Вопрос про усилитель на МОП транзисторе IRF840 Опции

[Vagant]

Здравствуйте,

Помогите пожалуйста разобраться с питанием усилителя описаного на http://www.flashwebhost.com/circuit/60_wat...f_amplifier.php (его схема прикреплена ниже).
В этой схеме между плюсом источника питания и стоком транзистора почти нет резистивного сопротивления (если не считать малых сопротивлений катушек), а сопротивление исток-сток r_DS(ON) в открытом режиме используемого транзистора IRF840 равно 0.85 Ом (как указано в даташит (тоже прикреплён). При таком маленьком сопротивлении ток потребляемый транзистором в открытом состоянии по-моему должен быть очень большим, почти как при коротком замыкании, а в описании проекта указано что "The circuit draws 700 ma at 60 Volt Vcc".

Мне непонятно что ограничивает ток протекающий через транзистор в этой схеме когда транзистор открыт.

Спасибо.

Сообщение отредактировал Vagant - Jan 25 2010, 13:55

Эскизы прикрепленных изображений

 

Прикрепленные файлы

 IRF840.pdf ( 100.27 килобайт ) Кол-во скачиваний: 61

 

[ledum]

Помогите пожалуйста разобраться с питанием усилителя описаного на http://www.flashwebhost.com/circuit/60_wat...f_amplifier.php (его схема прикреплена ниже).
Мне непонятно что ограничивает постоянный ток питания в этой схеме когда транзистор открыт.

Кхм, сейчас опять в инкубатор упадем. А Вы посмотрите на рис.5,6 даташита и на стабилитрон на затворе - 3.3В (не смотрите на защитные) - при любом положении подстроечника полевик заперт без входного сигнала (хотя он утверждает, что при 0.8 В у него 100мА - графики в даташите слишком крупные - не видно, да и резистор путает - подстроечник 1кОм, а пишет, что 10кОм), и отпирается только при наличии оного.

Сообщение отредактировал ledum - Jan 25 2010, 14:02

[Vagant]

Кхм, сейчас опять в инкубатор упадем. А Вы посмотрите на рис.5,6 даташита и на стабилитрон на затворе - 3.3В (не смотрите на защитные) - при любом положении подстроечника полевик заперт без входного сигнала (хотя он утверждает, что при 0.8 В у него 100мА - графики в даташите слишком крупные - не видно, да и резистор путает - подстроечник 1кОм, а пишет, что 10кОм), и отпирается только при наличии оного.

Спасибо большое. Я немного понял но не всё. Поэтому я лучше ещё почитаю и подумаю а если опять будет непонятно то ещё спрошу потом, попозже.

[Vagant]

Смоделировал в LTspice и получился ток около 100 микро (не милли) ампер при 0.8 (видимо в описании проекта на той веб странице опечатка).

Заодно ещё спрошу - мне вообще то нужно усилить ТТЛ сигнал до 60W с помощью этого усилителя (когда его выход подключён к 50-омной нагрузке). Попробовал смоделировать это в LTspice но сигнал на выходе получился слабый. Отсюда у меня вопрос - а можно ли сигналом ТТЛ раскачать такой усилитель?

[ledum]

Заодно ещё спрошу - мне вообще то нужно усилить ТТЛ сигнал до 60W с помощью этого усилителя (когда его выход подключён к 50-омной нагрузке). Попробовал смоделировать это в LTspice но сигнал на выходе получился слабый. Отсюда у меня вопрос - а можно ли сигналом ТТЛ раскачать такой усилитель?

Дык сделайте резистивным делителем в спайсе смещение хотя бы 4В на затвор, сигнал через кондер, на стоке дроссель ну не знаю, спешу сматываться с работы, считать уже некогда, ну пусть 10 мкГн. Вольт 100 получите, ИМХО, без нагрузки.

Сообщение отредактировал ledum - Jan 25 2010, 16:29

[ledum]

Теперь стоп, и помедленнее. Сразу говорю, данных стало катастрофически не хватать. Частота? ТТЛ уровни это как - 2.4в прямо с какой-нибудь К155ЛА3 ?(а входную емкость Вашего транзистора смотрели, Вы ее перезарядите?) Вы что хотите прямоугольники 60Вт на выходе 50 Ом?(с учетом того, что Вам надо пропустить и согласовать гармоник этак 5). Питание 60В?

