Класс А от Rod Elliott

юрий робертович · May 30, 2022

Valinor · May 30, 2022

Спасибо, вторая схема очень даже интересная.

У меня почему-то то открывается, то не открывается сайт по ссылке. Поэтому под спойлером даю описание второй схемы с машинным переводом и во вложении оригинал в пдф.

Спойлер

Введение

Усилитель P3A оказался чрезвычайно популярным, а DoZ (Death of Zen — см. Project 36) продолжает обеспечивать энтузиастов простым, надежным и простым в сборке усилителем класса A. Для некоторых DoZ слишком прост, и у меня было много запросов на печатную плату для Project 10 — усилитель класса A, не слишком отличающийся от P3A. К сожалению, P10 все еще настолько отличается, что нельзя использовать печатную плату P3A, поэтому после некоторых начальных симуляций и пробного запуска родилась эта новая версия.

Поскольку доступны печатные платы (с использованием печатной платы для P3A), это значительно упрощает сборку, и в ней используются новейшие транзисторы OnSemi, разработанные специально для аудиоприложений. Эти новые транзисторы были протестированы в P3A и P3B и показали отличные результаты.

Устройствами вывода являются MJL4281A (NPN) и MJL4302A (PNP), они отличаются широкой полосой пропускания, отличной SOA (зоной безопасной работы), высокой линейностью и высоким коэффициентом усиления. Драйверные транзисторы — MJE15034 (NPN) и MJE15035 (PNP). Все устройства рассчитаны на 350 В, при этом силовые транзисторы имеют рассеиваемую мощность 230 Вт, а драйверы — 50 Вт.

Вы также можете использовать транзисторы BD139/140 в качестве драйверов и силовые транзисторы MJL21193/4 практически без потери производительности.

Усилитель также может работать при более низком напряжении питания для меньшей мощности, но я не рекомендую менее ±18 В, что обеспечит около 15 Вт на 8 Ом. Это напряжение питания (приблизительно) может быть получено при использовании трансформатора 15-0-15В.

Описание

Основа для этого усилителя существует уже несколько лет как Project 3A, и для работы в классе A требуется только увеличение тока покоя. Самое большое изменение коснулось выходной мощности (значительно сниженной по сравнению с 60-100 Вт версии Class-AB), но 25 Вт по-прежнему более чем достаточно для многих людей.

Вы увидите изменения в блоке питания — он должен обеспечивать непрерывный ток 1,5 А и иметь очень низкий уровень пульсаций и шума. Конструкция, показанная ниже, будет очень дорогой в изготовлении, но это относится к любому усилителю класса А, и этого следует ожидать.

Первое, что необходимо проверить при работе с усилителем класса А, — это рассеиваемая мощность выходных транзисторов, а также драйверов. При рекомендуемом напряжении питания ±25 В постоянного тока (номинальное) и токе покоя 1,5 А каждый силовой транзистор будет рассеивать 37,5 Вт или 75 Вт для пары в одном канале. Термические сопротивления, которые необходимо учитывать, перечислены ниже вместе с типичными значениями...

R_th	Typical Value
Junction - Case	0.7°C / W
Case - Heatsink	1.0°C / W
Heatsink - Ambient	0.5°C / W
Total (Junction - Ambient)	2.2°C / W

Таблица 1. Термическое сопротивление (каждый транзистор)

Типичное снижение номинальных характеристик представляет собой линейную кривую, начинающуюся при температуре перехода 25°C и обеспечивающую нулевое рассеяние при 150°C. OnSemi часто используют коэффициент снижения номинальных характеристик 1,43 Вт/°C, начиная с 25°C, что не является необоснованным значением, но это предполагает максимальную температуру перехода до 200°C. Для максимальной надежности я буду использовать показатель 1,6 Вт/°C, который снижает мощность 200-ваттного транзистора до нуля ватт при 150°C, что намного безопаснее.

Исходя из таблицы 1, каждый транзистор будет работать при...

Tj = Rth × Power So ...
Tj = 2.2 × 37.5 = 82.5°C Above Ambient!

