Главная » Усилители
Призовой фонд
на ноябрь 2017 г.
1. Термометр Relsib WT51
Рэлсиб
2. 1000 руб
PCBWay
3. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник
4. 200 руб.
От пользователей

БезОООСный УНЧ с TND каскадом

Самая суть для разбирающихся практиков

Усилитель собран по принципу «двойное моно», схема одного канала показана на рис.1. Первый каскад на транзисторах VT1-VT4 – это усилитель напряжения с коэффициентом около 2,9 [1], второй каскад на VT5 – усилитель тока (эмиттерный повторитель). При входном напряжении 1 В выходная мощность около 0,5 Вт на нагрузке 16 Ом. Рабочий диапазон частот по уровню -1 dB примерно от 3 Гц до 250 кГц. Входное сопротивление усилителя – 6,5…7 кОм, выходное – 0,2 Ом.

Рис.1

Графики КНИ на частоте 1 кГц при выходной мощности 0,52 Вт и 0,15 Вт показаны на рис.2 и рис.3 (сигнал в звуковую карту подаётся через делитель «30:1»).

Рис.2

Рис.3

На рис.4 показан результат интермодуляционных искажений при измерении двумя тонами равного уровня (19 кГц и 20 кГц).

Рис.4

Усилитель собран в подходящем по размерам корпусе, взятом от другого усилителя. К цепям питания одного из каналов подключен блок управления вентиляторами (рис.5), контролирующий температуру одного из радиаторов выходных транзисторов (монтажная плата с навесным монтажом видна в центре на рисунке 6).

Рис.5

Рис.6

Оценка звучания на слух – «неплохо». Звук к колонкам не «привязан», панорама есть, но её «глубина» меньше, чем та, к которой привык. С чем это связанно, пока не выяснил, возможно (варианты с другими транзисторами, с изменением тока покоя выходных каскадов и поиском точек подключения входных/выходных «земель» были проверены).

Теперь для тех, кому интересно, немного об экспериментах

Эксперименты заняли достаточно долгое время и проводились немного хаотично – переходы с одного на другое делались по мере решения одних вопросов и появлению других, поэтому в схемах и измерениях могут быть заметны некоторые несовпадения. В схемах это отражается как нарушение нумерации элементов, а в измерениях - как изменение уровня шумов, наводок от сети 50 Гц, пульсаций 100 Гц и их продуктов (применялись разные блоки питания). Но в большинстве случаев замеры проводились несколько раз, поэтому неточности не должны быть особо значимыми.

Все эксперименты можно разбить на несколько. Первый был проведён для оценки принципиальной работоспособности TND каскада, следующие – для проверки таких характеристик, как нагрузочная способность, коэффициент усиления, зависимость линейности, работа с выходным каскадом.

Достаточно полную теоретическую информацию о работе TND каскада можно узнать из статей Г.Ф. Прищепова в журналах «Схемотехника» №9 2006 г. и «Радиохобби» №3 2010 г. (там примерно одинаковые тексты), поэтому здесь будет рассмотрено только его практическое применение.

Итак, первое – оценка принципиальной работоспособности

Сначала была собрана схема на транзисторах КТ315 с коэффициентом усиления около трёх (рис.7). При проверке оказалось, что с теми номиналами R3 и R4, что показаны на схеме, усилитель работает только с сигналами малого уровня, а при подаче 1 В происходит перегруз по входу (1 В – это уровень, который могут отдавать ПКД и звуковая карта компьютера, поэтому почти все измерения приведены к нему). На рисунке 8 на нижнем графике показан спектр выходного сигнала, на верхнем – входного и на нём видны искажения (КНИ должен быть около 0,002-0,006%). Глядя на графики и сравнивая уровни в каналах, надо учитывать, что выходной сигнал поступает в звуковую карту через делитель 10:1 (с входным сопротивлением около 30 кОм, резисторы R5 и R6 на рис.7) – ниже по тексту параметры делителя будут другими и об этом всегда будет указано).

