Реклама ⓘ
Главная » Усилители
Призовой фонд
на май 2024 г.
1. 1000 руб
Сайт Паяльник
2. 50 руб.
От пользователей

Похожие статьи:


Реклама ⓘ

Простой транзисторный усилитель OSIRIS

Идея

Данная конструкция была разработана с целью создания максимально простого, недорогого и качественного усилителя, который бы обеспечивал высокие показатели и не уступал усилителям на микросхемах типа TDA/LM или транзисторным УМЗЧ аналогичной сложности.

После изучения различных простых усилителей, представленных в сети, было обнаружено, что простые решения, как правило, имеют посредственные характеристики и содержат множество компромиссов. При этом несмотря на то, что они выполнены по трехкаскадной схемотехнике Линна и содержат бОльшее количество каскадов, чем усилитель, представленный в данной статье, глубина их обратной связи может быть ниже, а уровень искажений выше.

Автор принял решение пойти другим путем и добиться улучшения параметров без увеличения количества каскадов усиления, оптимизируя двухкаскадную топологию. Схема полученная в результате вышла простой, но при этом позволила превзойти многие трехкаскадные усилители аналогичной сложности.

Основополагающими идеями при проектировании усилителя были следующие:

  • Простая схема;
  • Высокие качественные характеристики;
  • Отсутствие необходимости в защите АС;
  • Однополярное питание;
  • Дешевые и доступные компоненты;
  • Компактная односторонняя ПП.

Принципиальная схема 

Shem

Усилитель состоит из двух каскадов и структурно представляет собой схему Линна 1956года.

Входной каскад является каскадом усиления напряжения, он выполнен на транзисторах VT3, VT4 по каскодной схеме, что позволяет увеличить полосу усиления данного каскада. Нагрузкой для усилителя напряжения выступает источник тока на транзисторе VT1 и выходной каскад усилителя. Благодаря работе на источник тока усиление входного каскада до первого полюса составляет 92 дБ, что является хорошим результатом и позволяет ввести обратную связь достаточной глубины.

Выходной каскад представляет собой классическую тройку повторителей выполненную на транзисторах VT5...VT10, именно применение тройки, что нетипично для простых усилителей, позволяет использовать весь потенциал усилителя напряжения и максимально сохранить его усиление.

Узел смещения выходного каскада представляет собой умножитель напряжение б-э, и выполнен на транзисторе VT2, он формирует смещение для транзисторов VT7...VT10 и находится с ними на одном радиаторе. Последовательно с ним установлены диоды VD1, VD2 для смещения транзисторов VT5, VT6, что позволяет избежать перекомпенсации в следствии того, что данные транзисторы не имеют контакта с радиатором.

Обратная связь. Усилитель содержит две петли обратной связи, это позволяет охватить обратной связью выходной конденсатор, таким образом исправляя искажения возникающие в нем. Первая ветка обратной связи сформирована делителем R10, R16, R19. В качестве R19 установлен переменный резистор, для настройки режима усилителя по постоянному току. Вторая ветка ОС определяет усиление и сформирована делителем R1, R2, R17.

Коррекция усилителя по ВЧ выполнена двумя конденсаторами, конденсатор С5 представляет собой коррекцию на запаздывание и конденсатор С10 представляет собою коррекцию на опережение. 

Технические характеристики

Характеристики будут указаны на основании компьютерного моделирования схемы.

  • Напряжение питания: 16 В...56 В;
  • Чувствительность: 1 В (RMS);
  • Входное сопротивление: 2 кОм;
  • Полоса пропускания -3 db: 10 Гц - 300 кГц;
  • Выходная мощность: 60(30)Вт (При напряжении питания 50 В, на 4 Ом (8 Ом));
  • Скорость нарастания выходного сигнала: 25 В/мкС;
  • Глубина обратной связи: 64 дБ/1 кГц, 48 дБ/20 кГц;
  • Диапазон допустимой нагрузки усилителя: 2 Ом...8 Ом (2 Ом при питании не более 40 В).

Коэффициент нелинейных искажений (60 Вт 4 Ом):

  • На частоте 1 кГц: 0.002%;
  • На частоте 10 кГц: 0.01%.

Коэффициент нелинейных искажений (30 Вт 8 Ом):

  • На частоте 1 кГц: 0.001%;
  • На частоте 20 кГц: 0.008%.