[Vagant]

Теперь стоп, и помедленнее. Сразу говорю, данных стало катастрофически не хватать. Частота? ТТЛ уровни это как - 2.4в прямо с какой-нибудь К155ЛА3 ?(а входную емкость Вашего транзистора смотрели, Вы ее перезарядите?) Вы что хотите прямоугольники 60Вт на выходе 50 Ом?(с учетом того, что Вам надо пропустить и согласовать гармоник этак 5). Питание 60В?

Да вот Хилл и Горовиц не советуют малоточный источник (они правда про CMOS пишут) включать на затвор МОП. И моделирование в LTspice показало что не выходит. Получается нужно предусиливать импульс прежде чем подавать его на такой мощный усилитель.
А у меня ещё вопрос - вот я подал на вход усилителя (на картинке) вполне симметричный одиночный РЧ импульс (синий) с амплитудой 10В, частотой 5 МГц и длительностью 10 мкс а на выходе усилителя форма этого импульса (зелёный) сильно искажена - какая может быть причина этих искажений? Этот усилитель - немного упрощённая версия того усилителя из начала этой темы.

P.S. Ещё добавил спектры импульсов на входе и выходе усилителя (предпоследняя и последняя картинки соответственно). Из спектров получается что усилитель больше усиливает высшие гармоники чем основную (которая на 5 МГц) хотя мне как раз надо усилить основную а другие гармоники мне не нужны. Как это можно исправить и сделать так чтобы усиливалась основная гармоника?

Сообщение отредактировал Vagant - Jan 26 2010, 13:53

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Vagant]

АЧХ и ФЧХ (на картинке - сплошная и пунктирная, соответственно) моего усилителя тоже получились
очень причудливые. Вообще мне нужно от этого усилителя порядка 40 дБ усиления и линейная ФЧХ
на частотах от 0.5 до 12 МГц. Но этому сильно мешают всякие "взбрыки" на частотах около 2 МГц
как видно на картинке. Как их можно устранить?

Сообщение отредактировал Vagant - Jan 26 2010, 14:31

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ledum]

У Вас нет никакого согласования и фильтрации. Поэтому такая картинка, тем более, что работаете в режиме С (с делителя 1к-50 Ом напряжение смещения можно было бы и не подавать , сделайте R4 хотя бы Ом 390-430, уберите стабилитрон). Для согласования поиграйтесь катушкой в стоке L1 и С3, одновременно и подфильтруете сигнал (это какой-никакой параллельный колебательный контур, причем С3 вместе с емкостью транзистора). Насчет того как выглядит согласование и фильтрация гляньте http://www.qsl.net/lu8eha/lab_ref2.html - первая попавшаяся ссылка (С1-С3, L1,L2). Есть книги, где имеется расчет цепей согласования, например, Бунин, Яйленко Справочник радиолюбителя-коротковолновика в районе 124-144 стр http://www.radioscanner.ru/files/antennas/file1440/ , но можно пойти по другому пути, и взять уже наработанное, чаще всего двухтактные схемы с согласованием на трансформаторах - http://www.qrx.narod.ru/arhn/us_kv.html , http://ru3ga.qrz.ru/TX/yes98mcw.shtml , http://lpistor.chez-alice.fr/pairf510.htm , http://www.ua1zh.narod.ru/mosfet_pa/mosfet_pa.htm посмотреть http://forum.qrz.ru/showthread.php?t=10429...f510&page=4 , т.е. где-то с 4-й страницы http://forum.cqham.ru/viewtopic.php?t=6039...mp;&start=0 http://forum.cqham.ru/viewtopic.php?t=1249...mp;&start=0 Возможно, здесь есть коротковолновики, они больше Вам могут подсказать.

Сообщение отредактировал ledum - Jan 26 2010, 15:56

[Alexandr]

Vagant а Вы знаете на какой частотный диапазон рассчитан представленный в первом посте усилитель? Частоты на которых он усиливает как раз определяются номиналами дросселей и конденсаторов в цепи идущей на питание. Это помимо того что сама топология трасс оказывает сильное влияние, ибо они тоже рассчитаны на определенную полосу частот. Усилитель согласован и работает на определеную полосу частот, в которую 0.5-12Мгц видимо не попадают.

