Лариса Ивановна, или усилитель для Вахтанга

[wakh]

Такого усилителя здесь еще не видели, чтобы у него было не только имя, но ещё и отчество.

Хочу выложить все проблемы, которые приходится решать при разработке стерео УМ 2 х 200Вт на нагрузке 6 Ом.
Любые советы и подсказки приветствуются!

Договоримся вначале, что питание оконечной части будет нестабилизированным.

Итак надо получить 35В эфф. значения сигнала, т. е. 50В амплитуды в каждом плече УМ при номинальном напряжении в сети 220В.
Отсюда выходит, что питание каждого плеча д. б. с небольшим запасом (на падение сигнала на выходных транзисторах -10%) от амплитудного значения сигнала, т. е. +\-55В.

От этого значения отталкиваемся и идем дальше к расчету области безопасной работы вых. тр-ов.
Питание в сети по ГОСТу должно меняться не более, чем на +\-10% (240 - 200VAC),
однако кое-где, (и не так уж редко), оно меняется в пределах +\-15% (250 - 190VAC).

Считаем по наихудшему случаю +15% к +\-55В получаем +\-63В макс. напряжения питания ВК.
Теперь можем посчитать максимальную мощность рассеиваемую на выходных транзисторах, при наихудшем случае, когда на нагрузке половина питания:
31,5 : 6 = 5,25 (А)
5,25 х 31,5 = 165 (Вт)

Итак, формально это должен быть транзистор с параметрами:
Uкэ более 130В, измеренное при сквозном токе колл. более 25 - 35 мА
Рмакс. более 200 Вт,
Iк более 10 А,
Fгр. более 10 МГц.

При формальном подходе этот ВК будет неминуемо периодически выгорать.
Причины:
непредсказуемая нагрузка на разных частотах, в том числе и ёмкостная,
броски питания в сети,
помехи, или ЭМ наводки большой энергии,
и т. п. ужасы.

Поэтому выбираем транзистры ВК с хорошим запасом:
Uкэ более 150В,
Рмакс. более 400 Вт,
Iк более 20 А,
Fгр. = 30 МГц.

Отсюда выходит, что надо будет набрать эти параметры параллельным включением вых. тр-ов.

Идем дальше.
Для "раскачки" данного ВК до требуемой мощности можно применить несколько приемов, например:

1. УН с дополнительным питанием,
2. УН с вольтодобавкой от ВК,
3. УТока (в том числе и от пониженного питания +\-15В)

Первый из них требует дополнительного источника питания с запасом +10% (относительно +\-55В), т. е. +\-61В.
Это напряжение желательно застабилизировать.

Т. к. Кг. всего УМ задается в основном каскадом УН, то получается, что выбор невелик.
Из трех вариантов УН наилучшие показатели по сверхлинейности у первого.
Выходит двухэтажное питание не имеет лучшей альтернативы.

Далее дифкаскад, желательно со слежением, чтобы не множить искажения от РГ.

Пока не разобрался в современных схемах слежения за нулем на выходе ВК, а также триггерных схемах защиты вых. тр-ов, поэтому еще посимулирую.
А схема компенсации шумов кабеля громкоговорителя, без вопросов, будет встроена в систему.

 

[wakh]

В этой концепции просматривается еще один, 4 вариант раскачки ВК, когда одноэтажное питание выбрано таким, что позволяет получить на выходе требуемую мощность. Имеется в виду +\-60В.
Но тогда требования к ОБР для вых. тр-ров ещё более ужесточаются, и получается экономически невыгодная конструкция.

 

[Sagittarius]

Пока не разобрался в современных схемах слежения за нулем на выходе ВК, а также триггерных схемах защиты вых. тр-ов

Проще прощего.

