Транзистор – усилитель. Ч.19. Транзистор – усилитель. Ч.19. Всё-таки MOSFET’ы!
Итак, параллельное включение выходных транзисторов имеет много плюсов (см. предыдущую часть). Но что-то мешало этой идее захватить умы творческих масс РАДИОлюбителей, чтобы начать делать УМЗЧ мощностью в сотни Ватт. Отсутствие соответствующих биполярных транзисторов или появление комплементарных пар, способных и без «запараллеливания» выдать на нагрузке 50-80 вт? Толкового и компетентного ответа на этот вопрос я в Интернете не нашёл. В.А. Васильев в книге "Зарубежные радиолюбительские конструкции" (2-е издание, 1982 год) упоминает, что "в этом отношении полевые транзисторы имеют большие преимущества перед биполярными, параллельное включение которых затруднительно". Там же он приводит схему УМЗЧ мощностью 100 Вт:
"Полевые транзисторы обладают значительно лучшими характеристиками при усилении сигнала без искажений, но приборы, пригодные для работы в оконечных каскадах, появились лишь в начале 70-х годов".
Далее цитирую сайт, статья на котором мне очень понравилась.
Цитата №1:
В 70-х годах XX в. различные типы мощных полевых транзисторов получили бурное развитие. Окснер в своей книге, в переводе выпущенной в 1985 г., утверждал, что первые промышленные образцы мощных полевых транзисторов появились в 1976 г. Но он не учитывал пионерские работы в СССР, выполненные ещё в начале 70-х и отражённые в крупных отраслевых обзорах, научных статьях и книгах.
Конец цитаты. Источник: https://power-e.ru/components/moshhnye-polevye-tranzistory/
Получается, что мощные МДП-транзисторы (так по-нашему имеются MOSFET’ы) были впервые выпущены в СССР! И хотя их основная область применения – импульсная и переключающая ВЧ и СВЧ электроника, для усиления звуковой частоты они также оказались весьма пригодны!
Примечание. Подробнее о MOSFET’ах см: в «РАДИкомпонентах» - - -> «MOSFET-транзистор»
Цитата №2:
В 1974 г. советские серийные мощные полевые транзисторы КП901 (с током стока до 2 А и максимальным напряжением до 65 В) вызвали сенсацию в мире и были удостоены золотой медали на всемирной выставке-ярмарке в Лейпциге. Вскоре появились самые мощные из этих приборов — транзисторы КП904 с рассеиваемой мощностью 75 Вт, током стока до 7,5 А и отдаваемой на частоте 60 МГц мощностью до 50 Вт. Менее мощные транзисторы КП902 легко обеспечивали уникально малые времена переключения около 1 нс.
Конец цитаты. Источник тот же.
Обратите внимание на корпуса транзисторов – это не́что!
Оказалось, что применение МДП-транзисторов позволяет самым коренным образом улучшить звучание УЗЧ, если заменить ими биполярные в выходном каскаде. Не буду углубляться в поиски забугорных изобретателей. Мне интереснее свои, отечественные.
Первая схема была опубликована в журнале «РАДИО», №2, 1983 г., с.54, В. Ильин, Р. Яцковский, «Полевые транзисторы в выходном каскаде усилителя мощности»:
Как видно, в плечах данного УМЗЧ применены совершенно одинаковые МДП-транзисторы КП904А:
с индуцированным каналом N-типа.
Примечание. Достать легально такие транзисторы в 1983 году было совершенно нереально! Поэтому для абсолютного большинства РАДИОлюбителей данный УМЗЧ представлялся как нечто экзотическое. Кстати, КП904 и сейчас стоят около 500 р. за штуку. Наверное, из-за массы металла?!
MOSFET’ы бывают с N-каналом и Р-каналом (как биполярные – прямой и обратной проводимости). Пары MOSFET’ов также бывают комплементарными (как биполярные). Значит, в выходных каскадах можно использовать и коплементарные пары MOSFET’ов.
По сравнению с биполярными MOSFET’ы выгодно отличаются лучшей линейностью проходных характеристик и существенно более высоким быстродействием, т.е. лучшими частотными свойствами. Эти особенности полевых транзисторов позволяют относительно простыми средствами доводить параметры и качество звучания УМЗЧ до самого высокого уровня, что неоднократно подтверждено на практике. Улучшению линейности выходного каскада способствует и такая особенность полевых транзисторов, как высокое входное сопротивление, что позволяет обойтись без предоконечного каскада и дополнительно снизить искажения, сократив путь сигнала.
Отсутствие явления вторичного теплового пробоя у полевых транзисторов расширяет область безопасной работы выходного каскада и тем самым позволяет повысить надежность работы усилителя в целом, а также в некоторых случаях упростить цепи температурной стабилизации тока покоя.
Вторая схема была опубликована в «РАДИО», №11, 1983 г., с.36, С. Борисов, «МДП-транзисторы в усилителях НЧ»:
А в «РАДИО» №6, 1985 г., с.25, Н. Дмитриев, Н. Феофелактов, «Схемотехника усилителей мощности ЗЧ» появилось не́что монструозное:
К моему великому сожалению «…с комлементарными парами мощных МОП-транзисторов в выходном каскаде японской фирмы «Hitachi». Для увеличения выходной мощности транзисторы оконечного каскада VT14, VT16 (2SK134) и VT15, VT17 (2SJ49) соединены параллельно». Судя по всему и схема тоже не от отечественного производителя, а от японской фирмы.
Дальше – больше. Но и усилители на биполярных транзисторах не забывались!
Спустя некоторое время появился широкий доступ к импортной элементной базе и процесс, как говорится, пошёл в широкие РАДИОлюбительские массы.
Однако, как именно строится выходной каскад усилителя на полевых транзисторах? Каковы его принципиальные отличия от оного на биполярных?
Вот типичная схема:
1) Установка MOSFET’ов вместо биполярных требует некоторой модернизации цепей начального смещения транзисторов выходного каскада. Такая модернизация сводится к замене номиналов резисторов R2, R3, R4. Это необходимо из-за значительно бо́льшей величины отпирающего напряжения на затворе полевого транзистора по сравнению с отпирающим напряжением на базе биполярного транзистора.
2) Требуется также коррекция тока покоя предвыходного каскада, который должен иметь достаточную величину для быстрой перезарядки больших входных ёмкостей MOSFET’ов, также значительно бо́льших, чем у биполярных транзисторов. В некоторых случаях при увеличении тока покоя потребуется установка дополнительных радиаторов и на транзисторы предвыходного каскада.
3) Кроме того, необходимо установить антипаразитные резисторы R7, R8 сопротивлением 200-470 Ом в цепи затворов каждого полевого транзистора. Без них или при их меньшей величине усилитель самовозбуждается.
4) Для повышения надежности усилителя не лишним будет установка защитных стабилитронов VD1, VD2 с напряжением стабилизации 10…15 В в цепи затворов транзисторов. Эти стабилитроны будут защищать от пробоя затвор, величина обратного пробивного напряжения которого, как правило, не превышает 20 В.
При анализе цепей установки начального смещения выходного каскада любого усилителя следует обратить внимание на два момента.
Первый момент связан с тем, какой начальный ток покоя установлен. Многие зарубежные производители устанавливают его в пределах 20-30 мА, что явно недостаточно с точки зрения высококачественного звучания на малых уровнях громкости. Хотя видимые искажения типа «ступенька» в выходном сигнале отсутствуют, недостаточная величина тока покоя приводит к ухудшению частотных свойств транзисторов, и как следствие, к неразборчивому, «грязному» звучанию на малых уровнях громкости, «замазыванию» мелких деталей. Оптимальной величиной тока покоя следует считать 50-100 мA. Если в усилителе установлено несколько транзисторов в плече, то эта величина относится к каждому транзистору. В подавляющем большинстве случаев площадь радиаторов усилителя позволяет долговременно отводить от выходных транзисторов тепло при рекомендованной величине тока покоя.
Второй, очень важный момент состоит в том, что нередко применяемый в классической схеме установки и термостабилизации тока покоя высокочастотный транзистор VT1 возбуждается на высоких частотах, причем его возбуждение очень сложно обнаружить. Поэтому желательно использовать вместо него низкочастотный транзистор. В любом случае замена этого транзистора на низкочастотный гарантирует от неприятностей. Устранить динамическое изменение напряжения помогает и включение между коллектором и базой конденсатора С1 емкостью до 0,1 мкФ.
В качестве практического варианта – УМЗЧ А. Зеленина.
Источник: https://forum.datagor.ru/topic/10336-hi-fi-usilitel-a-zelenina-na-n-kanalnyh-mosfet-ah-usilitel-iz-detaley-ubityh-back-ups/
Схемы и фото с указанного сайта.
Вариант первый:
Второй вариант помощнее и с некоторыми изменениями:
VT1, VT2 – дифкаскад;
VT3 – усилитель напряжения;
VT4 – датчик температуры (устанавливается на радиатор VT7- VT10);
VT5, VT6 – фазоинвертор;
VT7- VT10 – параллельный выходной каскад; при желании вполне можно оставить одну пару транзисторов. Все транзисторы на выходе совершенно однотипные – N-канальные.
«Перед включением R2 выставить в среднее, R8 – в верхнее по схеме положение. После включения R8 выставляем ток покоя выходных транзисторов в пределах 25-30 мА. И, соответственно, R2 ноль на выходе. Ток покоя можно контролировать на резисторах 0.1 Ом, падение напряжения на них будет равно 2.5 - 3 милливольта в режиме покоя».
Прочие рекомендации – на том же форуме. Зеленин использует для сборки своих усилителей детали от «битых» UPS – источников бесперебойного питания – и при этом получает весьма хороший результат! Неужели такое возможно? Надо бы проверить на досуге. Тем более, что для этого ни рубля тратить не надо – компонентов от «битых» UPS у меня тоже предостаточно.
Очень надеюсь, что эксперимент будет. Позже.
На этом я заканчиваю сериал «Транзистор – усилитель». Спасибо за внимание и долготерпение.
©SEkorp 25_октябрь_2020
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 или на РАДИОзвук