Single Ended Solid State Class A Amplifier without Feedback
Дата: Sunday, July 27 @ 21:22:24 CEST
Тема: Полупроводникови Усилватели


Известна истина е, че конструирането на "безкомпромисно" звучащ полупроводников еднотактен усилвател в клас А без ООВ не е лека задача...


Известна истина е, че конструирането на "безкомпромисно" звучащ полупроводников еднотактен усилвател в клас А без ООВ не е лека задача.

Проблемът идва от това, че за разлика от лампите, където всичко се "случва" във вакуум (буквално между две тенекии), при транзисторите нещата са затруднени заради факта, че прокарвайки токоносителите през твърдо тяло, (което не е на 100% проводник!) няма как да избегнем факта, че процеса, (дори когато е униполярен) е свързан с неизбежна за полупроводниците рекомбинация на токоносител. Другият минус е, че при двустъпалната класическа схема ОЕ-ОЕ (общ емитер) или ОС-ОС (общ сорс), усилването на крайният транзистор се влияе от импеданса на товара, а той, както знаем е доста изменчива величина. Т.е. налага се използването на ООВ, дори най елементарият "Зен Лайт" на Нелсън Пас има такава.

Схемите в интернет, които нямат подобен недостатък по скоро имат пуш-пул, отколкото чисто еднотактна топология.

За мен един от класическите подходи за конструиране на такъв усилвател си остава двустъпалната схема без обратна връзка, където първото стъпало е по схема ОС а крайният транзистор работи като сорсов повторител, за да е много по-нечувствителен по отношение импеданса на говорителя.

Нелинейността на първото стъпало се изразява в това, че входният транзистор работи с по голяма стръмност за по-големи стойности на дрейновият си ток, или казано по друг начин, той има склонност да увеличава амплитудата за отрицателната полувълна (положителна по вход, усилвателят е инвертиращ).

Решението е да използваме транзистор, който има най малка склонност към подобни "своеволия", макар, че сорсовият повторител след него ще има "обратната склонност", т.е. при него нещата ще са с обратен знак. Един път създаден спектърът от хармоници няма как да бъде намален, няма какво да "извадим", използвайки същото нещо с обратен знак (става с използването на глобална обратна или прававръзка, но ние в случая нямаме такива)

Има още един съществен проблем при това схемно решение - дрейновият ток на входния транзистор е силно зависим от температурата, т.е. ако използваме директно куплиране на стъпалата без разделителен кондензатор, има опасност потенциала в изхода да "танцува" в диапазона 2-3V, което не е желателно предвид по-ранното ограничение по амплитуда за едната полувълна при мощности, близки до максимума. Използването на термостабилната точка от характеристиката на транзистора обикновено е затруднено от факта, че тя се намира при стойности на тока под 1мА, което пък е проблем заради намаляващият входен импеданс за високи честоти от сравнително големият входен капацитет (600-1500пФ) на следващото стъпало.

Посредством една "хитринка", която използвах преди години за входен буфер, захранван с двуполярно и с коефициент на усилване по напрежение, можем да увеличим стабилността по постоянен ток, като захраним сорса на входния транзистор с отрицателно напрежение, създавайки ОВ по постоянен ток, така падът на напрежение върху сорсовия резистор ще е много по голям, оттам температурната стабилност по постоянен ток се увеличава многократно, а байпас кондензатора елиминира тоя ефект за променлив ток.Или иначе казано, можем да "съгласуваме" температурните нестабилности на двете стъпала, така, че те двете да се елиминират взаимно.

С тримера на LM337 при пускане се донастройва потенциала в изхода, така че да е 1/2 от захранващото напрежение, като действието се прави още веднъж след 1/2-3/4 час, т.е. след като загрее усилвателя.

Крайното стъпало е класически сорсов повторител с генератор на ток в сорса, мисля, че всичко около него е пределно просто и ясно и е безсмислено да го коментираме.