1. Контроль баланса - или интегратором с неинвертиующим включением ОУ, или интегратором с двойной инверсией - как в УМ ВВС-2011, МАСТЕРе и прочих.
2. Тоже довольно просто: ищем в цепи выходников резистор - датчик тока, ставим пороговый элемент ПЭ для фиксации факта пересечения порога: достигается порог напряжения - током ПЭ запускается тиристор, квазитиристорная ячейка (самое простое и дешёвое) или перебрасывается во второе устойчивое состояние отключающий УН элемент памяти ЭП на любом другом физическом принципе, хотя бы это был триггер К176 или К561, К564, К1561 ТМ2. Они, кстати, работают от 2 В питалова, только с обвязом места на плате занимают, как ангар под Боинг-747.

Плохо начинается в деталях: транзистор как ПЭ неточен и порог его термозависим. Хорошо бы засундучить ПЭ на низковольтном ОУ вроде К157УД2 или К140УД1208, запитав его напряжением на транзисторе-термодатчике и взяв ток для сработки ЭП из выходного тока УН - благо, его там вагон, порядка 6 мА.

 

[Sagittarius]

В этой концепции просматривается еще 1 вариант, когда одноэтажное питание выбрано таким, что позволяет получить на выходе требуемую мощность. Имеется в виду +\-60В.
Но тогда требования к ОБР для вых. тр-ров ещё более ужесточаются, и получается экономически невыгодная конструкция.

Да и некачественная за счёт работы вынужденно высоковольтных транзисторов выхода УН с высоким сопротивлением коллектора в условиях квазинасыщения при низких Укэ и внесения ими больших искажений.

 

[wakh]

Проще прощего.

Виктор эти схемы я видел и понимаю как они работают, но меня пока сдерживает мысль, правильно ли это и надо ли вообще так делать.
Например, в защите несколько последовательных элементов должны успеть закрыть выходные транзисторы, которые уже открылись настолько, что датчик превышения тока уже сработал...
Раньше было как - транзистор защиты сразу рассасывал на себя ток базы вых. тр-ра, т. е. успевал спасти его от перегрузки.
(Если такая защита увеличивает искажения, то может в неё полевики поставить?)
Думаю, и попробую симулировать.

 

[Sagittarius]

С токовой защитой много противоречивых гитик. Например, защита не сработает, пока относительно небольшим током ПЭ не зарядится помехоподавляющий конденсатор 0,1 мкФ параллельно её входу. Далее, обестачивание выхлопа идёт через запирание транзисторов выхода УН. А параллельно термодатчику у нас - конденсатор до нескольких мкФ, затем - // эмиттерным резисторам 1к ВК и 2к ВК. А всё это добро разряжается последовательно и немгновенно.

Но работает и так, работает эффективно. Очевидно, что кристалл выходника имеет собственную постоянную времени от превышения тока до разрушения, и она гораздо больше времени всех этих задержек.

А лучшей зашиты пока нету. Если не считать адекватным ответом агеевско-зуевскую истерику токовую защиту с отключением выхлопа прям по питанию. Это уже привело к тому, что схема защиты сложнее схемы уся, а проблемы с наладкой защиты встречаются на страницах темы Зуева в несколько раз чаще и они гораздо сложнее проблем с собственно наладкой довольно примитивного уся.

 

[YuriyB]

Плохо начинается в деталях: транзистор как ПЭ неточен и порог его термозависим. Хорошо бы засундучить ПЭ на низковольтном ОУ вроде К157УД2 или К140УД1208, запитав его напряжением на транзисторе-термодатчике и взяв ток для сработки ЭП из выходного тока УН - благо, его там вагон, порядка 6 мА.

Надо бы подумать как TL431 прикрутить как ПЭ. В нём уже есть ОУ и опорное напряжение 2,5В. Да и в симуляторах модель имеется.

 

[Sagittarius]

Да, хорошая идея. Но лучше ОУ + два опорных источника напряжения на 431-х для оконного компаратора.

