Какие транзисторы подходят для усилителя звука

8

Как правильно подобрать парные транзисторы для УНЧ

Электронщики, которые занимаются сборкой и ремонтом звуковой техники знают, что для получения высокого качества усиления звука в УНЧ (усилителях низкой частоты) необходимо использовать парные транзисторы, имеющие практически одинаковые характеристики. Даже относительно небольшой разброс в параметрах между такими парными компонентами может отрицательно влиять на качество выходного звука усилителя низкой частоты (УНЧ).

Пример схемы УНЧ с парными транзисторами:

Проблемной особенностью парных транзисторов является то, что они имеют разную проводимость (одни транзисторы n-p-n проводимости, а другие p-n-p). Различия в проводимости ведет к тому, что чтобы добиться максимальной одинаковости в параметрах парных транзисторов нужно не только эту проблему решать на стадии технологического изготовления, а еще имея уже готовые транзисторы специальным образом делать подбор пар, с наиболее похожими характеристиками.

Нередко бывают случаи, когда человек приобретает парные транзисторы нужного типа, берет свой недорогой Китайский тестер, и начинает измерять имеющейся коэффициент усиления каждого из этих компонентов, видя при этом некоторую разницу в полученных результатах. И это может быть даже в том случае, когда в магазине ему говорили, что покупаемые транзисторы имеют максимальную схожесть параметров. Почему же так происходит? Дело в том, что даже имея в наличии практически идентичные парные компоненты, ошибочные данные можно получить при своих неправильных измерениях.

Перечень причин получения ошибочных данных при измерении парных транзисторов:

• Измерение недорогими Китайскими приборами не могут обеспечить вас точными данными. На то они и дешевые!
• Для получения максимально точных данных обязательно нужно делать измерения сразу двух парных транзисторов с помощью двухканального измерительного прибора. При измерении компоненты должны находящихся в одинаковых условиях (температурных, электрических и т.д.).
• Обязательно нужно учитывать температуру компонента в момент измерения его параметров, учитывая тот факт, что одни данные мы получим при комнатной температуре, и совсем другие при рабочей температуре, скажем так при 70°C.
• Еще имеет значение одинаковость нагрева самого кристалла транзистора. То есть, одно дело, когда мы включили питание и сразу же начали процесс измерения, а другое дело, когда мы постепенно и равномерно прогреваем тестируемые компоненты, сделав температуру на кристаллах одинаковой.
• В datasheet на подобные транзисторы указываются разные коэффициенты усиления при разных коллекторных токах. На что новичок не всегда обращает свое внимание, и пытается видеть лишь максимальное значение.

Для примера давайте возьмем транзисторы со схемы, приведенной выше. Это пара 2SA1943 и 2SC5200. Если посмотреть в datasheet каждого из этих транзисторов, то мы увидим следующее. Коэффициент усиления по току (hFE) при напряжении 5 вольт между коллектором и эмиттером, но разном коллекторном токе будет разный. При токе в 1 ампер hFE указывается минимальный 55, а максимальный 160. При токе (коллекторном) в 7 ампер минимальный hFE уже равен 35, а типичный 60. И новички этого могут даже не учитывать при своих домашних измерения.

Давайте рассмотрим пример правильного проведения подобных измерений парных транзисторов.

1) Проводится включения измерительной оснастки

2) Устанавливается рабочая температура на терморегуляторе

3) На термоплиту устанавливаются измеряемые транзисторы

4) Фиксируются термоизолирующей прокладкой

5) После достижения установленной температуры испытуемые изделия выдерживаются 30 минут

6) Проводится измерение двухканальным источником-измерителем с щупами кельвина

7) Измеренные изделия размещают согласно коэффициенту усиления в специализированных ячейках

Стоит учитывать, что коэффициент усиления транзистора имеет зависимость от температуры p-n перехода и тока в цепи коллектора. В ходе практического анализа работы силовых ключей в усилительных системах с пассивным охлаждением было выявлено среднее значение температуры p-n перехода транзисторов. Проведенный анализ показал, что оптимальное значение температуры для измерения коэффициента усиления составляет 70 °C.

В итоге получаем, что новичок, купивший парные транзисторы для своего УНЧ сначала должен внимательно и подробно ознакомиться с нормативно технической документацией производителя. После этого уже провести измерения с вышеописанными режимами, что позволит получить более реалистичные характеристики данных электронных компонентов. Учтите, что при измерении обязательно необходимо иметь тепловой балласт, иначе p-n переход быстро перегревается (в течении 0,2-0,6 с) от проходящего тока и коэффициент усиления тоже меняется.

Транзисторы для УМЗЧ

При разработке транзисторного усилителя мощности (УМ) первым делом необходимо подобрать подходящие транзисторы, а затем подходящие методики расчёта. Последнее очень важно, так как в противном случае будет выполнен формальный расчёт режима транзистора, и рассчитанные параметры будут существенно отличаться от практических результатов.

Выбор транзистора для выходного (оконечного) каскада УМ осуществляется на основании заданной мощности P

н в полезной нагрузке и рабочей частоты f (или диапазона рабочих частот fмин – fмакс) УМ.

