DP0134 -200W MOSFET Power Audio Amplifier

[donpetru]

Un alt proiect din colectia personala de circuite imprimate/scheme electronice este proiectul DP0134 care este, cel mai probabil, unul dintre cele mai simple si performante amplificatoare audio cu tranzistoare MOSFET ("verticali MOSFET, perechea binecunoscuta IRFP240 si IRFP9240). Precum ati observat am mentionat si "simplu", adica o schema electronica care daca tranzistoarele sunt imperecheate in functie de "hFe" destul de bine nu are nevoie de un reglaj de DC OFFSET, ci este suficient doar reglajul curentului de mers in gol.

 

In simulatorul Multisim am obtinut un THD de 0,004% la peste 200W/4 ohmi - sinus, destul de bun comparativ cu alte topologii care au la baza aceste tranzistoare MOSFET. Daca veti simula schema electronica in LtSpice foarte probabil se vor obtine distorsiuni armonice la 1kHz sinus mult mai mici ca in Multisim! Daca veti folosi un AO mult mai performante cu siguranta rezultatele vor fi mult mai bune, chiar si in materie de slew rate care va atinge 50V/us (sau mai bine zis viteza de crestere a tensiuni pe iesire in sarcina rectangulara la 1kHz sinus). Ma rog, lansez spre testare acest amplificator si dupa ce il vom valida in forma actuala putem vorbi si de niste cablaje de fabrica. 

 

Tranzistoarele MOSFET finale si tranzistorul superdioda le-am amplasat pe suprafata PCB respectand distantele de fixare a cablajului amplificatorului SARA v.1.2 asta in cazul in care va ganditi sa folositi acest proiect in locul unui cablaj imprimat SARA. Chiar si gaurile de prindere PCB dinspre conectorii de alimentare se potrivesc, mai putin gaurile de fixare din partea stanga a cablajul (sau dinspre intrare).

 

Schema electronica DP0134 am proiectat-o astfel incat tranzistoarele din etajul VAS (Q2 si Q12) sa disipe puterea minima pentru performante maxime. De fapt un lucru pe care am omis sa vi-l spun la inceputul acestei prezentari este faptul ca performantele THD mentionate au fost obtinute la un curent de mers in gol pe fiecare pereche de finali de doar.... atentie... aprox.10mA (mai exact: 7,731mA). Puterea disipata de un tranzistor MOSFET la functionarea la putere maxima pe iesirea amplificatorului pe 4 Ohm, in prag de clip, este de maxim 20W,

 

Retineti ca inainte de a alimenta acest amplificator audio potentiometrul de volum P1 va trebui obligatoriu sa fie conectat in circuit. In locul lui R38 se poate folosi un jumper, lucru mentionat si in documentatie. Verificati si tensiunile pe diodele Zener folosite in proiect. Daca aceste tensiuni sunt ok si puteti regla tensiunea de bias sau curentul de mers in gol, atunci puteti merge mai departe pana la punerea in functiune totala a acestui amplificator.

 

Daca folositi un corector de ton, spre ex. proiectul DP0330, acesta se poate alimenta printr-un circuit cu dioda Zener de 33V direct din ramura de +(50...60)V a amplificatorului. Daca ati amplasat acest stabilizator cu dioda Zener pe cablajul sursei de alimentare a amplificatorului, acolo masa corectorului fiind comuna cu cea a alimentarii amplificatorului, plecati cu alimentarea de +33V si masa direct pe cablajul corectorului. Bineinteles, tot de la sursa se pleaca cu alimentarea amplificatorului, +, - si masa. Conectati iesirea corectorului de ton la intrarea amplificatorului (semnal si masa) si asigurati-va de continuitatea traseului de masa prin aceasta conexiune de la sursa de alimentare pana la intrarea in amplificator. Ca sa evitati bucla de masa, in acest caz va trebui sa renuntati la jumperul folosit in locul lui R38. Dupa ce ati renuntat la jumper mai verificati inca o data continuitatea traseului de masa de la alimentarea amplificatorului pana la intrarea lui. Daca continuitatea exista, facuta prin cablajul corectorului si intrare amplificatorului, atunci totul e ok, puteti alimenta montajul.

 

Mai jos documentatia DP0134

NOU !!! In data de 8 februarie 2023 am atasat mai jos revizia 2 in urma testarii si validarii circuitului, versiune pe care o recomand sa o construiti:

 

DP0134 rev.2 - 200W MOSFET Power Audio Amplifier.pdf

 

Alte intrebari, eventual imagini cu constructia acestui amplificator, va rog sa le postati in cadrul acestui topic.

