Інтерлавка | Рекомендації по збірці підсилювача Мосфіт

Наши партнеры ArtmMisto

Не дивлячись на примітивну схемотехнику даний підсилювач потужності має досить непогані характеристики, приємне звучання та в середині вісімдесятих був запетентован (інфа по номеру патентаі і автору загинула разом з жорстким диском - пардон). З тих пір елементна база змінилася досить сильно і схему вийшло спростити зберігши саму ідею і отримавши кращі характеристики без зниження надійності. Принципова схема підсилювача потужності з використання польових транзисторів в крайовому каскаді наведена на малюнку 1.

Малюнок 1 Підсилювач потужності МОСФІТ. Принципова схема ЗБІЛЬШИТИ

Підсилювач має 4 подмодіфікаціі, що відрізняються один від одного вихідною потужністю і може на навантаж 4 Ома видавати 100, 200, 300 і 400 Вт. Конструктивно підсилювач виконаний на друкованій платі, причому скільки ват видасть підсилювач залежить саме від довжини плати, оскільки плата виконана таким чином, що дозволяє змінювати кількість встановлюваних кінцевих транзисторів.
Даний підсилювач потужності має попередній буферний підсилювач напруги, виконаний на операційному підсилювачі TL071 і двукаскадний двотактний підсилювач потужності - саме потужності, оскільки проводиться посилення і по току і за напругою. Схемотехніка вихідного каскаду побудована таким чином, що по суті являє собою два незалежних підсилювача - для позитивної напівхвилі звукового сигналу (VT1 - драйвер, VT3, VT5, VT7, VT9 - оконечника) і для негативної напівхвилі (VT2 - драйвер, VT4, VT6, VT8 , VT10 - оконечника). Обидва підсилювача охоплені своїми місцевими негативними зворотними зв'язками: R13-R9 і R14-R10, від співвідношення номіналів цих резисторів і залежить коф посилення даного каскаду. В даному випадку він обраний таким чином, щоб отримати мінімальні спотворення в цьому каскаді і міняти номінали не рекомендується (R13 і R14 - краще не міняти, R9 і R10 можуть бути від 27 до 43 Ом, оптимально - 33 або 39 Ом). Оскільки останній каскад підсилювача працює в усилительном режимі, то входячи в режим насичення опір між виходом підсилювачем і джерелом харчування стає мнімальний можливим (0,2-0,5 Ома). Саме це дозволяє підсилювача по відношенню до традиційних підсилювачів з еміттерними повторителями на виході мати значно більший ККД, оскільки амплітуда вихідного сигналу практично від напруги харчування відрізняється на пару вольт на відміну від підсилювачів з еміттерними повторителями на виході (малюнок 2-а амплітуда вихідного сигналу даного підсилювача , 2-б - амплітуда підсилювача потужності VL ).

Малюнок 2-а

Малюнок 2-б

Крім місцевої негативного зворотного зв'язку (ООС) весь підсилювач охоплений інший гілкою ООС - R32-R2, від номіналів якої залежить коф посилення всього підсилювача. В даному випадку коф посилення при цих номіналах дорівнює Ku = R32 / (R2 + 1). При указананних на схемі номіналах коф посилення становить приблизно 48 раз або трохи більше 33 дБ, а рівень THD не перевищує 0,04% при вихідний потужності 300 Вт (4 пари кінцевих транзисторів і харчування ± 65 В).
Перелік необхідних для самостійної автоматизація виробництва блока живлення елементів зведений в таблицю:

C4, C3 = 2 x 470.0u х 25V
C9, C10 = 2 x 470.0ux 100V
C6, C7, C2 = 3 x 1.0u x63V
C5 = 1 x 100p
C1 = 1 x 680p
C8 = 1 x 0.1u
R1, R32 = 2 x 47k
R23, R22, R27, R26, R31, R30, R19, R18 = 8 x 5W 0.33
R20, R21, R24, R25, R28, R29, R15, R17 = 8 x 39
R13, R14 = 2 x 820
R9, R10 = 2 x 0.5W 33
R11, R12 = 2 x 0.5W 220
R7, R8 = 2 x 22k
R5, R6 = 2 x 2k
R3, R4 = 2 x 1W-2W 2.7k
R2 = 1 x 1k
R16 = 1 x 1W-2W 3.6
VD2, VD1 = 2 x 15V (стабілітрони на 1,3W)
VD3, VD4 = 2 x 1N4148
VT1 = 1 x BD139
VT2 = 1 x BD140
VT6, VT8, VT10, VT4 = 4 x IRFP240
VT5, VT7, VT9, VT3 = 4 x IRFP9240
X1 = 1 x TL071
X2 = 1 x 4.7k Підсилювач потужності на польових транзисторах МОСФІТ підсилювач на польових транзисторах для сабвуфера простий підсилювач потужності самостійна збірка підсилювача потужності на польових транзисторах

Креслення друкованої плати в форматі LAY можна скачати тут , Розташування деталей на платі показано на малюнку 3.

Малюнок 3 Розташування деталей на друкованій платі підсилювача потужності МОСФІТ ЗБІЛЬШИТИ
ВЗЯТИ В ФОРМАТІ LAY

Зовнішній вигляд зібраного варіанту підсилювача потужності на 400 Вт з польовими транзисторами IRFP240 і IRFP9240 показаний на малюнку 4.

Малюнок 4 Зовнішній вигляд підсилювача потужності МОСФІТ на 400 Вт

Як видно з фотографії кінцеві транзистори встановлені не зовсім традиційно - вони розгорнуті всередину плати і кріпляться до теплоотводу через наявні в платі відкрутитеся, діаметр яких дозволяє пропустити через них кріплення разом з головкою (гвинти або шурупи діаметром 3 мм). Така компjновка дозволила істотно скоротити розміри друкованої плати підсилювача.
З особливостей підсилювача так само слід зазначити, що фланці кінцевих транзисторів з'єднані між собою і виходом підсилювача, тому при використанні невеликих теплоотводов з примусовим охолодженням можна не використовувати діелектричні прокладки а ізолювати радіатор від корпусу. При використання теплоотводов з природною конвекцією повітря розміри тепловідведення вже становяться досить великими і подавати на них вихід підсилювача не рекомендується - занадто великі наведення він буде створювати, що при невдалому монтажі плат в корпусі може викликати порушення підсилювача навіть не дивлячись на його досить жорстку стійкість.

На малюнку 5 і 6 наведені карти напруг для варіанту підсилювача на 200 Вт при напрузі живлення підсилювача ± 45 В і двома парами кінцевих транзисторів і підсилювача на 400 Вт при напрузі живлення ± 65 В. Обидва варіанти навантажені на еквівалент акустичної системи (жовтий прямокутник) і використовують в якості джерела живлення не ідеальні джерела живлення, які мають своє власне опір.

Малюнок 5 Карта напруг підсилювача потужності на 200 Вт і харчуванні ± 45В

Малюнок 6 Карта напруг підсилювача потужності на 400 Вт і харчуванні ± 65В

Мабуть варто зауважити, що в моделі використовувалися транзистори IRF640-IRF9640, як найближчі аналоги IRFP240-IRFP9240, але з меншою потужністю рассеіваніея кристалом тепла, оскільки мають корпус ТО-220 проти ТО-247. Проте IRF640-IRF9640 в сіммуляторе повністю впоралися з покладеними на них завданнями, а так само можуть бути використані в підсилювачі в якості кінцевих транзисторів. Однак, при використанні корпусів ТО-220 не слід забувати, що вість одного корпусу ТО-220 не повинна перевищувати 60 Вт, на відміну від корпусу ТО-247 - до 100-120 Вт. Іншими словами - при використанні в якості кінцевих транзисторів IRF640-IRF9640 з підсилювача з чотирма парами знімати більше 240 Вт не рекомендується.
На малюнках 7 і 8 показані карти струмів, Потекаев через кожен елемент підсилювача в режимі спокою (вхідний сигнал відсутній).

Малюнок 7 Карта струмів підсилювача потужності при напрузі живлення ± 45 В.

Малюнок 8 Карта струмів підсилювача потужності при напрузі живлення ± 65 В.

