Project 101 – усилитель на полевых транзисторах от Рода Эллиота

Я часто говорил, что не являюсь фанатом усилителей мощности на полевых транзисторах, но этот усилитель изменил мои взгляды, и я считаю, что это «эталонная» система во всех отношениях. Он использует полевые транзисторы. Производительность очень хорошая, с невероятно низким уровнем искажений, большой мощностью, широкой полосой пропускания и «самозащитой» выходных транзисторов. Но это не означает, что усилитель не выйдет из строя, просто он гораздо более терпим к сбоям, чем биполярный транзисторный усилитель, а для ограничения тока требуется всего лишь пара стабилитронов.

Все дорожки на печатной плате выполнены как можно более короткими, что сводит к минимуму вероятность появления шума. Усилитель будет стабильно работать при напряжениях питания от ±5 В до ±70 В.

При напряжении питания ±70 В (которое не должно превышаться!), выходная мощность составляет около 180 Вт/8 Ом или 250 Вт/4 Ом. Кратковременная мощность около 240 Вт/8 Ом или 380 Вт/4 Ом. Рекомендуемое напряжение питания составляет ±56 В.

Если максимальная мощность не нужна, я предлагаю использовать напряжение питания ±56 В, полученное от трансформатора  с вторичными обмотками 40 В + 40 В. Вы получите мощность около 150 Вт/8 Ом от такого напряжения, а также уменьшите требования, предъявляемые к выходным транзисторам и радиаторам.

Project 101 - Hi-Fi усилитель на полевых транзисторах от Рода Эллиота

На фото показана печатная плата. Выходные транзисторы монтируются под платой и крепятся винтами. Никакой другой монтаж не требуется. Зеленая жила вдоль переднего края плата является землей, так что основные токонесущие дорожки не были повреждены. Вся входная часть находится между электролитическими конденсаторами и намеренно максимально компактна. Это повышает производительность, гарантируя отсутствие длинных дорожек для входного каскада, которые в противном случае могут ловить шум, который может серьезно ухудшить звучание.


Характеристики:

Выходная мощность > 180 Вт <1% THD, 8 Ом
> 275 Вт <1% THD, 4 Ом
Смещение постоянного тока <20 мВ типичный
Шум RMS <2 мВ Невзвешенный (-54 дбВ)
THD 0,015% Без нагрузки, напряжение 30 В, 1 кГц
0,017% 8 Ом, напряжение 30 В, 1 кГц
0,02% 4 Ом, напряжение 30 В, 1 кГц
Выходное сопротивление <10 мОм 1 кГц, нагрузка 4 Ом
<25 мОм 10 кГц, нагрузка 4 Ом
Диапазон частот 10 – 50000 Гц При 1 Вт -1,5 дБ

Значения искажений показывают, что нагрузка на усилитель дает очень небольшие отклонения. В форме искажения нет видимых или слышимых компонентов высокого порядка. Выходное сопротивление измерялось на полностью готовом усилителе, включая внутреннюю проводку. Это влечет за собой около 200 мм провода (на канал), поэтому выходной импеданс самого усилителя явно ниже указанного. При нагрузке 8 Ом коэффициент демпфирования при 1 кГц составляет около 800 (8/10 милли Ом).

Шум измерялся при разомкнутом входе, и при -54 дБВ может выглядеть не слишком хорошо, но это невзвешенное измерение с шириной полосы, значительно превышающей 100 кГц. Несмотря на это, отношение сигнал/шум (в расчете на полную мощность) составляет 86 дБ (невзвешенный), а сам усилитель полностью бесшумный в АС. Даже подключение наушников непосредственно к выходам усилителя показало, что шума не было слышно.

Интермодуляционные искажения я не смог измерить, так как нет подходящего оборудования. Но я добавил графики измерений. Большая часть гармоник присутствует в двух генераторах, которые я использовал, и усилитель практически ничего не дает.