Рис.7

Рис.8

Если считать, что появление искажений во входном сигнале говорит об изменении входного сопротивления каскада (что обычно вызвано неправильно выбранным режимом по постоянному току), то для работы с бОльшими входными сигналами следует увеличивать сопротивление R4 и, соответственно, для сохранения Кус равного трём, увеличивать R3.

После установки R3=3,3 кОм, R4=1,1 кОм, R1=90 кОм и повышения напряжения питания до 23В, удалось получить более-менее приемлемый значения КНИ (рис.9). Также выяснилось, что TND каскад «не любит» низкоомную нагрузку, т.е. чем больше будет сопротивление следующего каскада, тем меньше уровни гармоник и тем ближе к расчетному значению становится коэффициент усиления (ниже будет рассмотрен ещё один пример).

Рис.9

Затем усилитель был собран на печатной плате и к нему был подключен эмиттерный повторитель на составном транзисторе КТ829А (схема на рисунке 1). После установки транзистора и платы на радиатор (рис.10), усилитель был проверен при работе на нагрузку 8 Ом. На рисунке 11 видно, что сильно выросло значение КНИ, но это результат работы эмиттерного повторителя (сигнал со входа усилителя (верхний график) берётся в компьютер напрямую, а с выхода – через делитель 3:1 (нижний график)).

Рис.10

Рис.11

На рисунке12 показан график КНИ при входном сигнале 0,4 В:

Рис.12

После этого было проверено ещё два варианта повторителей – с составным транзистором из биполярных КТ602Б+КТ908А и с полевым IRF630A (ему потребовалось увеличение тока покоя за счёт установки на затворе +14,5В и уменьшения сопротивления R7 до 5 Ом при постоянном напряжении на нём 9,9 В (ток покоя около 1,98 А)). Лучшее, что получилось при входных напряжениях 1 В и 0,4 В, показано на рисунках 13 и 14 (КТ602Б+КТ908А), 15 и 16 (IRF630A):

Рис.13

Рис.14

Рис.15

Рис.16

После этих проверок схема вернулась к варианту с транзистором КТ829, был собран второй канал и после прослушки макета при питании от лабораторных источников, был собран усилитель, показанный на рисунке 6. Два или три дня ушло на отслушивание и мелкие доработки, но на звуке и характеристиках усилителя это почти не отразилось.

Оценка нагрузочной способности

Так как желание проверить каскад TND на «грузоподъемность» ещё не пропало, был собран новый макет на 4-х транзисторах в цепочке (рис.17). Напряжение питания +19 В, делитель на выходе каскада 30 кОмный «10:1», входной сигнал – 0,5 В, выходной – 1,75 В (коэффициент усиления равен 3,5, но если делитель отключить, то выходное напряжение получается около 1,98 В, что говорит об Кус=3,96):

Рис.17

Подбирая сопротивление резистора R1, можно получить некоторый минимальный КНИ и этот график при нагрузке 30 кОм показан на рисунке 18. Но если теперь последовательно резистору R5 установить ещё один такого же номинала (54 кОм), то гармоники получают вид, показанный на рисунке 19 – вторая гармоника вырастает примерно на 20 dB относительно основного тона и чтобы её вернуть к низкому значению, нужно опять изменить сопротивление R1. Это косвенно указывает на то, что для получения максимально стабильных значений КНИ питание каскада должно быть стабилизировано. Проверяется просто – изменение напряжения питания примерно также меняет вид гармоникового «хвоста».

Рис.18

Рис.19

Так, хорошо, это каскад работает с 0,5 В на входе. Теперь надо бы проверить его при 1 В и, допустим, с коэффициентом усиления «5».

Оценка коэффициента усиления

Каскад собран на транзисторах КТ315, напряжение питания +34,5 В (рис.20). Чтобы получить Кус=5, были поставлены резисторы R3 и R4 номиналами 8,38 кОм и 1,62 кОм. На нагрузке в виде резисторного делителя «10:1» с входным сопротивлением около 160 кОм выходное напряжение получилось около 4,6 В.