Исходя из типичной температуры окружающей среды 25 °C, это означает, что транзисторные переходы будут работать при 107,5 °C, а с учетом коэффициента снижения 1,6 Вт/°C мощность транзистора должна быть снижена на 87,5 × 1,6 = 140 Вт. Устройство мощностью 200 Вт теперь рассчитано на максимальное рассеивание 60 Вт! Это предполагает использование радиатора 0,5°C/Вт для каждого транзистора или всего 0,25°C/Вт — это действительно очень большой радиатор.

Запаса не так много, поэтому, хотя транзисторы могут работать немного горячее, чем рекомендуется (используя меньший радиатор), я категорически не рекомендую этого делать. Лучший способ уменьшить тепловое сопротивление — использовать как можно более тонкую изоляцию и убедиться, что интерфейс транзистор-радиатор идеален (или настолько близок к идеалу, насколько это возможно).

Использование зажимной планки (вместо того, чтобы полагаться на монтажные отверстия транзистора) поможет снизить тепловое сопротивление до минимально возможного в сочетании с тонкими изоляторами и точным количеством необходимой термопасты. Рассмотрите возможность использования небольшого вентилятора, работающего на низкой скорости. Поток воздуха должен быть направлен к ребрам радиатора, и даже небольшое количество воздуха будет иметь удивительно большое значение.

Как и почти во всех усилителях класса А, здесь нет защиты от короткого замыкания на выходе, поэтому, если провода динамика закорочены во время работы усилителя с сигналом, существует реальный риск разрушения транзисторов.

Напряжение питания должно быть не более ±25 В. Это питание легко получить от трансформатора 20-0-20 В, как показано ниже.

Как видно, это не сложный усилитель, а по сути абсолютно идентичный таковому для P3A.

Для использования на 4 Ом (включая шунтирование нагрузки на 8 Ом) не превышайте ±25 В и не превышайте ток покоя 1,5 А. Усилитель будет работать в классе A примерно до 9 Вт на 4 Ом, а после этого перейдет в режим класса AB.

D1 — это стандартный зеленый светодиод, он не является дополнительным и не должен использоваться в качестве индикатора на панели! Не используйте светодиод высокой яркости и не меняйте цвет. Это не для внешнего вида (хотя зеленый светодиод выглядит на плате довольно аккуратно), а для падения напряжения - разные цветные светодиоды имеют немного разное падение напряжения. Светодиод устанавливает ток через входной каскад дифференциальной пары. Цель состоит в том, чтобы иметь напряжение на светодиоде около 1,9-2 В. Это может показаться недостаточным для типичных зеленых светодиодов, поскольку они обычно рассчитаны на 2-2,2 В (хотя некоторые из них намного выше и не могут использоваться). Однако светодиод с номинальным напряжением 2,2 В будет иметь правильное напряжение при малом токе — R8 обеспечивает только 1,1 мА при питании ±25 В.

VR1 используется для установки тока покоя, и обычно он составляет максимум 1,5 А. Усилитель будет успешно работать при более низком токе, но не будет класса А. Драйвер класса A (Q4) имеет постоянную токовую нагрузку благодаря схеме начальной загрузки R9, R10 и C5. Стабильность определяется C4, и значение этого предела не должно уменьшаться. С быстродействующими выходными транзисторами, такими как указанные, полоса пропускания по мощности превышает 30 кГц.

С предлагаемыми и рекомендуемыми источниками питания 25 В Q4 обычно не требует радиатора. Выходные драйверы (Q5 и Q6) выиграют от радиатора, хотя он не обязательно должен быть большим.

Хотя я показывал выходные транзисторы MJL4281A и MJL4302A, они совсем новые, и их может быть трудно достать какое-то время. Рекомендуемые альтернативы: MJL21193 и MJL21194.

Больше невозможно рекомендовать какие-либо устройства Toshiba, поскольку они являются наиболее часто подделываемыми транзисторами из всех. 2SA1302 и 2SC3281 в настоящее время устарели, и если вы их найдете, то почти наверняка они поддельные, поскольку Toshiba не производила эти устройства примерно с 1999–2000 годов.

