Унч на полевых транзисторах своими руками схемы

Добавил пользователь Cypher
Обновлено: 18.09.2024

Эта схема основана на известном усилителе мощности на двух парах транзисторов IRFP250. Сделаны печатные платы методом термопереноса. Ток покоя установлен на 50 мА. Выходная мощность ватт по 200 на канал будет.

Блок питания УНЧ

БП состоит из трансформатора 800 ВА. Напряжение трансформатора 2х 50 В. Далее диодный мост и конденсаторы 30000 мкФ на плечо. Напряжение холостого хода составляет 70 В, и когда оба УМЗЧ полностью приведены в действие, оно падает до 55 В. Трансформатор имеет систему плавного пуска.

Предварительный усилитель

Предусилитель представляет собой конструкцию, взятую из фирменного усилителя высокого класса, однажды он был опубликован в радиожурнале под названием регулятор тона REVOX. Очень доволен этим предусилителем, это был третий, который попробовал в этой схеме, и он был единственным, который оправдал ожидания.

Когда делал усилитель, думал о добавлении эквалайзера, к сожалению, с 10 полосами — это около 12 операционных усилителей и места такое дело займёт немало (плюс шумы). Заметил, что в оборудовании высокого класса есть только низкие / высокие частоты, поэтому начал смотреть на оригинальные схемы. Схема очень интересного регулятора НЧ-ВЧ от всемирно известной компании REVOX исходит от усилителя B-251, и это действительно работает круто. Сделал печатную плату в виде отдельного модуля.

Предварительный усилитель питается от симметричного напряжения 18 В, получаемого от источников питания на основе стабилитронов и транзисторов.

Охлаждение УНЧ

Охлаждение состоит из двух радиаторов размерами 20 x 10 x 5 см. Радиаторы имеют фрезерованные выемки для вентиляторов, сами вентиляторы толщиной 1 см. У них нет регулятора, но они настолько тихие, что их вообще не слышно при работе.

Корпус усилителя

Корпус изготовлен из алюминиевого листа толщиной 3 мм. Листы были нарезаны лазером на заказ по техническому чертежу. Всё привинчивается с использованием хромированных уголков и винтов с внутренним шестигранником M4 и M5. Вентиляционные отверстия снизу и сверху были тоже вырезаны лазером в корпусе.

Усилитель сделан специально для больших фирменных и прекрасно управляет ими. Мощность, которую измерили при частоте 50 Гц, составляет 350 Вт на канал без видимых искажений. На эквалайзере, как правило, поднимал нижние и верхние частоты.

Правда корпус очень тесный, его размеры: высота 11,5 см при ширине 40 см, глубина 21 см. Но это обычное дело, всегда хочется компактнее, что потом вылазит боком. Файлы проекта тут

Промышленные модели неизменны многие десятилетия и при том бестолковы, хотя последнее время дело вроде пошло на поправку. Речь не о электролитах, тороидальности трансформаторов и прочих обывательских бреднях, есть определённые функциональные недостатки.

Во-первых это опасно высокое напряжение на выходе для наушников и полное отсутствие какой либо их защиты. Если случайно установить громкость выше допустимого они просто горят, проверено.

Во вторых, регулятор громкости общий, приходится перед включением или отключением акустики его крутить.

Сами наушники не отключаемы, и если у них хорошая чувствительность есть хороший шанс познакомиться в ночи с участковым полицаем, включённую акустику можно и не заметить.

Неоправданно высокая чувствительность около 100мв, при том что выходное напряжение стандартных компонентов 1 - 2В. Перегруз на 10 часов рег. громкости это просто замечательно, особенно когда горят наушники.

Нулевая ремонтопригодность при низкой надёжности. Если отходит кнопка, а в моём DENON PMA 700AE это началось через пару лет, легче продать и забыть как страшный сон.
Эти недостатки должны быть устранены.

В качестве основы УМ выбрана зеркально симметричная схема. Её преимущества: ноль на выходе без балансировки, отсутствие переходного процесса на выходе, что позволило отказаться от коммутации выхода. Как показала практика искажения почему-то сильно зависят от качества контакта.

Других серьёзных преимуществ схема не имеет, хотя нередко используется в топовых моделях, но это скорее из-за красивой симметричности.

На эту запись приходит достаточно много народу с поисковиков. Что-ж, усилители на полевых транзисторах достаточно популярны. Это одна из первых моих конструкций, достаточно неумелая. Вот что могу сказать учитывая приобретённый опыт: не стоит делать усилители на полевых транзисторах. Если очень нужно, то выходные транзисторы применять одной структуры, но линейность будет всё равно хуже чем с биполярными. Если решает экономия - КТ805/837 даст гораздо лучший результат, а IRF сейчас сплошная подделка.
Не стоит собирать симметричные схемы. Симметрия выглядит привлекательно, кажется такая схемотехника более линейна. Это ошибка новичка, всё ровно наоборот.

Схемы более качественных усилителей:

Цепочка c25r97 ограничивает ВЧ на входе. Устойчивость усилителя и стабилизация переходной характеристики достигается коррекцией конденсаторами с35 с43.

Полевые транзисторы применены исключительно из-за дешевизны. К гармоник с ними получется несколько меньше чем на биполярных из-за более высокого К передачи с разомкнутой ОС, но заметно растет с частотой, чего с человеческими транзисторами не наблюдается. Есть мнение, что с полевиками выходное напряжение меньше из-за большого напряжения исток-затвор, не подтвердилось, на биполярных при больших токах падение ещё больше.

На вч происходит перезаряд затворной ёмкости на пиках сигнала, но применение биполярного предоконечного повторителя ничего не даёт. Искажения снижаются резисторами в затворах, и конденсаторами в эмиттерных цепях УН, увеличивающих петлевое усиление на вч.

R123 замыкает петлю ОС без выходных транзисторов и нужен для пуско-наладочных целей.

Заметное снижение искажений дало отделение питания предоконечных каскадов при помощи диодов vd1vd2. Применение вместо них сопротивлений 100 ом бесполезно.

Основные технические характеристики:
Выходная мощность на 6 Ом при Кг не более 10%------------------ 55 Вт
К гармоник при Uвых 5.5В, 1000Гц, 5 Ом, не более--------------- 0.03 %
Выходное напряжение на 6 Ом------------------------------------ 18.5 В

Шумы измерить имеющимися средствам невозможно, но они довольно малы, субъективно не хуже чем у лучших промышленных образцов. УМ практически бесшумен.

Помехи с частотой сети отлично компенсируются и чрезвычайно малы.

Меандр 28 КГЦ, размах 15В. Предварительный с фильтром радиопидараса + УМ.

Для защиты от радиопидараса US6IUP применён фильтр r8c3.

Предварительный усилитель на ОУ работает на высоких выходных напряжениях до 10В для получения минимальных искажений. Он же усилитель для наушников. Раздельные регуляторы громкости установлены на выходе. Регулятор для наушников группы А, других и нет. Громкость группы В. 50к тоже потому, что других нет. Резистивный делитель на входе УМ сильно снижает шорохи регулятора, замыкает вход для получения минимальных шумов, и позволяет отказаться от экранированных кабелей.

С выходов УМ и УП сигнал поступает на узел защиты от постоянного напряжения и перегрузки. Развязывающие сопротивления должны быть разными, на случай пробоя противоположных плеч, но тогда тоже не было, а сейчас лень. Порог по переменному напряжению определяется постоянной времени r87c24 а по постоянному Ку оу da7 и не превышает 0.5В. Логика реализована на vt25vt26. Последний нормально открыт, реле к1 включено.Отрицательное напряжение с оу закрывает vt26, а положительное открывает vt25, который закрывает vt26, реле обесточивается, усилитель отключается от сети. Включение невозможно до разряда с24.

Триггерная защита от любых токовых перегрузок реализована на vt10.11.21.22.Так как скорость работы такой защиты очевидно не велика, она изначально предполагалась только по положительному полупериоду, но показала высокую эффективность, неоднократно спасая последние пары транзисторов, после чего была дополнена тем что было под рукой.

Все реле питаются от отдельного выпрямителя, нагруженного r75 для быстрого разряда ёмкости при отключении.

Коммутатор выполнен на триггере dd1, и в дежурном режиме должен питаться от литиевой батарейки, но оказалось что заряда танталового с29 достаточно, чтобы поддерживать уровни втечение суток, батарея не используется. Для исключения потребления тока в дежурном режиме ключи выполнены на полевых транзисторах.

Конструктивно усилитель выполнен ввиде моноблока в стандартном польском корпусе. Доступ к любой детали возможен без распайки. Малогабаритные радиаторы вынесены наружу, что в несколько раз уменьшает необходимую площадь, хотя, конечно, маловаты, максимальный разогрев 65град. Радиаторы соединены с корпусом через r99, таким образом реализуется "вонючая сигнализация" при замыкании транзистора на радиатор.

Катушки выполнены соединительным кабелем на оправках 5мм по 15 витков.

Витые трансы ТП и ТС всем хороши, кроме того что они гудят, из-за чего использовать их в более-менее приличной технике нельзя. Но если нет выбора то можно. Побороть гул удалось установкой на "амортизаторы" из какой-то вспененной резины из советских запасов, может полиуретана, толщиной 20мм. Современного аналога не встречал, ближе всего белая теплоизоляция от трубок кондиционеров, но она тоже сминается, а значит не годится.

Привет всем любителям хорошего аудио. Изучив несколько статей про разработку итальянского инженера-аудиотехника Андреа Чуффоли про усилитель Power Follower 99c, подумалось собрать тоже такую вещь. Были подобраны необходимые детали, прочитаны несколько статей и в путь. Первый канал оконечного усилителя на IRFP150N собран за пару часов неспешно, с перекурами и перерывами на общение с друзьями и парочку онлайн-игр. Тем более что схема совсем не сложная.

Схема принципиальная УМЗЧ Power Follower 99c

Сразу хочу предостеречь - включать это чудо без мало-мальских приличных радиаторов - это 100% убийство полевых транзисторов! Греется схема как небольшой масляный обогреватель. Всё-ттаки чистый А-класс.

Все три транзистора IRFP150N в каждом канале закрепил на один радиатор (один радиатор - один канал). Для этой цели использовал недавно удачно приобретенного донора "Кумир-001". Радиаторы меньших размеров, думается мне, не будут достаточно охлаждать схему.

Включил: вроде ничего не взорвалось, выставил половину напряжения на предохранителе. Подключил нагрузку (колонки S30), сигнал на вход подал со звуковой карты компьютера. И расстроился: звук хороший, активный, насыщенный, но максимум 4 Ватта на слух.

Как это часто бывает сыграла невнимательность. Огромное спасибо другу Сергею, который изучив оригинальную статью на английском языке подсказал, что схема этого оконечного усилителя не что иное, как, цитирую "усилитель тока, и коэффициент усиления по напряжению у него равен 1. Именно поэтому к нему делают специальные ламповые предусилители или на транзисторах с высоким питающим напряжением", конец цитаты.

Блок питания и преамп

Следовательно, нужен хороший предварительный усилитель - ламповый, транзисторный, любой. Выбрал вот такой вариант:

Ибо уж если полевики, то полевики до конца.

На входе диодного моста - 60 Вольт (трансформатор ТПП-235-220-50), на выходе БП - 58,8 Вольт, в обоих плечах. Резисторы R1 - 1К5; R2, R3 - 47 Ом. Все резисторы - 2 Ватта мощностью. Транзистор в БП - TIP29A. Стабилитроны Zener на 10 Вольт, 5 Ватт.

По поводу усилителя мощности, вот комментарии по результатам первых испытаний:

Каждый канал собирается согласно первой схемы, и каждый канал должен питаться от отдельной вторичной обмотки трансформатора со своим диодным мостом и конденсатором.
Радиатор и еще раз радиатор!
Подстроечник 500 Ом за неимением заменил на многооборотный 1 кОм, следовательно 1.8 кОм резистор поменял на 1.2 кОм.
Переключатель режимов (1.5А/3А) делать не стал, поскольку необходимость этого очень сомнительна, следовательно второй резистор 0,47 не нужен. Вместо трехватного 0,47 использовал три 2-омных двухватника параллельно (МЛТ-2, например).
Питается от трансформатора из фирменного сабвуфера с двумя вторичными обмотками по 24 Вольта и одной 14 Вольт (это будет питание схемы индикации).
Напряжение на истоке транзистора в блоке питания канала (правый верхний по схеме) - 22.5 Вольта.
Напряжение на предохранителе (относительно минуса питания) - 10.9 Вольт. Сколько не крутил подстроечные резистор, большего добиться не удалось.

В общем вот, стерео вариант фоловера + предусилитель + блок питания к преампу готовы, проверены, протестированы.

По результатам могу сказать:

Для каждого канала УМЗЧ отдельная вторичка нужна и отдельный блок питания.
Греется этот усилитель по взрослому, посему радиаторы и еще раз радиаторы.
По звуку: чистый он, что-ли реальный какой-то, в общем приятный на слух.

На этом, пожалуй, все. Огромная благодарность моим друзьям Сергею и Игорю за идейное вдохновение, теоретическую и практическую помощь. Схему собрал и испытал - neo_work_tyumen.

Форум по обсуждению материала УМЗЧ А КЛАССА НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

В каком направлении течет ток - от плюса к минусу или наоборот? Занимательная теория сути электричества.

Микрофоны MEMS - новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.

Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры - краткий обзор и сравнение технологий.

Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.

Основной целью автора, при разработке схемы, было создать простой, недорогой усилитель с малыми габаритами, но с приемлемыми техническими характеристиками, основу компонентной базы которого составляют транзисторы широкого применения. Это полезно когда нет под рукой микросхемы TDA7294 и подобной ей, но есть транзисторы.

Основные технические характеристики

Напряжение питания ….. ±35В.

Выходная мощность (Rн=4Ом) ….. 90Вт.

Выходная мощность (Rн=8Ом) ….. 50Вт.

КНИ: (1кГц, 45Вт, 4Ом) ….. 0,02%.

КНИ: (10кГц, 45Вт, 4Ом) ….. 0,1%.

КНИ: (1кГц, 25Вт, 8Ом) ….. 0,02%.

КНИ: (10кГц, 25Вт, 8Ом) ….. 0,1%.

Диапазон усиливаемых частот ….. 8Гц – 250 000Гц.

Скорость нарастания сигнала ….. 18В/мкС.

Каскад усиления напряжения (КУН) образован транзистором VT6, который питается от генератора стабильного тока VT5. Транзистор VT6 защищен от короткого замыкания на выходе усилителя, а также от клиппинга КУН. В роли защиты выступает VT4, который при превышении тока КУН шунтирует базу транзистора VT6, тем самым закрывая его. Без этого элемента при КЗ транзистор VT6 моментально выходит из строя.

Транзисторы ГСТ открываются за счет падения на диодах VD1 и VD2 при протекании через них тока резистора R8. Токи генераторов задаются резисторами R3 и R10.

Узел установки тока покоя реализован на транзисторе VT7 и он не имеет элементов подстройки (читать ниже).

Выходной каскад построен на полевых МОП (MOSFET) транзисторах VT10 и VT11, которые защищены транзисторами VT8 и VT9 от короткого замыкания на выходе усилителя. При перегрузке или КЗ ток через истоковые резисторы R22 и R24 возрастает, а следовательно и падение напряжения на них растет и при достижении определенного значения VT8 и VT9 открываются, шунтируя затворы транзисторов выходного каскада.

Компоненты

Все резисторы мощностью 0,25Вт за исключением истоковых резисторов R22 и R24, их мощность должна быть 2Вт.

Конденсатор C2 может быть как пленочным, так и керамическим. Остальные неполярные емкости керамического типа.

Диоды можно ставить любые выпрямительные.

Транзисторы дифференциального каскада VT2 и VT3 необходимо подобрать с одинаковым коэффициентом усиления по току (бетта). При монтаже их корпуса желательно обмазать теплопроводящей пастой, соединить вместе и утянуть термоусадочной трубкой.

Также желательно подобрать в пары резисторы R4/R7 и R2/R9. Эти подборы необходимы для того, чтобы снизить постоянную составляющую на выходе усилителя. Если все же из-за небольшого разброса параметров компонентов на выходе усилителя (при замкнутом входе) присутствует несколько сотен милливольт, то можно снизить ток ГСТ каскада усиления напряжения, увеличив сопротивление резистора R3 до 470-680Ом.

Транзисторы 2N5401 можно заменить на BC556, BC557, КТ3107А, КТ3107Б и другие PNP транзисторы с напряжением К-Э не менее 40В.

Транзисторы 2N5551 можно заменить на BC546, BC547, КТ3102А, КТ3102Б и другие NPN транзисторы с напряжением К-Э не менее 40В.

Транзистор BD135 меняется на BD137 или BD139, либо на любой другой транзистор средней мощности с NPN структурой.

В качестве MOSFET транзисторов я установил IRF640/IRF9540.

Внимание! При заменах полупроводниковых элементов обязательно сравнивайте цоколевку.

Питание

Для питания усилителя можно применить, как импульсный источник питания (ИИП), так и линейный блок питания.

Мощность трансформатора линейного БП должна быть равна выходной мощности усилителя или иметь запас. У трансформатора должно быть две вторичные обмотки. Напряжение вторичных обмоток выбирается исходя из выходной мощности усилителя, но не более ~25В (на нагрузке).

При проверке усилителя я использовал трансформатор ТПП-322, задействовав обмотки ~20В и ~2,5В, соединив их последовательно. На холостом ходу я получил на каждой вторичной обмотке напряжение 26В. После выпрямления диодным мостом KBPC3510 на емкости фильтра я получил напряжение ±34,7В. Емкость конденсаторов на каждом плече 10 000мкФ.

На нагрузке сопротивлением 4Ома (резистор) при мощности 58Вт напряжение питания просело до ±31В, при дальнейшем увеличении мощности в выходном сигнале появлялся клиппинг. В качестве сигнала использовался генератор синусоидальной формы сигнала с частотой 1000Гц.

Напомню, что я применил MOSFET транзисторы в корпусе TO-220, и увеличивать напряжение питания (до ±35 на нагрузке) смысла нет, так как при нагрузке более 50Вт транзисторы выходного каскада имеют очень значительный нагрев. Ко всему этому, нагрев VT10 и VT11 вызван их неоригинальными экземплярами.

При напряжении питания ±35В (на нагрузке) и применив транзисторы IRFP240/IRFP9240 с необходимым охлаждением можно вытянуть 90Вт, как заявлено в характеристиках у автора схемы.

Охлаждение

Основная часть тепла рассеивается на корпусах полевых транзисторов VT10 и VT11, поэтому их необходимо установить на теплоотвод с площадью поверхности не менее 1000см 2 , ну или из расчета – минимум 10см 2 на 1Вт мощности.

Между корпусами транзисторов и теплоотводом необходимо установить диэлектрическую прокладку, а в отверстие фланца для крепежного винта (касается корпуса TO-220) необходимо установить диэлектрическую втулку.

Очень важно, транзистор VT7 необходимо установить как можно ближе к VT10 и VT11, так как он отвечает за термостабилизацию и не позволяет усилителю уйти в тепловой разгон.

Также важно применение термопроводящей пасты, без нее теплоотдача от компонентов к радиатору будет проходить труднее.

Ток покоя

Контроль значения Iп осуществляется с помощью измерения падения напряжения на одном из истоковых резисторов R22 или R24. Выход усилителя должен быть нагружен (например, резистором 4Ом). После хорошего прогрева усилителя, необходимо его вход (IN) замкнуть на общую шину (sGND) и щупами милливольтметра постоянного тока коснуться выводов резистора R22 или R24. Полученное значение (у меня 4,5мА=0,0045А) нужно разделить на его сопротивление (0,22Ома). Iп=0,0045А/0,22Ом=0,02А или 20мА.

Можно падение измерять на двух резисторах и полученное значение разделить на их суммарное сопротивление (0,44Ом).

Запуск усилителя

Перед первым запуском необходимо проверить все номиналы компонентов согласно схемы. Обязательно убрать все остатки флюса и других вспомогательных веществ для монтажа. Визуально (с помощью лупы) проверить, нет ли замкнутых между собой дорожек печатной платы, непредусмотренных схемой.

Читайте также: