DIY - OpAmp + MOSFET + OPT = Ngon + Bổ + Rẻ

Trên cơ sở tham khảo nhiều mạch pow dùng MOSFET và conductor, OPT, em xây dựng prototype cho dự án ampli DIY dùng OpAmp + MOSFET + OPT, đang nghe thử, mong nhận được ý kiến trao đổi, góp ý nhằm hoàn thiện hơn nữa trước khi lắp thành ampli.
Prototype em xây dựng trên cơ sở đầu tiên là phải đơn giản dễ thực hiện, DIY nhiều nhất có thể. Thực tiễn là sử dụng tất cả linh kiện thông dụng, dễ mua.
Prototype em xây dựng có 2 kênh, mỗi kênh một kiểu khác nhau.
Kênh 1 = 2 tầng: OpAmp lái thẳng công suất MOSFET xuất âm qua OPT, dùng nguồn áp thấp, dòng cao.
Kênh 2 = 3 tầng: OpAmp lái MOSFET, nâng áp bằng biến áp, lái tầng công suất MOSFET xuất âm OPT, dùng nguồn áp cao dòng thấp.
Tất cả MOSFET đều chạy chế độ Cathode follower nên rất dễ căn chỉnh.
Hiện mỗi kênh đạt công suất trên 70W, tiếng trong, đáp ứng tốt 20Hz-20KHz, ù xì là khái niệm không tồn tại!
Hoàn thiện xong về mặt nguyên lý em sẽ nâng công suất mỗi kênh lên 200W.
Em sẽ dần trao đổi kỹ từng mạch và từng tầng cùng với các hạn chế, các khó khăn mong các bác góp ý.

 

Đầu tiên em xin giới thiệu sơ đồ 2 tầng. Công suất Push-pull class A.
Dùng 2 nguồn riêng:
+ Nguồn -15V/0/+ 15V cấp cho OpAmp. Nguồn này dòng bé tí, không có gì đặc biệt.
+ Nguồn +15V cấp cho tầng công suất. Nguồn đòi hỏi chạy ổn định ở dòng 10A, chịu tải liên tục 5A. Như trong hình trước, em đang set bias chạy dòng 4A. Với dòng bias 4A, mạch có thể cho công suất tối đa dưới 15*8 = <120W.
Tiếp theo em sẽ giải thích:
1. Tại sao em chọn MOSFET?
2. Tại sao OPT
3. Tại sao OpAmp

 

1. Tại sao MOSFET?
Yêu cầu đầu tiên là mạch đơn giản, dễ làm.
MOSFET có rất nhiều ưu điểm đối với mạch đơn giản:
- Chịu áp lớn;
- Chịu dòng lớn;
- Lái bằng áp, ăn rất ít dòng lái;
- Hiện nay rất thông dụng, dễ mua.

Tuy nhiên bên cạnh đó cũng có vài nhược điểm
- Trôi nhiệt mạnh. Vấn đề này khắc chế được hoàn toàn bằng mạch BIAS có bù nhiệt, cũng đơn giản thôi.
- Điện dung phản kháng - làm méo tín hiệu lái tần số cao - Tìm MOSFET có Crss thấp. Điện dung này thì các loại bóng đều có, đèn cũng có, tuy nhiên đối với MOSFET, lái bằng dòng nhỏ nên Crss quan trọng và là vấn đề khó xử lý nhất.

Với mạch của chúng ta, MOSFET chạy chế độ Source follower, chỉ lợi dòng, không khuếch đại áp nên việc điều khiển, căn chỉnh chế độ cho MOSFET khá đơn giản. Việc thiết kế tầng thúc cũng đơn giản hơn, do chỉ cần lo khuêch đại áp, không cần quan tâm nhiều đến dòng.

 

Dùng Fet nhiệt âm thì trôi làm sao được

 

Nguồn này áp thấp dòng cao lọc không đơn giản. Với lại Mosfet công suất có Vgs biến thiên khá lớn nếu mún Fet cho ra dòng cao, không hồi tiếp như sơ đồ thì méo rất lớn. Mún băng thông khá thì OPT phải có Henri lớn, Henri lớn thì OPT lại không cấp ra công suất lớn được.
Riêng nguồn và lọc cũng khá tốn rồi.

 

Cảm ơn các bác đã đóng góp ý kiến. Mạch đang hoàn thiện nên các ý kiến của các bác là hết sức quý báu ạ.

Chính vì nhiệt âm và source follower làm cho con MOSFET trở thành trôi nhiệt ác liệt ạ. Lúc đầu em cũng nghĩ như bác, sau khi đốt một nắm sò, vò đầu bứt tai mới nhận ra vấn đề này.

- Vấn đề về nguồn em sẽ trình bày sau ạ. Đúng là không hề đơn giản, nhưng xử lý ngon rồi thì lại không lục tốn chút nào.
- Mạch chạy source follower, chỉ tập trung xử lý gain dòng, áp suy giảm tí ti do trở đầu vào, biến đổi do trở nên không gây méo ạ. Hơn nữa ta chỉ tập trung xử lý một vấn đề gain dòng nên cũng nhẹ nhàng hơn nhiều lần so với mạch gain cả dòng lẫn áp.
- OPT em sẽ bàn tiếp sau ạ, khó nhưng xử lý được ạ. (Em đã xử lý chứ không phải là chỉ lý thuyết suông)

Bên cạnh đó, em phát triển 2 mạch cho 2 kênh để cùng nghe thử, mạch đang bàn là áp thấp dòng cao. Em sẽ đưa tiếp mạch áp cao dòng thấp để nhờ các bác góp ý ạ.

 

Bác xem lại phần công suất vì B+15V thì Vswing không thể đạt 28Vrms trên tải 8ohm để ra 100 Wrms

 

Có OPT lo vụ này bác ơi.
OpAmp nguồn +/- 15V cho ra Vpeek max 13V vô tư -> Vrms 9V ngọt lịm. Vào OPT là 2X9 = 18Vrms. OPT nâng lên 28Vrms.

 

Bác định chạy A hay AB ? Theo em biết thì tính toán và nắm rõ khả năng của OPT ở class AB rất phức tạp, đặc biệt ở dòng AC lớn.Và lại nếu đã là source follower thì em thấy OPT không còn ý nghĩa mấy bác à.Hay bác chuyển thành drain follower xem ?

 

Ồ! điểm lợi nhất của OPT là biến V to I.
Nếu dùng OPT để chuyển I to V thì không hợp lý cho lắm.

 

Mạch chạy class A bác ạ, mùa đông không cần bật máy sưởi.

 

Cảm ơn bác nhận xét quá đúng ạ!
Em đã mất rất nhiều công sức, đốt khá nhiều sò, tháo ra quấn lại OPT vài lần với mạch này, chỉ với ưu điểm là không tốn thêm tầng. Thêm tầng là thêm méo, thêm phức tạp, thêm linh kiện, thêm khó khăn cho việc DIY nên em cố gắng đi đến cùng ạ. Mong các bác tiếp tục góp ý ạ.
Có một giải pháp tốt hơn cho mạch này là dùng OpAmp áp cao LTC6090 chạy +/- 70V, cho ra Vpeek > 65V, Vrms>45V, vào OPT 90Vrms. Lúc này dùng nguồn công suất B+70V là tuyệt đẹp. Hiểm nỗi em chưa kiếm được con OpAmp đó!

Cũng chính vì OPT chuyển V thành I lợi hơn nên em vẫn duy trì song song mạch 3 tầng V cao I bé để nghe đối chứng ạ.

 

Nói tóm lại bác chả hiểu gì về Fet.
Áp thấp thì dòng cao trong khi đó R load của Fet khá thấp có thế tính bằng Ohm chả có gì để quyết định đén vấn đề nhiều Henry cả

 

Cảm ơn bác góp ý. Nhưng nếu bác giải thích rõ hơn thì rất tốt với em và với nhiều anh em khác ạ.

 

Theo em chủ yếu là nguyên lý thôi.

 

Nếu dạy trong trường thì sơ đồ nguyên lí OK. Hi-end thì cũng còn hi xinh khá nhiều.

 

Bác ơi, từ nguyên lý, em đã xây dựng ra mô hình, chỉnh sửa các kiểu, nghe thử đi lại. Em biết từ lý thuyết đến thực tiễn cách nhau một đoạn và thực tế em vừa đi trên cái đoạn ấy tuy chưa thể nói là đi hết. Cái em đưa lên trao đổi và nhờ các bác góp ý chính xác là từ mô hình đang có em xây dựng lại nguyên lý ạ.
Bây giờ từ nguyên lý em lại muốn nhờ các bác cùng xem có chỗ nào chưa ổn, chưa hợp lý, có thể làm tốt hơn, em nhất định sẽ cố gắng ạ.
Em cảm ơn sự đóng góp của các bác.

 

Em định hình được cấu hình bác dự tính:
- Tầng VAS chạy Opam
- Tầng công suất chạy fet xuất âm OPT.
- Càng đơn giản càng tốt.

Bác nghiên cứu thế này được không:
- Tầng VAS chạy opam 2134 áp +- 19V bằng đúng data cho phép như vậy nó có thể đẩy được khoảng 30Vrms
- Tầng công suất chạy 1 cặp Fet để không cần match và chạy chung điện áp nguồn với VAS như vậy sẽ đơn giản được phần nguồn.
- OPT Sơ cấp / thứ cấp quấn theo tỷ lệ 2:1. nghĩa là 32R:8R. như vậy điện áp thứ cấp OPT giảm 2 lần thì dòng tăng 2 lần và trở kháng giảm 4 lần, rất tốt để điều khiển loa. Các Fet thông dụng hiện nay thường có Rds thấp hơn 0.2ohm. Tính thử thông số DF khi qua OPT = 0.2/4 = 0.05R. DF trên loa 8R = 8/0.05 = 160. Hệ số này đủ để điều khiển khá nhiều loa cứng đầu.
- Tính Công suất Pow: Áp đẩy vào lưới của Fet là 30Vrms với mạch CF chạy Class A PP thì áp ra khoảng 98% = 29.4Vrms Qua OPT áp trên tải 8R = 29.4/2 = 14.7Vrms. Tính được công suất trên tải 8R = 14.7 x 14.7 / 8 = 27Wrms và 54Wrms trên tải 4R.
Với công suất trên hoàn toàn đủ để nghe tại nhà với hầu hết các loa thậm chí là loại khó kéo vì Pow có DF khá lớn và dòng lái mạnh.

- Trường hợp cần công suất lơn hơn thì tầng VAS phải phức tạp hơn. Điện áp cũng phải cao hơn.

 

Em cảm ơn bác @buiducbac đã bắt đúng bệnh và kê đúng đơn ạ.
Em không tham công suất cho mạch này nữa, sẽ điều chỉnh lại, áp cho OpAmp, đấu lại dây OPT và nhất trí là mạch này chỉ chạy với công suất dưới 25W cho tải 8R là đẹp ạ. Thực ra em cũng xin thành khẩn khai báo là bình thường em cũng chỉ bật ít khi quá 10W và chưa bao giờ quá 15W. Chỉ khi nào cắm trở vào để đo mới vặn lên cao thôi ạ
Để thỏa chí nghịch ngợm, em vẫn muốn xây dựng mạch công suất cao hơn, em sẽ post tiếp mạch còn lại áp cao dòng thấp mong bác lại tiếp tục góp ý ạ.
Riêng về nguồn thì em vẫn làm 2 nguồn vì còn dính tới BIAS cho cặp fet, gộp nguồn lại bias phức tạp hơn.

 

2. Tại sao OPT?
Em chọn Class A, mặc kệ hiệu suất, nóng tí cũng được, làm push-pull trước cho dễ gặm rồi sẽ tiến tới SE!
Mạch Class A dùng cuộn cảm nâng được hiệu suất lên cao --> làm Class A + Inductor.
Xuất âm thế nào:
+ Xuất thẳng? Về nguyên lý là ngon nhất. Có thể xây dựng tầng công suất dùng cuộn cảm như sau:

Em đã thử sơ đồ này, rất khỏe, đáp ứng rất tốt từ 10Hz đến 20KHz.
Tuy nhiên làm sao đảm bảo cân được áp một chiều ra loa = 0 là cả một vấn đề, giải quyết nó khéo thành mạch siêu phức tạp mất.
Vấn đề thứ 2 là làm mạch này chắc chắn phải làm mạch bảo vệ loa, 1 con sò thông là thơm cả nhà.
+ Tụ: em không thích cách này.
+ Sẵn mạch có cuộn cảm, làm OPT hóa ra lại đơn giản. OPT đảm bảo sẽ không có tí dòng rò nào ra loa cả, khỏi cần bảo vệ loa luôn, mạch trở nên quá ư là đơn giản. OPT lại phát huy được rất nhiều kinh nghiệm quý báu của các bác dùng tube. Thêm vào đó là cái chất âm trứ danh do OPT mang lại.
Cái OPT em quấn đi quấn lại chưa phải là cực ngon nhưng theo đánh giá chủ quan của em khá ngon rồi, mấy hôm lên đây em học thêm được vài chiêu của các bác trong việc quấn OPT nên em sẽ áp dụng quấn cái mới xem sao.
3. Tai sao lại OpAmp?
Em thích DIY càng đơn giản càng tốt, làm sao để chổi cùn rẻ rách cũng thành đồ chơi. Trong mạch này, phần công suất là phần xương nhất nhưng lại là phần thú vị nhất và có nhiều đất để sáng tạo nên em sẽ tập trung vào phần này, thử nghiệm các phương án, giải pháp khác nhau để ra được mạch vừa hay vừa khỏe mà lại phải đơn giản, dễ làm. Phần khuếch đại đầu vào để cho OpAmp lo là vì vậy. Hơn nữa, da số nhạc ta nghe hôm nay cũng qua tay một số anh OpAmp xử lý trước rồi nên thêm anh nữa cũng chấp nhận được.

 

Em cũng rất thích và chú ý những ý tưởng như bác SML. Nhưng theo em cấu trúc như bác nêu không mới. Bác nên nghiên cứu với tiêu chí chất lượng âm thanh được đặt lên hàng đầu (Vì đây là diễn đàn DIY chủ yếu về âm thanh, yếu tố nghe phải là số 1. Nhiều khi sử dụng linh kiện hiếm và rất đắt chỉ để nó hay hơn 1 tí, tí đến nỗi nghe còn khó phân biệt. Phần trăm hay cực nhỏ của bản nhạc cũng phải dùng mọi biện pháp để bảo toàn chừng nào còn có thể). Mỗi khối linh kiện hay thậm trí từng linh kiện đều phải tính toán và sử dụng dựa trên đặc tính âm thanh mà nó mang lại.
Một cái mạch chỉ chạy được và kêu được thì chưa nói lên điều gì.

 

Cảm ơn bác, bác nói chí phải, một cái mạch chỉ chạy được và kêu được thì đúng là chưa nói lên điều gì!
Tuy nhiên để có thể bàn về cái hay thì đầu tiên là nó phải kêu cái đã đúng không bác.
Trước khi chọn các linh kiện tuyệt đỉnh công phu với chất âm ngọt mặn khác nhau phối ghép vào, thì cái nguyên lý của nó phải đúng rồi phải hay trên phương diện lý thuyết cái đã bác nhỉ?
Thêm vào đó, chơi DIY cũng có nhiều cách, cách của em là chơi trên sự hiểu biết của mình, hôm nay hiểu đến đó chơi đến đó, mai hiểu thêm lại chơi thêm, cứ từ từ rồi khoai sẽ nhừ! Khi mình làm chủ được từng linh kiện trong mạch thì chơi mới khoái.

Cho đến thời điểm hiện tại, em đang tham khảo xây dựng mạch, được các bác góp ý em cũng đã vỡ ra nhiều điều, mong vẫn sẽ được sự quan tâm và góp ý của các bác.
Em cảm ơn các bác.

 

Em cũng tham khảo loanh quanh, đúng là từng phần trong tổng thể thì không có gì là mới, không phải do em tự nghĩ ra.
Nhưng một cái mạch cấu trúc hoàn chỉnh như cái em đang muốn phát triển thì em chưa tìm ra. Nếu có người phát triển trước rồi thì hay quá, đỡ bao công sức.

 

Úi đã thẳng thì thẳng luôn còn nhiêu khê làm gì cái cuộn cảm có bao giờ bác tính đến sdđ cảm ứng không

 

Mấy thứ này của bác nghĩ lão Nelson Pass làm nhiều như quân nguyên và một số cao thủ Diy trên thế giới họ đã làm rồi bác nên tham khảo hộ. Các món bác em cũng nướng sò cách đây 4-5 năm rồi nhưng em tin bác sẽ làm tốt