Project 101 - Hi-Fi усилитель на полевых транзисторах от Рода Эллиота

1 кГц + 2 кГц, +30 дбВ, выход 8 Ом

Project 101 - Hi-Fi усилитель на полевых транзисторах от Рода Эллиота

1 кГц + 2 кГц, -25 дбВ, выход 8 Ом

Project 101 - Hi-Fi усилитель на полевых транзисторах от Рода Эллиота

10 кГц + 12 кГц, +20 дбВ, выход 8 Ом


Описание

Первое, что вы заметите, это то, что номиналы элементов не показаны. Учитывая производительность схемы и тот факт, что я уже продал пару готовых усилителей, я не собираюсь раскрывать все свои секреты. Если вы хотите узнать номинал деталей, вы должны купить печатную плату.

Обратите внимание: наиболее важным аспектом дизайна является компоновка печатной платы, и очень сомнительно, что если вы создадите свою собственную плату, вы получите такие же параметры как у меня. Выходная мощность практически не изменяется, но искажения и стабильность достигаются благодаря компактной и тщательно спроектированной компоновке, которая сводит к минимуму любые неблагоприятные соединения на дорожках печатной платы, которые могут вызывать искажения.


Версия усилителя с пониженной мощностью

Как показано на приведенных ниже схемах усилитель может быть выполнен в версии с высокой или низкой мощностью. Если Вы выбрали версию с одной парой выходников, то лучше ограничится питанием до ±42 В, чтобы она могла управлять нагрузками на 4 и 8 Ом без избыточного рассеивания мощности. При этом напряжении можно получить около 80 Вт/8 Ом или 140 Вт/4 Ом. Естественно, двойные пары выходных транзисторов также могут использоваться при этом напряжении, обеспечивая гораздо лучшие тепловые характеристики (и, следовательно, более холодную работу), гораздо большую пиковую нагрузку по току и немного более высокую мощность. Эта версия может использоваться при любом напряжении от ±25 В до ±42 В.

Project 101 - Hi-Fi усилитель на полевых транзисторах от Рода Эллиота

В качестве выходных полевых транзисторов используются Hitachi/Renesas, 2SK1058 (N-канал) и 2SJ162 (P-канал). Они разработаны специально для аудио и намного более линейны, чем многие другие. К сожалению, они не дешевы, но их производительность в аудио намного лучше, чем в вертикальных MOSFET, HEXFET и т.д. Обратите внимание, что использование HEXFET или любого другого вертикального типа MOSFET не допускается.

Альтернатива (и, возможно, незначительно лучше, чем у серии 2SK/2SJ) – это Exicon ECX10N20 и ECX10P20 (доступны от Profusion PLC в Великобритании). Они были использованы в большинстве усилителей, которые я построил и работают очень хорошо. Таким образом, проверяйте доступность деталей перед покупкой печатной платы. Вы также можете использовать BUZ901P/BUZ905P или ALF08N16V/ALF08P16V. Минимальное номинальное напряжение составляет 160 В. Все остальные части вполне стандартные. Renesas также производит полевые транзисторы 2SK2221/2 и 2SJ351/2. Они имеют меньшую мощность (рассеиваемая мощность 100 Вт), но имеют довольно разумную цену и должны подходить для пониженных напряжений питания. ±42 В – рекомендуемое максимальное напряжение при использовании 2 пар в конфигурации высокой мощности, показанной ниже. Питании ±56 В  допускается при нагрузке 8 Ом.


Версия усилителя с повышенной мощностью

Используется та же самая печатная плата, но есть дополнительная пара выходных транзисторов. Поскольку устройства работают параллельно, исходные резисторы используются для принудительного разделения тока. Хотя они могут быть заменены обычной жилой. Эта версия может работать при абсолютном максимальном напряжении питания до ±70 В (рекомендуется ±56 В) и будет выдавать среднее значение мощности в 180 Вт/8 Ом или 250 Вт/4 Ом. Пиковая мощность составляет 240 Вт/8 Ом или 380 Вт/4 Ом.