Частотные характеристики

ЛАЧХ и ЛФЧХ в петле обратной связи: 

lach

На данном графике можно увидеть частоту единичного усиления (3.5 МГц), запас устойчивости по фазе(78°) и глубину ООС (48 дБ) на краю звукового диапазона.

ЛАЧХ замкнутого усилителя:

lachz

На данном графике можно увидеть ровную ЛАЧХ на всем звуковом диапазоне, а так же отсутствие каких либо выбросов или всплесков.

Осциллограммы

Была снята реакция на меандр 1 кГц, 20 кГц (с ФНЧ на входе), синусоида 1 кГц и ограничение синусоиды в клипе.

Меандр, частота 1 кГц:

mea1

Меандр, частота 20 кГц:

mea20

Синусоида, частота 1 кГц:

sin1

Синусоида, клип (питание 45 В):

sinclip

Компоненты

Перед запайкой элементов необходимо проверить каждый элемент на работоспособность и соответствие номиналу. 

Резисторы

Резисторы R20, R21  необходимо применить металлопленочные мощностью 2 Вт;

rez

Резисторы R4, R19 подстроечные типа 3296;

pot

Резистор R22 необходим мощностью 0.5-1 Вт, на печатной плате установлен резистор 10 Ом типоразмера 2010;

Остальные резисторы 0.25 Вт, на плате применены резисторы типоразмера 1206.

smdres

Конденсаторы

Конденсаторы С2, С4, С8, C9, С15, С16 электролитические полярные, использовать на указанное в схеме напряжение или выше;

samwh

Остальные конденсаторы применены керамические типоразмера 1206. В случае отсутствия номинала допустимо спаривание нескольких элементов последовательно или параллельно для получения нужной ёмкости.

cap1

Диоды и светодиоды

Диод VD1, VD2 типа LL4148 или аналогичный;

diod

Диод VD3 типа 1N4007 или аналогичный;

4007

Светодиоды LD1, LD2 обычные красные на напряжение 1.7-2 В, на плате применены SMD типоразмера 1206.

led

Транзисторы

Транзисторы VT1, VT3...VT6 установлены 2N5551 (MMBT5551);

5551

Транзисторы VT2, VT7, VT8 установлены BD139/ BD140 (могут быть заменены на КТ814/ КТ815);

bd139

Транзисторы VT9, VT10 установлены BD911/ BD912 (могут быть заменены на любые 3 МГц транзисторы с Uкэ более 60 В, например: (TIP41C/ TIP42C, TIP35C/ TIP36C, MJE3055T/ MJE2955T, КТ819/ KT818 (c учетом распиновки и корпуса))

bd911

Печатная плата

Плата усилителя выполнена односторонней, для удобства домашнего изготовления. В архиве содержится готовый гербер, который можно без каких-либо изменений отправлять на завод для изготовления печатной платы. Для скачивания так же доступна версия платы под выходные транзисторы КТ818/ КТ819, так как они отличаются расположением выводов и под транзисторы TIP35C/ TIP36C в корпусе TO-247. Пользователем Андрей Сажин так же была разработана печатная плата под выводные комплектующие( без SMD ).

Габариты авторской платы составили 55 мм*49 мм. Все провода подключаются с помощью клемм, для питания и подключения АС использованы ножевые клеммы 6,3 мм, для подключения источника сигнала использована винтовая двухполюсная клемма с шагом 3.5 мм.

Вид платы в редакторе:

top

bot

Печатная плата предложенная Андреем Сажиным:

aslay

Рекомендации по сборке

В этом разделе статьи хочется дать общие рекомендации по сборке УМЗЧ, при выполнении которых усилитель запускается и работает сразу.

  • Используйте только проверенные радиокомпоненты, каждую деталь перед пайкой в плату следует проверить на работоспособность и соответствие номиналу, в независимости от того применяются новые детали или б/у. Отдельное внимание хочется обратить на конденсаторы коррекции, так как на своем корпусе они не имеют маркировки;
  • Устанавливайте компоненты номиналом согласно схемы, самопроизвольная замена номиналов элементов недопустима;
  • Не рекомендуется применять проволочные резисторы;
  • Рабочие напряжения конденсаторов могут быть выше указанных на схеме;
  • Допускается применение тех типов транзисторов, что указаны на схеме или возможные замены указанные в перечне элементов;
  • Перед установкой транзисторов необходимо убедиться в их работоспособности и соответствии их параметров документации;
  • Транзисторы VT2, VT7 - VT10 должны быть установлены на один теплоотвод через теплопроводящие изоляторы, после закрепления их на радиатор следует убедиться в отсутствии контакта между радиатором и коллектором каждого из этих транзисторов;
  • Рекомендуемая площадь радиатора для выходных транзисторов не менее 500 см^2 при пассивном охлаждении;
  • При установке подстроечного резистора R4 в плату (типа 3296W), его сопротивление должно быть максимально.