[Vagant]

Возможно, здесь есть коротковолновики, они больше Вам могут подсказать.

Спасибо большое за совет и полезные ссылки! Буду читать и разбираться.

Vagant а Вы знаете на какой частотный диапазон рассчитан представленный в первом посте усилитель? Частоты на которых он усиливает как раз определяются номиналами дросселей и конденсаторов в цепи идущей на питание. Это помимо того что сама топология трасс оказывает сильное влияние, ибо они тоже рассчитаны на определенную полосу частот. Усилитель согласован и работает на определеную полосу частот, в которую 0.5-12Мгц видимо не попадают.

Вот я как раз со значениями индуктивностей дросселей в цепи питания возможно и накосячил потому что поставил эти значения "на глазок". Насколько я знаю этот усилитель должен усиливать в диапазоне начиная с DC и больше. Каких либо особенностей ниже 5 МГц в АЧХ быть не должно, имо.

Спасибо большое за ответ.

Сообщение отредактировал Tanya - Jan 27 2010, 06:06

Причина редактирования: Излишнее цитирование

[Vagant]

В итоге, после того как поиграл со значениями индуктивностей и ёмкостей в цепи от стока до плюса источника питания (и заодно выбросил всю цепь смещения затвора ) получился вполне приемлимый импульс на выходе. На картинках - [почти] окончательная схема усилителя, импульс на входе, импульс на выходе, спектр импульса на выходе, АЧХ и ФЧХ усилителя. Всё более-менее почти что приемлимо теперь, вот только коэффициент усиления получился 20дБ - вроде меньше чем я хотел изначально. Хотя мощность усилителя (рассчитанная по формуле P=[(0.7xUpp)^2]/R где Upp=80В а R=50 Ом) вышла чуть больше 60Вт - как раз то что и нужно!

Ещё раз огромное спасибо за толковые советы.

Сообщение отредактировал Vagant - Jan 26 2010, 21:43

Эскизы прикрепленных изображений

 

[alexkok]

Всё более-менее почти что приемлимо теперь, вот только коэффициент усиления получился 20дБ - вроде меньше чем я хотел изначально.

Чтобы поднять усиление, нужно вернуть смещение.

[Vagant]

Чтобы поднять усиление, нужно вернуть смещение.

Спасибо, обязательно попробую этот вариант.

Пока что я попробовал ещё упростить схему и убрал диоды и резистор в цепи затвора. Моделирование в LTspice показывает что на выходном импульсе это никак не отразилось. С одной стороны это хорошо ведь схема заметно упростилась (на первой картинке упрощённая схема а на второй прежняя) а с другой есть сомнения - может ли чем то нехорошим такое упрощение обернуться?

Сообщение отредактировал Vagant - Jan 27 2010, 09:09

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ledum]

Смещение верните назад, но стабилитрон поставьте где-то на 4.7В, потенциометром сможете подстроить рабочую точку (сначала ползунок на землю), резюк (10к у Вас) с затвора на корпус или потенциометр надо обязательно - мало ли куда может зарядиться затвор, даже от случайного прикосновения, например, до +7-8В - вот транзистор полностью и откроется и сгорит, а резистор сможет его разряжать. Чтобы получить 60 Ватт, на вход надо вкачать действительно порядка Ватта, но такой усилитель гораздо проще. Внимательно посмотрите на блокировочные С1 и С2 - они же у Вас по 10пик , перенастройте контур после исправления, ну и С8 впридачу.

Сообщение отредактировал ledum - Jan 27 2010, 09:35

[Vagant]

Смещение верните назад, но стабилитрон поставьте где-то на 4.7В, потенциометром сможете подстроить рабочую точку (сначала ползунок на землю), резюк (10к у Вас) с затвора на корпус или потенциометр надо обязательно - мало ли куда может зарядиться затвор, даже от случайного прикосновения, например, до +7-8В - вот транзистор полностью и откроется и сгорит, а резистор сможет его разряжать. Чтобы получить 60 Ватт, на вход надо вкачать действительно порядка Ватта, но такой усилитель гораздо проще. Внимательно посмотрите на блокировочные С1 и С2 - они же у Вас по 10пик , перенастройте контур после исправления, ну и С8 впридачу.

Спасибо большое за советы! Попробую переделать.

Сообщение отредактировал Vagant - Jan 27 2010, 11:01

[Vagant]

Смещение верните назад, но стабилитрон поставьте где-то на 4.7В, потенциометром сможете подстроить рабочую точку (сначала ползунок на землю), резюк (10к у Вас) с затвора на корпус или потенциометр надо обязательно - мало ли куда может зарядиться затвор, даже от случайного прикосновения, например, до +7-8В - вот транзистор полностью и откроется и сгорит, а резистор сможет его разряжать. Чтобы получить 60 Ватт, на вход надо вкачать действительно порядка Ватта, но такой усилитель гораздо проще. Внимательно посмотрите на блокировочные С1 и С2 - они же у Вас по 10пик , перенастройте контур после исправления, ну и С8 впридачу.

Мне только непонятно зачем нужно смещение ведь импульс и без него откроет транзистор, имо.

[ledum]

Мне только непонятно зачем нужно смещение ведь импульс и без него откроет транзистор, имо.

Вам меньшую мощность на вход подавать надо будет - а то 4В только для того, чтобы транзистор отпираться начал. Да и жесткий режим С гармоник поболе дает.

Сообщение отредактировал ledum - Jan 27 2010, 12:11

[Vagant]

Вам меньшую мощность на вход подавать надо будет - а то 4В только для того, чтобы транзистор отпираться начал. Да и жесткий режим С гармоник поболе дает.

Имхо, мне всё равно будет нужен предусилитель потому что исходный сигнал формируется цифровой схемой и ЦАП, а им такой усилитель конечно же не раскачать. Поэтому между ЦАП и оконечным мощным усилителем (который и обсуждается в этой теме) нужен будет предусилитель. А если мощности предусилителя хватит чтобы раскачать мощный усилитель до 60Вт в импульсе на выходе тогда и смещении на затворе будет лишним.

Вот насчёт того как избежать ненужных гармоник в режиме С не знаю пока.

Сообщение отредактировал Vagant - Jan 27 2010, 14:22

[ledum]

А если мощности предусилителя хватит чтобы раскачать мощный усилитель до 60Вт в импульсе на выходе тогда и смещении на затворе будет лишним.

Кхм, странный подход. Пытаясь сэкономить на потенциометре, получить необходимость дополнительного каскада усиления и борьбы с гармониками жесткого режима С. Прикиньте (цифры почти с потолка), - подаете смещение 3.5-3.8В, ток транзистора пусть 100мА (не важно, просто приоткрыт, там 4 дополнительных Ватта - фигня по сравнению с где-то 80-90Вт в рабочем режиме, кстати запаситесь радиатором этак 1000см^2, да и вентиллятор 120мм на нем лишним не будет), для раскачки до 60Вт потребуется 2.5В действующего. Теперь не будем подавать смещение, т.е. установим его в ноль - теперь нам надо подать 5В действующего, чтобы получить ту же мощность на выходе, т.е. при 50Ом Вам в первом варианте, режим АВ - на грани открывания, достаточно было 0.125Вт, то теперь надо 0.5Вт.

[jam]

Имхо, мне всё равно будет нужен предусилитель потому что исходный сигнал формируется цифровой схемой и ЦАП, а им такой усилитель конечно же не раскачать. Поэтому между ЦАП и оконечным мощным усилителем (который и обсуждается в этой теме) нужен будет предусилитель. А если мощности предусилителя хватит чтобы раскачать мощный усилитель до 60Вт в импульсе на выходе тогда и смещении на затворе будет лишним.

Вот насчёт того как избежать ненужных гармоник в режиме С не знаю пока.

Думаю Вам стоит дорисовать в схему и предварительный усилитель - дело в том , что они очень сильно связаны и влияют друг на друга. Что касается режима С - применять его можно на более высоких частотах, поскольку на них транзистор не успевает закрыться полностью. В Вашем случае это не так и у Вас получится мощный источник помех - но это пол беды. Выработанные гармоники в антенну не пойдут и все эти ватты будут гулять у Вас по схеме и в лушем случае будут погашены в каком-нибудь фильтре. Лучше не вырабатывать помехи , чем с ними потом бороться. Я бы предложил сделать двухтактный усилитель в классе А...