Project 101 - Hi-Fi усилитель на полевых транзисторах от Рода Эллиота

Транзисторы и полевые транзисторы в этой версии те же, что и для варианта с пониженной мощностью. Показанные дополнительные конденсаторы (C11 и C12) предназначены для балансировки емкости затвора. Транзисторы с P-каналом имеют значительно более высокую емкость затвора, чем их аналоги с N-каналом, а крышки гарантируют, что две стороны усилителя примерно равны. Без этих заглушек усилитель почти всегда будет нестабильным.

Как отмечено выше, печатная плата одинакова для обеих версий. Версия с высокой мощностью также может использоваться при более низких напряжениях питания, с небольшим увеличением мощности, но значительно более низкими рабочими температурами даже при максимальной мощности и большей надежностью.

В обеих версиях страница конструкторов дает дополнительную информацию, а схемы содержат расширенную цепь Цобеля на выходе для большей стабильности при самых сложных нагрузках. Это предусмотрено на печатной плате и позволяет усилителю оставаться стабильным практически при любых условиях.

Вся схема была оптимизирована для минимального тока в драйвере класса A, но при этом обеспечивала достаточный привод для обеспечения полной мощности до 25 кГц. Скорость нарастания в два раза выше, чем требуется для полной мощности при 20 кГц (15 В/мкс). Ее довольно просто увеличить, но этот усилитель уже превосходит многие другие, и более быстрая работа не требуется и не желательна.

В обеих версиях усилителя R7 и R8 выбраны для обеспечения тока в 5 мА через каскад усилителя напряжения. Вам нужно будет изменить значение, если будете использовать другое напряжение питания.

R7 = R8 = Vs / 10 (кОм)   (где Vs – напряжение питания)

Например, установка правильного тока при питании ±42 В:

R7 = R8 = 42/10 = 4,2 кОм (используйте стандартное значение – 3,9 кОм)


Конструкция

Как указывалось выше, я настоятельно рекомендую вам приобрести плату для этого усилителя, иначе вы почти наверняка получите результаты, которые далеко не соответствуют реальным возможностям усилителя. Печатная плата также делает конструкцию легкой, кроме блока питания, установленного на самой плате. Как и многие другие усилители мощности, полевые транзисторы монтируются под платой, для чего требуется всего два (или четыре) винта для крепления печатной платы и выходных устройств. Как всегда, полная информация о конструкции будет доступна при покупке платы.

Радиаторы. Поскольку усилитель предназначен для использования в Hi-Fi, вентиляторы нежелательны, поэтому радиатор должен быть значительным. Я предлагаю вам использовать радиатор с тепловым сопротивлением около 0,4 °C/Вт для версии с высокой мощностью. Конечно, она может быть несколько меньше для версии с низким энергопотреблением, но я рекомендую, чтобы она была не меньше чем ~ 1 °C/Вт.

Используемые радиаторы должны иметь полностью плоскую заднюю стенку, без каких-либо выступов или чего-либо еще. Выходные транзисторы должны быть электрически изолированы от радиатора, и вы можете использовать тонкие изоляторы из слюды, каптона (25 мкм) или оксида алюминия. Не пытайтесь использовать силиконовые прокладки – они имеют слишком большое тепловое сопротивление и приведут к выходу из строя транзисторов.

Предлагаемый блок питания полностью условен. Трансформатор для источника питания должен соответствовать ожидаемой мощности, которую вы хотите получить от усилителя. В следующей таблице приведены рекомендуемые значения напряжения трансформатора и мощность для одного канала. Используйте два трансформатора или один с удвоенным значением мощности для стерео. Например, трансформатор с питанием на вторичке 40-0-40 В и мощность 300 Вт может использоваться для стереофонического усилителя мощностью 150 Вт, который используется для Hi-Fi.

АС, В DC, В Вт Вт/8 Ом
20-0-20 ±28 100 40 Отлично подойдет для использования в маломощном варианте
25-0-25 ±35 100 50 Штраф за использование в системе Hi-Fi
30-0-30 ±42 160 80 Максимальное напряжение для версии с пониженной мощностью
40-0-40 ±56 200 150 Рекомендуемое напряжение питания для версии с повышенной мощностью
50-0-50 ±70 300 240 Абсолютный максимум, может использоваться, но не рекомендуется

Обратите внимание, что все показанные мощности являются «кратковременными» или пиковыми – постоянная мощность всегда будет меньше, поскольку источник питания падает при нагрузке. Пиковые уровни мощности обычно достигаются (или приближаются) к большинству музыки, потому что ее переходные процессы обычно на 6–10 дБ превышают среднюю выходную мощность. Показанные значения мощности трансформатора приведены только для справки – можно использовать более крупные или меньшие блоки с незначительным увеличением или уменьшением пиковой мощности.

Project 101 - Hi-Fi усилитель на полевых транзисторах от Рода Эллиота

На рисунке выше показана принципиальная электрическая схема источника питания ±56 В, и в этом нет ничего нового. Как всегда я рекомендую диодный мост 400 В/35 А с установкой на радиатор.

Конденсаторы фильтра должны быть рассчитаны (как минимум) на номинальное напряжение питания, а лучше выше. Если возможно, используйте конденсаторы с температурой 105 °C.

Примечание. Предохранитель следует выбирать в соответствии с размером силового трансформатора. Для любого тороидального трансформатора мощностью выше 300 Вт настоятельно рекомендуется схема плавного пуска. Используйте предохранитель, рекомендованный производителем трансформатора.

Источник постоянного тока должен быть взят от клемм конденсатора, а не от диодного моста. Использование нескольких маленьких конденсаторов даст лучшую производительность, чем один большой, и, как правило, так дешевле. Например, производительность 10 конденсаторов емкостью 1000 мкФ намного лучше (во всех отношениях), чем один на 10000 мкФ.

Приобретая печатную плату, вы не только получите все значения компонентов, но также получите доступ к информации для источника питания, оптимизированного для наилучшей производительности для обычного источника питания.

Тестирование

Подключите к подходящему источнику питания – помните, что заземление должно быть подключено! При первом включении используйте последовательно с каждым источником питания «защитные» резисторы от 10 до 22 Ом, чтобы ограничить ток, если вы допустили ошибку в проводке.

Перевод: LDS, специально для ldsound.ru

На момент декабря 2019 года печатная плата стоит 20 долларов.

Автор проекта: Род Эллиот Elliott Sound Products

34 комментария: Project 101 – усилитель на полевых транзисторах от Рода Эллиота

  1. LDS пишет:

    На момент перевода и написании статьи, я не знал, что номиналы схемы не показаны. Но на пол пути останавливаться не стал и довел статью до конца. Автор скрыл номиналы элементов, но после покупки ПП Вы узнаете все подробности. Цена на данный момент 20 долларов.
    А вот и сам автор, можно познакомится, если кто не знал):

  2. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    Номиналы установить не то, чтобы просто, а очень просто. Достаточно взять его же схемы на биполярных транзисторах . Секрет Полишинеля.
    Дядька – гениальный, в чём нет сомнений. И схемы продуманы и просчитаны по принципу: надо – бери, делай. К каждой схеме -лабораторная работа со всеми измерениями и комментариями. Вот это и означает:профессионал.
    В альбоме есть похожая схема на бипролярах в А классе, чуть уточнить номиналы и можно повторять. А кому такое не под силу, можно глянуть фото платы усилителя, там цветной код на резисторах , тоже великий секрет

    дядя Паша, приятель и гений электроники, повторил несколько схем отЭллиотта, пришел в восторг, они все с полпинка работают и звучат совершенно удивительно. А я смотрю на схемы и получаю эстетическое удовольствие, как там все просто и продуманно одновременно.

    https://sound-au.com/project03.htm Первая попавшаяся схема от Эллиотта

    Сразу сомнение. Есть усилитель с питанием два по 56 вольт, 112 вольт. Даже если взять четвертую часть от этого питания, как чистый синус , это почти 30 вольт в нагрузке, более 100 ватт на 8 Омах. Куда деть такое, вряд ли музыку слушать. Стены в доме подвигать- да. А на 4 Омах вообще жуть, 200ватт.
    Это уже для улицы, праздники озвучивать, с подвыпившими гостями. Там всегда мало громкости, душа просит навалить.
    Опять же- ставить в усилитель для умца-ца ценные латералы…..Ну, я не знаю.

