Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Поговорим про УНЧ - предварительные, оконечные, полные, любые. Главное, чтобы звук усиливали.
mod24
Встал на лапы
Сообщения: 99
Зарегистрирован: Чт авг 20, 2015 03:22:24

Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение mod24 »

Уважаемые коллеги, прошу проверить правильно ли рассчитан усилитель.

Двухтактный транзисторный безтрансформаторный, без фазоинверсного каскада, класс АБ. Двухполярное питание.
Rн = 12 Ом, Pн=30Вт.

Выходит, амплитуда в нагрузке Um нагр = корень(2*Pн*Rн) = 26,8 -> 27В. Питание плеча Eпл = 27в +2(падение) = 29в. Примем 30В. Двухполярное питание = +-30В. Ток в нагрузке Im нагр= Um нагр / Rн = 27/12 = 2,25А.

Подберём транзисторы VT1, VT2 (вых. каскад, разной структуры) по параметрам:
Fгр >= (2..4)*20кГц = 80 кГц
Pк >= 0,3*Pн = 0,3*30 = 9 Вт
Iк >= 1,2*Im нагр = 1,2*2,25 = 2,7А
Uкэ >=1,2* 2Eпл = 1,2* 2*30 = 72 В
Подходят КТ816Г (p-n-p), КТ817Г (n-p-n): f>3MHz, 25W, 100V/ 3(6)A

VT1,VT2: h21 min = 25
Iб (VT1) = Iн/h21 = 2,25A/25 = 90мА => Iк(VT3) = 100мА
Uкэ VT3 >= Eплеча = 30в
Берём КТ502е, КТ503е: h>40, 150мА, 350мВт

Следует на VT3: Iб (VT3) = Iк VT3 / h = 100мА/40 = 2,5мА
4 перехода кремниевых дадут падение 4*0,66в = 2,64 Вольт.

Берём VT5 (предварит. усиление): Iк >= 2,5мА, Uкэ> 2Епл = 60В. Подходит КТ503е (h>40, 150мА, 350мВт).

На коллекторе VT5 нужно выставить Uк = (Eпит - 2,64 ) / 2 = (60-2,64)/2 = 28,68в. Мощность на коллекторе = 2,5мА * 28,64в = 71,7мВт < 350мВт. Режим подходит.

Диоды берём кремниевые, как и транзисторные переходы.

Напряжение на R3 = 28,64В (как и выше указано). При токе базы VT3 = 2,5мА получаем по закону Ома R3 = 28,68в/2,5мА = 11,47кОм == 12 кОм.

Подстроечный резистор R4 при токе 2,5мА обеспечивает U = 0,66в. Поэтому R = 0,66/2,5мА = 264 Ом == 470 Ом.

Делитель R1-R2. Обеспечивает напряжение на базе VT5 = 0,66в. Т.о. при h21>40 ток базы Iб = 2,5мА/40 = 0,06мА.
Выберем ток через R2: I = 10*Iб = 0,6мА (устойчивость режима усиления). Отсюда по закону Ома R2 = 0,66/0,6мА = 1,1кОм. Также является значением входного сопротивления усилителя.
Ток через R1 = I (r2) + Iб = 0,6мА + 0,06мА = 0,66мА. Однако Ur1 = (Eпит/2) – Uб = 60/2 – 0,66в = 29,34в. Следует R1 = 29,34/ 0,66мА = 44,45кОм == 43кОм.

X(Cвх) << Rвх, 1/(2п*20гц*С)<<1000, С >> 1/(2*pi*20*1000) = 8мкФ. Выберем Cвх = 10 мкФ.

Вроде как-то так. :roll:
Реклама
Аватара пользователя
EMiq
Электрический кот
Сообщения: 1035
Зарегистрирован: Сб дек 27, 2014 18:56:00
Откуда: 777 RUS

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение EMiq »

Какую принципиальную схему рассчитываем? :dont_know: Оконечный каскад понятно. В предварительном режим А, т.е ток покоя в 2-3 раза больше входного тока следующего каскада. Тогда и мощность на транзисторе - соответственно. Входной каскад - исходя из реальной схемы. Входное сопротивление каскада - сопротивление входного делителя, режима каскада, параллельно входному динамическому сопротивлению транзистора в рабочей точке. Для схемы с ОЭ Rвх~Rb+[25mV/Ie+Re]*h21, где Re-сопротивление резистора в цепи эмиттера, Rb- объемное сопротивление базы транзистора. Соответственно, придется учесть новое значение разделительной входной емкости. И еще, при резистивной нагрузке каскада усиления напряжения не получите заданную выходную амплитуду сигнала на выходе усилителя, придется или поднимать питание на 30-50%, или делать вольт добавку для каскада или ставить в нагрузку усилителя напряжения источник тока. Но питание нужно повысить все равно на 10-20% т.к. коэффициент передачи по напряжению каждого эмиттерного повторителя (ЭП) меньше единицы ( падает амплитуда сигнала на эмиттерном переходе) и еще напряжение насыщения выходных транзисторов.
:) Понимаю, что, скорее всего, это задание по курсовому усилителей. Иначе- была бы другая схемотехника и вопросы.
Реклама
mod24
Встал на лапы
Сообщения: 99
Зарегистрирован: Чт авг 20, 2015 03:22:24

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение mod24 »

EMiq писал(а):Понимаю, что, скорее всего, это задание по курсовому усилителей
Нет-нет. Это домашний проект "для себя". Хочется по-простому сделать, всё рассчитать.
Спасибо за ответ (давайте на "ты"). Выкладываю схему, прошу извинить за качество.
Вложения
555.jpg
(50.84 КБ) 878 скачиваний
Аватара пользователя
EMiq
Электрический кот
Сообщения: 1035
Зарегистрирован: Сб дек 27, 2014 18:56:00
Откуда: 777 RUS

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение EMiq »

Это должно работать в железе или нет? О части недостатков я уже Вам сказал. Усилитель напряжения на входном транзисторе имеет низкую термо и электрическую стабильность без резистора местной ОС в цепи эмиттера. В результате ток покоя выходного каскада практически не стабилизирован. Нужно три диода в цепи смещения выходного каскада.при такой схеме смещения. Усилитель напряжения без вольтдобавки по питанию не обеспечит полного размаха на нагрузке положительной полуволны, ограничение связано с током базы предоконечного каскада, который снижается при увеличении амплитуды выходного сигнала ( закон дома) Rк=(Еп-Uвых макс)/ Iвх. Поэтому ставят по минимуму - вольтдобавку. Остальное в книгах хорошо разбирается . Шкритек, Титце и Шенк.Из - за малого усиления усилителя напряжения глубина ООС очень мала. Поэтому искажения такого усилителя не менее 2-3 %.
Реклама
Эиком - электронные компоненты и радиодетали
mod24
Встал на лапы
Сообщения: 99
Зарегистрирован: Чт авг 20, 2015 03:22:24

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение mod24 »

mod24 писал(а):Это должно работать в железе или нет?
Да, буду макетировать.
А какой резистор ставить в эмиттер входного транзистора?
По вольтдобавке: если рассчитываю напряжение как в схеме (+-30в), а подам +-40в то без вольтдобавки пойдёт? (КПД упадёт, конечно. И конечно, транзисторы должны выдерживать, у них 100в Uкэ)
Реклама
Аватара пользователя
As
Модератор
Сообщения: 46087
Зарегистрирован: Пт янв 23, 2009 19:20:05

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение As »

Эта схема плохо "дружит" с двухполярным питанием... На выходе практически всегда будет некоторое напряжение, для динамика это не очень хорошо... :dont_know: Вольтодобавка или источник тока улучшат работу схемы, дополнительное улучшение даёт эмиттерный повторитель в каскаде УН (аналогично тому, как сделано в усилителе Шушурина...), такой усилитель на форуме обсуждался, не смотря на не слишком хорошие параметры, он даёт приятное звучание, этакий "аудиофильский" аппарат получается... :roll: :)))
Реклама
Аватара пользователя
EMiq
Электрический кот
Сообщения: 1035
Зарегистрирован: Сб дек 27, 2014 18:56:00
Откуда: 777 RUS

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение EMiq »

Макетировать - это хорошо :solder: Только , есть смысл научиться моделировать в симуляторе. На выбор - MicroCap. Или Multisim. Отловите все ошибки, сэкономите время . тогда уже и :solder: Аудиофильский звук представляет из себя генератор искажений по 2 - й и 3 -й гармоникам. Большая 2 гармоника даёт теплый :)) звук. :facepalm:
mod24
Встал на лапы
Сообщения: 99
Зарегистрирован: Чт авг 20, 2015 03:22:24

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение mod24 »

EMiq писал(а):Только , есть смысл научиться моделировать в симуляторе.
У меня с симуляторами не ладится по причине отсутствия наличия русских транзисторов. Буржуйские по параметрам не подходят.
Аватара пользователя
As
Модератор
Сообщения: 46087
Зарегистрирован: Пт янв 23, 2009 19:20:05

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение As »

EMiq писал(а):...Аудиофильский звук представляет из себя генератор искажений по 2 - й и 3 -й гармоникам. Большая 2 гармоника даёт теплый :)) звук. :facepalm:
Вот именно! И всё это можно сказать и про рассматриваемый усилитель! :)))
Аватара пользователя
EMiq
Электрический кот
Сообщения: 1035
Зарегистрирован: Сб дек 27, 2014 18:56:00
Откуда: 777 RUS

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение EMiq »

Вот анализ модели Вашей схемы. Входное напряжение 250mV RMS. Pout=30W Rin=510 Om
На 20кГц THD=1.8%
Вложения
SimpleAmp_Stability.png
(78.98 КБ) 795 скачиваний
SimpleAmp_AC.png
(78.78 КБ) 730 скачиваний
SimpleAmp_V_I.png
(87.51 КБ) 633 скачивания
SimpleAmp.png
(107.03 КБ) 732 скачивания
mod24
Встал на лапы
Сообщения: 99
Зарегистрирован: Чт авг 20, 2015 03:22:24

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение mod24 »

EMiq, спасибо большое! Как я понял, по модели выходит идеальный усилитель :lol: Кроме фазы (её кручение на нижнем частотном диапазоне). Это вольтдобавка - кондёр с общей точки и вверх?
Не понял только в чём подвох? Модели транзисторов именно такие как указаны на схеме? Или просто переименованы буржуинские транзисторы? :))
Аватара пользователя
EMiq
Электрический кот
Сообщения: 1035
Зарегистрирован: Сб дек 27, 2014 18:56:00
Откуда: 777 RUS

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение EMiq »

Конденсатор 100 мкф- вольтдобавка. В Микрокап есть модели советских транзисторов от старых версий, сделанные пользователями. Не все советские модели корректные. Надо проверять. Но те, что я использовал вполне можно использовать для оценки. При нагреве схемы на 20 градусов ток покоя увеличивается до 300мА и появляется значительное постоянное напряжение на выходе 1.2В, т.е. придется ставить разделительный электролит в нагрузку или термокомпенсацию смещения! Параллельно резистору ОС 43 кОм желательно поставить емкость 3.3 пФ /100V для коррекции устойчивости- увеличения запаса по фазе.
mod24
Встал на лапы
Сообщения: 99
Зарегистрирован: Чт авг 20, 2015 03:22:24

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение mod24 »

Для термокомпенсации - не диоды ли служат?
Если уж ставить кондёр на выходе :( - то может сразу однополярное питание сделать, а конденсаторами среднюю точку для динамика... вроде от постоянки на выходе спасёт :dont_know: Только конденсаторы по ESR подбирать придётся.
EMiq писал(а):Параллельно резистору ОС 43 кОм желательно поставить емкость 3.3 пФ /100V
Данный конденсатор не повредит в любом случае.
Аватара пользователя
As
Модератор
Сообщения: 46087
Зарегистрирован: Пт янв 23, 2009 19:20:05

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение As »