Рис.20

На рисунке 21 видно, что КНИ менее 0,016%. Большой уровень помехи 50 Гц и других кратных выше по частоте – это плохая фильтрация питания (работает на пределе).

Рис.21

К этому каскаду был подключен повторитель на КП303+КТ829 (рис.22) и затем сняты характеристики всего усилителя при работе на нагрузку 8 Ом (рис.23). Напряжение питания 26,9 В, коэффициент усиления около 4,5 (4,5 В переменки на выходе на нагрузке 8 Ом – это примерно 2,5 Вт). При настройке повторителя на минимальный уровень КНИ пришлось изменить напряжение смещения TND каскада, но так как уровень его искажений намного меньше, чем повторителя, то на слух это никак не отразилось – были собраны два канала и отслушаны в макетном варианте. Разницы в звучании с описанным выше полуваттным вариантом усилителя не замечено, но так как усиление нового варианта было избыточно, а тепла он выделяет больше, то схема была разобрана.

Рис.22

Рис.23

При регулировке напряжения смещения TND каскада можно найти такое положение, что гармониковый «хвост» имеет более ровный спад, но становится длинней и при этом уровень второй гармоники вырастает на 6-10 dB (общий КНИ становится около 0,8-0,9%).

При таком большом КНИ повторителя изменением номинала резистора R3 можно смело менять коэффициент усиления первого каскада как в большую, так и в меньшую сторону.

Проверка каскада с бОльшим током покоя

Схема была собрана на транзисторной сборке КТС613Б. Ток покоя каскада 3,6 мА - это самый большой из всех проверенных вариантов. Выходное напряжение на резисторном делителе 30 кОм получился 2,69В, КНИ при этом около 0,008% ((рис.25). Это примерно в три раза меньше, чем показано на рисунке 9 при проверке каскада на КТ315 (с таким же коэффициентом усиления и приблизительно с таким же напряжением питания). Но так как ещё одну такую же транзисторную сборку найти не удалось, второй канал не собирался и усилитель, соответственно, не слушался.

Рис.24

Рис.25

При увеличении сопротивления R5 в два раза и без подстройки напряжения смещения КНИ становится около 0,01% (рис.26). Можно сказать, что вид «хвоста» меняется незначительно.

Рис.26

Попытка оценки полосы рабочих частот

Сначала проверялся макет, собранный на транзисторной сборке. При использовании генератора ГЗ-118 с полосой выдаваемых частот от 5 Гц до 210 кГц «завалов на краях» не было обнаружено .

Затем проверялся уже собранный полуваттный усилитель. Он ослабил сигнал частотой 210 кГц примерно на 0,5 dB (при этом на 180 кГц изменений не было).

Нижнюю границу оценить было нечем, по крайней мере, не удалось увидеть разницу между входным и выходным сигналами при запуске свип-генератора программы SpectraPLUS , начиная с частот 5 Гц. Поэтому можно считать, что она ограничивается ёмкостью разделительного конденсатора С1, входным сопротивлением TND каскада, а также ёмкостью «выходного» конденсатора С7 и сопротивлением нагрузки усилителя – примерный расчет в программе RFSim99 показывает -1 dB на частоте 2,6 Гц и -3 dB на частоте 1,4 Гц (рис.27).

Рис.27

Так как входное сопротивление TND каскада достаточно низкое, то регулятор громкости следует выбирать не более 22...33 кОм.

Заменой выходного каскада может быть любой повторитель (усилитель тока), обладающий достаточно большим входным сопротивлением.

В приложении к тексту находятся файлы двух вариантов печатных плат в формате программы Sprint-Layout 5 версии (рисунок при изготовлении плат по Лазерно-утюжной технологии надо «зеркалить»).

Послесловие

Спустя несколько дней увеличил питание каналов на 3 В, заменил 25-тивольтовые электролитические конденсаторы на 35-тивольтовые и подстроил напряжения смещения первых каскадов на минимум КНИ. Токи покоя выходных каскадов стали около 1,27 А, значения КНИ и ИМД при 0,52 Вт выходной мощности уменьшились до 0,028% и 0,017% (рис.28 и 29). На графиках видно, что увеличились пульсации 50 Гц и 100 Гц, но на слух их не слышно.

Рис.28

Рис.29

Литература:
1. Г. Прищепов, «Линейные широкополосные TND-усилители и повторители», журнал «Схемотехника» №9, 2006 г.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Рисунок №1, детали на один канал
VT1...VT4 Биполярный транзистор
PMSS3904
4 Поиск в LCSCВ блокнот
VT5 Биполярный транзистор
КТ829А
1 Поиск в LCSCВ блокнот
VD1...VD4 Диод
КД2999В
4 Поиск в LCSCВ блокнот
R1 Резистор
91 кОм
1 smd 0805, точный номинал подбирать при настройкеПоиск в LCSCВ блокнот
R2 Резистор
15 кОм
1 smd 0805Поиск в LCSCВ блокнот
R3 Резистор
3.3 кОм
1 smd 0805Поиск в LCSCВ блокнот
R4 Резистор
1.1 кОм
1 smd 0805Поиск в LCSCВ блокнот
R5, R6 Резистор
22 Ом
2 smd 0805Поиск в LCSCВ блокнот
R7 Резистор
12 Ом
1 набрать из ПЭВ-10Поиск в LCSCВ блокнот
R8, R9 Резистор
1 Ом
2 МЛТ-1Поиск в LCSCВ блокнот
R10 Резистор
1.5 кОм
1 МЛТ-1Поиск в LCSCВ блокнот
C1 Электролитический конденсатор10 мкФ. 16 В3 SMD исполнение, 3 в параллельном включенииПоиск в LCSCВ блокнот
C2, C4 Конденсатор0.1 мкФ2 плёночныйПоиск в LCSCВ блокнот
C3 Электролитический конденсатор3300 мкФ. 25 В1 Поиск в LCSCВ блокнот
C5 Конденсатор1.0 мкФ1 плёночныйПоиск в LCSCВ блокнот
C6 Электролитический конденсатор22000 мкФ. 35 В1 Поиск в LCSCВ блокнот
C7, C9 Электролитический конденсатор10000 мкФ. 35 В2 Поиск в LCSCВ блокнот
C8 Конденсатор2.2 мкФ1 плёночныйПоиск в LCSCВ блокнот
C10 Конденсатор0.22 мкФ1 плёночныйПоиск в LCSCВ блокнот
Tr1 Трансформатор220 В/18 В1 Поиск в LCSCВ блокнот
S1 Переключатель сетевойB127B1 Поиск в LCSCВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (16) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
Shida #
Интересно, и куда же можно применить данный усилитель?
Ответить
0
murzik #
Полагаю, для прослушивания музыки
Ответить
0
BARS_ #
C 0.5Вт мощности?
Ответить
0
Smelter2 #
Для наушников - нормально
Ответить
0
BARS_ #
Для наушников и получше схемы есть. Как минимум без электролитов по выходу.
Отредактирован 15.11.2017 22:59
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
На наличие «электролита» в тракте я бы не «заморачивался» - ведь никого не пугает то, что весь переменный ток, потребляемый усилителем замыкается через электролитические конденсаторы, стоящие в блоке питания. Ну, и в чём разница между этими конденсаторами?
Ответить
0
BARS_ #
Это слегка разные электролиты. И к выходному требования гораздо выше
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
Ну, я не считаю работу этих конденсаторов "особо" разной - подпорка постоянным потенциалом есть и там и там, импульсные токи тоже.
Ответить
0
Shida #
Не понятно для чего в схеме транзисторы VT1, VT2, VT3? На их месте точно так же будут работать диоды. Автору либо транзисторы некуда девать, либо напряжёнка с диодами...Схема деревянная, сумасшедший ток покоя выходного каскада, VT5 постоянно работает в тяжелом тепловом режиме.Также непонятно, для чего нужны два резистора по питанию R8 и R9 по 1 Ом? Если в качестве сглаживания пульсаций переменного тока, тогда достаточно поставить на верх 1шт 2 Ом, нижний резистор убрать, а минус диодного моста и минус конденсатора С9 нужно соединить с общим проводом. На выходе С7 запараллелен с С8 для чего? Достаточно одного электролита и ёмкость 10000 - это чересчур
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
Усилитель предназначен для работы с акустикой большой чувствительности, когда для нормально прослушивания в обыкновенной жилой комнате достаточно мощности 0,1 Вт (т.е., 0,5 Вт – это взято с многократным запасом).
Если нужна большая выходная мощность – увеличиваем Кус TND каскада и «цепляем» к нему любой подходящий усилитель тока (в тексте же есть пример с 2,5 Вт на 8 Ом).
Транзисторы VT1, VT2, VT3 можно заменить диодами. А выбор транзисторов основан на том, что они имеют идентичные с VT1 характеристики.
Резисторы R8 и R9 – это «отвязка» силовой земли выпрямителя от сигнальной (и он же фильтр для ВЧ помех). Их можно не ставить, но тогда нужно следить за правильным соединением «земель» нескольких источников и усилителя.

Здесь ещё где-то были комментарии Smelter2, где он правильно пишет – это усилитель с замашками на Hi-End и здесь нет задачи сэкономить на электроэнергии, на тепловыделении или ещё на чём-то. Здесь, скорее, экономия на минимальном количестве элементов в тракте. Можно, конечно, ещё сократить количество деталей, но при использовании только каскада усилителя тока иногда не хватает громкости при прослушивании «тихих» дисков с ПКД.
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
Строку про выбор транзисторов следует читать как "А выбор транзисторов основан на том, что они имеют идентичные с VT4 характеристики."
Ответить
0
Евгений #
Собственно, не ясно зачем здесь 1) делитель 2) транзисторы в цепи коллектора 3) невероятные емкости 4)кп303 в паре с составным транзистором. Не ясно, куда это чудо возможно использовать и зачем. Классическая схема из прошлого на трех-пяти транзисторах даст результат куда более лучший как по качеству, так и по КПД.
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
Делители - это, наверное, те, с которых "выходной сигнал поступает в звуковую карту через делитель 10:1 (с входным сопротивлением около 30 кОм, резисторы R5 и R6 на рис.7"? Они стоят только для того, чтобы имитировать нагрузку каскаду и подавать сигнал в звуковую карту.
Про то, зачем транзисторы в цепи коллектора, читайте в приведённой в конце текста литературе.
Про невероятные ёмкости не понятно. Где? Если по питанию, то это не "невероятные" - это, можно сказать, минимальный набор. Они не только фильтруют пульсации 100 Гц, но и обеспечивают низкое внутреннее сопротивление источника питания по переменному току.
Установка полевого транзистора - это один из вариантов проверки работы TND-каскада на высоомную нагрузку.
Ответить
0
BARS_ #
Усилитель предназначен для работы с акустикой большой чувствительности, когда для нормально прослушивания в обыкновенной жилой комнате достаточно мощности 0,1 Вт (т.е., 0,5 Вт – это взято с многократным запасом).
Это ж какая чуйка нужна? За 100 дБ?
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
Нет, думаю, что около 92-93 dB (4А28У в оформлении TQWP) - просто комната небольшая и треугольник "колонки-слушатель" имеет стороны около 1,7 метра.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

200 Вт усилитель класса D на IRS2092
200 Вт усилитель класса D на IRS2092
Discovery V8 Набор для сборки - LED лампа
вверх