    • LDS пишет:

      Тут дело каждого, но с нашими авторами я такого не видел. Продаются платы для сборки – это нужное дело, или готовые платы. А тут 20 дол. процентов 30 от стоимости деталей на всей ПП. Да и смысл? Я сейчас куплю, сюда добавлю и закончилась его тайна. Хотя в поиске не нашел таких схем.

  3. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    уточнить осталось обвеску ИТ

  4. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    Во всех схемах такие . Обычная обвеска.
    https://sound-au.com/project3b.htm Например, эта.
    я бы объединил эти две схемы, проекты 3б и 101 в одну. Само просится.

  5. Павел (тот который, дядя ) пишет:

    есть более сердитая схема , где и искать ничего не надо , бери и делай
    http://www.redcircuits.com/Page175.htm

    вот тут бы кто печаткой озаботился , я б купил

    • LDS пишет:

      Разве Род Эллиот не продает печатки? Должна быть.

    • Александр Ростов-на-Дону пишет:

      на макетке типа дуршлаг паяется с песней за вечер-два. другое дело, базарные торговцы за кусок такой платы дерут даже не три цены.
      В питере есть фирма амперкот, там этим макеткам цена ниже плинтуса.

      • Ёшкин Кот пишет:

        Давно есть мысля просто насверлить нужных дырок в гетинаксе и соединить элементы собственными выводами, и будет тру хай-эндЪ, не то что китайская фольга 0,000… мкм.

    • Ёшкин Кот пишет:

      Внушает больше, чем схема из статьи от Эллиота. Впаивать биполяры с их входной кривой экспонентой без эмиттерников рука не поднимается.
      Интересно применён зенер D1.

    • Николай пишет:

      Может она сердитая. 1985 год. Только не совсем очевидно как автор управляет токами выходного каскада. По симметричности намного отработанней УН в УМ-Эстония 010.

      • Александр Ростов-на-Дону пишет:

        токами вых каскада управляют затворы выходных полевиков -латералов. С их мизерной входной ёмкостью и линейностью драйвер работает в курортном режиме, а полоса усилителя убегает за Мегагерц.

    • Влад пишет:

      Кривой “ланзар” с латералами в ВК – это уже круто. …до неприличия. )))

      • Александр Ростов-на-Дону пишет:

        А кто сказал, что прямой Ланзар – ключ от райского звука?
        Заменить дифкаскад одиночным транзистором- звуку только полегчает. Уперлись в дифкаскад и все усилия- только по его улучшению.
        Убедите в обратном, бойцы на симуляторах)))))

  6. Павел пишет:

    Эллиот продает печатки ? ага продает . Вы её цену +ихний налог на физлица с продажи и НДС из Австралии и геморой с таможкой который ляжет на Вас складывать пробовали ?
    единственное что приходит в голову , написать ему , что давай я тебе переведу деньги а ты пришли качественные файлы , платы же сделать уже дома . благо в этом проблемы нету .первая плата встанет в 1300р (маска .перевод и пр.) , последующие примерно по 250р

    • LDS пишет:

      Возможно я не понял, разве он не файлы продает?
      Если только готовые платы, то согласен.

  7. Олег пишет:

    Добрый день.
    Хочется понять.
    1 Повторял ли кто то этот усилитель.
    2. Какова стоимость деталей и работы.
    3. Делает ли сам Элиот свои усилители( хотя бы в разобранном виде) и цена вопроса с доставкой.
    Если кто в теме сообщите , пожалуйста. Хочется высококачественный усилитель на полевых транзисторах. Т.К стоимость классной лампы за пределами возможностей.