При разработке УМ на биполярном транзисторе рекомендуется, чтобы рабочая частота УМ (в случае диапазонного или полосового УМ его нижняя рабочая частота) составляла не менее 20…30 \% от граничной рабочей частоты транзистора fгр, независимо от схемы включения транзистора: с общим эмиттером (ОЭ) или с общей базой (ОБ). При этом верхняя рабочая частота УМ при включении транзистора с ОЭ обычно принимается не превышающей fгр и (2…3)fгр при включении транзистора с ОБ

Как известно качество усилителя мощности на прямую зависит от используемых компонентов. Так же известно, что далеко не всегда под рукой есть необходимые для реонта или изготовления компоненты. По этой причине и была создана сводная таблица параметров комплементарных транзисторов:

Более подробную информацию по транзисторам, используемым в усилителях мощности можно взять в подборке даташитов. В архиве подобраны наиболее популярные пары. В названиях папок указаны критические параметры комплементарной пары — максимальное напряжение и ток. Внутри папки — PDF файлы с подробнейшей информацией от завода-производителя.

И снова УМЗЧ JLH. Тест отечественных транзисторов в выходном каскаде.

Продолжение экспериментов с усилителем JLH.
Тест отечественных транзисторов, которые есть почти у каждого радиолюбителя.
В этом обзоре ещё больше занудства.

Часть 1. УМЗЧ JLH 1969. Транзисторы 2SC5200 vs 2N3055 в выходном каскаде.

Транзисторы, которые были установлены на первом этапе экспериментов:
VT1 — 2N5401
VT2 — TIP41C
VT3, VT4 — 2SС5200 (2N3055)

По причине того, что приходится сидеть дома и есть какое-то количество свободного времени, из закромов были извлечены запасы отечественных транзисторов:

— пара кт864 (отбраковка с низким h21э )
— кт819
— кт808 (из усилителя Орбита-002, когда был выкинут аналог Квад-405; без особых причин, просто так захотелось)
— кт838 (высоковольтные; интересно попробовать, а вдруг… )
— кт829 (составные, т.е. мимо)
— кт805
— кт8101 (в далёком приближении аналог 2sc5200)

Сначала была запаяна пара КТ819ВМ (из одной партии 1984 года выпуска).
Сразу же была получена генерация на выходе.
Целый день (20.11.2020) был потрачен, чтобы победить эту генерацию: всё безрезультатно.

Примечание: в попытках убрать генерация транзистор VT1 был заменён на КТ502В.

На следующее утро, освободившись из объятий музы, снова добрался до паяльника.
Включил JLH от 12 В аккумулятора (обычный аккумулятор 7 А*ч от компьютерного бесперебойника.)
И произошло чудо: генерация исчезла!

Далее мне представлялось два пути продолжения замеров:
— от аккумулятора 12 В
— от классического БП (трансформатор, мост, кучка электролитов)

Пока аккумулятор заряжался (на момент волшебного облегчения включения он был почти разряжен), час времени был потрачен на поиск подходящего трансформатора. Им оказался ТН36 на 30 Вт.

Поигрался с соединением обмоток: удалось получить около 11,6 В при токе 1,5 А.
Конденсатор после моста 10000 мкФ. Оказалось мало: пульсации по питанию были неприемлемы.

Начал перебирать в уме, какие БП водятся в доме:
— зверинец разных 12 В 2 А
— сетевой БП от ноутбука asus 19 В 3,15 А (штеккер оказался стандартным ф5,5 мм )

В порядке эксперимента (чисто на авось) подключил БП от ноутбука к УМЗЧ JLH: на выходе нет никакой генерации, всё чисто.
Поэтому продолжил выполнение замеров именно с ним.

Для проведения замеров усилителя был установлен режим 2 А (напряжение питания 19 В ).
Нагрузка 4 Ом. Синусоида 1 кГц на входе УМЗЧ.

1. Транзисторы КТ819ВM.
Выходное напряжение

4 В (4 Вт на нагрузке):

Коэффициент гармоник Кг=0,75 %

2 В (1 Вт на нагрузке):

Коэффициент гармоник Кг=0,37 %

Фото с места проведения замеров:

На двух радиаторах закреплены кт819 и кт864. Подключена, естественно, только одна пара.

Далее всё рутинно: проводники перепаиваются на следующую пару транзисторов, подстраивается ток на 2 А и 1/2 питающего напряжения (т.е. 9,5 В ) в точке соединения эмиттер VT3 — коллектор VT4 выходных транзисторов.

Обнаружилось, что подстроечный резистор R2 (подстройка 1/2 питающего напряжения) находится почти в крайнем положении (на максимальном значении 100 кОм).
Поэтому резистор R1 был заменён на 100 кОм.

2. Транзисторы КТ864А имели коэффициент передачи по току около 40, поэтому не получилось установить ток 2 А (только 1,2 А). Поэтому замеры с данной парой не проводились (по всей видимости это отбраковка).

