Однотактный транзисторный усилитель класса А

[Тимур Адамович]

Всем здравствуйте! Предлагаю вашему вниманию и для повторения однотактный транзисторный усилитель в класса А, спроектированный и собранный исключительно на Российских транзисторах современного производства. Принципиальная схема усилителя, с номиналами компонентов представлена ниже. Для удобства сборки и повторения в скобочках для транзисторов и диодов указаны зарубежные аналоги. Файл принципиальной схемы так же содержит информацию по настройке собранного и впервые включаемого усилителя, по этому к сообщению прикрепляю его исходный вариант.

Печатная плата выполнена двухсторонняя с применением поверхностного монтажа. Для удобства компоненты навесного и поверхностного монтажа расположены на одной стороне печатной платы. Во вложениях прикрепил исходник печатной платы. Ниже по тексту прикрепил топологию ПП в виде рисунка.



Печатная плата с установленными на нее компонентами выглядит следующим образом



В качестве радиатора для каждого канала я использовал алюминиевый профиль AB0095 150х125х46мм. Печатная плата с компонентами крепиться к радиатору через пластмассовые стойки высотой 10 мм. Собранная конструкция выглядит следующим образом


Компоновочное решение корпуса усилителя и расположение в корпусе компонентов:


При необходимости могу подкрепить результаты измерения в программе RMAA, а так же дополнить сообщение другой информацией, которую вы хотите уточнить. Ну и с удовольствием отвечу на вопросы, если таковые возникнут.
По просьбе прикрепляю фото осциллографа (6 Вт на 6 Ом) на первом луче синус, на втором питание (эмиттер Т11).
6 Вольт 6 Ом 1 кГц:

6 вольт 6 Ом 20 кГц:


При дальнейших уже макетных исследованиях установлено, что при длине сигнальных проводов более 30см наблюдаются самовозбуждение усилителя на частотах 250 кГц и 2,3 МГц, по этому в схему внесены дополнительные элементы предотвращающие самовозбуждение (RC цепочка по входной цепи). Что бы не нарушать нумерацию компонентов новые элементы имеют нумерацию по последовательности: R19 и С12 соответственно. В печатную плату так же внесены соответствующие изменения. Файлы схемы и печатной платы заменены.



Внесены некоторые изменения в схему и печатную плату.





Для случая, когда уже используются печатные платы первого варианта, внести необходимую доработку представляется возможным на плате регулятора громкости, внешний вид которой представлен ниже:



Тут по мимо установки сдвоенного переменного резистора, в разрыв сигнальной цепи предусматривается установка резисторов номиналом 1 кОм и типоразмером 0805. Печатную плату регулятора громкости можно использовать и для второго варианта основных печатных плат, установив вместо резисторов перемычки аналогичного типоразмера.
Файл печатной платы регулятора громкости так же прикрепил во вложениях.

Хорошем тоном завершенности проекта будут фотки полностью собранного усилителя:

 

[Сергей Русаков]

При необходимости могу подкрепить результаты измерения в программе RMAA

конечно любопытно..

из-за недопустимого расширения файла,

в зип-архиве цепляется все

 

[Тимур Адамович]

Измерения параметров усилителя выполнялись на эквиваленте нагрузки сопротивлением 6 Ом при мощности 10 Вт.
График амплитудно-частотной характеристики

График гармонических искажений на опорной частоте 1000 Гц (THD = 0,0065%). Всплески на 30 кГц и на 100 кГц - результат работы dc-dc преобразователей ПК, на котором выполняются замеры. К сожалению эти всплески немного портят общую картину по цифрам, но избавиться от них нет возможности без внесения изменений в цепи питания ПК.

Тот же график гармонических искажений, но на опорной частоте 6500 Гц (THD = 0,017%)

График интермодуляционных искажений опорной частотой 60 Гц и модулирующей частотой 7000 Гц (IMD = 0,1%)

 

[ALSS]

Конденсатор после стабилизатора не нужен? Неужто у стабилизатора выходное сопротивление равно 0 во всем диапазоне частот?

 

[Тимур Адамович]

Такую нагрузку верхнего плеча выходного каскада в виде источника тока встречал в схеме Флавио Деллепиано, а позже и у Джона Бруски, смакетил, измерил и тему закрыл. Высоченное выходное. небольшая мощность в нагрузке, странно все донельзя.

Выходное сопротивление усилителя составляет 0,008 Ом. Подтверждается и в модели и в натурных измерениях.

Конденсатор после стабилизатора не нужен? Неужто у стабилизатора выходное сопротивление равно 0 во всем диапазоне частот?

В схеме нет стабилизатора напряжения в цепях питания. На составном транзисторе (кт961в + кт9166а) собран фильтр пульсаций. Конденсатор в базе Т12 обеспечивает по мимо фильтрации плавный запуск усилителя, тем самым обеспечивается отсутствие хлопка в АС во время заряда С8. Просадка напряжения питания в интервале АЧХ отсутствует.

Спасибо, убедили. Вспоминаю уже яснее,что подобный выходной каскад видел у Рода Эллиотта.

По идее я планировал для выходного каскада собрать источник тока, аналогичный диф. каскаду, к тому же по себестоимости и элементам ну +1 транзистор +1 резистор и -2 диода, однако не весело делать то, что потом не знаю как доработать )))

Линсли Худ на дифкаскаде с источником тока в нагрузке

Выходит все что однотактное с динамической нагрузкой то JLH? Ну так то динамическая нагрузка еще в ламповой технике применялась лет за 30 до Худа как минимум, только называется это там SRPP или просто каскад с динамической нагрузкой.

Посмотреть вложение 65156

20 Watt Class-A Amplifier

ESP Project Pages - Hi-Fi 20 Watt Class-A Power Amp

sound-au.com

Ну коли мощности захотелось, можно было ведь и двухтактный выход в классе А сделать, тем более двух полярное питание и сейчас комплементарных пар мощных транзисторов чуть больше чем очень много. А в целом не совсем понял зачем эта схема тут, по этой схеме работает усилитель у Вас?

Те же яйца, только в профиль.

В представленной вами схеме с JLH да, а в материалах, которыми поделился я общего только наличие диф. каскада и SE выхода, при том что диф. каскад выполнен самым простейшим образом. Не буду говорить что там хорошо, а что плохо, но сходство в сторону Худа, а не сюда.

 

[Тимур Адамович]

Линсли Худ строится на основе каскада с разделенной нагрузкой, остальное приправа.

Не соглашусь если позволите, и объясню. Да безусловно в усилителе JLH 1969 года используется выходной каскад с разделенной нагрузкой, но это решение из ламповой темы, смотрите SRPP и Мю-повторитель. Главная же фишка и вклад Худа в схемотехнику в том, что он соединил гальванически, то есть убрал конденсатор между УН и выходным каскадом. В те годы поголовно схемотехника имела разделение УН межкаскадным конденсатором. Вот это его решение позволило выкинуть фазодвигающий элемент внутри петли ООС, а потому петлевое усиление в динамике по частоте у классического Худа изумительно ровное. А сам выходной каскад без ГСТ имеет высокое выходное, по этому Худу пришлось даже табличку с токами публиковать под разную нагрузку, потому что сопротивление нагрузки сильно влияло на выходные параметры и аппарат требовал индивидуальной настройки. При корректной настройки выходного каскада, то есть по факту снижении выходного сопротивления за счёт увеличения тока, основным источником искажений по прежнему оставался УН, но в Худовской реализации динамика этих искажений по частоте была стабильно постоянной.
П. С. На абсолютную истину не претендую, просто собственный анализ.

 

[ALSS]

В схеме нет стабилизатора напряжения в цепях питания. На составном транзисторе (кт961в + кт9166а) собран фильтр пульсаций.