[noise1]

Это как, на ключевом транзисторе выходной каскад передатчика строить? Частота какая? Зачем мощность для управления полевика с изолированным затвором? На выходе даже согласования нет. Это что, широкополосный источник помех?

Сообщение отредактировал noise1 - Jan 28 2010, 22:56

[yuri_d]

Думаю Вам стоит дорисовать в схему и предварительный усилитель

+1

Сейчас у моделируемой схемы источник сигнала имеет нулевое сопротивление. В результате игнорируются эффекты, связанные с перезарядом ёмкостей затвор-исток и затвор-сток полевого транзистора.

[Vagant]

Кхм, странный подход. Пытаясь сэкономить на потенциометре, получить необходимость дополнительного каскада усиления и борьбы с гармониками жесткого режима С. Прикиньте (цифры почти с потолка), - подаете смещение 3.5-3.8В, ток транзистора пусть 100мА (не важно, просто приоткрыт, там 4 дополнительных Ватта - фигня по сравнению с где-то 80-90Вт в рабочем режиме, кстати запаситесь радиатором этак 1000см^2, да и вентиллятор 120мм на нем лишним не будет), для раскачки до 60Вт потребуется 2.5В действующего. Теперь не будем подавать смещение, т.е. установим его в ноль - теперь нам надо подать 5В действующего, чтобы получить ту же мощность на выходе, т.е. при 50Ом Вам в первом варианте, режим АВ - на грани открывания, достаточно было 0.125Вт, то теперь надо 0.5Вт.

Просто хотел сэкономить на источнике питания в цепи затвора. Кстати, о питании - а можно ли для питания этой схемы использовать блок питания от компьютера мощностью 200 Ватт и дополненный схемой умножения напряжения до 40В?

[jam]

Просто хотел сэкономить на источнике питания в цепи затвора. Кстати, о питании - а можно ли для питания этой схемы использовать блок питания от компьютера мощностью 200 Ватт и дополненный схемой умножения напряжения до 40В?

Там обычно транс перематывают - у опытных монтажников всё дело занимает 1 час. У меня знакомый своего монтажника пару раз такой фигнёй озадачил - так он теперь без проблем переделывает....
Но вобще-то 100ватт без проблем и с 12в получается...

[Vagant]

Там обычно транс перематывают - у опытных монтажников всё дело занимает 1 час. У меня знакомый своего монтажника пару раз такой фигнёй озадачил - так он теперь без проблем переделывает....
Но вобще-то 100ватт без проблем и с 12в получается...

Только вот монтажника знакомого у меня нет. Поэтому, будет проще сделать схему умножения напряжения, имхо.

А схемы предусилителя у меня тоже пока что нет. Но как только определюсь то промоделирую усилитель мощности
вместе с ним.

Сообщение отредактировал Vagant - Jan 29 2010, 11:14

[jam]

Только вот монтажника знакомого у меня нет. Поэтому, будет проще сделать схему умножения напряжения, имхо.

Ну тогда не тратьте время - ни с умножителем , ни с перемоткой трансформатора щастье сразу не наступит, лучше взать обыкновенный транс.

[Vagant]

Ну тогда не тратьте время - ни с умножителем , ни с перемоткой трансформатора щастье сразу не наступит, лучше взать обыкновенный транс.

А чем лучше? Честно говоря, не встречал подходящих готовых трансформаторов.

У моего блока питания (от старого компьютера) на 200 Вт есть четыре 12 В выхода питания для жёстких дисков и CD приводов. Общая мощность этих выходов - около 100 Вт, то есть вполне достаточно для питания моего 60 Вт усилителя. Хотелось бы соединить эти 12 В выходы вместе так чтобы из 4 по 12 В получить 4x12=48 В. Можно ли так сделать?

Сообщение отредактировал Vagant - Jan 29 2010, 15:31

[ledum]

У моего блока питания (от старого компьютера) на 200 Вт есть четыре 12 В выхода питания для жёстких дисков и CD приводов. Общая мощность этих выходов - около 100 Вт, то есть вполне достаточно для питания моего 60 Вт усилителя. Хотелось бы соединить эти 12 В выходы вместе так чтобы из 4 по 12 В получить 4x12=48 В. Можно ли так сделать?

Во-первых, КПД Вашего усилителя менее 50%, быстрей всего, поэтому трансформатор нужен будет порядка 150Вт. В ссылках выше есть двухтактные, и, вроде, были и 12В на IRF5Х0, но с ними надо быть осторожнее - много контрафакта.
Прозвоните выходы Вашего блока - и, о, чудо - они окажутся параллельными , неужели Вы думаете, что китайцы раскошелились на 4 отдельных выпрямителя по +12 В?
Еще гляньте http://forum.cqham.ru/viewtopic.php?t=6588 , может что-то найдете полезного, да и здесь в Силовой Электронике наверняка что-то было.

Сообщение отредактировал ledum - Jan 29 2010, 16:11

[Vagant]

Во-первых, КПД Вашего усилителя менее 50%, быстрей всего, поэтому трансформатор нужен будет порядка 150Вт. В ссылках выше есть двухтактные, и, вроде, были и 12В на IRF5Х0, но с ними надо быть осторожнее - много контрафакта.
Прозвоните выходы Вашего блока - и, о, чудо - они окажутся параллельными , неужели Вы думаете, что китайцы раскошелились на 4 отдельных выпрямителя по +12 В?

Понятно. За ссылки спасибо - читаю, очень полезно.

А вообще я так сделаю - у меня есть хороший и новый блок питания Mastech HY3020 на 600 Вт. Его пока и буду использовать для питания усилителя. А если надо будет сделать отдельный источник для этого усилителя то
сделаю попозже. Пока что не буду этим загружаться.
А у меня ещё вопрос. Вот я разобрал источник питания на 200 Вт (от старого компьютера), он мне в принципе не очень то нужен а вот корпуса и радиатора для усилителя мощности пока нет. Я хочу его разобрать оставив внутри только радиатор и вентилятор, и в самом корпусе сделаю усилитель на 60 Вт - на тот же радиатор прикреплю IRF840, а вентилятор буду использовать для охлаждения транзистора и радиатора (да и печатной платы тоже). Питается вентилятор от 12 В, как и цепь затвора транзистора.

Вопрос у меня такой - если этого радиатора и вентилятора было достаточно для поддержания теплового режима в блоке питания на 200 Вт, то и для усилителя на 60 Вт уж точно хватит - верно или нет? Опыта в расчётах теплового режима усилителя мощности у меня нет и смущает вот что:

Вообще есть правило - на каждый Ватт мощности рассеиваемой транзистором должно приходится примерно 10 кв. см. площади радиатора. То есть примерно 2000 кв.см. для 200 Вт. Но в блоке питания (200 Вт) от компа площадь всей поверхности радиатора около 100 кв. см. хотя по этому правилу должно бы быть в 20 раз больше.

Работать мой 60 Вт усилитель будет в импульсном режиме со скважностью не более 10%.

Сообщение отредактировал Vagant - Jan 29 2010, 17:41

[jam]

Работать мой 60 Вт усилитель будет в импульсном режиме со скважностью не более 10%.

Тогда и радиатор не нужен - достаточно прикрутить к шасси.

[ledum]

Тогда и радиатор не нужен - достаточно прикрутить к шасси.

А если цикл 1 час - 9 часов , а шасси из 0.5мм жести. Вообще-то даже в таком режиме (имеется ввиду все-таки разумный режим с 10% загрузкой) на транзисторе порядка 9Вт - но радиатор из БП должен подойти. Прокладки оттуда же не забудьте.

Сообщение отредактировал ledum - Jan 30 2010, 09:55

[Vagant]

А если цикл 1 час - 9 часов , а шасси из 0.5мм жести. Вообще-то даже в таком режиме (имеется ввиду все-таки разумный режим с 10% загрузкой) на транзисторе порядка 9Вт - но радиатор из БП должен подойти. Прокладки оттуда же не забудьте.

К счастью, цикл моих импульсов не больше 0.1 секунды.

Спасибо всем за участие и советы в этой теме!