3. Транзисторы КТ808АМ.
Выходное напряжение

4 В (4 Вт на нагрузке):

Коэффициент гармоник Кг=0,31 %

2 В (1 Вт на нагрузке):

Коэффициент гармоник Кг=0,12 %

4. Транзисторы КТ838А.
Ситуация с ними была аналогична, как с КТ864А. Но поскольку очень хотелось увидеть хоть какие-то цифры,
был установлен ток 1,2 А.
Выходное напряжение

2 В (1 Вт на нагрузке):

Коэффициент гармоник Кг=2,61 %

1 В (0,25 Вт на нагрузке):

Коэффициент гармоник Кг=1,27 %

5. Транзисторы КТ805Б.
Выходное напряжение

4 В (4 Вт на нагрузке):

Коэффициент гармоник Кг=0,46 %

2 В (1 Вт на нагрузке):

Коэффициент гармоник Кг=0,11 %

Фото с места событий:

6. Транзисторы КТ8101А.
Выходное напряжение

4 В (4 Вт на нагрузке):

Коэффициент гармоник Кг=0,25 %

2 В (1 Вт на нагрузке):

Коэффициент гармоник Кг=0,11 %

С последней парой (КТ8101А) были выполнены последующие замеры.

7. Выбор блока питания для УМЗЧ JLH.
По этому вопросу сказано достаточно. Тут я частично позаимствую результаты, чтобы сэкономить своё время. ))
7.1 Питание от классического БП (трансформатор, мост, конденсаторы 30000 мкФ).

"… В идеале нужно добавить конденсаторы после диодного моста или же поставить стабилизатор, чтобы уменьшить шум." ©
Словом, 30000 мкФ на канал — этого мало.
Стабилизатор — палка о двух концах: неизвестно, каким боком применение стабилизатора повлияет на субъективное качество (восприятие) звука. Да и в поиске оптимального стабилизатора можно заблудиться надолго. «Не наш метод.» ©

7.2 Импульсный блок питания.

«Практически идеальное питание.» ©

7.3 Питание от аккумуляторной батареи.

«Это идеальное питание для аудиофилов.» ©

8. Аккумулятор vs импульсный БП.
В программе SpectraLab есть инструмент «Total Power». Это что-то типа широкополосного суммирующего измерителя RMS.

Шумовая полка УМЗЧ JLH (вход закорочен, питание 19 В от импульсного ноутбучного БП):

Total Power = минус 78,97 дБ

Далее перестройка режима на 12 В, ток 1,25 А.

Шумовая полка УМЗЧ JLH (вход закорочен, питание 12 В от импульсного сетевого БП):

Total Power = минус 78,7 дБ (среднее значение)

Шумовая полка УМЗЧ JLH (вход закорочен, питание 12 В от аккумулятора):

Total Power = минус 79,2 дБ (среднее значение)

Групповое фото по окончанию экспериментов 21.11.2020г.:

Тут плата усилителя и транзисторы, участвующие в «забеге».

9. И снова 2SC5200. (22 ноября 2020)
Вход УМЗЧ закорочен, питание от ноутбучного БП 19 В, ток 2 А, нагрузка 4 Ом.
Осциллограмма по выходу, чтобы убедеться в отсутствии генерации:

Шумовая полка:

Выходное напряжение

4 В (4 Вт на нагрузке):

Коэффициент гармоник Кг=0,14 %

2 В (1 Вт на нагрузке):

Коэффициент гармоник Кг=0,05 %
Пруф:

10. Выводы:
— сошли с дистанции: КТ864А (отбраковка) и КТ838А
— в порядке уменьшения Кг (т.е. в порядке улучшения)
КТ819ВМ
2N3055 (TUNGSRAM)
КТ805Б
КТ808АМ
КТ8101А
2SC5200
— по значению Total Power аккумулятор обошёл импульсные БП аж на целых 0,5 дБ (при уровне шумовой полки -120 дБ); имхо, смехотворная разница; поэтому для себя выбираю импульсный БП 19 В
— выбор (проверка на пригодность) импульсного БП — методом прямого перебора (включить усилитель с конкретным БП, посмотреть выход осциллографом и спектроанализатором)

Ходовые транзисторы для УНЧ

Здравствуйте. Вопрос от новичка, так сказать без особого опыта, но желающего этот опыт наработать. Мне для построения простых усилителей нужны радиоэлементы, а точнее транзисторы коих множество и не понятно что для начала брать. Вопрос не денег. Планирую спалить конечно десяток-другой, но что поделать, без опыта ничего не получится. Прошу подсказать хорошие транзисторы, а конкретно модели, годные для построения малошумящих УНЧ. Повторюсь, что вопрос не денег, можно предлагать и не самые дешевые. Заранее буду благодарен за ответ.

PS я конечно же понимаю что транзисторы отличаются по параметрам как по мощности, току покоя, частоты и так далее.. Схему подогнать под параметры транзистора, думаю осилю. Самому выбирать, это как пальцем в небо, решил спросить уже у тех, кто занимался подобным и знает что вот такой транзистор годный и т.д. Просто подскажите пожалуйста что используется и что можно использовать для построения каких-то универсальных схем не требующих подгонки только под какую-то конкретную модель транзистора. Хотя на практике как я услышал на другом форуме модель транзистора обязательно должна быть та и не иначе какая другая в конкретной схеме?