Гибридный усилитель мощности “Musatoff PA-10”
Источник: http://musatoffcv.narod.ru/Projects/PA-10.htm
Гибридные усилители Magnat: как лампа с транзистором подружились
Компанию Magnat сложно назвать новичком на аудиорынке, но периодически она удивляет своей смелостью – берется за совершенно неведомые ей направления. И добивается успеха.
Бульдог — собака добродушная, но непреклонная. Именно бульдожья морда красовалась на логотипе Magnat с самого начала ее существования (правда, десять лет назад бульдог ушел с логотипа). Компания была основана в 1973 г.
в Кельне инженером-энтузиастом Райнером Хаасом (Rainer Haas) и количество его сотрудников в то время не превышало 60 человек. В течение 70-х Magnat вошел в ряды ведущих производителей акустических систем, а в 1983-м вышел на рынок Car Audio.
Автомобильная электроника — это то, с чем долгое время ассоциировался этот бренд, но в 2007-м спокойствие Hi-Fi-игроков было потревожено неожиданным дебютом.
Ламповый дебют
Двухтактный усилитель Magnat RV 1 унаследовал все лучшее от ламповой классики 60-70 гг. Топология строилась на малошумных двойных триодах 12AX7EH и лампах 12AU7 в предварительной секции, а также на пентодах EL34 в выходном каскаде. Даже имелся MM/MC-корректор на 4-х 12AX7EH.
Идею о разработке полноценного лампового усилителя подсказал конструкторам экспорт-менеджер Audiovox Марио Лоде (Mario Lode), влюбленный в группу AC/DC. Вслед за RV 1 последовал удачный 50-ваттный усилитель RV 2 с тщательно отобранными в пары двойными триодами-драйверами 12AX7 (ECC82), 12AU7 (ECC82) и выходными тетродами 6550.
Примечательно, что все лампы для усилителей были произведены в Саратове.
Первый гибридный лампово-транзисторный усилитель от Magnat — RV 1, выпускался в период с 2007 до 2012 года
Еще одним смелым решением «магнатовцев» стала мысль о внедрении предварительного контура с двойными триодами ECC88 (6922) в выходные цепи SACD-проигрывателя, что привело к созданию модели MCD 850 с ЦАПом Burr-Brown PCM1796 и трансформатором с R-образным сердечником в блоке питания. Двойные триоды 6922 здесь не выступают в роли усилителей, а отвечают за преобразование сопротивления, позволяя получить низкий импеданс на выходе. То же самое относится и к CD-проигрывателю MCD 1050, использующему аналогичные лампы. Модель оснащена апсемплером, ЦАПом Burr-Brown и может работать как внешний ЦАП с входами S/PDIF и USB (24 бит/192 кГц).
Magnat RV 3: слушать часами
К 40-летнему юбилею Magnat в 2013-м появился флагман RV 3 (его обзор на сайте — Виртуозный воин. Усилитель Magnat RV3).
Сандро Фишер (Shandro Fischer), руководитель по технической части (R&D), комментирует: «На самом деле мы обсуждали все возможные варианты, включая импульсное усиление.
В какой-то момент нужно было принять решение, и тут сыграла роль персональная любовь к ламповой технике одного из наших руководителей. Но у нас не было иллюзий по поводу ламп: на них, также как и на транзисторах, можно сделать как хороший, так и плохой звук.
Нам нравится гибридный дизайн, когда лампа используется в предусилителе. Возможно, она определяет всего 20% звукового характера, зато аппаратура с малосигнальными вакуумными приборами получается простой и надежной, и если все сделать правильно, музыку слушать часами приятно. А для нас это один из важнейших критериев».
Гибридный лампово-транзисторный усилитель Magnat RV 3
Модель RV 3 стала абсолютным воплощением концепции «гибридов» в линейке компании. Усилением на ее входе занимается секция SRPP (каскад с динамической анодной нагрузкой), обладающая мизерными искажениями и высокой линейностью.
Здесь используется тщательно подобранная по характеристикам пара двойных триодов ECC82 российского производства, благодаря чему обеспечивается идеальная идентичность каналов с минимальным разбросом характеристик. Дискретный выход RV 3 собран на сильноточных транзисторах Toshiba.
Открытый дизайн модели выполнен в индустриальном стиле и внешне похож на двигатель американских масл-каров, которые так нравятся шефу компании Шандро Фишеру. Веерообразные ребра двух симметрично расположенных на верхней панели радиаторов охлаждения напоминают иглы ощетинившегося ежа.
Там же установлены ECC82, окруженные защитными кольцевыми башенками, кожух с силовым тороидальным трансформатором в 650 Вт и цилиндр, скрывающий набор конденсаторов БП.
Гибридный лампово-транзисторный усилитель Magnat RV 3 (вид сзади)
Фрезерованную 8 мм алюминиевую панель RV3 делит пополам отполированная до блеска ручка моторизованного аттенюатора громкости ALPS, тоже выполненная из алюминия.
В левой части фасада находится кнопка питания и регулятор баланса, в правой — селектор входов на герконовых реле, круглый OLED-дисплей, отображающий вход, и гнездо для наушников.
Усилитель выдает 150 Вт на канал (8 Ом), а высокий коэффициент демпфирования позволяет ему работать фактически с любыми спикерами. Управлять RV 3 можно с помощью металлического пульта ДУ.