Перед подачей питания убедитесь, что VR1 настроен на максимальное сопротивление, чтобы получить минимальный ток покоя. Это очень важно, так как при минимальном сопротивлении ток покоя будет действительно очень высоким (достаточно, чтобы перегореть выходные транзисторы!).

Конструкция

Поскольку у меня есть платы для этого усилителя, я, очевидно, предлагаю использовать их, так как это значительно упрощает сборку и гарантирует соответствие характеристикам производительности. Обратите внимание, что компоновка любого усилителя мощности очень важна, и были предприняты большие усилия, чтобы свести к минимуму проблемные области - если вы сделаете свою собственную печатную плату, маловероятно, что вы сможете соответствовать опубликованным спецификациям. Печатная плата P3A спроектирована так, чтобы ее можно было разрезать посередине, чтобы получить два отдельных усилителя, и это очень важно для этой конструкции. Даже не думайте пытаться запустить пару усилителей на одном радиаторе!

Все резисторы должны быть 1/4 Вт или 1/2 Вт с металлической пленкой 1% для наименьшего шума, за исключением R9, R10 и R15, которые должны быть типа 1/2 Вт, и R13, R14 должны быть с проволочной обмоткой 5 Вт.

Начальный конденсатор (C5) должен быть рассчитан на напряжение не менее 25 В, но остальные электролиты могут иметь любое доступное напряжение. Подстроечный потенциометр (VR1) должен быть многооборотным, так как текущая настройка имеет решающее значение.

Для каждого из этих усилителей потребуется радиатор 0,25°C/Вт (очень большой). Подумайте об использовании вентилятора или даже водяного охлаждения, чтобы поддерживать температуру как можно ниже. Помните - не бывает слишком больших радиаторов.

Не используйте «Sil-Pads» — даже если у вас есть доступ к самым лучшим (и самым дорогим) типам с низким термическим сопротивлением, поскольку, по моему опыту, они все еще недостаточно хороши. Рекомендуется каптон (максимум 25 мкм или 0,001 дюйма). Если вы не можете получить слюду размером 25 мкм или меньше (примерно до 10 мкм), не используйте ее, так как тепловое сопротивление будет слишком высоким.

Основные характеристики

Ниже приведены основные результаты измерений...

Parameter	Measurement
Gain	27dB
Input Impedance	24k
Input Sensitivity	600mV for 25W (8 ohms)
Frequency response [1]	15Hz to 30kHz (-1dB) typical
Distortion (THD)	0.04% typical at 1W to 25W, 1kHz
Power (25V supplies, 8 ohm load) [2]	25W
Power (25V supplies, 4 ohm load) [3]	50W
Hum and Noise [4]	-73 dBV unweighted
DC Offset	< 100mV (< 25mV typical)

Заметки ...

Частотная характеристика зависит от номинала входных конденсаторов и конденсаторов обратной связи, и приведенное выше является типичным (при полной мощности), когда используются указанные номиналы. Высокочастотная характеристика фиксируется C4, и ее не следует менять.

Эта цифра является типичной и зависит от регулирования источника питания (как 3 ниже).

Типичный. В классе A будет производиться только около 9 Вт, после чего усилитель вернется в класс AB.

В частности, шум сильно зависит от компоновки, источника питания и внутренней проводки.

Включение

Если у вас нет настольного блока питания с двумя выходами...

Перед первой подачей питания временно установите «защитные» резисторы с проволочной обмоткой 22 Ом 5 Вт вместо предохранителей. Не подключайте нагрузку в это время! При подаче питания убедитесь, что напряжение постоянного тока на выходе меньше 1 В, и измерьте каждую шину питания (на усилителе и после предохранительных резисторов). Они могут немного отличаться, но оба должны быть не менее примерно 20В. Если сильно отличается от вышеперечисленного, проверьте все транзисторы на нагрев - если какое-либо устройство горячее, немедленно отключите питание, затем исправьте ошибку.

