Симметричный усилитель мощности, попытка добиться стабильности без ООС

[Nova_PA]

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:
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
Прототив 2:
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]

(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.
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
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)





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

[WolfTheGrey]

диференциалка без оос - это компаратор.

[Nova_PA]

второй вход заземлён, либо на него подаётся сигнал (симметричное подключение как в профессиональной аппаратуре)

[Гocть]

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...

[25602]

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.

[Nova_PA]

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

[25602]

Я говорил про R2 R5 R9 R12,  уменьшением тока дифкаскада Вы задираете усиление еще выше.

[Nova_PA]

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.

[lgedmitry]

25602, Необходимо заполнить профиль. С людьми без лиц и имён тяжелее общаться

[25602]

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.

[Nova_PA]

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.

[Wakh]

диференциалка без оос - это компаратор.

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

[Nova_PA]

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...   

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

домой вернусь - перечерчу.

[25602]

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. [ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]

[Nova_PA]

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?

[25602]

А не великовато ли сопротивление в эмиттерных цепях?

В самый раз, основное усиление выполняют транзисторы Q7 и Q8.

Как рассчитывается?

Как каскад с ОЭ, просто при таком включении исходная линейность немного повышается.

[Nova_PA]

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?

[25602]

Получается нечто сломанного каскода.

даёт лучшую линейность, говорите? а КУ?

Растет примерно на 1-2 дб.

интересно, раньше такого не видел нигде

Схема Амфитон А1-01.

[Nova_PA]

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.

[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]

[MetalHeart]

Схему в первом посте обновил.

[Nova_PA]

спасибо

[das]

Посмотрите Милл Крещендо..

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

[Nova_PA]

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

[Гocть]

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

[Nova_PA]

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.

[Гocть]

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

[Nova_PA]

интересно, спасибо.
правда, там картинки скисли, не открываются...

[MetalHeart]

правда, там картинки скисли, не открываются...

Это старые картинки до 2011 года...  Чтобы их открыть нужно скопировать адрес картинки, вставить в браузер и удалить в конце ссылки ;preview

[Nova_PA]

Ах, да. Совсем забыл. Описал конструкцию в техноблоге.

[Romires]

Я собирал похожую схему на тошибовских комплиментарных IGBT. Звучал очень хорошо.