потом можно будет смотреть дальше

Можно еще маааненькое предложение)) заменить R18 R19 на один резистор.
�... может, как-то так для начала все же:


Это сообщение отредактировал Юрий Сергеевич - 3.02.2014 - 18:27

да, кстати... точно.
отцепить эмит. предвыходников от выходa

в собранном варианте они вообще отсутствуют, если честно

всем спасибо за советы! буду дальше экспериментировать.

на счёт установки токов покоя дифф. каскада есть довольно интересная идея. пока не буду разглашать, пока не попробую

они там нужны... иначе предвыходники работают в классе Б, со всеми вытекающими.

Это сообщение отредактировал ДмитрийЗл - 3.02.2014 - 18:02

интересно... "ступеньки" на осциллографе вроде не заметил, да и ток покоя вроде задаётся...
ок, учту! т.е. нормально, если они не будут вешаться на выход, а просто соединятся между собой?

Пока отредактировал уже понаписали... см пост выше.
О, елки зеленые.. NovaPA, а как без этих К18, К19 выходники откроются?... в смысле, ток покоя имею в виду. Дмитрий, не так маленько: предвыходники с током будут, выходники без

Это сообщение отредактировал Юрий Сергеевич - 3.02.2014 - 18:21

Ух ты, сколько уже всего написали... Свой вопрос задал не просто так - идея понравилась, хочу тоже поделиться своими мыслями...

Динамика лучше у однотактного усилителя. �мхо у двухтактника в области нулевой оси передаточная характеристика далеко не идеальна (она не непрерывная, как у однотакта, как хорошо бы ни были подобраны компоненты) и на переходе от одной половинки к другой больше напоминает экспоненциальную ступенчатую, навроде как у диодного шумоподавителя - могу с картинками симулятора изобразить. На мой взгляд, двухтактный усилитель - это неудачное для звука решение разрезать сигнал на две половины, усилить отдельно каждую и затем, неаккуратно "сшить" - на деле в итоге выходит всё равно топорно, так как целостность потеряна по причине первичной нелинейности усилительных приборов, и ухо это различает. В плане экономичности это с одной стороны хорошо - а с другой всё равно приходится строить более мощный усилитель, чтобы улучшить динамику, тогда такая экономия становится, как говорится, "призрачной"...
Я также думаю, что с этим связана плохая (слабая) передача наиболее тихих сигналов на фоне громких, а также меньший фон от �П в звуковом тракте, т.е. "паразитный шумодав" в действии. Ещё в спектре двухтактной схемы отсутствуют чётные гармоники.
Я так понимаю, изначально цель убрать ООС в достижении правильного тёплого спектра, приятного для слуха сбалансированного соотношения высших гармоник. Не секрет, что сами гармоники напрямую зависят от более или менее линейной/нелинейной(неравномерной) передаточной характеристики того или иного усилительного прибора.
Ещё я лично сам убедился на практике с таким фактом, что разделительные межкаскадные конденсаторы образуют дифференцирующие фильтры, ещё более усугубляя ситуацию, задирая АЧХ в области гармоник, какой бы большой не была выбрана ёмкость и какой бы низкой не была выбранная частота среза.
Объяснил так, как себе всё это представляю, может быть, где-то не совсем технически корректно, но может кому-то интересно будет прислушаться к моему мнению, а может я просто в чём-то пока заблуждаюсь из-за недостаточных знаний...
Уже не раз убеждался в том, что можно и нужно "делать криво", отходя от традиционных принципов, лишь бы оно хорошо звучало.
В интернете можно найти некоторые неординарные письменные работы на подобные темы. Вот одна из небезызвестных - может кому будет интересно и поучительно:

Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 11 )
 cheever_rus.pdf

Выходники откроются и без этих сопротивлений. Ток покоя задаётся в каскаде УНа, и задать нужное напряжение смещения на базы выходников от туда можно.
Через предвыходники, без резистора, будет течь ток покоя выходников делённый на их бету (базовый ток). т.е. при 100мА тока выхода и hfe 50 - около 2мА :-)
Этого будет достаточно, чтоб открыть их (и тем самым установить ток покоя выходн.)... но, понятно, совсем недостаточно, чтоб им хорошо отработать

---------------------------------------
Просто соедините эмиттеры через сопротивление. Номинал - зависит от выбора раскачивающих транзисторов

Это сообщение отредактировал ДмитрийЗл - 4.02.2014 - 00:33

За счёт токов утечки. h21 у выходных вполне конечный и не такой уж большой, R нагрузки тоже, так что базовый ток у них будет вполне ощутимый для предвыходных, и за счёт смещения вполне себе будут приоткрыты в покое. Я так думаю.
А резистор этот вроде бы внедряют "для повышения быстродействия составного транзистора", именно для того, чтобы этот ток покоя "контролировать" (т.е. чтобы при затухании сигнала выходные транзисторы не остались случайно открытыми).
В "нашем всём" Х.Х. вроде как-то так даже написано.

ну, как бы класс А весьма ограничивает нас по мощности. Ну не сделаешь даже 100-ваттный однотакт. (не технически, естетственно, а экономический и конструктивный фактор здесь являются ограничивающими)

на счёт остального - сопрно, конечно. но да, с разными "отклонениями" от традиционных методов поэкспериментировать можно и нужно. вот это - один из них.

На самом деле мощность около 100Вт для однотакта это очень много. Всё будет хорошо и громко звучать и на более меньшей мощности. Другое дело двухтакт - слабые звуки теряются, чтобы их сделать громче, требуется намного более высокая выходная мощность, при этом очень громкие звуки будут естественно скомпрессированны органами слуха, отсюда восприятие недостаточной динамичности. Я так думаю. Да это можно и услышать, сравнивая звучание двух вариантов - разница ощутимая. Я не настаиваю, просто большинство из того, что нас окружает - не звучит, это ширпотреб. Поэтому, если изначально цель получить звучание, а не нагромождение звуков, то не сомневаюсь, стоит над этим подумать. А так идею поддерживаю!

Это сообщение отредактировал ZAQ - 4.02.2014 - 09:56

я правда не хочу спорить... и не хочу никого учить, но читая такое не мог удержаться.
1) в двухтакте теряются звуки.... куды это они интересно теряются? А в классе А двухтактном тоже теряются?
2)требуется намного более высокая выходная мощность ..... А может просто в однотакте до мамы гармоник тёпленких, которые делают сигнал субъективно громче ... а в чистом "двухтакте" их нет? поэтому он кажется тише?
ведь тоже вариант, не. Конечно, у однотакта ниже искажения, (при одинаковых остальных условиях) ... на слабых сигналах, пока не подойдёт к насыщению. А дальше - компрессия, подкрашивание... красиво звучит, короче


Но, например, для мониторинга, нужно чисто отрабатывать все пики сигналов (где-то 9-и кратная номинальная мощьность, говорят, для начала... а то и больше)
т.е. если вы слушаете музыку только с 10W RMS , усил должен чисто отрабатывать минимум 90ватт.
Т.е. реально это возможно только с АБ. � как тут быть?

Так что не стОит обобщать, у всех вариантов есть право на существование.


и ещё, раз уж начал. Двухтактный усилитель не делит сигнал на "две половины" а потом "неакуратно сшивает".

Он прорабатывает один и тот же сигнал (немного смещённый), .... до Вых.Каскада.
А там транзисторы делят работу. Как хорошо - зависит от реализации

Это сообщение отредактировал ДмитрийЗл - 4.02.2014 - 11:35

Понял, что меня никто не понял, а по количеству скачиваний работы Чивера - то, что большинство уже либо с ней знакомы, либо не желают вникать. Боюсь, что в данной теме подобные споры будут оффтопиком, я не согласен, короче. Как будет время - вынесу это в отдельную тему, куда - нибудь во "флуд", там и поговорим. До скорого, в общем.

Это сообщение отредактировал ZAQ - 4.02.2014 - 15:57

ДмитрийЗл , я имел в виду если закоротить базы выходников.

С чего бы это))?
"А" двухтакт, по идее, будет меньше искажать, особенно на малых сигналах. Видимо, под однотактом ты имел в виду класс "А", просто не так выразился.

___________________________________________________________
Хочу предложить еще один вариант, как раз совсем без общей обратной связи и наверняка очень "тепло" звучащий...


Это сообщение отредактировал Юрий Сергеевич - 5.02.2014 - 16:30

да, ты прав, так и было...

Вынес сюда:
http://diyfactory.ru/forum/index.php?showt...t=0&#entry24885