    • LDS пишет:

      Возможно единицы. Пока тема “новая”.

    • Куприянов Александр пишет:

      Именно по этой схеме сделаны микросхемы TDA 7293 , 94 , 95. У меня аж книга про них есть : как проектировалась , каждые каскад , производство , как проверяют и присваивают последнюю цифру.

  8. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    Повторю скоро, как альтернативу АБ2. И расскажу.
    АБ 2 на небольшой мощности звучит потрясно, но с ростом мощности звук светлеет, переходя в подвизгивание, что не есть гут. Причина выясняется.

    • Ёшкин Кот пишет:

      Погадаю, хоть и не просили. :)
      Термокомпрессия выходных полевиков?
      Потеря устойчивости на больших амплитудах?
      Нарушение оптимальной работы ОУ из-за раскачки по питанию?

  9. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    Постепенно выясню всё. Вы все варианты подсказали, но есть один: мал ток покоя, 150ма всего. Ампер был бы лучче.

    • Ёшкин Кот пишет:

      Ток покоя – это по первому пункту. ) Чтобы отработать этот вариант проблемы, я бы временно перевёл выходники в класс А.

      • Ёшкин Кот пишет:

        Вот ещё идея. Надеюсь, не надоел. ))
        Номинал кондёрчиков 1 мкф, параллельных стабилитронам в раскачке, маловат на мой взгляд. При больших амплитудах вых. сигнала стабилитроны соответствующего плеча будут закрываться, а поддержать стабильный уровень питания для ОУ в такие моменты нечем, т.к. 1 мкф будет быстро разряжаться. И делители смещения выходников в этой схеме тоже стабилизированы этими стабилитронами. Поэтому Вадик не зря там по 470 мкф поставил.
        Версия такова, что до закрытия стабилитронов всё работает отлично, но как только амплитуда раскачки идёт дальше, появляются артефакты.
        Всё ИМХО.

        • Александр Ростов-на-Дону пишет:

          мудро. Но я в макете смотрел ПХ схемы с 1 мкф, все ровно, а уже 0,1мкф давала скол полки меандра .
          Проверю.

          • Ёшкин Кот пишет:

            Наверное, для проверки этого нужны довольно низкие частоты. ИМХО.

        • Александр Ростов-на-Дону пишет:

          совет аксакала всегда вовремя и по делу. спасибо вам.

          • Ёшкин Кот пишет:

            По возрасту я Вам в сыновья гожусь. :)
            Это Вам спасибо за всё, что делаете для всех нас!

            • Александр Ростов-на-Дону пишет:

              общими усилиями найдем истину.
              Тем более, что смотрел на меандре все уровни и частоты, было ровно. А вот до спектра на разных уровнях не дошел, лень не пустила. Синусоида на экране была такая красивая, что дрогнул. И не стал измерилку включать

  10. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    Усилитель сейчас на прослушивании у дяди Паши, он в силу возможностей попробует что-то выяснить о звуке и его улучшении. А я на след неделе уточню сам.

  11. Вадим пишет:

    Есть еще один популярный усилитель обсуждаемый на многих форумах, на этих же транзисторах.
    http://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=43123&p=2616880&viewfull=1#post2616880

    http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=6339.0

    • Александр Ростов-на-Дону пишет:

      ой, куда мне “столька ват”….Мне и 5 ламповых за глаза и за ухи хватает.
      Или 10 транзисторных однотактных. А тут ….Бог с ними всеми.

    • Александр Бокарёв Ростов-на-Дону пишет:

      Опять же, усилитель с точки зрения инженера и с точки зрения меломана- это даже не две большие, а 4 очень большие разницы. Слишком орбиты разные, редко пересекаются. зато как приятно другому в споре пятак начистить важным аргументом.

Добавить комментарий для Павел (тот который, дядя ) Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *