Zesilovač DPA380

   Tranzistory 2SK133 - 135 a 2SJ48 - 50 použité v předchozím DPA330 jsou vyráběny laterární technologií, která je nyní již zastaralá. Přes některé výhody mají také několik vlastností negativních. Hlavní z nich je velký odpor Rdson (typická velikost kolem 1 ohmu), který snižuje celkovou účinnost zesilovače. Další nevýhodou je poměrně malá strmost, což klade zvýšené nároky na budící stupeň, hlavně v ohledu jeho rychlosti přeběhu (jeho SR musí být ještě o 10 až 20 % větší, než zesilovače jako celku).
  Moderní výkonové "fety" jsou vyráběné technologií vertikální. Její hlavní předností je velmi malý odpor Rdson a velká strmost, která se u špičkových typů již blíží strmosti bipolárních tranzistorů. Nevýhodou je kladný teplotní koeficient při malých a středních proudech Ids, vyšší prahové otevírací napětí Ugsth a relativně velká vstupní zpětnovazební kapacita.
   U špičkové třídy zesilovačů je kladen zvýšený důraz na proudovou zatížitelnost a stabilitu při komplexní zátěži. Při testech v odborných časopisech jsou zesilovače někdy zkoušeny i do zátěže 2 ohm, i když často není výkon pro tuto zátěž uváděn. Některé testy probíhají se zátěží komplexní, zpravidla do paralelní kombinace jmenovité reálné zátěže a kapacity až 5uF. Nevzniknou-li za těchto podmínek oscilace, případně proudová limitace, naznačuje to dobrou stabilitu zesilovače a zpravidla se takový přístroj i poslechově "líbí," má-li současně slušné i ostatní parametry.
  "Klasické fety" Hitachi ( = laterární) mají maximální proud Ids relativně malý, chceme-li výstupní obvod dimenzovat pro větší proudy, musíme použít více systémů zapojených paralelně. I když zanedbámě finanční hledisko, není toto řešení nijak výhodné. Paralelním řazením totiž jednak zvětšujeme vstupní kapacitu, jednak klidovou spotřebu. Budeme-li např. požadovat výstupní proud 25 až 30A (běžný parametr špičkového zesilovače středního výkonu), musíme použít 4 až 5 paralelně spojených tranzistorů v každé větvi. Vstupní kapacita bude proto již velmi velká, což bude klást zvýšené nároky na budící stupeň. Ještě větší problém bude ovšem s chlazením, neboť pro dostatečně malé zkreslení musí být velikost klidového proudu asi 400 až 500mA (co pár, to 100mA), neboli při napájení +/- 56V (zesilovač 200W) bude trvalá klidová spotřeba až asi 55 W. Pro snazší představu: stejnou ztrátu má plně vybuzený běžný bipolární zesilovač 100W. Z uvedených důvodů nejsou tyto tranzistory příliš vhodné. Jsou sice mnoha výrobci používány, ale zpravidla v zesilovačích pro ozvučování (PA), kde na zkreslení nebývá kladen takový důraz a lze proto zvolit menší klidový proud nebo použít chlazení ventilátorem. Obliba je způsobena hlavně jejich vynikající teplotní stabilitou (DPA330) a malým prahovým otevíracím napětím, takže zapojení vycházejí poměrně jednoduchá.
   Chceme-li zvětšit proudovou zatížitelnost, je vhodné zvolit jiné typy tranzistorů ( = vertikální). Nejsnáze se dají sehnat typy IRF, proto byl zesilovač postaven s nimi. DPS je navržena tak, aby se daly případně použít i typy v pouzdru TO3P.
   Splnění požadavku výstupního proudu 25 až 30A vyžaduje při zachování jisté rezervy spojit tři systémy paralelně. Maximální výstupní proud bude větší než +/- 100A.
  Nevýhodou výkonových fetů s vertikální strukturou je poměrně vysoké prahové otevírací napětí. Jeho typická velikost je asi 3 až 3.5 V, proto při běžném zapojení musel být zvolen velmi velký klidový proud, aby nebylo přechodové zkreslení neúměrně veliké. Aplikací "korekce" chyby lze jeho velikost udržet v přijatelných mezích při současně velmi nízkých hodnotách zkreslení.
   Další nevýhodou je kladný teplotní koeficient proudu Ids, vyžadující zavedení teplotní tepelné vazby v obvodu řízení předpětí. v zapojení bylo proto nutné s výkonovými tranzistory tepelně svázat i oba "korekční" tranzistory (T19 a T20). Tyto pozice musí být osazené rychlými typy, použity jsou stejné tranzistory jako v rozkmitovém stupni tj. BF471/472 (vhodnější použít rychlejší typy s ft = 200 MHz). Velká strmost a malý Rdson vyžadují jiné konstrukční řešení proudové pojistky. Zapojení obsahuje navíc i ochranu hradla před napěťovým přetížením (bezpodmínečně nutné při připojení komplexní zátěže, kdy proudová pojistka nechrání zcela spolehlivě).
Zesilovače s tranzistory řízenými polem by měly mít rozkmitový stupeň napájený vyšším napětím než stupeň výkonový. Napájecí zdroj typu 380 je proto řešen stejně jako u typu 330. Velikost napětí "pomocných zdrojů" jsem ověřil experimentálně. Jako optimální se ukázalo napětí 7 V, stejně jako u typu 330. Toto napětí by mělo být teoreticky o něco vyšší, neboť prahové otevírací napětí je vyšší. Protože ale i strmost je větší, je tato velikost optimální. Zvolíte-li napětí větší, zlepší se poněkud účinnost a dosažený výkon, současně se však podstatně zvýší nestabilita zesilovače v kritickém režimu (odběh z limitace). Velikost "pomocného napětí" je proto vždy kompromisem mezi účinností a stabilitou. Uvedená velikost (asi 7 V) představuje ve svém důsledku velmi dobrou stabilitu i dobrou účinnost (63 % se zátěží 4 ohm, která je tedy prakticky stejná jako u běžného zesilovače s bipolárními tranzistory). Tento údaj platí ovšem pro tranzistory s vertikální strukturou, mající malý Rdson, laterální typy (DPA330) vykazují účinnost horší, něco přes 40 % se zátěží 4 ohm, při zátěži 2 ohm pouze asi 30 % - měřeno se dvěma tranzistory paralelně v typu 330). Zvýšená účinnost se projeví hlavně při nižších zatěžovacích impedancích, kdy zesilovač se stejným napájecím napětím odevzdá větší výkon.
   Dimenzování výstupního obvodu tohoto zesilovače umožňuje bezproblémový provoz i do zátěže 2 ohm. Se síťovým transformátorem na jádře EI 40 x 50 jsem naměřil výstupní výkon do této zátěže asi 225 W při 220V, případně 265W při 240V. Zkoušel jsem ještě při tvrdších podmínkách tj. do zátěže 1.33 ohm (2 ohm a 4 ohm paralelně), kdy při 220V byl výstupní výkon asi 265W, případně při 240V více než 310W. V obou případech bez sebemenšího náznaku nestability a osciloskopem viditelného zkreslení. Nestabilita se neobjevila ani při komplexní zátěži (4 ohm paralelně s kondenzátorem 3.3uF) a to v celém akustickém pásmu.
   V technických podmínkách provoz se zátěží 2 ohm nespecifukuji, neboť v tomto případě by byl při dlouhodobém zatížení chladič nedostatečný. Použijete-li chlazení ventilátory, můžete zesilovač provozovat trvale i do této zátěže. Zde se projevuje zbytečná "tvrdost" naší normy, neboť ve světě by se stejným chladičem problémy nebyly (střední hodnota výstupního výkonu je při běžném hudebním signálu mnohem menší). Pro zajímavost ještě uvádím, že stejný výstupní výkon má díky použitým robustním tranzistorům (při stejném transformátoru) i zesilovač DPA440 (do zátěže 2 ohm), nicméně uvedené problémy s chlazením platí i pro něj.