Струм спокою оонечного каскаду слід виставляти в межах 30-40 мА - цього цілком достатньо для повного зникнення спотворень "сходинка" і технологічного запасу на підвищення напруги живлення. Мабуть про це варто сказати окремо:
Даний підсилювач не має ніяких токостабілізірующіх ланцюжків, отже при зміні напруги живлення будуть змінюватися і режими роботи кінцевого каскаду - при збільшенні харчування струм спокою буде збільшуватися, при зниженні - зменшуватися. Особливого значення це не має, якщо напруга мережі змінюється в межах 5% або для підсилювача використовується стабілізований блок живлення, але якщо напруга живлення мережі знизиться на 10%, що на перефирии трапляється досить часто, то на виході підсилювача вже гарантовано з'явиться сходинка, а якщо підвищиться на 10%, то струм спокою вже становитиме 0,45 а, а виділяється на кожному транзисторі потужність (при харчуванні ± 65 в + 10% і чотирьох парах оконечниками) складе близько 30 Вт, що в результаті викличе виділення тепла близько 200 Вт , причому це на холостому хо ду.
Саме з цієї причини рекомендується цей підсилювач використовувати в якості широкосмугового при не зміниться напрузі живлення, або в якості підсилювача для сабвуфера і установкою струму спокою в межах 15-20 мА. При зниженні харчування з'явилася "сходинку" низькочастотна динамічна головка просто не в змозі відтворити за рахунок інерційності дифузор, а при підвищенні струм спокою останеться в межах допустіпого і такого сильного розігріву тепловідведення не відбудеться.
Як термостабілізірующей елементів використовуються діоди VD3-VD4, які можуть бути встановлені як на радіатор, так і залишатися на друкованій платі - миттєвого розігрівання все одно не відбувається, тому швидкості розігріву плати, встановленої над радіатором цілком вистачає. На малюнку 8 показані струму, що протікають в каскадах при температурі 20 ° С, а на малюнку 9 - при температурі 60 ° С, тобто температура збільшилася в 3 рази.

Малюнок 8 Токи в каскадах підсилювача потужності при температурі 20 ° С

Малюнок 9 Токи в каскадах підсилювача потужності при температурі 60 ° С

Оскільки крайовий каскад підсилювача має свій власний коф посилення ДУЖЕ важливо забезпечити на вході цього каскаду напруга максимально пріблежонное до нуля, оскільки як видно з малюнків 5 і 6 постійна напруга на виході операційного підсилювача величиною в 13 мВ на виході підсилювача вже набуває величину в 66 мВ, тобто збільшується практично в 5 разів. Мікросхеми від різних виробників мають різний напруга постійної складової на виході підсилювача соответсвенно буде теж відрізнятися досить значно і якщо постійна напруга на виході підсилювача більше 0,05-0,08 В, то доведеться або шукати мікросхему іншого типу, або іншого виробника, причому не гарантія , що нова мікросхема буде за цими параметрами краща за ту, яка вже стоїть.
Тому варто звернутися в даташніку на TL071, в якому є принципова схема самого операційного підсилювача. Вивчивши внімаетльно опис стає зрозумілим, що виробник передбачив подібну ситуацію і цілком розумно вивів точки балансування на висновки мікросхеми (виводи 1 і 5 малюнка 10).

Малюнок 10 Принципова схема операційного підсилювача TL071

Підлаштування резистор краще вибрати багатооборотним і встановити його безпосередньо на корпус мікросхеми розпаяно висновки резистора на балансують висновки мікросхеми, а движок резистора з'єднати з мінусовим висновком харчування.
Думка про те, що постійна напруга може виникати через разбросов параметрів транзисторів драйверного каскаду не зовсім вірно. Підсилювач потужності охоплений досить хорошою ООС і посотянное напруга залишається не зміниться навіть при використанні не комплементарних пар в драйверного каскаді, а так само при відміну номаналов резисторів R9 і R10 на 10% щодо необхідних (R9 становив 36 Ом, а R10 - 30 Ом). У всіх експериментах тільки збільшувався рівень THD, але ні як не змінювалася величина постійної напруги на виході підсилювача.
Кілька слів про помилки монтажу:
З метою поліпшення читаності схем розглянемо підсилювач потужності з двома парами кінцевих польових транзисторів і харчуванні ± 45 В.
У якості першої помилки спробуємо "запаяти" стабілітрони VD1 і VD2 неправильної полярністю (правильне включення показано на малюнку 11). Карта напруг набуде вигляду, показаний на малюнку 12.

