Результаты измерений с помощью звуковой карты показывают удовлетворительные характеристики усилителя, см здесь результаты RightMark на мощности 4 Вт.
В таблице 1 ниже приведен коэффициент гармоник в зависимости от мощности.
Выходное напряжение RMS, В | Мощность, Вт | КГ, % |
БП 36Вx1.8A | ||
2 | 1 | 0.045-0.056 |
4 | 4 | 0.028-0.034 |
10 (после чего сгорел) | 25 | 0.019 |
БП на 26.5Вx5A, | ||
0.1 | 0.0025 | 0.58 |
0.2 | 0.01 | 0.40 |
0.3 | 0.023 | 0.29 |
0.5 | 0.0625 | 0.18 |
1 | 0.25 | 0.11 |
2 | 1 | 0.05 |
4 | 4 | 0.025-0.035 |
10 | 25 | 0.018 |
14 | 49 | 0.03-0.05 |
15 | 56 | 2.5 |
16 | 64 | 6.5 |
18 | 81 | 15.6 |
БП на 35Вx7.5A, | ||
18 | 81 | 0.07 |
18.3 | 83.7 | 0.08 |
Схема усилителя представлена на Рис 1а, а внешний вид на Рис. 1б, 3, и 4.
Рис. 1б. Принципиальная схеама усилителя Брагина из журнала Радио №4 1987 год.
Таблица 2. Характеристики усилителя Брагина Радио №4 1987 год.
Рис 1б. Внешний вид усилителя и блока питания
Первая попытка с использованием БП 36Вx1.8A увеличить мощность выше 25 Вт привела к пробою выходного транзистора КТ818Г. Согласно даташиту, в пластиковом корпусе транзистор этого типа рассеивает мощность до 60 Вт (Tкорпуса < 25 C).
Посчитаем мощность выделяемую на транзисторах:
Pdiss = Pin - Pout = Vps * 0.45 * Vrms / RL - Vrms**2 / RL
При выходном RMS напряжении 12 В (при котором произошел пробой) мощность составляет 61 Вт. Это соответствует практически наихудшему сценарию при напряжении 16 В (0.225 * Vps) и мощности 66 Вт (Vps**2 / 19.75 / RL). Тем не менее, так транзистора два, выделяемая на одном плече мощность составляет 30 Вт, что существенно ниже запаса. Можно предположить, что причиной перегрева является использованная изолирующая теплопроводящая подложка № 7568 2A1813 (толщина 0.22 мм, теплопроводность 1 Вт/(м*К)), приведшая к существенному разогреву транзистора и снижению максимально допустимой выделяемой мощности.
Оценим превышение температуры корпуса из-за наличия подложки. Считая, что радиатор остается при комнатной температуре (в реальности тоже начинает постепенно разогреваться), наличие указанной подложки, при выделении 30 Вт мощности корпус разогреется до 66 С (P=lambda*dT*S/t; Tcase = P/lambda + Tradiator; Площадь контакта = 160 мм2 ). Оценим допустимую рассеиваемую мощность для этой температуры
Формула для расчета максимальной мощности для КТ819Г (Tjmax = 125 C максимальная температура p-n перехода):
Pmax = (Tjmax - Tcase)*0.6
показывает, что для температуры корпуса 66 С, максимальная рассеиваемая мощность не превышает 35 Вт. и С учетом дополнительного разогрева радиатора, это объясняет случившийся тепловой пробой транзистора.
Наконец стоит отметить что современно выпускаемые транзисторы КТ818Г имеют достаточно тонкие ножки (0.65 мм для Кремний и 0.6 мм для интеграл), в то время как советский транзистор имеет толщину ножек 0.85 мм (см Рис. 2 ниже). Возможно современные транзисторы выпускаются в Китае и не соответствуют своим характеристикам? Может и так, но проведенные выше расчеты показывают, что условия работы транзистора были предельными.
Рис. 2. Транзисторы КТ819Г (1991 год) и KT818Г (2021 Брянск и Минск). Толщина выводов на транзисторе 91 года заметно больше
В целом можно заключить, что использование корпуса TO-220 с резиновой подложкой и напряжением питания +-36 В недопустимо. Одним из решений является использование керамической подложки с теплопроводностью 25 Вт/(м*К) для Al2O3 (толщина 0.38 мм) или 180 Вт/(м*К) для
Для питания использованы два блока питания EPS-65-36, Блок питания, 36В,1.81А,65Вт, способные дать в нагрузку всего 2A, что при нагрузке в 4 Ом достаточно лишь для развития напряжения 8 В и мощности 16 Вт (вероятно чуть больше за счет запаса). При попытке снять большую мощность блок питания будет уходить в защиту, что также наблюдалось при измерениях. Использование сетевого трансформатора позволило бы получить больший ток при просадке напряжения. Импульсный блок питания просто отключается при превышении допустимого тока.
Для данного проекта больше подошел бы блок питания на 24 В, 5 A. Наибольшая рассеиваемая мощность на транзистор составила бы 15 Вт, чтобы было бы безопасно. При этом максимальная мощность на 4 Ом составила бы 67 Ватт при среднем токе 4.1 A.
При замене на блок питания 24В (настроен на 26.5 В) 5А стало легко снять 50 Вт мощности, при этом после замены подкладок на AlN транзисторы перестали существенно нагреваться даже в самом тепловыделяющем режиме. Выходное напряжение при этом составляет 14В, при увеличении начинается ограничение. Причем причина ограничения похоже происходит по току, так как амплитудное соответствует 20 В, а вот амплитудный ток как раз 4.9A. Нужен блок питания 27 В на 7 A, чтобы поднять мощность до паспортных усилителя 80 Вт, достигаемых при выходном среднем напряжении 18 В (амплитудное 25.2 В), например RPS-200-27. Однако тесты с использование лабораторных источников показывают, что 30 вольт недостаточно, и на нижней волне все равное происходит обрезка. Чтобы достичь 18 В RMS на выходе без искажений (<0.07%) напряжение питания необходимо поднимать до 35 В, даже 34 В недостаточно. Таким образом автор схемы протестировал ее и из соображений минимизации искажений указал питание +-35В. Выглядит весьма неэкономно, так при 18 RMS амплитудное составлет всего 25.5 В. Пускай 1 В на работу транзистора, куда уходит еще 8 В это загадка.
Рис 2. Внешний вид усилителя и блока питания, вид ссзади
Рис 3. Усилитель внутри