Если у вас есть подходящая настольная поставка...

Это намного проще! Медленно повышайте напряжение до тех пор, пока оно не составит примерно ±20 В, наблюдая за током питания. Если ток вдруг начинает быстро расти, а напряжение перестает расти, значит что-то не так, в противном случае продолжайте тестирование. (Примечание: по мере увеличения напряжения питания от нуля выходное напряжение будет уменьшаться - примерно до 2 В, а затем быстро вернется к 0 В. Это нормально.)

Как только все будет хорошо, подключите нагрузку динамика и источник сигнала (все еще с установленными предохранительными резисторами) и убедитесь, что издаются подходящие шумы (такие как музыка или тон) - держите громкость низкой, иначе усилитель будет сильно искажать звук. резисторы все еще там, если вы попытаетесь получить от него слишком много энергии.

Если усилитель прошел эти испытания, снимите предохранительные резисторы и переустановите предохранители. Отключите нагрузку динамика и снова включите усилитель. Убедитесь, что напряжение постоянного тока на клемме динамика не превышает 100 мВ, и выполните еще один «тепловой тест» на всех транзисторах и резисторах.

Когда вы убедитесь, что все в порядке, установите ток смещения. Подключите мультиметр между коллекторами Q7 и Q8 — вы измеряете падение напряжения на двух резисторах по 0,33 Ом. Правильный ток покоя для «полного» класса А составляет 1,5 А, но я настоятельно рекомендую для начала использовать меньший ток! Напряжение, которое вы измеряете на резисторах, должно быть установлено на 500 мВ ± 5 мВ.

Если вы установите ток покоя около 1 А, усилитель будет работать в классе A примерно до 8 Вт и перейдет в класс AB при более высокой мощности. Это уменьшает рассеяние и по-прежнему позволяет работать в классе A на большинстве уровней прослушивания. Усилители класса А не рассчитаны на большую мощность, и нереально ожидать, что выходная мощность будет соответствовать усилителям класса АВ. Уменьшение тока также означает, что и усилители, и блок питания будут меньше нагреваться.

После того, как ток установлен, дайте усилителю прогреться (что он и будет - и довольно быстро), и отрегулируйте смещение, когда температура стабилизируется или ток превысит номинальные 1,5А - это нужно будет перепроверить пару раз. раз, так как температура и ток покоя слабо взаимозависимы. Ни при каких обстоятельствах вы не должны отвлекаться во время установки смещения! Если ток продолжает увеличиваться, немедленно отключите питание. Если радиатор слишком мал или тепловой контакт между транзисторами и радиатором недостаточно хорош, усилитель будет нагреваться все сильнее и сильнее, пока не выйдет из строя!

Если температура продолжает расти, радиатор слишком мал. Это условие приведет (не может - приведет) к выходу из строя усилителя. Прежде чем продолжить, отключите питание и установите радиатор большего размера. Обратите также внимание на то, что хотя силовые транзисторы установлены на плате, никогда не используйте усилитель без радиатора — даже для тестирования, даже на короткое время. Выходные транзисторы перегреваются и выходят из строя.

Когда все тесты завершены, выключите питание и снова подключите динамик и источник музыки.

Источник питания

Прежде чем описывать блок питания, я должен выдать это ...

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Сетевая проводка должна выполняться с использованием сетевого кабеля, который должен быть отделен от всей проводки постоянного тока и сигнальной проводки. Все сетевые соединения должны быть защищены термоусадочной трубкой для предотвращения случайного прикосновения. Подключение к электросети должно выполняться квалифицированным персоналом. - Не пытайтесь подключить электропитание, если оно не имеет соответствующей квалификации. Неисправная или неправильная электропроводка может привести к смерти или серьезной травме.