Малюнок 11 Цокольовка стабилитронов BZX84C15 (втім і на діодах цоколевка така ж).

Малюнок 12 Карта напруг підсилювача потужності при неправильному монтажі стабилитронов VD1 і VD2.

Дані стабілітрони потрібні для формування напруги живлення операційного підсилювача і обрані на 15 В виключно через те, що ця напруга є для даного операційного підсилювача оптимальним. Працездатність без втрати якості підсилювач зберігає і при використанні поруч стоять по лінійці номіналів - на 12 В, на 13 В, на 18 В (але не більше 18 В). При неправильному монтажі замість покладеного напруги харчування опреціонний підсилювач отримує лише напруга падіння на np перехід стаблітронов. Струм покаятися регулюється нормально, на виході підсилювача присутнє невелике постійна напруга, вихідний сигнал відсутній.
Так само можливий неправильний монтаж діодів VD3 і VD4. У цьому випадку струм спокою обмежується лише номіналами резисторів R5, R6 і може досягати критичної величини. Сигнал на виході підсилювача буде, але досить швидке нагрівання кінцевих транзисторів однозначно спричинить їх перегрів і вихід підсилювача з ладу. Карта напруг і струмів дляетого помилки показані на малюнку 13 і 14.

Малюнок 13 Карта напруг підсилювача при неправильному монтажі діодів термостабілізації.

Малюнок 14 Карта струмів підсилювача при неправильному монтажі діодів термостабілізації.

Наступною популярною помилкою монтажу може бути неправильний монтаж транзисторів передостаннього каскаду (драйверів). Карта напруг підсилювача в цьому випадку набуває вигляду, показаний на малюнку 15. У цьому випадку транзистори кінцевого Касада повністю закриті і на виході підсилювача спостерігається відсутність будь-яких ознак звуку, а рівень постійної напруги максимально наближений до нуля.

Малюнок 15 Карта напружень при неправильному монтажі транзисторів драйверного каскаду.

Далі найнебезпечніша помилка - поплутав місцями транзистори драйверного каскаду, причому цоколевка теж поплутав в слідстві чого додається до висновків транзисторів VT1 і VT2 є вірним і вони працюють в режимі емітерний повторювачів. У цьому випадку струм через крайовий каскад залежить від положення движка підлаштування резистора і може бути від 10 до 15 А, що в будь-якому випадку викличе перевантаження блоку живлення і швидкий розігрів кінцевих транзисторів. На малюнку 16 показані струми при середньому положенні підлаштування резистора.

Малюнок 16 Карта струмів при неправильному монтажі транзістров драйверного каскаду, цоколевка теж поплутав.

Запаяти "навпаки" виведення кінцевих польових транзисторів IRFP240 - IRFP9240 навряд чи вийде, а от поміняти їх місцями виходить досить часто. В цьому випадку встановлені в транзисторах діоди виходять в нелегкій ситуації - додається до них напруга має полярність відповідну їх мінімального опору, що викликає максимальне споживання від блоку живлення і як швидко вони вигорятимуть більше залежить від удачі ніж від законів фізики.
Фейверков на платі може статися ще з однієї причини - у продажу миготять стабілітрони на 1,3 Вт в корпусі такому ж як у діодів 1N4007, тому перед монтажем стабилитронов в плату, якщо вони в чорному корпусі варто уважніше ознайомитися з написами на корпусі. При монтажі замість стабілітронів діодів напруга живлення операційного підсилювача обмежена лише номіналами резисторів R3 і R4 і споживаним струмом самого операційного підсилювача. У будь-якому випадку вийшла величина напруги значно більше максимальної напруги живлення для даного ОУ, що має наслідком його вихід з ладу іноді з відстрілом частини корпусу самого ОУ, ну а далі можлива поява на його виході постійної напруги, близького в напрузі живлення підсилювача, що спричинить появу постійного напруги на виході самого підсилювача потужності. Як правило крайовий каскад в цьому випадку залишається працездатним.
Ну і на останок декілька слів про номіналах резисторів R3 і R4, які залежать від від напруги живлення підсилювача. 2,7 кОм є найбільш універсальним, проте при харчуванні підсилювача напругою ± 80 В (тільки на 8 Ом навантаження) дані резистори будуть розсіювати близько 1,5 Вт, тому його необхідно замінити на резистор 5,6 кОм або 6,2 кОм, що знизить виділяється теплову потужність до 0,7 Вт.