Тем более у него не нулевое выходное сопротивление. А то, что нет просадки на стационарном сигнале, так это для ОТК, а дать на вход импульс (пачку синусоиды частотой 40 Гц длительностью 100 мс) и посмотреть, что с питанием.
Впрочем, это так, взгляд сбоку, схема пусть живет как пример творчества...

 

[Тимур Адамович]

дать на вход импульс (пачку синусоиды частотой 40 Гц длительностью 100 мс)

Что бы это сделать мне аппарат до собирать нужно и отвезти на работу, но идея хорошая, обязательно сделаю и поделюсь результатами.

И главный- малое усиление без ООС

в классическом усилители Худа глубина ООС 23-26 дБ

подбором транзисторов с максимальным усилением по току

Это действительно решает проблему искажений, потому как разгружает предыдущие каскады, но решает не сильно. К тому же с увеличением коэф. усиления в классическом Худе ухудшается температурная стабильность параметров, и тот же самый ток начинает плыть, что добавляет полсотни квадратных сантиметров к радиаторам, дабы избежать перегрева.
п.с. Среди РФ транзисторов по параметрам очень хорошо бы в классику тот же КТ9166А, но корпус ТО-220 не очень заходит в А класс из-за низкой температурной передачи кристалл-корпус и корпус-радиатор.

Бесполезно с Худом спорить, у Вас просто так...

Так я с худом и не спорю, зачем бы мне это нужно было... просто я вижу и знаю как работает его схема и в разговоре уточняю некоторые аспекты. Лично мое мнение в том, что прелесть Худа не в том что можно задрать 2-ю гармонику а остальные убить... так что у меня просто так...?

 

[Тимур Адамович]

А кто приказал убить все прочие гармоники, кроме второй? Вам показалось. Спектр плавно спадающий, как мне показалось, благозвучнее ушибленного дубиной , с ямой вместо гармоник низких порядков. И с крысиным хвостом далеко бегущих ВЧ

Да были тут сообщения, потом правда волшебным образом почему то пропали. Отмечу, что я не настаиваю ни ни на чем и ничего не доказываю. Есть разработка, подаренная в массы - есть интерес собираем, нет идем дальше не задерживаемся, вот и все.

 

[Тимур Адамович]

Когда пятая гармоника выше второй, г... это а не усилитель

Я достаточно честный человек, что бы проводить измерения действительно на максимальной мощности, а не на 1 или 2 или еще сколько еще ватах с целью минимизировать наличие гармоник.
Даже вторая гармоника в -81 дБ, пятая же в -90 это при "полке" в 100 дБ. Если в измерениях я снижу выходную мощность с 10 до 8 Вт исчезнет все гармоники кроме основного тона.

не обязательно кидаться все повторять.

Я и не настаивал, предложил свою разработку, к обсуждению к повторению - бесплатно. По этому рад поговорить по существу практики и в теоретических аспектах.

 

[Конструктор]

Тем более у него не нулевое выходное сопротивление. А то, что нет просадки на стационарном сигнале, так это для ОТК, а дать на вход импульс (пачку синусоиды частотой 40 Гц длительностью 100 мс) и посмотреть, что с питанием.
Впрочем, это так, взгляд сбоку, схема пусть живет как пример творчества...

Во втором этаже источники тока, поэтому схема малочувствительна и к просадкам, и к пульсациям.
Вообще, схема - класс. Мне нравится. Поздравляю автора.

Я достаточно честный человек, что бы проводить измерения действительно на максимальной мощности, а не на 1 или 2 или еще сколько еще ватах с целью минимизировать наличие гармоник.

Первый ватт - самый важный.

 

[Тимур Адамович]

обычно спектры однотактов на лампах и близких к их поведению "полуторатактников" типа ЛХ с ростом мощности обрастают гармониками вяло, спектр остается логарифмически спадающим вплоть до подхода к ограничению

При объективно корректном токе работы выходного каскада А класса, все искажения генерируются в УН, по этому JLH и его попытки доработать, включая те что приводились тут в пример, а потом пропали, обречены чувствовать нагрузку. То есть УН спотыкается о недостаточный ток выходного каскада при снижении сопротивления нагрузки. Худ же публиковал из-за этого таблицу. Тут картина иная совершенно, однако влияние недостаточного тока покоя выражается в наличие 3-5 гармоник. Измерения проводились на 750 мА. Как завершу сборку - сделаю на 1,3А как того требует ТЗ. А 3 гармоника (хоть в лампе хоть в транзисторе) - это результат несогласованного элемента усиления с нагрузкой. Теория описана еще Войшвилло, в 1963 году "Усилители низкой частоты на электронных лампах".

 

[Динозавр]

Как завершу сборку - сделаю на 1,3А как того требует ТЗ

Сопротивление нагрузки,напряжение и ток в каскаде класса А жёстко связаны (по закону Ома))).

 

[Тимур Адамович]

Сопротивление нагрузки,напряжение и ток в каскаде класса А жёстко связаны (по закону Ома))).

Речь идёт о соответствии выходного сопротивления унч нагрузки и зависимости выходного сопротивления от тока. Зависимость классических худов и унч мной предлагаемого разная, по причине разного типа нагрузки выходного транзистора. Все это писалось мной с целью пояснить природу поражения не четных (в частности 3) гармоник, как продукта несоответствия с нагрузкой.

 

[Александр Бокарёв]

Речь идёт о соответствии выходного сопротивления унч нагрузки и зависимости выходного сопротивления от тока. Зависимость классических худов и унч мной предлагаемого разная, по причине разного типа нагрузки выходного транзистора. Все это писалось мной с целью пояснить природу поражения не четных (в частности 3) гармоник, как продукта несоответствия с нагрузкой.

По мне, проще сделать к 16-омному Худу согласующий автотрансформатор, чем выжимать из него токи и соки , пытаясь заставить работать на 4 Ома методом в лоб.
та же история с ламповыми УНЧ без выходника.

 

[Тимур Адамович]

в зип-архиве цепляется все

Прикрепил к первому сообщению архив с ПП. Ну сюда добавлю фото компоновки в корпусe.

 

[Марков Николай]

Выходное сопротивление усилителя составляет 0,008 Ом. Подтверждается и в модели и в натурных измерениях.

У идеального конденсатора 10000 мкФ после УМ с выходным ровно 0 Ом сопротивление 8 тысячных на частоте 2 кГц. На частоте 40 Гц один конденсатор даст 0,4 Ома.
Выходной каскад - ОЭ, нагружен на 6 Ом, Усиления по напряжению не густо, раз 200, + дифкаскад. Хватит ли глубины ООС для снижения выходного сопротивления каскада с ОЭ хотя бы до порядка Ома? Как Вы получили 8 тысячных, понятия не имею.

 

[Тимур Адамович]

На частоте 40 Гц один конденсатор даст 0,4 Ома.

Пересчитывать реактивное сопротивление в активное - ну это не про УНЧ охваченный ООС!
Теперь по Ку и глубине ООС. Глубина на частоте 1 кГц и ниже:

Глубина на частоте 20 кГц:

Глубина 55 дБ это снижение усиления примерно в 550 раз, дальше сами посчитаете?
При идеальном конденсаторе на частоте 40 Гц выходное сопротивление составит порядка 0,06 Ом.

 

[IgorE]

Прикрепил к первому сообщению архив с ПП. Ну сюда добавлю фото компоновки в корпусe.

Тимур.
Желательно все важные дополнения, фото основные, файлы итд итп вкладывать в первое сообщение.
И вам проще в процессе обсуждения будет и участнику обсуждения.
Темы часто разрастаются + "а поговорить" + дополнения в процессе....в конечном итоге "стой там иди сюда" получается. Время основное в в этом мире, зря терять не надо.

 

[Марков Николай]

Пересчитывать реактивное сопротивление в активное - ну это не про УНЧ охваченный ООС!

Согласен, но если Вы измеряли Rвых на 6 Ом резисторе в качестве нагрузки после конденсатора, то не могли получить миллиомы.

Теперь по Ку и глубине ООС. Глубина на частоте 1 кГц и ниже:
Посмотреть вложение 65378
Глубина на частоте 20 кГц:
Посмотреть вложение 65379
Глубина 55 дБ это снижение усиления примерно в 550 раз, дальше сами посчитаете?

Посчитал вручную по теоретически достижимым Кu каскадов, получил около 100 дБ на НЧ, глубина ООС 78дБ. Да, выходное может быть единицы мОм.
А нет, прощёлкал нагрузку 6 Ом. Тогда 90 дБ и 68 дБ, выходное порядка 1 сотой.

При идеальном конденсаторе на частоте 40 Гц выходное сопротивление составит порядка 0,06 Ом.

Мы говорим о разных выходных сопротивлениях, наверное.

 

[Динозавр]

Конденсатор не охвачен ООС. Это легко исправить, разделив цепь ООС (добавить после конденсатора).

 

[Динозавр]

Радиатор стоит неудачно (для естественного охлаждения) - подумайте о принудительной вентиляции.

 

[Сергей Русаков]

Радиатор стоит неудачно (для естественного охлаждения) - подумайте о принудительной вентиляции.

когда ребра радиатора горизонтально у меня были и грелось, сверлил кучу отверстий насквозь через все эти ребра

 

[Александр Бокарёв]

Прикрепил к первому сообщению архив с ПП. Ну сюда добавлю фото компоновки в корпусe.

Посмотреть вложение 65373

Во, а я ночи не спал, переживал, что радиатор неправильно ставить ребрами вдоль. В итоге попилил его на две части и укрепил как надо.
А тут люди ставят поперек обдува ,без переживаний.

 

[ALSS]

когда ребра радиатора горизонтально у меня были и грелось, сверлил кучу отверстий насквозь через все эти ребра

Если отверстия диаметром не меньше 6 мм, то вбить в них трубки алюминиевые с внутренним не меньше 4 мм - эффективность за счет тяги сильно увеличивается (прочитано в одном из последних при советской власти журналов Спецрадиоэлектроника или с каким-то похожим названием).

 

[борис]

Если отверстия диаметром не меньше 6 мм, то вбить в них трубки алюминиевые с внутренним не меньше 4 мм - эффективность за счет тяги сильно увеличивается (прочитано в одном из последних при советской власти журналов Спецрадиоэлектроника или с каким-то похожим названием).

Без принудительной продувки 4 мм?

 

[ALSS]

Без принудительной продувки 4 мм?

Именно - примерно с этого размера начинается естественная тяга (вот почему радиаторы для естественного охлаждения имеют межреберное расстояние не меньше 3 мм). Лучше больше, конечно...

 

[Динозавр]

отвечу на вопросы, если таковые возникнут.

1. Как вы поступили с земляными петлями?
2. Т8 (КТ961А) при токе коллектора 50 ма не перегружает дифкаскад? Можно попробовать китайский 2SD872 c h=300.
Чем обусловлен выбор номинала резистора R14=22 ом?
3. Выходной каскад по мотивам Худа-1996? Там R9=2,2k.
4. Последовательно с подстроечником R11 можно включить 1-3к (при 0 перестанет работать контур стабилизации тока покоя выходного каскада).
5. Регулятор фильтра защитить обратным диодом.

 

[Alex TV]

Если отверстия диаметром не меньше 6 мм, то вбить в них трубки алюминиевые с внутренним не меньше 4 мм - эффективность за счет тяги сильно увеличивается

истинно так.
.25" диаметр, не меньше.

 

[Александр Бокарёв]

Радиаторы народные импортные с радиорынка можно было и не пилить. Обыграть корпус вокруг торчмя стоящего радиатора по типу Квода 303-го. Его компоновка мне все больше нравится, места не отжирает, селедка.