Простой источник питания с использованием трансформатора 20-0-20 даст номинальную мощность около 25 Вт на 8 Ом. На это влияет очень много вещей, таких как регулировка трансформатора, величина емкости и т. д. Для каждого усилителя трансформатора на 120 ВА будет (едва ли) достаточно, а предпочтительнее 150 ВА. Для работы пары ампер от одного трансформатора мощность трансформатора должна быть не менее 300 ВА. Предпочтительно 500 ВА, чтобы напряжение не падало слишком сильно из-за постоянной нагрузки. Не стесняйтесь увеличивать емкость - как показано, этого достаточно, но все, что выше 50 000 мкФ (на шину питания) для каждого усилителя, не даст значительных преимуществ. Меньшая емкость также может быть использована за счет некоторой дополнительной пульсации. Как показано, пульсации будут около 20 мВ P/P при нагрузке 1,5 А.

Катушки индуктивности должны иметь минимально возможное сопротивление постоянному току, иначе значительная часть напряжения будет теряться в виде тепла. Вполне допустимо (фактически предпочтительнее) использовать индукторы с железным сердечником, но они должны иметь значительный воздушный зазор для предотвращения насыщения. Катушка индуктивности с сердечником требует меньше витков и имеет меньшее сопротивление, чем катушка с воздушным сердечником той же индуктивности.

Рис. 2. Рекомендуемый источник питания

Для стандартного источника питания, как отмечалось выше, я предлагаю трансформатор минимум 300 ВА для одной платы усилителя (т.е. двух усилителей). Для стран с напряжением 115 В предохранитель должен быть на 6 А, и во всех случаях требуется плавкий предохранитель с задержкой срабатывания из-за пускового тока трансформатора и конденсаторов фильтра. C9 — сетевой конденсатор X2. При размещении параллельно вторичной обмотке трансформатора он снижает радиочастотные помехи (кондуктивное излучение) на полезную величину. Это не обязательно, но рекомендуется.

Напряжение питания будет зависеть от номинальной мощности трансформатора и сопротивления постоянного тока катушек индуктивности 10 мГн. Невозможно получить номинальную мощность, если трансформатор не соответствует требованиям или сопротивление катушки индуктивности слишком велико. Из-за длительной нагрузки и плохого регулирования трансформатора с входными емкостными фильтрами обычно рекомендуется использовать трансформатор с максимальной мощностью ВА, которую вы можете себе позволить.

Мостовой выпрямитель должен быть типа 35А, а конденсаторы фильтра должны быть рассчитаны минимум на 35В. Приобретите конденсаторы с максимально возможным номинальным током пульсаций — ток пульсаций высок и постоянен, и неподходящие конденсаторы выйдут из строя. Вся проводка должна быть толстого сечения, а постоянный ток должен сниматься с последнего набора конденсаторов в фильтре.

25W Class-A Hi-Fi Power Amplifier.pdf

юрий робертович · May 30, 2022

Первая схема Death of Zen интересней

BAA · May 30, 2022

Начало вольного перевода
"Не используйте «Sil-Pads» — даже если у вас есть доступ к самым лучшим (и самым дорогим) типам с низким термическим сопротивлением, поскольку, по моему опыту, они все еще недостаточно хороши. Рекомендуется каптон (максимум 25 мкм или 0,001 дюйма). Если вы не можете получить слюду размером 25 мкм или меньше (примерно до 10 мкм), не используйте ее, так как тепловое сопротивление будет слишком высоким."
Конец вольного перевода.
По нынешним временам 6,5 Вт/Мк плюс-минус нормально, есть и 12. Все вышеупомянутое есть то, что нельзя называть.
Цена может не нравиться https://www.chipdip.ru/product0/8006802637
Купите лучше нитрид алюминия, да потоньше, отечественного производства.
https://c-component.ru/products/keramicheskie-podlozhki/teploprovodyashchie-izoliruyushchie-prokladki-i-shayby/

Edited May 30, 2022 by BAA
Чтоб не быть голословным

Xрюн222 · May 30, 2022

А в домашних условиях никак нельзя прикрутить транзистор к пластине (хоть медной, хоть алюминиевой) а пластину уже через любой доступный материал прикрутить к радиатору? Скажем, слюда, но НЕ 10 мкм(!),не дефицит, тонкий лавсан не дефицит и т.п.