V-Fet Single Ended Amplifier

[tunerman]

A 2SK180 SIT normál állapotban vezet (depletion mode), bekapcsoláskor elsőként a gate elektróda negatív előfeszültségét mindenképpen biztosìtani kell - különben áramköri zárlat lesz.
Korábban elektroncsöves drivert terveztem, hogy a felfűtés késleltetési ideje oldja meg a problémát. Mivel azonban ezt bonyolultnak találtam, próbáltam egyszerűbb megoldást találni a bekapcsolási késleltetésre.

A Shindengen cég nagyfeszültségű JFET típusai között vannak "P" csatornás tipusok is, ezek alkalmasak a 2SK180 SIT meghajtására. A bekapcsoláskor a 2SJ32D JFET GS feszültsége nulla volt, így belső ellenállásán keresztül áram indul meg az R1 ellenálláson keresztül, ami a gyorsabban növekedő negatív tápfeszültségnek köszönhetően majd munkapontba állítja a 2SK180-at.

A meghajtó JFET amúgy a 2SK180 source elektródájára csatlakozik, így annak ellenére, hogy a 2K180 SIT Ciss kapacítása nagyon durva értéket mutat (2500pF), viszont a source elektródájától visszaható bootstrap miatt ez kapacítás radikálisan lecsökkenthető

Ez a 2SK180 SIT unity coupled SE amplifier bootstrap verzió elsőre mindösszesen 7 (hét) alkatrészt tartalmaz. Persze a további bemérések finomítások azért még hátra vannak.
TJ.

[tunerman]

ELEX » 17 márc. 2025 12:59
Komment:
mérd meg 20 Hz-en is

THD-t mérni csak 1 kHz-en tudok, de azért valami információt csak adok az Altec 15095 Line transzformátor alacsonyfrekvenciás képességeiről

A mellékelt fotón a 2SK180 SIT SE driver kimenetén látható 20Hz-es jel van, az oszcilloszkóp 10v/div állásában.
TJ.

[tunerman]

A driver fokozat THD értékét ebben a 9x -es feszültségerősítést tudó kapcsolásában megmértem, és talán ezek az információk közelebb visznek a régi stúdiótechnika megismeréséhez is

Az Altec 15095 transzformátor szekunderén (13k-os lezárással) 1kHz 0,6v pp és a 30v pp közötti feszültségtartományban 0,015% torzítási értéket mértem - tehát úgy néz ki, hogy nem nagyon változik a THD a kivezérlés általában használatos részében.

TJ.

[tunerman]

Persze nem bírtam megállni, hogy a két primer tekercs párhuzamos kötésével (150R input/9x feszültségerősítés) is megmérjem az Altec 15095 Line transzformátor kimeneti jelalakját.

A bemeneti 1kHz (100us/10us állásban) négyszögjel 0,5v/div a szkópon a nagyobb, a kimeneti 5v/div a kisebb jelalak.
Jól láthatóan ennek a stúdiótrafónak mindkét bekötésnél (150R/600R) az átviteli tulajdonságai igencsak meggyőzőek
TJ.

[tunerman]

Próbáltam tovább finomítani a driver műkődését, és az Altec 15095 trafö szekunder oldali lezárási ellenállásával kisérleteztem. Nagyon jól kikereshető az optimális ellenállás értéke (aktuálisan ez 13k) a négyszögátvitelt figyelve, nagyobb értéknél túllővés, kisebbnél vágás történik.

A mellékelt fotókon a 20Hz/10kHz/2v/div négyszögjel, valamint a felfutási idő (rise time) látható.
TJ.

[tunerman]

Folyamatosan alakulnak a dolgok, de a kisördög nem alszik - mit lehetne még húzni ezen az Altec 15095 stúdió driver transzformátoron (a National Semiconductor ultra fast LH0033CJ buffer embertelen paraméterekkel rendelkezik - azt hagyjuk)

Nekiláttam a tekercskivezetések kapacitásait a fémházhoz képest megmérni, 70pF körüliek voltak, de 4-es kivezetés több mint 200pF-et adott...gondolom ez van legközeleb a lemezeléshez
A gyári 600R bekötésnél ezt szépen betették középre, hogy a szimmetrikus hajtásnál sorbakötött tekercsek kapacitásai is sorosan kapcsolódjanak (így kisebb lesz az eredőjük, nincs gond vele).

Nade - én egy kisimpedanciás bufferrel hajtom aszimmetrikusan, ami a 200pF-et simán elbírja, tehát a két primer tekercset más sorrendben kötöttem be. Láss csodát a frekvenciamenet feljebb ment (50kHz-3dB), a felfutási idő 15usec-ről 10usec környékére csökkent, és a fázistolás 20kHz-en -47°-ról -35°-ra javult
TJ.

[tunerman]

Elvégeztem néhány mérést az LH0033CJ/Altec 15095 transzformátor driver fokozaton:

- THD/1 kHz/30v pp out: a hanggenerátor THD értékét mértem a kimeneten (0,012%, 15k lezárással)
- frekvenciamenet 8v pp out: 8Hz - 40kHz (-0,2dB/-3dB)
- frekvenciamenet 30v pp out: 8Hz - 26kHz (-0,2dB/-3dB)
- fotók 20Hz/1kHz/20kHz/30v pp out (5v/div)
TJ.

[tunerman]

Felteszem az új elgondolás elvi rajzát, ahol jól látható, hogy a followerek között az Altec 15095 transzformátor végzi el a bejövő jelszint növelését
Tehát nincs aktív eszköz (elektroncső vagy félvezető) ami a bejővő zenei jelek feszültségerősítését végezné, csak az egységnyi erősítésű fokozatok vannak.

Így elmaradhatnak pl. a karakterisztika linearitás, torzítási spektrum és a zajkomponens már jól ismert elektronikai erősítőkkel kapcsolatos, megszokott szakkifejezések használata
TJ.

[tunerman]

Amikor az űrtechnika (National Semiconductor LH0033CJ buffer) közelébe kerül az oktál foglalatos Altec 15095 transzformátornak
Így a 2SK180 SIT unity coupled SE erősítőnek mindkét bemenete (XLR/RCA) választható lenne, az XLR 600R a stúdiótechnikát fogadná, míg a LH0033CJ buffer az RCA bemenetet illeszti az Altec 15095 primer tekercséhez
TJ.

[tunerman]

Felmerült opcióként, hogy a 2SK180 SIT "0 dB" végfokozat ki legyen egészítve egy szimmetrikus (600R) stúdió bemenettel, ami a felhasználhatóságát kiterjeszthetné.

Ennek a legegyszerűbb módja egy stúdiókban használt Altec 15095 Line transzformátor beépítése, ami 5x-ös feszültségerősítést tud ebben a bekötésben. Ezzel a megoldással így mindkét hangtechnikai világgal (stúdió - high end) a kapcsolódás egyszerűbbé válik
TJ.

[tunerman]

Még egy érdeklődésre számot tartó fotót betennék, ez az 50kHz-en mérhető fázistolás mértékét mutatja.
Jól láthatóan a bejővő jelnél magasabb a kimenőfeszültség értéke
TJ.

[tunerman]

Az 5998 tube driver és a 2SK180 SIT SE unity coupled fokozat összehangolása volt a következő fő feladatom, amit némi küzdelem után meg is oldottam.
A kimenet 1 amperes munkaponti áramát beállítva, ki kellett keresni az 5998-as elektroncső olyan karakterisztikai görbületét, amely a 2SK180 torzítását részben kompenzálja. Ez 5-5,5mA-es anódáramnál adta a legkisebb THD-t, ami így 1kHz/1W/15R-nél 0,05% lett.

Az " Rx " gate stopper ellenállással majd a végén be lehet állítani a szükséges nagyfrekvenciás átvitelét az SE unity coupled kimenetnek (ez pl. 680R-el a mellékelt 10kHz/2v/div négyszögjelet produkálta).
TJ.

[tunerman]

Nincs megállás, a háttérben ezerrel folyik az alkatrészvadászat, most éppen a tápegységhez szükséges Elna Cerafine elektrolit kondenzátorok (22000uF és 4700uF) + TKD 2CP-2500 attenuator jött meg.
TJ.

[tunerman]

Beteszem a kisérleti 2SK180 SIT Unity Coupled SE erősítő teljes elvi rajzát, jól láthatóan beleírtam a mérési pontokra jellemző szinteket.
Ez a kapcsolás a "0 dB-es végfokok" új generációját képviseli - ennek ugyanis van némi feszültségerősítése is
TJ.

[tunerman]

További két fotó:
1. 10kHz-es négyszögátvitel 2v/div, a kimeneten 2,7nF-os kondenzátorral lezárva
2. THD mérése: 1kHz/8v pp/0,04%
TJ.

[tunerman]

Kisérleteztem a 2SK180 SIT meghajtó áramkörével, ami ugyan egyszerűnek látszik - de valójában nem az
Több előzetes feltételnek is meg kell feleljen, amit korábban már leírtam. A legjobbnak és a legegyszerűbbnek egy 5998 elektroncsöves follower bizonyult, egy 15H/20mA-es fojtóval a katódkörében (14mA munkaponti árammal). A kék LED-ek a szinteltolást végzik a 2SK180 kb. -5v-os gate feszültségéhez.
Mérések:
(+35v és -15v tápfeszültség mellett)
- THD: 1kHz/8v pp/0,04%
- THD: 1kHz/22v pp/0,12%
- frekvenciaátvitel/8v pp: 10Hz - 200kHz (2,7nF lezárással 100kHz -1dB)
TJ.

[tunerman]

Beteszem a 2SK180 Unity Coupled SE dynamic damping factor (DF) mérési összeállítását mutató ábrát.
TJ.

[tunerman]

A mai nap újabb méréssel kezdődött, ami szerintem igazán ritkaságszámba menő publikáció
A dinamikus Damping Factor (DF) méréséről van szó, amelynek ellenőrzése most egy földfűggetlen kimenetű elektroncsöves kimenőjéről volt megoldva. Az érkező 4v~ eff. jelszint két db 6,8R ellenálláson keresztül szimmetrikusan hajtotta meg a 2SK180 Unity Coupled SE kimeneti fokozatát.

A mérőfrekvenciák 100Hz/1kHz/10kHz voltak, némi DF csökkenés látható 100Hz-en, de az 1kHz és a 10kHz nem sok eltérést mutat (szkóp 0,2v/div)
TJ.

[tunerman]

Átalakítottam a próbaáramkört egy praktikusabb elrendezésre, és megmértem a fokozat fázistolását 50kHz-en, 2v/div jelszintnél.
(CH1 a bemenet, CH2 invert 2SK180 drain)
TJ.

[tunerman]

Mivel jelenleg ez egy labortápegységről működő, kisérletezésre összedrótozott áramkör, lehet a source körben elektrolit kondenzátor. Mivel azonban ez a kondi bekapcsoláskor a gate előfeszültséget nem engedi kialakulni (mivel töltődik), később más megoldást kell majd kitalálni. Ez lehet például - ebben a verzióban - egy nagyáramú LED, vagy pl. egy fix előfeszültségű változat.
Biztató, hogy egy 100Hz-re készült fojtóval 1W-nál 10Hz- 100kHz-es átvitelt, valamint 0,17% THD-t mértem. Jelenleg 30v tápfeszről megy a kapcsolás, mindössze 25v van a 2SK180-on, de így is kijön 28v pp a kimeneten
TJ.

[tunerman]

Érdekes, hogy amikor kényszerűségből mást utat kell kitalálni az embernek, akkor mi minden juthat még az eszébe
Mivel még nincs kimenőtrafóm a 2SK77 V-FET SE projekthez, elkezdtem kisérletezni a két tekercses 120mH/2A-es fojtóval. A korábbi Münchhausen drive V-FET SE erősítőben használt Unity Coupled SE elvét vettem elő...és következő elvi kapcsolást hoztam össze.

Elvileg az Unity Coupled SE kimenetnek 180°-ban eltérő jele van a source és a drain körben, és így ezt felfoghatjuk egy terhelhető feszültségkétszerezőnek is. Persze a valóságban a source és és drain körben már csak a vezérlőjel kb. 0,8x-a van, de ez az ellenkező fázisú jel miatt megduplázódik - így lesz kb. 1,6x.

Összegezve, ez egy Single Ended Unity Coupled follower kapcsolás ami még valamennyi feszültséget is erősít.
TJ.

[tunerman]

Az ünnep miatt kicsit lecsendesedtek a hifisták (a kemény mag még most sem :))), így volt egy kis időm összedrótozni egy egyszerű próbaáramkört.

Kiváncsi voltam, hogy az adatlapok nézegetése után mi a reális, és a megmérhető paraméterek összesége A 2SK77 a ritkasága miatt most nem lesz a kisérletezés tárgya, inkább az ahhoz igen közel álló adatokkal rendelkező Tokin 2SK180 SIT.

Mivel még nincs kimenőtrafóm, egy 120mH/2A-es fojtóval raktam össze az egyszerűsített próbaáramkört. Kijött belőle 1kHz/6W, 1W/1% THD mellett, 20Hz-50kHz az 1W-nál mért frekvenciaátvitel (600 ohmos generátor kimenetről hajtva), a feszültségerősítés mértéke pontosan 7,5.
A 10kHz-es (2v/div) négyszögátvitel fotója mellékelve.
TJ.

[tunerman]

Yamaha 2SK77 V-FET original datasheet

[tunerman]

Aki ismeri a V-FET-ek legalapvetőbb tulajdonságát (depletion mode), annak nem lesz újdonság, hogy a meghajtása a legproblémásabb.
Miről is van szó?

Mivel normál esetben vezet a V-FET, az erősítő bekapcsolásakor biztosítani kell a 2SK77 gate elektródájának a sourcehoz képest negatív potenciálját. Ez a negatív tápegység "felállásának" az elsőbbségét jelenti a drain tápegységéhez képest. Ezt a tápegység megfelelő méretezésével meg lehet oldani.
A következő lépés, hogy ez a gate negatív potenciál lehetőleg a teljes lezárás felől folyamatosan közelítsen a munkaponti beállásig (soft start).

A bemeneti elektroncső felfűtési ideje automatikusan ad egy "késleltett" munkaponti beállást, ezért nem ígényel további bonyolult időzítő elektronikát ez a kapcsolás. Már csak annyit kell megoldani, hogy driver biztosítsa a megfelelő kisimpedanciás meghajtást a 2SK77-nek, és az elektroncső öregedése (megszakadása) se okozzon gondot.
TJ.

[tunerman]

Lassan 15 éve hogy ezt a témát elkezdtem, és eljött az idő, hogy a V-FET-ek legendás darabját is végre elővegyem - ez a Yamaha 2SK 77
Mellékelt elvi rajzon a kezdő ötletem Single Ended erősítőben való felhasználására...
TJ.