И двата варианта на усилвателя могат да се експериментират, разликата е минимална и може да се предвиди при конструирането на печатната платка, така, че тя да става и за двете схеми. Може да се ползва по един трансформатор за канал, т.е. намотките за захранването на входното стъпало да са навити на тоя за крайното, както и да се предвидят сътветните отводи за различните напрежения за двата типа входни транзистори. Обърнете сериозно внимание на захранването!

Доброто захранване винаги означава и по-добър звук! И не се скъпете, усилвателят в никакъв случай не е нискобюджетен!

Посочените стойности на напрежението на изхода LM337 е за транзистори със сътветния максимален дрейнов ток, посочен конкретно за типа.

Условието двата входни да са еднакви в границите на 2-3% е належащо. Изходната мощност е около 8-10 вата за 4 ома, два пъти по малко за 8, като трябва да се намали началният ток за крайния на около 1.6А. Подходете много сериозно към охлаждането на крайните, разсейваната мощност никак не е малка! Препоръчвам използването на метални планки с по два болта за закрепването на крайните - така термичният контакт ще е по-добър. Имайте предвид, че на 2SK1058 средният извод е сорс а не дрейн! Разположете входното стъпало възможно най далеч от радиаторите на крайните, тях е най добре да монтирате от външната страна на кутията.

 


Вариант с 2SK246BL на Тошиба, двата са подбрани с ток около 7.5мА (7.3÷7.8):

 



 



 


Характеристики на транзистора:

 



 

 


Вариант с 2SK301R на Панасоник, двата са подбрани с ток около 10мА (9.6÷10.4):

 



 



 


Характеристики на транзистора:

 



 



 


Имайте предвид, че поради по-малкото съпротивление на канала на 2SK301R, чувствителността нараства, в случая входното ниво е 0.5V p-p (175mV eff), докато с 2SK246 е 1.25V p-p (440mV eff).

Може да се раздели резистора 1.2к на две - 200 ома и 1к и да се байпасне само единият килоом. (това вече е ОВ, макар и локална)

Така усилвателят ще работи с входно ниво около 1V p-p (350mV eff). 200-те ома ще се "прибавят" към съпротивлението на канала и ще "играят" за променлив ток. Отношението спрямо резистора в дрейна дава усилването.

И в двата случая е важно да знаем, че не можем да вкараме повече, отколкото физически е възможно.

При преднапрежение на гейта на 301 - 750мВ, максимума е 1,5V p-p, т.е. до Ugs=0V. Оттам нататък не е клас А, макар, че прехода става проводим при +0.4÷0.6V.

За нормалната работа на крайното стъпало @ full power е необходима амплитуда от около 25V p-p, като е добре да "разхождаме" входния транзистор колкото се може по малко, т.е. минималният му ток да не е много минимален и обратната зависимост за максималния.
По-малкият "отрязък" от кривата е по-близък до права линия :-)

Другият "плюс" е максималното работно напрежение на 301 - 55V. Това също "скъсява" кривата - 25V са по-малък процент от 55, в сравнение с 246, който обаче в случая работи без никаква локална обратна връзка.

Съветът ми е да пробвате и двата варианта и да изберете тоя, който е по-добър според вашите критерии.

Миналото лято отделих около седмица "занимания" за това схемно решение, като не съм правил по-задълбочени измервания на фазови характеристики и т.н., както спомена един ерудиран специалист със строго "измервателно-научно-академичен" подход към аудио схемотехниката е, че все пак АЗ НЕ СЪМ СПЕЦИАЛИСТ... (явно единственото, което все още мога е да конструирам (чисто аматьорски) добре свирещи усилватели.

А в тоя определено има сериозен потенциал...





Тази статия идва от bgaudio.org
http://www.bgaudio.org

URL на тази публикация е:
http://www.bgaudio.org/modules.php?name=News&file=article&sid=115