Даний підсилювач заслужено здобув своїх поклоников і почала набувати нові версії. Перш за все зміни зазнала ланцюжок формування напруги зсуву першого транзисторного каскаду. Крім цього в схему була введена захист від прегерузкі.
В результаті доопрацювань принципова схема підсилювача потужності з польовими транзисторами на виході придбала такий вигляд:

ЗБІЛЬШИТИ

Варіанти друкованої плати наведено в графічному форматі (необхідно масштабувати)

Зовнішній вигляд вийшла модифікації підсилювача потужності наведено на фотографіях нижче:

Залиш в Цю бочку меду плескануть ложку дьогтю ...
Справа в тому, что вікорістовувані в підсилювачі польові транзистори IRFP240 и IRFP9240 Припін випуск фірма розробник International Rectifier (IR), яка докладать более уваги до якості продукції, что віпускається. Основна проблема ціх транзісторів - смороду розробляліся для использование в джерелах живлення, но виявило Цілком прідатнімі для звукової підсілювальної апаратури. Підвіщена увага до якості віпускаміх компонентів з боку International Rectifier дозволяло НЕ віробляючі підбір транзісторів включать паралельно кілька транзісторів НЕ турбуючісь про Відмінності характеристик транзісторів - розкід НЕ перевіщував 2%, что Цілком прийнятною.
На сьогодні транзистори IRFP240 і IRFP9240 випускаються фірмою Vishay Siliconix, яка не так трепетно ​​ставиться до своєї продукції і параметри транзисторів стали придатними лише для джерел живлення - розкид "коф посилення" транзисторів однієї партії перевищує 15%. Це виключає паралельне включення без попереднього відбору, а кількість протестованих транзисторів для вибору 4 однакові перевалює кілька десятків примірників.
У зв'язку з цим перед складанням даного підсилювача насамперед слід з'ясувати якої фірми транзистори ви може дістати. Якщо в Ваших магазинах у продажу Vishay Siliconix, то настійно рекомендується відмовитися від складання даного підсилювача потужності - Ви ризикуєте досить серйозно витратитися і ні чого не добитися.
Однак і робота по розробці "ВЕРСІЇ 2" цього підсилювача потужності і відсутність пристойних і не дорогі польових транзисторів для вихідного каскаду змусили трохи поміркувати над майбутнім цієї схемотехніки. В результаті був змодельована "ВЕРСІЯ 3", що використовує замість польових транзисторів IRFP240 - IRFP9240 фірми Vishay Siliconix біполярну пару від TOSHIBA - 2SA1943 - 2SC5200, які на сьогодні ще цілком пристойної якості.
Принципова схема нового варіанту підсилювача увібрала доопрацювання "ВЕРСІЇ 2" і зазнала зміни в вихідному каскаді, дозволивши відмовитися від використання польових транзисторів. Принципова схема приведена нижче:

Принципова схема з використанням польових транзисторів як повторювачів ЗБІЛЬШИТИ

В даному варіанті польові транзистори збереглися, але вони використовуються в якості повторителей напруги, що істотно розвантажує драйверного каскад. У систему захисту введена невелика позитивна зв'язок, що дозволяє уникнути порушення підсилювача потужності на кордоні спрацьовування захисту.
Друкована плата в процесі розробки, орентіровочно результати реальних вимірі і працездатна друкована плата з'являться в кінці листопада, а поки можна запропонувати графік вимірювання THD, отриманий МІКРОКАП. Детальніше про цю програму можна почитати ТУТ .