Фото собранного устройства

pho

photo

Первый запуск и настройка усилителя

После запайки всех компонентов на печатную плату необходимо смыть остатки флюса и внимательно осмотреть печатную плату проверив отсутствие замыкания случайно оставшейся каплей припоя. Проверить все ли компоненты установлены верно (направления диодов, полярность конденсаторов, тип транзисторов (пнп/нпн)) и их ориентация в пространстве. Если все в порядке, можно подключать блок питания, первый запуск следует проводить включив лампу накаливания последовательно первичной обмотке трансформатора. При включении лампа должна кратковременно загореться и потухнуть.

Далее необходимо настроить постоянное напряжение в точке "А" (+ контакт С16) с помощью подстроечного резистора R19 оно должно составлять половину питающего напряжения, для точной настройки при наличии осциллографа резистор R19 настраивается для симметричного ограничения сигнала в клипе. После можно приступить к настройке тока покоя. Замкнув вход усилителя необходимо подстроечным резистором R4 добиться падения напряжения между эмиттерами VT9, VT10 в диапазоне от 10мВ, до 20мВ, что будет соответствовать току покоя от 50мА до 100мА.

Далее можно подключить АС и подать сигнал на вход усилителя, если все предыдущие пункты не вызвали проблем усилитель будет работать, теперь можно убрать лампу из первичной обмотки трансформатора и наслаждаться прослушиванием.

P.S. Внизу прикреплен гербер файл для изготовления плат на производстве, а так же .lay файл для самостоятельного изготовления печатной платы.
Хочу поблагодарить за предоставленные фото и осциллограммы пользователя Vadim Krohin, за представленную печатную плату под выводные компоненты хочу поблагодарить пользователя Andrey Sazhin.
С уважением, Алексей Рослик (Alex Ground).

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Резисторы
R22 Резистор
10 Ом
1 2010Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R14, R15 Резистор
10 Ом
2 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R11, R12, R18 Резистор
100 Ом
3 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R9 Резистор
330 Ом
1 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R1, R2, R6, R8, R13 Резистор
1 кОм
5 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R3, R5, R10 Резистор
4.7 кОм
4 1206 (R3= 4.7k+4.7k)Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R16, R23 Резистор
10 кОм
2 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R7, R17 Резистор
33 кОм
2 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R20, R21 Резистор
0.1 Ом
2 THT 2 ВтПоиск в магазине ОтронВ блокнот
R4 Подстроечный резистор500 Ом1 3296Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R19 Подстроечный резистор50 кОм1 3296Поиск в магазине ОтронВ блокнот
 
Конденсаторы
С10 Конденсатор6.8 пФ2 1206 (2 последовательно)Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С5 Конденсатор33 пФ1 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С3 Конденсатор1 нФ1 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С1,С6 Конденсатор100 нФ2 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С13,С14 Конденсатор220 нФ4 1206 (2 последовательно)Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C2 Электролитический конденсатор10мкФ 16В1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C4 Электролитический конденсатор100мкФ 63В1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C9 Электролитический конденсатор100мкФ 10В1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C8 Электролитический конденсатор470мкФ 10В1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C15 Электролитический конденсатор1000мкФ 63В1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C16 Электролитический конденсатор4700мкФ 35В1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
 
Диоды
VD1, VD2 Выпрямительный диод
LL4148
2 SOD-80Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VD3 Диод1N40071 SMAПоиск в магазине ОтронВ блокнот
LD1, LD2 СветодиодRED2 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
 
Транзисторы
VT3, VT4, VT5 Биполярный транзистор
MMBT5551
3 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VT1, VT6 Биполярный транзистор
MMBT5401
2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VT7 Биполярный транзистор
BD139
1 (КТ815)Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VT2 Биполярный транзистор
BD140
2 (КТ814)Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VT9 Биполярный транзистор
BD911
1 (TIP41C,TIP35C,MJE3055T,КТ819)Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VT10 Биполярный транзистор
BD912
1 (TIP42C,TIP36C,MJE2955T,KT818)Поиск в магазине ОтронВ блокнот
 
Клеммы
Клемма6.3мм4 ножевая в платуПоиск в магазине ОтронВ блокнот
КлеммникCY350V-3.5-02P1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: Изменена: 20.05.2023 0 4
Я собрал 1 3
x

Оценить статью

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

Средний балл статьи: 5 Проголосовало: 3 чел.