Гибридный лампово-транзисторный усилитель Magnat RV 3, лампа ECC82 (слева) и алюминиевый пульт ДУ (справа)
Преимущества гибридной конструкции заключаются в том, что ламповый предварительный каскад помогает достичь естественного аналогового звучания, а транзисторный выход обеспечивает стабильность, точность, динамику и позволяет лояльней отнестись к выбору колонок. Вакуумные триоды RV 3 обладают линейной передаточной характеристикой, отличаются коротким спектром гармоник и высоким сопротивлением на входе, что помогает оптимизировать входной импеданс усилителя. В итоге удается получить натуральный оттенок звучания, вплетенный в паттерн характерной звуковой подачи современных усилителей с мощным транзисторным «выхлопом», гарантирующим точный и динамичный саунд. Кстати, Сандро Фишер убежден, что именно ламповые технологии станут «приманкой» для молодежи, поскольку даже сжатые файлы, пропущенные через триод, обретают шарм и благородство.
Гибридная демократия
Реализовать идею гибридных конструкций немецким инженерам также удалось в классической Hi-Fi-линейке усилителей (MA400, МА600, МА800, МА1000) и даже в более «демократичных» моделях — аудиосистеме МС 2, CD-ресивере МС 20 и SACD-ресивере MC 1.
Лампово-транзисторный MA 1000 мощностью 80 Вт на канал имеет более традиционный, в отличие от RV 3, дизайн.
Его предварительный каскад построен на двух двойных триодах ECC82, прошедших 60-часовой фабричный прогрев. На выходе стоят транзисторы Toshiba. В БП установлены 4 электролита по 10000 мкФ и «тороидальник».
В пару к MA 1000 рекомендуется соответствующий ему по параметрам CD-проигрыватель MCD 1050.
Гибридный лампово-транзисторный усилитель Magnat MA 1000 (со снятой крышкой)
Усилители MA 800, MA 600 и MA 400 используют аналогичную лампово-транзисторную базу. Интегральник MA 800 отличается от MA 1000 мощностью (2 х 75 Вт при 8 Ом), имеет топологию схем типа «двойное моно», «пред» на лампах ECC82 и выход на сильноточных транзисторах Sanken.
Каждый канал питается от отдельной обмотки тороидального трансформатора. На алюминиевой панели имеются окна для ламп и такие же элементы управления, как у MA 1000. Круглый OLED-дисплей оснащен парой индикаторов, указывающих на использование одного из входов MM/MC-фонокорректора.
Модель MA 800 получила аналогичную коммутацию, но не имеет выхода предусилителя.
Две лампы ECC82 на входном каскаде Hi-Fi-усилителей Magnat линейки MA
Младшие «гибриды» MA 600 (2 х 55 Вт, 8 Ом) и MA 400 (2 х 32 Вт, 8 Ом) отличаются другим дизайном, используют только одну лампу ECC82 в предварительном каскаде и тоже имеют полупроводниковый выход.
В MA 600 встроен ЦАП Burr-Brown и модуль Bluetooth с поддержкой aptX для lossless-форматов. Присутствует полный набор аналоговых и цифровых входов, включая разъемы для MM-фонокорректора и асинхронный USB-порт (24 бит/192 кГц). Замыкающий серию MA 400 получил MM-фонокорректор с малошумными ОУ и инфразвуковым фильтром.
В БП имеются два конденсатора по 10000 мкФ.
CD-проигрыватель Magnat MCD 1050 с ламповым предусилителем
В линейку Magnat входит гибридный CD-ресивер MC 20 с одной лампой ECC88 во входном каскаде и микросхемами Thomson Audio на выходе.
Модель собрана в алюминиевом корпусе с деревянными боковинами, имеет CD-привод, AM/FM-тюнер с RDS и развитую коммутацию, включая USB-порт, входной мини-джек, выход под сабвуфер и др. Встроенный усилитель развивает 30 ватт на канал.
Доступен комплект MC 2, включающий в себя MC 20 и два полочных спикера. Гибридный SACD-ресивер MC 1 мощностью 2 х 60 Вт, оснащен аналогичной лампой на входе, а на выходе имеет транзисторы Sanken.
Гибридный CD-ресивер Magnat MC 20
Ставка компании Magnat на гибридные усилители принесла ей вполне заслуженный успех. В настоящее время Magnat выпускает компоненты для Car Audio, ДК, Hi-Fi и даже налаживает производство наушников — судя по последним данным из тестовой лаборатории в г. Пульхайм-Браувейлер недалеко от Кельна. Этот бульдог еще поучит молодых новым фокусам.
Источник: https://stereo.ru/to/h2cv7-gibridnye-usiliteli-magnat-kak-lampa-s-tranzistorom-podruzhilis
Гибридный линейный усилитель мощности
В коротковолновых трансиверах передающий тракт обычно содержит мощный оконечный усилитель на электровакуумной радиолампе и предварительный усилитель на транзисторах. При этом, для согласования предварительного усилителя с оконечным, применяют резонансные цепи. Подобные же цепи включают и между предварительным усилителем и последним смесителем передающего тракта.
Такое построение передающего тракта трансивера нельзя считать оптимальным. Применение двух переключаемых резонансных контуров на входе и выходе предварительного усилителя усложняет устройство.
Кроме того, включение коллектора мощного транзистора в цепь резонансного контура может принести к появлению нелинейных искажений, обусловленных большой нелинейностью емкости коллекторного перехода транзистора.
На рисунке приведена схема гибридного усилителя мощности, в выходном каскаде которого используется каскодное соединение биполярного транзистора VT4, включенного по схеме с общим эмиттером, и лампы VL1, включенной по схеме с общей сеткой.
Такое построение не только позволило хорошо согласовать низкое выходное сопротивление мощного транзистора со входом лампы, но и обеспечило исключительную линейность амплитудно-частотной характеристики каскада.
Другим важным преимуществом является то, что в лампе оказались «заземленными» три электрода — первая и вторая сетки и лучеобразующие пластины. Проходная емкость лампы стала пренебрежимо малой, вследствие чего отпала необходимость в ее нейтрализации.
Для повышения входного сопротивления оконечного каскада на его входе включен эмиттерный повторитель на транзисторе VT3. Поскольку эмиттер этого транзистора непосредственно соединен с базой транзистора VТ4, то ток покоя выходного каскада можно регулировать подстроечным резистором R20, включенным в цепь базы VТ3.
Для повышения линейности и температурной стабильности усилителя каскодный каскад охвачен последовательной отрицательной обратной связью через два параллельно включенных резистора R23 и R25.
При токе покоя 25 мА, анодном напряжении 600 В и мощности сигнала на входе эмиттерного повторителя 8…10 мВт усилитель отдает мощность не менее 130 Вт на всех КВ диапазонах. При этом постоянная составляющая анодного тока равна 330 мА.
Интермодуляционные искажения третьего и пятого порядка при выходной мощности 140 Вт не превышают –37 дБ.
В усилителе предусмотрена защита транзистора VТ4 от пробоя при неисправностях лампы, а также во время переходных процессов при ее разогреве. Для этого коллектор транзистора VТ4 через диоды VD2, VD3 подключен к стабилитрону VD4 с напряжением стабилизации 50 В.
При нормальной работе усилителя диоды VD2, VD3 закрыты, поскольку напряжение на коллекторе VT4 не превышает 35 В.
Если по какой-либо причине мгновенное напряжение на коллекторе превысит 50 В, диоды VD2, VD3 откроются и он окажется зашунтирован-ным низким дифференциальным сопротивлением стабилитрона VD4.
Входное сопротивление каскодного каскада (со входа эмиттерного повторителя) практически активно, мало зависит от частоты и близко к 400 Ом.
Чтобы получить выходную мощность 130 Вт, достаточно иметь на входе эмиттерного повторителя ВЧ сигнал напряжением 1,8 В. Такой уровень вполне может обеспечить смеситель на транзисторах.
(Если в трансивере последний смеситель передающего тракта выполнен на диодах, то мощность ВЧ сигнала на выходе смесителя не превышает, как правило, 0,05…0,1 мВт).
Для повышения коэффициента усиления на входе эмиттерного повторителя включен двухкаскадный широкополосный усилитель на транзисторах VT1 и VТ2. Входное сопротивление усилителя около 200 Ом, что хорошо согласуется с выходным сопротивлением обычных диодных смесителей.
Коэффициент усиления в интервале частот 1…30 МГц практически постоянен и равен 26 дБ. Для получения выходной мощности 130 Вт на вход предварительного усилителя достаточно подать сигнал мощностью 0,05 мВт, т. е.
усилитель можно включить непосредственно на выходе диодного смесителя передающего тракта КВ трансивера.
Когда на входе нет РЧ сигнала, усилитель потребляет ток около 40 мА от источника напряжением +15В и 25 мА от источника +600 В. Поэтому выгодно в режиме приема усилитель «закрывать». Для этой цели к цепям питания баз трех транзисторов VT1-VT3 подключены выходы инверторов D1.1 -DD1.3.
В режиме приема на их входы подают логическую 1. При этом потенциал на выходах инверторов ниже напряжения открывания кремниевых транзисторов, вследствие чего все каскады усилителя закрыты. В режиме передачи на входы инверторов подают низкий логический уровень. Потенциал на выходах элементов DD1.1- DD1.
3 становится высоким, и усилитель открывается.
Эквивалентное сопротивление выходного каскада усилителя около 900 Ом. Расчетные значения реактивных элементов П-контура для согласования усилителя с антенной приведены в таблице.
Значение элементов П-контура
|
Долгое время лежал у меня без дела корпус от усилителя “Эстония УМ-010”. Располагавшийся в нем однотактный усилитель уже давно был разобран. Чего бы такого в нем собрать, что бы потом не потребовалось разбирать? Тороидальный трансформатор в нем не плох, значит остается. Итого имеем +-32В на холостом ходу. С учетом просадки, более 50 Вт на 8 Ом не получить, а реально еще меньше. Конденсаторы К50-18 устарели реально и безжалостно вытащены, освободилось место. Теперь есть где расположить регулятор громкости, значит уже можно собрать интегральник вместо простого УМ. А не сделать ли гибридный усилитель? Радиаторы не большие и упрятаны в корпус, много на них не рассеять, только класс АВ. Конечно и в классе АВ можно сделать небольшие искажения у повторителя. Но это уже пройдено многими, в том числе Алексом Никитиным. С другой стороны, хочется минимизировать количество каскадов усиления.
Вот только крутизна у них маленькая, для компенсации потребуется высокое усиление первого каскада, значит пентод. А если пентод, да еще ему надо будет прокачать емкости полевиков, то 6Ж43П, с ее высокой крутизной, высоким усилением, линейностью и большой мощностью рассеяния на аноде, просто самое место. Так, полевики на выходе одной полярности, как же подать на них сигнал? Конечно фазорасщепляющий трансформатор. Берем симулятор LTSpice вводим схему и начинаем формировать требования для межкаскадного трансформатора, что бы обеспечить и достаточную глубину ОООС и требования по полосе, нагрузкам. Получается, что нужен однотактный фазорасщепляющий трансформатор с коэффициентом 2:1+1. Если взять больший коэффициент трансформации, то полоса расширится, но большой раскрыв напряжения на аноде поднимет планку искажений пентода, да и трансформатор усложнится. Меньший коэффициент, например 1:1+1 создает слишком большую емкостную нагрузку на пентод и есть опасения за качество передачи ВЧ. Итак полученная базовая схема:
Управлять нижним транзистором мне показалось неразумным, ведь оба сигнала контроля (земля и выход) находятся рядом для верхнего транзистора. Делаю плавающее питание для сервосистемы на основе вольтдобавки. ОУ беру широкополосный с полевыми транзисторами на входе. Пришлось помучиться с постоянными времени сервосистемы что бы не получить возбуждения ее на инфранизких частотах при различных нагрузках и при ее отсутствии. В итоге, схема приобрела такой вид. Сигнал с трех пар входных клемм, через малосигнальные реле, поступает на регулятор громкости и далее на вход усилителя. Входного конденсатора нет, небольшие напряжения смещения далеко не уведут режим работы лампы по причине примененного автосмещения.
Я поставил подстроечный конденсатор что бы оптимизировать глубину коррекции и получить одинаковые параметры по каналам в условиях технологических разбросов изготовления межкаскадного трансформатора. Схемы смещения выходных транзисторов сделаны так же по схеме вольтдобавки со стабилизацией. Подстроечными резисторами устанавливаем начальный уровень тока. Цепь R30-C16 обеспечивает стабильную нагрузку на ВЧ и обеспечивает устойчивость на самых высоких. Блок питания выполнен раздельным для входной и выходной части усилителя. После нагрева лампы поднимается напряжение на резисторе автосмещения R8 и через резистор R6 оно попадает в схему управления, которая включает силовое питание в два этапа. Сначала включатся реле К4, которое подает 220 В через токоограничивающий резистор, а потом уже включается реле К5. Конструкцию усилителя можно увидеть на следующих снимках Слева, снизу-вверх: выключатель питания, реле К4 и К5, резистор R34 (зеленый), трансформатор Т1, конденсатор С19, дроссель L1. Регуляторы громкости и плата с лампами. На ней установлены элементы питания ламп и резисторы делителя ОООС
Выходная мощность на каждый канал при ограничении по коэффициенту нелинейных искажений в 1% На нагрузку 8 Ом 35 Вт На нагрузку 4 Ом 50 Вт Полоса усиления по уровню -3дБ и нагрузке 8 Ом 7 Гц…50 кГц Глубина ООС в диапазоне частот 200 Гц – 20 кГц на нагрузке 8 Ом 15-18 дБ Конструкция трансформаторовОба вида трансформаторов намотаны на магнитопроводе В43 завода «Комета», который примерно соответствует ПЛР 13х25. Межкаскадный трансформатор содержит две катушки, первичные обмотки соединены параллельно, а вторичные использованы раздельно. Первичные обмотки намотаны проводом ПЭТВ-2 0,118, вторичные ПЭТВ-2 0,18. Намотка каждой катушки выполнена в 9 секций. Первой наматывается секция вторичной обмотки, после чего они идут по очереди. Количество слоев по секциям: 1-3-2-5-5-5-2-3-1. Каждый слой вторичной обмотки состоит из 159 витков, а первичной из 227 витков. Итого, первичная обмотка содержит 3632 витка, а вторичная 1749 витков. Между слоями прокладывается один слой конденсаторной бумаги толщиной 0,02. Между секциями прокладывается один слой крафтбумаги толщиной 0,12. Сопротивление пары первичных обмоток около 310 Ом. Сопротивление каждой вторичной обмотки около 64 Ом. Поскольку начальный ток через пентод невелик, то зазора при сборке трансформатора не потребовалось.
Первичная обмотка состоит из 3540 витков проводом ПЭТВ-2 0,125 для напряжения питания ~240 В с отводом от 295 витка для работы от 220 В. Высоковольтная вторичная обмотка состоит из 2640 витков тем же проводом. На каждой катушке, накальная обмотка выполнена из четырех обмоток, соединенных параллельно по 111 витков проводом ПЭТВ-2 0,25. Обмотка для питания цифровой части состоит из 177 витков того же провода. Между всеми обмотками проложена крафтбумага. |
||||||
| Рабочая частота, МГц | Емкость первого конденсатора. пф | Индуктивность, мкГн | Емкость второго конденсатора, пф | |||
| Rн=50 Ом | Rн=75 Ом | Rн=50 Ом | Rн=75 Ом | Rн=50 Ом | Rн=75 Ом | |
| 1.85 3,6 7.05 14.15 21,228,5 | 4033 2073 1058 527 352262 | 3433 1764 901 449 300223 | 2.8 1,4 0,73 0,36 0,240.18 | 2.8 1,4 0,73 0,36 0,240.18 | 13765 7074 3612 1800 1201894 | 9177 4716 2408 1200 801596 |
Паспортное значение допустимой мощности рассеивания на аноде лампы 6П45С равно 35 Вт. В данном усилителе при анодном токе 330 мА на аноде лампы рассеивается мощность около 70 Вт.
Однако это не снижает заметно надежность лампы, поскольку мощность рассеивания достигает 70 Вт только на пиках огибающей SSB сигнала или во время телеграфных посылок.
Средняя рассеиваемая мощность обычно не превышает допустимого значения.
Конструктивно лампа 6П45С и элементы согласующего П-контура размещены в экранированном отсеке, выводы из которого сделаны посредством проходных конденсаторов КТП. Для улучшения охлаждения лампы верхняя и нижняя крышки должны быть перфорированы.
Следует отметить, что лампа лучше охлаждается при её горизонтальном положении. Транзисторы VT1 и VT3 размещены в непосредственной близости к панели лампы и закреплены на шасси так, чтобы обеспечивался хороший теплоотвод.
Остальные элементы усилителя могут быть размещены на печатных платах трансивера.
Дроссель L6 выполнен на цилиндрическом диэлектрическом каркасе диаметром 14 мм и содержит 270 витков провода ПЭВ 0,33, намотанных виток к витку.
Дроссель L7 содержит 3 витка провода ПЭВ 0,11 , размещенных на резисторе R21. При правильном монтаже усилитель не требует настройки, единственная необходимая регулировка это установка тока покоя выходного каскада подстроечным резистором R20.
Источник: http://cxem.gq/cb/1-11.php
Гибридный линейный КВ усилитель мощности
Гибридный линейный усилитель мощности
В коротковолновых, трансиверах передающий тракт обычно содержит мощный оконечный усилитель на электровакуумной радиолампе и предварительный усилитель на транзисторах. При этом, для согласования предварительного усилителя с оконечным, применяют резонансные цепи. Подобные же цепи включают и между предварительным усилителем и последним смесителем передающею тракта.
Такое построение передающего тракта трансивера нельзя считать оптимальным. Применение двух переключаемых резонансных контуров на входе и выходе предварительного усилителя усложняет устройство.
Кроме того, включение коллектора мощного транзистора в цепь резонансного контура может привести к появлению нелинейных искажений, обусловленных большой нелинейностью емкости коллекторного перехода транзистора.
На рисунке приведена схема гибридного усилителя мощности, в выходном каскаде которого используется каскодное соединение биполярного транзистора VT4, включенного по схеме с общим эмиттером, и лампы VL1, включенной по схеме с общей сеткой.
Такое построение не только позволило хорошо согласовать низкое выходное сопротивление мощного транзистора со входом лампы, но и обеспечило исключительную линейность амплитудно-частотной характеристики каскада.
Другим важным преимуществом является то, что в лампе оказались «заземленными» три электрода — первая и вторая сетки и лучеобразующне пластины .Проходная емкость лампы стала пренебрежимо малой, вследствие чего отпала необходимость в ее нейтрализации.
Для повышения входного сопротивления оконечного каскада на его входе включен эмиттерный повторитель на транзисторе VT3.
Поскольку эмиттер этого транзистора непосредственно соединен с базой транзистора VT4, то ток покоя выходного каскада можно регулировать подстроечным резистором R20, включенным в цепь базы VT3.
Для повышения линейности и температурной стабильности усилителя каскодный каскад охвачен последовательной отрицательной обратной связью через два параллельно включенных резистора R23 и R25. При токе покоя 25 мА.
анодном напряжении 600 В и мощности сигнала на входе эмиттерного повторителя 8…10 мВт усилитель отдает мощность не менее 130 Вт на всех KB диапазонах. При этом постоянная составляющая анодного тока равна 330 мА. Интермодуляционные искажения третьего и пятого порядка при выходной мощности 140 Вт не превышают—37 дБ.
В усилителе предусмотрена защита транзистора VT4 от пробоя при неисправностях лампы, а также во время переходных процессов при ее разогреве. Для этого коллектор транзистора VT4 через диоды VD2, VD3 подключен к стабилитрону VD4 с напряжением стабилизации 50 В.
При нормальной работе усилителя диоды VD2, VD3 закрыты, поскольку напряжение на коллекторе VT4 не превышает 35 В. Если по какой-либо причине мгновенное напряжение на коллекторе превысит 50 В, диоды VD2.
VD3 откроются и он окажется зашунтпрованным низким дифференциальным сопротивлением стабилитрона VD4.
Входное сопротивление каскодного каскада (со входа эмиттерного повторителя) практически активно, мало зависит от частоты и близко к 400 Ом.
Чтобы получить выходную мощность 130 Вт, достаточно иметь на входе эмиттерного повторителя ВЧ сигнал напряжением 1,8 В.
Такой уровень вполне может обеспечить смеситель на транзисторах (Если в трансивере последний смеситель передающего тракта выполнен на диодах, то мощность ВЧ сигнала на выходе смесителя не превышает, как правило, 0,05…0,1 мВт).
Для повышения коэффициента усиления на входе эмиттерного повторителя включен двухкаскадный широкополосный усилитель на транзисторах VT1 и VT2. Входное сопротивление усилителя около 200 Ом, что хорошо согласуется с выходным сопротивлением обычных диодных смесителей.
Коэффициент усиления в интервале частот 1…30 МГц практически постоянен и равен 26 дБ. Для получения выходной мощности 130 Вт на вход предварительного усилителя достаточно подать сигнал мощностью 0,05 мВт, т е.
усилитель можно включить непосредственно на выходе диодного смесителя передающего тракта KB трансивера.
Когда на входе нет РЧ сигнала, усилитель потребляет ток около 40 мА от источника напряжением +15В и 25 мА от источника +600 В. Поэтому выгодно в режиме приема усилитель «закрывать». Для этой цели к цепям питания баз трех транзисторов VTI—VT3 подключены выходы инверторов DDI.1 — DD1.3.
В режиме приема на их входы подают логическую 1. При этом потенциал на выходах инверторов ниже напряжения открывания кремниевых транзисторов, вследствие чего все каскады усилителя закрыты. В режиме передачи на входы инверторов подают низкий логический уровень. Потенциал на выходах элементов DD1.1—DD1.
3 становится высоким, и усилитель открывается.
Эквивалентное сопротивление выходного каскада усилителя около 900 Ом. Расчетные значения реактивных элементов П-контура для согласования усилителя с антенной приведены в таблице.
Паспортное значение допустимой мощности рассеивания на аноде лампы 6П45С равно 35 Вт. В данном усилителе при анодном токе 330 мА на аноде лампы рассеивается мощность около 70 Вт.
Однако это не снижает заметно надежность лампы, поскольку мощность рассеивания достигает 70 Вт только на пиках огибающей SSB сигнала или во время телеграфных посылок.
Средняя рассеиваемая мощность обычно не превышает допустимого значения.
Конструктивно лампа 6П45С и элементы согласующего П-контура размещены в экранированном отсеке, выводы из которою сделаны посредством проходных конденсаторов КТП. Для улучшения охлаждения лампы верхняя и нижняя крышки должны быть перфорированы.
Следует отметить, что лампа лучше охлаждается при её горизольтальном положении. Транзисторы VTI и VT3 размещены в непосредственной близости к панели лампы и закреплены на шасси так, чтобы обеспечивался хороший теплоотвод.
Остальные элементы усилителя могут быть размещены на печатных платах трансивера.
Дроссель L6 выполнен на цилиндрическом диэлектрическом каркасе диаметром 14 мм и содержит 270 витков провода ПЭВ 0.33, намотанных виток к витку. Дроссель L7 содержит 3 витка провода ПЭВ 0.11, размещенных на резисторе R21.
При правильном монтаже усилитель не требует настройки, единственная необходимая регулировка — это установка тока покоя выходного каскада подстроечным резистором R20.
В. ЖАЛНЕРАУСКАС (UP2NV) г. Каунас
Источник:
Раздел: [Трансиверы и радиостанции]
Источник: http://cvavr.ru/index.php/vse-razdely/74-statii-internet/razdel-elektronika-skhemy-opisaniya/transivery-i-radiostancii/1102-gibridnyj-linejnyj-kv-usiliteli-moshhnosti
Широкополосный усилитель мощности S-диапазона с выходной мощностью 300 Вт в непрерывном режиме
Кищинский А.А., Суханов Д.А.
АО «Микроволновые системы»
г. Москва, ул. Нижняя Сыромятническая, 11, 105120, Российская Федерация
ak@mwsystems.ru, sda@mwsystems.ru
Аннотация: В представляемой работе обобщаются результаты разработки и исследования параметров экспериментального образца усилителя мощности S-диапазона с октавной полосой частот и выходной мощностью 300-400 Вт в режиме усиления непрерывных колебаний.
Усилитель построен по схеме 8-канального суммирования мощностей гибридно-интегральных усилительных модулей, выполненных на основе нитрид-галлиевых транзисторов в виде кристаллов.
Каждый модуль имеет в нормальных климатических условиях выходную мощность 43-50 Вт при коэффициенте усиления 23 дБ и КПД по добавленной мощности 35-40%.
Ключевые слова: сверхвысокие частоты, транзисторный усилитель мощности, нитрид галлия, суммирование мощностей.
1. Введение
Освоение промышленного выпуска высоконадежных коммерчески-доступных GaN-транзисторов позволило повысить выходную мощность широкополосных усилителей мощности на порядок при разумной технической сложности изделия.
Ниже рассматривается конструкция макета усилителя мощности диапазона 2 -4 ГГц с октавной полосой частот и выходной мощностью 300-400 Вт в непрерывном режиме, построенного на основе схемы восьмиканального квадратурного суммирования и обсуждаются технические решения элементов его конструкции.
2. Схема и конструкция макета усилителя
На рисунке 1 показана структурная схема разработанного макета усилителя. Усилитель построен на основе восьми гибридно-интегральных усилительных модулей М2450Б, разработанных авторами для применения
в качестве базового элемента мощных усилителей диапазона 2-4 ГГц нового поколения. Каждый модуль содержит два балансных усилительных каскада на кристаллах GaN-транзисторов с длиной затвора 0,5 мкм и шириной затвора 2100 мкм (в первом каскаде) и 7000 мкм (во втором каскаде). Транзисторы работают при напряжении стока 27 В.
В качестве квадратурных мостов применены свернутые 3-дБ направленные ответвители [1] на подложках из поликора толщиной 0,5 мм, изготовленных по тонкопленочной технологии с увеличенной толщиной металлизации (20 мкм).
Транзисторы установлены непосредственно на медное основание модуля, керамические платы припаяны к основанию через металлические прокладки из псевдосплава медь-молибден.
Рис 1. Структурная схема усилителя мощности
Модули, установленные в макет, имели следующие основные параметры в рабочем диапазоне частот от 2 до 4 ГГц в непрерывном режиме:
Линейное усиление ……………….…… 29 – 31 дБ
Выходная мощность …………..……… 43 – 50 Вт
КПД ……………………………………. 35 – 40 %
Рабочий ток стока …………………….. 4,3 – 4,9 А
Перегрев рабочей зоны кристалла
GaN-транзистора …………………..….. 110 – 130 градусов
(расчет при Rth=4,8 град/Вт)
Усилитель имеет два входа СВЧ сигнала (XW1, XW2) и два выхода (XW3, XW4) для исследования его параметров при коммутации сигнала в две независимые нагрузки (антенны).
Конструкция макета усилителя показана на рисунке 2 (экранирующие элементы сняты). Модули М2450Б установлены в отдельных экранированных отсеках алюминиевого корпуса и закреплены винтами. С обратной стороны корпуса закреплен радиатор жидкостного охлаждения.
Рис 2. Общий вид макета усилителя
Входной сигнал с уровнем 3-5 Вт делится на 8 каналов при помощи квадратурных 3 -дБ мостов, выполненных на основе секций с лицевой связью воздушной симметричной полосковой линии. Идея конструкции ответвителя заимствована из работы [2].
В качестве линии передачи была предложена и экспериментально отработана линия, конструкция которой показана на рисунке 3. Линия передачи формируется на двух сторонах диэлектрической подложки по стандартной печатной технологии с толщиной медной металлизации 70 мкм.
Толщина диэлектрика (в сумме с двойной толщиной металлизации) выбирается равной зазору в секции лицевой связи квадратурного ответвителя, и задает величину зазора при монтаже пластин ответвителя.
Металлизация с обеих сторон платы соединена металлизированными переходными отверстиями.
Рис 3. Разрез конструкции линии передачи мощного СВЧ сигнала
Плата зажимается между корпусом и экранирующей крышкой, образуя симметричную линию. Стабильность диэлектрической постоянной диэлектрика значения не имеет, электрическое поле в диэлектрике практически отсутствует .
Предложенная конструкция технологична и обладает малыми вносимыми потерями (измеренные на макетах значения погонных потерь на частоте 4 ГГц составили 0,07 дБ на 10 см длины. Это важно, поскольку в выходном тракте распространяется сигнал с мощностью более 300 Вт.
Для улучшения теплоотвода в выходном тракте между корпусом и нижней металлизацией дополнительно установлены 4 столбика из нитрида алюминия сечением 2 кв.мм. припаянные с двух сторон.
3. Параметры макета усилителя
Одним из важных параметров является «КПД суммирования» – отношение выходной мощности усилителя к арифметической сумме выходных мощностей суммируемых элементов. Основные факторы, снижающие КПД суммирования в широкой полосе частот:
– потери в выходном сумматоре (0,5 дБ);
– фазовая неидентичность модулей М2450Б (10-15 градусов);
– неидеальные КСВН входов сумматора.
Полученный на макете КПД суммирования в октавной полосе составил не менее 80%. Разница усредненных коэффициентов усиления в линейном режиме установленных модулей М2450Б и полученного коэффициента усиления усилителя составила в октавной полосе от 1,2 до 1,5 дБ.
Выходная мощность в режиме насыщения (компрессия усиления 8-9 дБ) составила 320 -420 Вт при напряжении питания 27 В, рабочий ток усилителя в режиме насыщения составил от 32 до 39 А, КПД усилителя в
режиме насыщения – от 30 до 38%. При компрессии усиления 4 дБ выходная мощность составляет около 120 Вт, рабочий ток 19-21 А, КПД от 20 до 24%.
Коммутация входов XW1 и XW2 позволяет направить выходную мощность на выход XW4 или XW3, соответственно. При этом измеренные отклонения не превышают 3-4%.
В изолированный выход проникает сигнал с уровнем от -17 до -35 дБ относительно мощности на рабочем выходе.
Перегрев в центральной зоне установки модулей при расходе жидкости 3 л/мин составил 8 градусов. В качестве термоинтерфейса между корпусом усилителя и радиатором применялась термопаста ARCTIC SILVER 5 с теплопроводностью 8,7 Вт/м*К.
Перегрев линий передачи и пластин сумматора оценивался по характеру плавления и изменения цвета термокарандашей с различными точками плавления, которыми последовательно маркировались элементы.
Максимальный перегрев в точке соединения выходного разъема составил около 75 градусов.
4. Заключение
В октавной полосе частот S-диапазона реализован гибридно-интегральный усилительный модуль с КПД 35-40% и выходной мощностью 43 – 50 Вт. Показана возможность 8-канального квадратурного суммирования с КПД суммирования более 80%, при этом КСВН входа и выхода усилителя не превышает 1,5, выходная мощность в непрерывном режиме составила 320-420 Вт, КПД 30-38%.
При этих параметрах перегрев активной структуры кристалла GaN-транзистора составляет 110 – 130 градусов, что требует особого внимания к минимизации перегрева конструкции (жидкостное охлаждение, термоинтерфейс, медные основания модулей).
Заметную роль играет нагрев элементов выходного тракта, что требует также внимания к его конструкции (элементы теплосъема, выходной соединитель, минимизация потерь в тракте).
Список литературы
[1] Кищинский А.А., Радченко В.В., Радченко А.В. Широкополосные квадратурные делители/сумматоры мощности для применения в усилителях СВЧ мощности // Материалы 19-й Международной Крымской конференции “CВЧ техника и телекоммуникационные технологии”. 2013. том 1. стр.6-10.
[2] I.Schmale. Synthesis of high-power broadside-coupled thick striplines including narrow lateral shielding // Proceedings of the 36th European Microwave Conference. 2006. р.р. 21-24.
Источник: http://www.MWSystems.ru/publication/index.html/id/23
Гибридные усилители
Совместить любимый многими тембральный окрас, естественность звучания и устойчивость к перегрузкам ламповых усилителей с надежностью, долговечностью и точностью воспроизведения ВЧ транзисторных конструкций. Идея уже далеко не нова. Сегодня мы поговорим о современных гибридных Hi-Fi усилителях.
На заре становления рубрики AuDDiolab я уже упоминал об этом интересном классе устройств. Пришло время уделить ему должное внимание. За что же в сущности идет борьба при создании гибридного усилителя? Ведь “чистокровный” ламповый агрегат класса А сполне способен отыгрывать музыку более чем хорошо. Да, всё действительно так.
Richter Sorcerer – так выглядит мечта многих аудиофилов
Но даже у класса А есть ахиллесова пята. Тот самый фатальный недостаток, ограничивающий его повсеместное распространение. И это – экспоненциальный рост сложности проектирования и себестоимости такого усилителя при попытках довести его мощность до каких-либо серьезных показателей.
Дело тут в том, что без просто заоблачных требований к качеству элементной базы и монтажа и даже к организации питания устройства добиться укладывающегося в рамки Hi-Fi коефициента нелинейных искажений (КНИ) здесь попросту невозможно.
А потому уделом ламповых однотактников класса А остаются маломощные, но выдающие потрясающе качественный звук решения.
Невероятно, но КНИ, равный 1.2% для мощных ламповых усилителей считается хорошим показателем
Вот здесь и возникает потребность в альтернативном решении, способном обеспечить сопоствимый уровень звучания и высокие показатели мощности одновременно. И быть при этом экономически целесообразным. Так зародилась потребность в мощных гибридных усилителях.
Гибридное чудовище Magnat RV 3. 2 x 200 Ватт и КНИ 1%. Недостижимые для простой “лампы” показатели
Но не мощью единой жив рынок! Имеет место и другая крайность – усилители для наушников. Где, помимо достаточной для раскачи высокоомных наушников мощи, требования к уровню КНИ выходят на совершенно иной уровень. Hi-Fi наушники по умолчанию являются инструментом куда более точным, нежели акустика. И все грехи, водящиеся за усилителем, они в обязательном порядке “озвучат”.
Прямо в ушные каналы слушателя. А потому, здорово было бы и “крутой норов” ламп обуздать, сведя искажения к минимуму, и конструкцию максимально удешевить. Так появились гибридные усилители для наушников. Зачастую простые, сравнительно дешевые бестрансформаторные решения.
Но многие модели действительно способны выдать звук такого уровня, что “чистокровным” ламповым собратьям приходится обильно краснеть.
Apex Peak/Volcano заставит наушники петь
Безусловно, на этом перечень разновидностей “гибридов” не заканчивается. Любая современная “ламповая” микросистема для плееров и смартфонов на практике оснащается именно гибридным усилителем. Samsung, Roth, Fatman. Список можно продолжать и продолжать. Достаточно лишь вспомнить тот самый кикстартеровский проект портаивного “гибридника” для наушников.
Одно совершенно ясно – в обозримом будущем “классическим” ламповым решениям останется место лишь в сегменте ультимативного Hi-End. А околобюджетный и среднеценовой куски лампового пирога целиком и полностью достанутся гибридным конструкциям.
Stereo Hybrid Tube Amp. $149. Без комментариев
Так в чем же их секрет? Ответ прост – в транзисторном контроле режимов работы ламп.
Фактически, небольшое количество транзисторных элемеентов с минимальной обвязкой способны заменить собой длиннющие, дорогостоящие и при этом повышающие уровень КНИ “гирлянды” конденсаторов, сопротивлений и прочих элементов, призванных удержать ламповый норов в рамках приличи дедовскими методами.С одной стороны мы получаем рост достоверности звучания, а с другой – упрощение (а значит и удешевление) конструкции.
Простота – залог отличного звука
Да, многие маститые “гуру”-аудиофилы до сих пор не воспринимают такие решения всерьез потому, что в них якобы пристутствует обратная связь, пагубно влияющая на звук. На практике же транзисторные жлементы в таких схемах не выполняют роль усиливающих сигнал элементов. А потому рассматривать такие опасения всерьез не следует.
Вот и все на сегодня. Настоятельно рекомендую всем читателям рубрики AuDDiolab по возможности ознакомиться со звуком “гибридов”. Вполне возможно это именно то, что многие из вас искали.
А так же напишите в комментариях, будет ли вам интересен цикл материалов о построке гибридного усилителя своими силами.
Если я пойму, что “критическая масса” откликов набралась, такой проект не заставит себя долго ждать. До скорого! 🙂
Источник: https://keddr.com/2016/01/gibridnyie-usiliteli/
Однотактный гибридный усилитель мощности звука
Источник: http://grimmi.ru/technical.html
(нет голосов)
Загрузка...
detector