 

[MakarOFF]

Отдельную обмотку на трансформаторе намотать с выпрямителем для питания ОУ компаратора и общий провод выпрямителя соединить с выходом усилителя, правда для стерео варианта нужны 2(4) обмотки.

 

[wakh]

TL431 в схемах термостабилизации мы уже пробовали. Помню там пришлось кондёр добавить, иначе генерило.
А здесь в схему защиты лучше нормальный компаратор поставить с питанием от +\-15 или даже от +\-55В.

 

[wakh]

Вспомнил еще один, 5 вариант одноэтажного питания ВК,
когда от общего большого питания делается на одном полевике понижающий стабилизатор для вых. тр-ов.
Тоже в дальнейшем можно рассмотреть эту концепцию.

 

[Sagittarius]

TL431 в схемах термостабилизации мы уже пробовали. Помню там пришлось кондёр добавить, иначе генерило.
А здесь в схему защиты лучше нормальный компаратор поставить с питанием от +\-15 или даже от +\-55В.

Тогда питание компараторов должно мотаться за выходным сигналом со скоростью овер 200 В/мкс - больше скорости УМ. Я не готов ради этих рекордов землить выход уся через обмотки транса на землю, сеть, шасси и всё, что попало.
Отсюда вывод: вменяемой альтернативы питанию компараторов от стабильного напряжения термодатчика (3,6...4,2 В) просто нету.

 

[Sagittarius]

В оконном компараторе относительно легко и точно можно реализовать слежение за ОБР, снижающее пороговый ток в районе нуля выходного напряжения и повышающего порог в районах Увых=Упит.
Как представлю себе недовольную рожу Могильного, оставшегося без своего последнего убогого козыря (что ТЗ ВВС-2011 не следит за ОБР!!111) - только ради этого зрелища разработал бы схему.

 

[wakh]

Потому и взялся за это, т. к. то, что есть - пока не нравится.

 

[Sagittarius]

Итаг, приступим.

1. R5DA3 - опора верхнего компаратора. R1R2 - делитель опоры: 2,5 В на эмиттерном резисторе не упадёт никогда. Сколько упадёт - надо считать, но единственные на всё СНГ счёты - у Могильного... )))))
2. DA1 c обвязом R8 - сигнал токового перегруза, R9 - контроля Укэ (и ОБР) Т5 с помехоподавляющим С1 - собственно половина окна компаратора. Но откудова мне понимать про ОБР? Это доступно только поету Могильному.
3. При сработке DA1 потенциал его выхода уходит вниз, чем отпирает Т1. T1R7 - исполнитель защиты, запускает током Т1 ячейку памяти токовой защиты.
4. Посадка Т1 эмиттером на эмиттер Т3 выполняет две задачи: компенсировать не равное питающему выходное напряжение DA1 (Увых = |Упит| - |0,6| В: выходное напряжение ОУ ради универсализации схемы принимаем всегда меньше питающего на 0,6 В ) и вывести ёмкость Т1 из чувствительного к ней узла коллекторов УН.

Просче некуды. ОУ - ток покоя << 6мА. Что-то с током 500 мкА....1 мА вполне прокатит.

 

[Rus2000]

Мне кажется, что температурная зависимость простого транзисторного датчика тока - полезна.
Т.к. при нагреве выходников у них сужается зона ОБР.

 

[Rus2000]

Ну и конструкция на двух компараторах добавит емкости в высокоомную точку выхода УН.

 

[wakh]

Мы все привыкли к тройке ВК, а здесь двойка!

 

[Sagittarius]

Ну и конструкция на двух компараторах добавит емкости в высокоомную точку выхода УН.

Только ёмкость вследствие проекции новых элементов на общий/шасси/радиатор. А там и так порядка 50 пФ в самой минимальной комплектации. Если использовать СМД-элементы со скромной проекцией, добавит ёмкости некритично.

 

[Sagittarius]

Мы все привыкли к тройке ВК, а здесь двойка!

Для ясности понимания идеи.