Комментарии (23) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
+2
D_Skiy #
Поздравляю с очередной публикацией! Хорошая работа!
Ответить
0

[Автор]
AlexGround #
Спасибо!
Ответить
0
Shida #
Можно выходники поставить четыре штуки по паре в параллель КТ816 + КТ816 и КТ817 + КТ817 ?
Отредактирован 30.05.2023 20:54
Ответить
0

[Автор]
AlexGround #
Можно, но питание не выше 40в при 4Ом нагрузке
Ответить
0
vlad-kompozit #
Очень сомнительная схема. Как получилось усиление с разомкнутой петлёй обратной связи 92 дБ на одном каскаде (каскоде) с динамической нагрузкой? По личному опыту знаю, что максимально возможное усиление напряжения одного каскада составляет 40, ну, 50 дБ максимум.
Ответить
0

[Автор]
AlexGround #
Вы ошибаетесь, даже на лампе на одном каскаде получал 62дБ в железе(на петоде с вольтдобавкой в нагрузке). На биполярном транзисторе с каскодом и нагрузкой на ГСТ действительно выходит до 90дБ разомкнутое усиление до первого полюса.
Особенно этому способствует очень высокое входное сопротивление со стороны ВК тройки.
Ответить
0
vlad-kompozit #
Фантастика. Измерения проводили? Вот уже более 30 лет конструирую разную аппаратуру, а такое чудо первый раз встречаю. Лучшие западные конструкции в дифференциальном каскаде дают всего лишь 60 дБ усиления с зеркалами тока и ГСТ. Поделитесь секретом.
Ответить
0
vlad-kompozit #
Как я понимаю, усиление схемы определяется резисторами цепи ООС по переменному току R17 и R7. Согласно теории Kу=R17/R7+1=33/33+1=2 раза. Что-то в схеме явно не так!
Ответить
0
vlad-kompozit #
Прошу прощения, не те резисторы в ООС задают общее усиление. Для параллельной обратной связи (в данной схеме) Ku=Rос/Rист=R17/(R1+R2+Rист)=33/(1+1+?), т.е. равно и менее 16,5раз.
Отредактирован 18.06.2023 17:28
Ответить
0
vlad-kompozit #
Схема с параллельной ООС имеет низкое входное сопротивление, что явно не лучшим образом скажется на источнике сигнала. К тому же коэффициент усиления зависит от внутреннего сопротивления источника. Чтобы исключить влияние Rист прошлось вводить R1 и R2 =2к. Эти резисторы сильно снижают отношение сигнал/шум. Считаю схему крайне неудачной. Её можно предложить новичкам в качестве учебно-тренировочной.
Ответить
0

[Автор]
AlexGround #
Это оконечный усилитель мощности, он имеет низкое входное сопротивление и может нормально работать от многих современных источников (выход для наушников которых рассчитан для работы на 32 Ом, и входное сопротивление в 2кОм их не "пугает". При работе от высокоомного источника перед усилителем мощности необходимо поставить буфер. С этой задачей легко справиться одиночный повторитель на ОУ или несколько транзисторов
Ответить
0
vlad-kompozit #
Промоделировал вашу схему, действительно, симулятор показал усиление 90-94 дБ без ООС. Режим по постоянному току не получилось выставить согласно указанным номиналам резисторов. Половина напряжения на выходе УНЧ упорно не устанавливалась. Пришлось снизить R7 до 1к. Смущает очень низкое входное сопротивление усилителя в 2к. Каково назначение VD3?
Ответить
0

[Автор]
AlexGround #
При указанных номиналах настройка усилителя возможна во всем диапазоне рекомендуемых питающих напряжений.
Изложите свои вопросы на форуме(ссылка в первом комментарии), я вам пришлю и модель усилителя, и смогу в нормальном виде прилагать картинки к своим ответам при необходимости.
Ответить
0
vlad-kompozit #
Спасибо за пояснения, в принципе разобрался с данной схемой, похожую собирал ещё в 80-х годах, когда был СССР будучи школьником только без каскода. Проблема такой схемотехники плохая термостабилизация, дрейф нуля (половина выходного напряжения), а также токовый вход, низкое входное сопротивление. Одного каскада усиления явно недостаточно чтобы получить хорошие параметры. Симулятору верить на 100% нельзя, только полноценные измерения нужны. В журналах радио публиковались похожие схемы Акулиничева, достаточно хорошие, собирал многократно, но даже там было 2 каскада усиления напряжения при глубине ООС 75 дБ.
Ответить
0

[Автор]
AlexGround #
Термостабилизация тут достаточно хорошая. Отдельный узел для транзисторов что на радиаторе и отдельно смещение для тех транзисторов что не установлены на радиатор (на диодах).
Похожую схему может и собирали, но вот нормальной реализации я не видел. Вот вы например сделали похожую, только там был ВК двойка и вольтдобавка вместо ГСТ. Вот и усиление из 90дБ стало 40..50дБ. И глубина ОС была 48дБ/20к, а стала 15..20дБ/20к.
Схема осталась похожей? Осталась, да вот параметры будут хуже в разы. И усилитель получился мягко говоря далеко не для качественного звуковоспроизведения.
А в схеме Осириса усиления будет больше чем даже во многих простых трехкаскадных схемах. Вы ведь и сами удивились узнав сколько тут получено всего с одного транзисторного каскада :)
Главные недостатки схемы это наличие выходного конденсатора и низкое входное сопротивление. Конденсатор это плата за простоту, однополярное питание и отсутствие дополнительных узлов, таких как интегратор и защита АС. А низкое входное сопротивление страшно не всегда, а когда страшно это можно решить буфером из буквально 3х транзисторов :)
Отредактирован 19.06.2023 14:00
Ответить
0
vlad-kompozit #
Это чисто ваше мнение и не более. Но хорошо, что есть ещё конструкторы-самодельщики. Термостабилизация каскада с ОЭ на порядок хуже дифкаскада, так что не убедили, а простота здесь относительная. Всё усиление в 90 дБ легко может быть потеряно на входной емкости тройки эмиттерного повторителя. У вас там ещё коррекция в 33 пФ шунтирует. Проще тогда полевик один поставить с емкостью затвора в 10 пФ. Как уже отмечал, в лучших японских аппаратах инженеры получают усиление во входном каскаде 60 дБ настоящих! Симулятору не верю на 100% так как это не физическая модель и всегда отличается от действительности. Сам конструирую усилки разные, поэтому имею свой огромный опыт. Ваши мысли конечно интересны, но я никому не верю на слово.
Ответить
0

[Автор]
AlexGround #
Возможно когда нибудь вам понадобится простой усилитель не высокой мощности и вместо какого нибудь условного ланзара с ООС 20дБ/20к (если не ошибся) вспомните про Осирис и проверите лично. Ведь если вы не верите ни симуляции ни кому то на слово, остаётся только проверять лично)
И ещё сравнение с дифкаскадом в корне неверно, нужно сравнивать с усилением каскада УН. Так как это ничто иное как каскад УН без входного диф.каскада
Отредактирован 20.06.2023 09:40
Ответить
0

[Автор]
AlexGround #
VD3 уберегает входной каскад от пульсаций питания вызванных просадкой питающего напряжения на пиках мощности сигнала.
Ответить
0
vlad-kompozit #
Как усилитель справляется с фоном 50(100)Гц источника питания? Думаю тут дело очень плохо и нужен стабилизированный источник питания.
Ответить
0

[Автор]
AlexGround #
Подавление помехи по питанию не хуже 60дБ
Ответить
0
Игорь #
В каком САПре рисуете схемы?
Ответить
0

[Автор]
AlexGround #
Это не САПР. Просто рисовалка sPlan 7.0
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Набор для сборки - УНЧ 2х60 Вт на TDA7294
Набор для сборки - УНЧ 2х60 Вт на TDA7294
Радиореле 220В Конструктор - Гитарная педаль Remote Delay 2.5
вверх