 

Numai bine si spor la mesterit tuturor.

[Akiva]

bună, mai aveti PCB-uri de fabrica pt proiectul acesta? mulțumesc, stimă

 

[donpetru]

La acest proiect nu am facut inca cablaje de fabrica. De asta primavara si pana in prezent din diverse motive am tot amanat testarea proiectului. Sper ca iarna asta sa reusesc sa validez cablajul imprimat al proiectului si sa reusesc sa demarez, ca si in cazul altor proiecte, sa fac niste cablaje de fabrica. Deci, urmariti acest topic.

[flomar60]

M-am uitat puțin peste schemă.... baza de la Q3+Q8 este scurtcircuitată la masă.... sau nu văd eu bine? 

[donpetru]

Acum 55 minute, flomar60 a spus:

M-am uitat puțin peste schemă.... baza de la Q3+Q8 este scurtcircuitată la masă.... sau nu văd eu bine? 

Da, este legata de masa. Amplificatorul cu tranzistoare este montaj inversor (semnalul audio la iesirea amplificatorului este defazat fata de cel de intrare cu 180 de grade), nu neinversor cum sunt majoritatea schemelor electronice de acest tip.

[flomar60]

Da, semnalul intră pe baza  Q4+Q9 prin C10 și R19..... 🙂

[donpetru]

Astazi am avut ceva timp sa incep sa asamblez un cablaj cu DP0134.  Cu aceasta ocazie as vrea sa validez acest proiect din punct de vedere practic. Mai trebuie sa fac rost de 3 rezistoare pe care nu le am si bineinteles, o data cu prinderea pieselor pe suportul PCB am constatat ca C19, C21 si C23, toate de 47uF, desi in schema electronica sunt marcate corect terminalele, pe cablaj nu apare "+" la masa. Deci, am fost nevoit sa le montez cu plusul la masa. Deci, cine foloseste versiunea curenta a proiectului va trebui sa tina cont de acest lucru. Dupa validarea practica a circuitului, o sa actualizez documentatia proiectului. Dar pana atunci, iata cum arata DP0134 (top si bottom):

 

 

 

P.S. Primul test il voi face la +/-30Vdc cu o pereche de finali. Din acest motiv am montat doar o pereche.

[donpetru]

Am gasit si celelalte rezistoare care imi trebuiau ca sa pot testa cablajul. De asemenea, am gasit si un radiator unde am montat modulul. Rezultatele au fost peste asteptari. Desi am folosit tranzistoare cu hFe destul de apropiat (ex. MJE-urile, unul are 89 si unul 78), deci, in aceste conditii montajul functioneaza foarte bine, se regleaza curentul de mers in gol foarte bine si raspunde foarte bine in frecventa (vedeti capturile de mai jos), iar tensiunea de offset obtinuta a fost de cca 2,5mVdc.

 

Din cauza ca am alimentat montajul cu +/-30V de la sursa reglabila SA100 prezentata in forum, am fost nevoit, ca sa obtin o tensiune de aprox. 15V pe diodele D2 si D4,  sa mai adaug in paralel pe fiecare rezistor R2 si R44 a inca unui rezistor de 3,3kOhm. Bineinteles, aceste rezistoare le voi folosi doar in cadrul testului la +/-30V urmand ca dupa finalizarea tuturor testelor sa adaug si celelalte perechi de finali (IRFP240/9240) si sa testez montajul la o tensiune cuprinsa intre +-50V si +/-60V. 

 

Asadar, in frecventa totul a decurs foarte bine. Singurul lucru pe care doresc sa-l ajustez/corectez e reglajul volumului cu ajutorul lui P1 care nu poate anula semnalul audio pe iesirea amplificatorului. O sa spuneti ca vinovat de acest lucru e si prezenta rezistorului R29=560 Ohm. Am incercat scurtcircuitarea terminalelor acestui rezistor dar fara succes. Ma gandeam sa creez in buffer cu AO foarte simplu in locul acelui potentiometru P1. Analizez si optiunea asta pe langa altele. Daca aveti vreo recomandare in privinta asta va rog sa o expuneti.

 

Va urma in zilele urmatoare si celelalte test. Iata mai jos imaginile din cadrul testelor de care va spuneam mai sus (capturile cu osciloscopul: sus-intrarea iar jos-iesirea pe 4 Ohm):

 

 

[manhtuan2006]

Salut Donpetru! Sunt vietnamez. Imi place foarte mult sunetul. Partajarea ta este foarte binevenită. Acest proiect l-ați testat foarte bine. Voi participa la testare. Toate cele bune

[donpetru]

A sosit timpul sa testez amplificatorul cu o tensiune mai mare de +/-30Vdc. In acest sens, am montat celelalte perechi de tranzistoare finale si daca tot eram la capitolul teste am facut si cateva mici ajustari si anume:

- am modificat valorile rezistoarelor din grilele tranzistoarelor MOSFET IRPF240 / IRFP 9240 de la 100 Ohm la 470 Ohm;

- am adaugat un rezistor de 2,2 kOhm in paralel cu R19;

- din cauza ca nu detin un capacitor de 33pF, am ales C12=39pF;

- mai jos o sa vedeti si schema DP0134 cu notatiile de care va spuneam mai sus, inclusiv valorile hFe a tranzistoarelor folosite in cadrul validarii acestui montaj DP0134.

 

Urmeaza week-end-ul asta sa actualizez documentatia proiectului pe baza celor mentionate anterior si in schema de mai jos. Intentionez sa prezint in colectia personala de layout-uri PCB si scheme electronice si un corector de ton dar luna asta putin mai incolo. Dar pana atunci, iata un amplificator audio care merita construit - chiar mi-a placut stabilitatea curentului de mers in gol si modul de functionare.

 

In urma testelor efectuate e mai bine sa folositi R2 si R44 de 5W, idem R20. Zilele astea, pana o sa actualizez documentatia o sa mai ma gandesc daca se merita actualizate valorile R9 si R36 astfel incat tensiunile pe diodele Zener D1 si D5 sa fie mai aproape de 3,9V desi in forma prezentata nu este obligatoriu (e si un mic exces de zel).

 

Spor la construit tuturor.

 

 

[ionut90]

Super realizare!Din capturi reiese ca ati obtinut peste 200W/4 Ohm !!!

 

De curiozitate am pus schema in MultiSim sa vad de ce este capabila. Fenomenal. Da lectii multor scheme de amplificatoare de renume.

Pai la 100W pe 4 OHm are THD de... 0,004% !!!! Belea!

 

Bravo maestre donpetru!

 

[donpetru]

@ionut90, mersi, am facut si eu o simulare in MultiSim si intr-adevar, acum, cu un alt rezistor de 2,2kOhm in paralel cu R19, la 200W, THD-ul a ajuns la 0,008%. Iar la 100W este ca in imaginea postata de tine.

O sa mai fac in seara asta niste teste, in rectangular si in perioada urmatoare o sa caut un corector de ton ca sa fac un test complet. Sau poate o sa prezint si un proiect de corector de ton pentru ca au mai ramas multe proiecte din colectia personala de prezentat si care incep cu indicativul "03". 

[donpetru]

Astazi, ultimul test si anume unul cu semnal rectangular. Rezultatele le puteti vedea in imaginile de mai jos.

Am mai facut un test, am scos sigurantele de pe plus si minus, pe rand, sa vad ce se intampla cu tensiunea de iesire (fara sarcina) cand una din cele doua sigurante se intrerupe. In ambele cazuri tensiunea pe iesire a ajuns la |1,8Vdc|. 

Un alt lucru care e fain la aceasta topologie de amplificator audio, este DC OFFSET-ul, foarte scazut (sub 5mVdc).

Maine o sa actualizez documentatia cu ultimele observatii descrise in acest topic. 

 

 

 

[leo_electro]

Chiar e faina rau de tot topologia asta! Felicitari pt. realizare.

@donpetru, ai simulat cumva si in LTSpice acest amplificator ? Sau un alt utilizator ? Vroiam sa vad o comparatie MultiSim-LTSpice.

LTSpice lucreaza cu componente ideale. THDul obtinut in multe scheme de amplificatoare testate de mine LTSpice il arata mai mic ca in MultiSim. 

[donpetru]

Din pacate nu am simulat aceasta schema in LT Spice. Nu pot sa le fac pe toate asa cum se asteapta lumea, asa ca, utilizatorii care vor si asemenea simularii, pot sa-si instaleze LT Spice si sa sa faca simularea. Eventual, dupa aceea se poate atasa si aici, ca sa vedem cu toti comparatia de care spui. Asadar, va rog, nu asteptati numai de la mine asta.

Spre ex., acum la lucrez la actualizarea documentatiei DP0134. Am marit putin suprafata PCB ca sa incapa amprentele PCB de rezistoare de 5W.