Клуб DiyAudio

Усилители мощности и предусилители => Полупроводниковые => Тема начата: Nova_PA от 09 Декабря 2013, 21:54:42

Название: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 09 Декабря 2013, 21:54:42
Главная головная боль при разработке усилителей - подбор режимов, токов покоя, глубины обратной связи так, чтобы добиться стабильной рабочей точки.

Про отрицательную обратную связь в усилителе разговоров было много на всех форумах, в общем попыток сделать без неё стабильный транзисторный усилитель было довольно много. В том числе и я сделал.

В общем попались мне на глаза как-то две схемы. Особенность их была в том, что на входе стояли два абсолютно одинаковых дефференциальных усилителя с источниками тока, только на транзисторах разной проводимости. По входам - параллелились, выходы раскачивали разные половинки усилителя напряжения, соответственно - так же разной проводимости. А далее - всё, как в обычном усилители. Выходной каскад. В одной модификации он был на полевых транзисторах, в другой - на составных по схеме Дарлингтона и Шиклаи. Вторая как раз была напечатана в журнале Радио и в прилагавшейся к ней статье было написано, что из-за "полной симметричности схемы" (что, собственно, так и было) она способна работать без ООС.

Прототип 1:
[attachment=1]
Прототив 2:
[attachment=2]

(Журнал Радио - 01 за 1980)

Вот я и решил её доработать и повторить. Сделал свою модификацию, немного пересчитал под имеющееся у меня на тот момент под рукой питание и детали. Получилось то, что на схеме ниже. Прошу прощения за её качество - это мой первый опыт с KiCad после Multisim.
[attachment=3]
По изменениям: приподнял токи покоя дифференциальных усилителей на входе, думал расширить этим динамический диапазон. Сделал модификацию с комплиментарными парами мощных транзисторов на выходе (как на схеме) и с некомплиментарными (соединены по схеме Шиклаи, кому нужно - потом начерчу).  Развёл плату и на всякий случай оставил на ней место для обратной связи, сделал её отключаемой и регулируемой. Ещё в моей конструкции резистором R18 и R19 не было.

Результат: ожидания не оправдал. При включении уходит в насыщение сразу - напряжение питания на выходе. Добиться стабильного "нуля" получилось только значительным снижением токов покоя входных каскадов (подбор резисторов R4 и R10) и таки введением обратной связи, причём довольно глубокой. Значение не считал, но по факту - потенциометр RV1 вывернут "до упора".

В таком виде усилитель вполне себе работал и весьма неплохо. Характеристики, к сожалению, не снял. Будет интересно - сниму позже, напишу.

Замечания, мнения? Если тема уже поднималась - прошу ногами не пинать, я тут недавно!

Внешний вид:

1) Моно вариант с некомплементарными транзисторами на выходе (два одинаковых)

(http://2.bp.blogspot.com/-Exqi7dKVBg4/UY-HPZcN1FI/AAAAAAAAEiw/rExu0ILXtQE/s640/ra_monopoweramp+(2).jpg)
(http://1.bp.blogspot.com/-7s_lbhQlduI/UY-HQdZnfLI/AAAAAAAAEjU/Z6wUTOZsZJg/s640/ra_monopoweramp+(3).jpg)
(http://1.bp.blogspot.com/-ALxB9KIALr4/UY-HQZUHNoI/AAAAAAAAEjM/HplkB0fWt0o/s640/ra_monopoweramp+(4).jpg)

2) Стерео вариант, на выходе комплементарная пара 1943 и 5200

(http://1.bp.blogspot.com/-gNKVg8ZBpOM/UY-HQck95rI/AAAAAAAAEjE/VTGQDksR8Bc/s640/ra_poweramp_big+(2).jpg)
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: WolfTheGrey от 09 Декабря 2013, 22:13:48
диференциалка без оос - это компаратор.
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 09 Декабря 2013, 22:15:31
второй вход заземлён, либо на него подаётся сигнал (симметричное подключение как в профессиональной аппаратуре)
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Гocть от 10 Декабря 2013, 02:01:11
Я тоже когда-то в 70-х делал подобное. Со временем решил приспособить такой симметричный выходной каскад к тому, что сейчас называется "Гибридник" -- надо было срочно отремонтировать ламповый гитарный усилитель с горелым выходным трансформатором. На выходе фазоинвертора напряжение было достаточное, так что усиления большого не требовалось, достаточно было единичного. Выкинул транзисторы Q10-Q13, в качестве Q7 - Q9 применил бывшие у меня подобранные пары KT818-819  с большим усилением (что орошо) и высоким пробивным напряжением (что в прочем-то не требовалось). Последовательно с резисторами R3 и R8 добавил диоды, сопротивления значительно уменьшил - получились токовые зеркала, весьма линейные, да и термокомпенскаия какая - ни какая. Так как усиление было единичным, и току обратной связи можно брать сколько хочешь - заменил транзисторы Q3 и Q6 на диоды. Получился усилитель в классе А. А чтобы повысить его линейность и эффективность использования электроэнергии - заменил Q2 и Q5 на резисторы, то есть поставил токи в хвостах дифкаскада в зависимость от входного напряжения. Назвал я этот усилитель "Нуклон". Заучал он очень "лампово": при перегрузе диоды, что заместо Q3 и Q6, ограничивали ток, и получались вместо повторителей напряжения источники тока, управляемые входным напряжением. Почему диоды, а не транзисторы - а потому, что у транзисторов пробивное напряжение база - эмиттер гораздо ниже, чем коллектор - эмиттер, а у меня сигналы былидо 25 вольт амплитудой. Позже придумал, как уменьшить потребление электричества, научив его выдавать больше току, чем возможно в классе А. Получилось что-то типа класса А+В, благодаря цепочкам из иода и резистора с каждого из хвостов на землю. При малых сигналах работал в классе А, а при повышении сигнала открывались соответствующие диоды, повышая ток в соответствующем хвосте, при этом противополоное плечо продолжало работать в классе А. Название "Нуклон" -- потому, что просто и компактно, множество полезных функций в одном узле, который уже и упрощать некуда. Эдакая плотная "элементарная частица". До того, как реализовать в гитарном "гибриднике", я пытался пропихнуть этот усилитель мощности в качества гибридной микросхемы, в томском НИИПП, но идея не пошла - требовался подбор резисторов. Да я и не особо пытался: просто посоветовался с опытными разработчиками, они и отговорили. Я тогда был всего-лишь увлекающимся студентом...







Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: 25602 от 10 Декабря 2013, 14:23:48
Цитировать (выделенное)
Добиться стабильного "нуля" получилось только значительным снижением токов покоя входных каскадов (подбор резисторов R4 и R10) и таки введением обратной связи, причём довольно глубокой.
А как вы хотели добиться стабильности если усиление схемы без ОС дикое. Увеличивайте резисторы в эмиттерах дифкаскадов, а вообще взгляните на схему Милениума.
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 10 Декабря 2013, 14:29:49
Видели всё - и Миллениум видели. Эта схема - не попытка "собрать конструкцию для личного пользования и успокоиться", а больше - опыт.

Собственно про увеличение резисторов в эммитере дифф.каскада (уменьшение тока покоя) - я писал выше, да, так и сделал :)
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: 25602 от 10 Декабря 2013, 14:37:37
Я говорил про R2 R5 R9 R12,  уменьшением тока дифкаскада Вы задираете усиление еще выше.
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 10 Декабря 2013, 14:47:03
Возможно, поиграюсь, когда буду собирать модификацию этой конструкции - есть уже идея.
Алсо, на практике добиться стабильности получилось увеличивая R4 и R10, т.е. уменьшая ток покоя, что как бы противоречит.
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: lgedmitry от 10 Декабря 2013, 14:53:31
25602, Необходимо заполнить профиль. С людьми без лиц и имён тяжелее общаться
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: 25602 от 10 Декабря 2013, 14:55:32
Нет, Вы снизили нагрев входных транзисторов соответственно уменьшился и дрейф нуля. Судя по фото они у Вас расположены достаточно далеко друг от друга.

и добавил...
lgedmitry, щас нарою фотку. Сорри.
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 10 Декабря 2013, 15:00:08
Возможно.

Фактически контролировал токи покоя этих каскадов.
Они получились жутко малыми (сейчас уж не вспомню, но ниже рассчётных) и ощутимо транзисторы не нагревались.

В следующей конструкции запланировал поставить все ну очень близко друг к другу и, возможно, посадить на немассивный радиатор - чтоб у всех был один температурный режим. Была мысль даже использовать сборку, но это уже из серии танцев с бубном.
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Wakh от 10 Декабря 2013, 15:05:10
диференциалка без оос - это компаратор.


Транзисторы на выходе поменяй местами, а то задымит...   ;D

Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 10 Декабря 2013, 15:06:24
Я тогда был всего-лишь увлекающимся студентом...

Круто, очень круто для "всего лишь студента". А схемкой не поделитесь? А то со слов как-то не особо понятно.

и добавил...
Транзисторы на выходе поменяй местами, а то задымит...   ;D

Точно, спасибо! Ну это я просто когда чертил зазевался, в оригинальной конструкции всё правильно стоит :)

домой вернусь - перечерчу.
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: 25602 от 10 Декабря 2013, 15:26:00
Вот то о чем я говорил УН с усилением 40дб и полосой пропускания около 500кГц. при желании усиление можно еще понизить нагрузив выход УН доп резистором.[attachment=1]
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 10 Декабря 2013, 15:29:29
вот это поворот! Интересно, спасибо. Неожиданное включение УН, как оно называется? Напоминает включение с ОБ. Как рассчитывается?

А не великовато ли сопротивление в эмиттерных цепях?
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: 25602 от 10 Декабря 2013, 15:41:12
Цитировать (выделенное)
А не великовато ли сопротивление в эмиттерных цепях?
В самый раз, основное усиление выполняют транзисторы Q7 и Q8.
Цитировать (выделенное)
Как рассчитывается?
Как каскад с ОЭ, просто при таком включении исходная линейность немного повышается.
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 10 Декабря 2013, 15:49:47
Как каскад с ОЭ, просто при таком включении исходная линейность немного повышается.

поправьте меня, если что не так. Но тут у нас получается на транзистор подаётся сигнал и на базу, и в эмиттерную цепь - как по схеме с обще базой (условно говоря, конечно). так?
интересно, раньше такого не видел нигде. даёт лучшую линейность, говорите? а КУ?
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: 25602 от 10 Декабря 2013, 16:17:09
Получается нечто сломанного каскода.
Цитировать (выделенное)
даёт лучшую линейность, говорите? а КУ?
Растет примерно на 1-2 дб.
Цитировать (выделенное)
интересно, раньше такого не видел нигде
Схема Амфитон А1-01.
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 10 Декабря 2013, 20:36:07
Спасибо всем за критику и советы.
Но, повторюсь - конструкция абсолютно рабочая. Кому интересно - можете попробовать собрать. Ниже - схема (исправлена ошибка) и разводка печатной платы рабочего образца.

[attachment=1]
[attachment=2]
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: MetalHeart от 10 Декабря 2013, 20:53:36
Схему в первом посте обновил.
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 10 Декабря 2013, 20:59:43
спасибо :)
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: das от 11 Декабря 2013, 06:17:23
Посмотрите Милл Крещендо..

http://forum.vegalab.ru/showthread.php/35126-Crescendo-Millenium-Edition

Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 11 Декабря 2013, 07:11:16
Забавно :) Можно сказать он был прототипом - видимо, более старая версия его. По Вашей ссылке - усилитель напряжения несколько другой (там каскод, а у меня - обычный ОЭ). Даже тем же стилем начерчен.

Ну будем считать что мой вариант - значительно упрощённая версия того Миллениума :)
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Гocть от 11 Декабря 2013, 08:08:19
Таких супер-симметричных разработок в 70-х было полно, так что трудно сказать, что было для чего прототипом. Боб Корделл, в частности, начиная со 136-й страницы, описывает подобные решения в своей популярной книге:  http://bgaudioclub.org/uploads/docs/AudioAmplifiers.pdf

Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 11 Декабря 2013, 08:37:43
спасибо за книгу :) раньше с ней не сталкивался


p.s. я не претендую на какую-то оригинальность, просто ещё одна схема, ещё одна конструкция :) вот 25602, например, интересную идею подкинул. одна ещё у меня - ждёт реализации. так может более интересное устройство в итоге получится.

Вы расскажите лучше про эту Вашу супер-конструкцию из студенчества с диодами в качестве ограничителей. Со схемой, если можно.
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Гocть от 11 Декабря 2013, 09:23:03
Я тут один, можно на Ты.  ;-[

Тут уже обсуждалась эта конструкция несколько раз, в подробностях.

Вот, например:  http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=1205.0

Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 11 Декабря 2013, 09:31:57
интересно, спасибо.
правда, там картинки скисли, не открываются...
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: MetalHeart от 11 Декабря 2013, 10:26:57
правда, там картинки скисли, не открываются...
Это старые картинки до 2011 года...  :wall: Чтобы их открыть нужно скопировать адрес картинки, вставить в браузер и удалить в конце ссылки ;preview
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 29 Декабря 2013, 08:59:21
Ах, да. Совсем забыл. Описал конструкцию в техноблоге (http://radiomonkeys.blogspot.ru/2013/12/simmamp1.html).
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Romires от 06 Февраля 2014, 09:51:04
Я собирал похожую схему на тошибовских комплиментарных IGBT. Звучал очень хорошо.
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 06 Февраля 2014, 09:52:02
ух ты! солидно собрано! не то, что у меня!
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Romires от 06 Февраля 2014, 10:00:00
Для самопильного варианта пойдет. Линксы получились солиднее.  :)
Название: Re: Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС
Отправлено: Nova_PA от 06 Февраля 2014, 10:02:19
так, завязывайте, а то у меня комплексы разовьются :-X