Про применение двухполярного питания - сами подумайте: сигнал на вход подаётся относительно "минуса" питания, это потребует либо высочайшей стабилизации напряжения питания - либо подключения источника сигнала к минусу вместо общего провода... :dont_know: Обратная связь тоже подаётся в ту же точку... Если делать однополярное с подключением динамика в среднюю точку делителя из двух конденсаторов - ровно половина всей пакости, приходящей из БП, попадёт на динамик, оно вам надо? :dont_know: Впрочем, стабилизированное, однополярное питание этой схеме весьма рекомендуется, особенно при эксплуатации с современными АС типа ФИ - иначе в такт с изменением громкости будут наблюдаться перемещения диффузора НЧ-динамика вперёд-назад...
Когда будете собирать усилитель, обратите внимание на разводку "общего" провода: коллекторы предвыходного и выходного транзисторов ОБЯЗАТЕЛЬНО подключаются в общую точку отдельным проводом, иначе искажения возрастут на несколько порядков! (этот "ляпс" часто встречался в промышленной аппаратуре, например, в магнитофоне "Орбита-106" мне пришлось здорово перепахивать монтаж, чтобы убрать последствия включения УМ к "земле" одним проводом... :kill: )
mod24
Встал на лапы
Сообщения: 99
Зарегистрирован: Чт авг 20, 2015 03:22:24

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение mod24 »

As писал(а):Про применение двухполярного питания - сами подумайте: сигнал на вход подаётся относительно "минуса" питания..
Сигнал на вход, по-моему, должен подаваться относительно СРЕДНЕЙ точки питания (0в). Или не так? В схеме модели наверное ошибка.
Аватара пользователя
As
Модератор
Сообщения: 46087
Зарегистрирован: Пт янв 23, 2009 19:20:05

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение As »

Транзистор будет усиливать изменения тока базы, а от чего они произойдут - ему безразлично... Если подать сигнал относительно "средней точки", сигнал будет сложен с пульсациями и шумами питания "нижнего" плеча усилителя... :dont_know:
Аватара пользователя
Vilsi
Опытный кот
Сообщения: 886
Зарегистрирован: Вс дек 29, 2013 22:05:07

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение Vilsi »

EMiq писал(а):Вот анализ модели Вашей схемы
плиз, на первой картинке это что?
Щас, погуглю...
mod24
Встал на лапы
Сообщения: 99
Зарегистрирован: Чт авг 20, 2015 03:22:24

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение mod24 »

Усиление от частоты, и фаза (в градусах) от частоты сигнала.
Аватара пользователя
EMiq
Электрический кот
Сообщения: 1035
Зарегистрирован: Сб дек 27, 2014 18:56:00
Откуда: 777 RUS

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение EMiq »

На первой картинке анализ устойчивости усилителя с обратной связью. Разомкнутая АЧХ и ФЧХ с указанием запаса по фазе и по амплитуде при конкретном коэффициенте ООС. См.- Диаграмма Боде и критерий устойчивости Найквиста. Более полная информация содержится в теории систем автоматического регулирования. В системе автоматического регулирования с обратной связью для приемлимой переходной характеристики с небольшим выбросом на фронте выходного импульса запас по фазе должен быть не менее 45 град, оптимально 65 град. При запасе по фазе менее 45 град. переходная характеристика стремится к колебательному виду.Полностью апериодическая характеристика будет при запасе по фазе 90 град., как у ФНЧ ( звена) первого порядка. Запас по фазе менее 90 градусов будет для системы второго порядка с двумя перегибами АЧХ и общим сдвигом фазы на выходе до 180 град. Запас по усилению не желательно делать менее 6 дБ, иначе при увеличении глубины ООС легко получить возбуждение усилителя. Ниже пример, если параллельно нагрузке подключить емкость 10 нФ ( длинный кабель)- усилитель будет возбуждаться.
Вложения
SimplePA_stability_10nFLoad.png
(75.11 КБ) 659 скачиваний
Последний раз редактировалось EMiq Пн янв 23, 2017 19:13:05, всего редактировалось 1 раз.
Аватара пользователя
Vilsi
Опытный кот
Сообщения: 886
Зарегистрирован: Вс дек 29, 2013 22:05:07

Re: Расчёт транзисторного бестрансформаторного УНЧ

Сообщение Vilsi »

не, ну круто. хотя и туманно. если я понял, это АЧХ без ООС? или с ООС? а тогда ещё вопрос: что на второй картинке?
Щас, погуглю...
Ответить

Вернуться в «Усилители низкой частоты»