Эзотехник

Транзисторный усилитель с глубокой ООС и ОУ на входе. См. журнал "Радио" №10-12 за 1999 г. и №1,2,4-6,9-11 за 2000 г. Начало цикла тут
Все DJVU с журналами "Радио" на эту тему от BISESIK: http://ifolder.ru/1290250

 Tetragramaton

Кстати только что промоделировал в Микрокепе усилитель Сухова. Его параметры
G=34дб с неравномерностью не более 0.2 дб в диапазоне от 10 гц до 33 кГц
Частота Кпетл=1 около 400 кГц
Частота единичного усиления около 9 мГц
По функции вычисления гармоник суммарный коефициент не более 0.0003
Глубина ООС на частоте 100 гц = 120 дб, на частоте 1 кГц= 100 дб, на частоте 10 кГц=70 дб и на частоте 20 кГц= 60 дб. 100 кГц=30 дб. пересечение замкнутой\разомкнутой ООС на частоте 600 кГц. в обновленном варианте Ридико все эти величины по глубине ООС можна увеличить смало на 10, а частота петлевого усиления выросла до 1.2 мГц.
Чтото мне кажется, что симметричный УН включеный по схеме с общей базой не должен выдавать больший еще и в два раза ток. Собственно входной равен выходному только с усиленой амплитудой, а минимальное выходное сопротивление определяется резисторами 150 Ом в эмитерах. Так же хочу предположить ( а уже и проверил) что если усилитель Агеева имеет входное напряжение около 1.8 вольт и дает максимальную амплитуду при этом 40 вольт, имеет K=40\1.8 около 22.2 и в децибелах G=20LgK= 26 дб. Конечно за счет потери в усилении получается ООС на 10 дб глубже. Из этого я утверждаю, что несимметричный вариант нехуже симметричного, а вот какой именно лучше мне было бы интересно разобраться

 ИГВИН

Без лучше-хуже, просто отличия.
Допустим, ток покоя выходного каскада УН 4 мА в обоих случаях.
Для сохранения режима класса А девиацию тока на выходе УН берем 3 мА. Нагрузим выход УН резистором 10 кОм.

Тогда в случае симметричного УН на положительной полуволне верхний транзистор выдает 7 мА, нижний - 1 мА. В нагрузку потечет ток 6 мА, создавая амплитуду 60 В.

В случае несимметричного УН снизу стоит источник тока, постоянно выдающий 4 мА, верхний транзистор, открываясь на положительной полуволне, выдает 4+3=7 мА. При этом в нагрузку потечет только 7-4=3 мА, полученная амплитуда составит 30 В.
На отрицательной полуволне верхний транзистор, закрываясь, выдаст 1 мА, что также позволит выдать в УМ лишь 30 В амплитуды.

Отсюда видно, что для достижения одинаковой амплитуды несимметричная раскачка перегружается сильнее, внося бОльшие искажения. Частотные характеристики также будут хуже, перезарядка входной емкости УМ будет затянутой на нижней полуволне.

 Tetragramaton

Спасибо Большое, факты очень убедительны осталась только одна тонкость. Почему на тех 150 Омах должно быть падение напряжения больше 2.5 вольт???. Откуда могут быть потери усиления, если абсолютно открытый режим транзистора при смещении до 0.7 вольт?

 ИГВИН

Дело не в потерях усиления, а в линейности.
1. Больше резистор - больше местная ООС.
2. VT13, VT14 - управляемые генераторы тока, их линейность и выходное сопротивление увеличиваются с увеличением эмиттерного резистора. Усиление при этом не меняется, т.к. нет резистора, нагружающего выход УН на землю, а входное сопротивление УМ достаточно великО.

[ADDED=ИГВИН]1138533639[/ADDED]
А, есть резисторы в землю - R73 R74. Они достаточно большие.

 Tetragramaton

Спасибо, что мне объяснили свойства этих дифкаскадов ( кстати это не сломаный каскод как написано в статье ). Но а теперь рассмотрим понятие "уместности" той или иной схемы усилителя напряжения в конструкциях. Согласно Вашему ответу и правда бОльшая часть тока ответвляется в ненужном направлении генератора, но реальное потребление повторителей от каскадов УН будет составлять.... Для этого проанализируем повторитель УНЧ ВВ в меру его простоты. При выходном токе 30 А входной базовый будет равен 300 мА для оконечного плеча, 3мА для раскачки "драйверов", и 0.03мА вытекает с УН в сторону повторителей.(Н21э=100 для всех транзисторов) В конечном итоге проанализируем факт, УН всегда работает с током 4,03мА. Выбран этот ток исходя наилучшего участка характеристики БТ работающего в классе А.(здесь это более предпочтительно) Мало того он постоянный, что исключает "непостоянство" спектра КГ для этого каскада. Самое неприятное в работе УН это "кривота" нагрузки, и здесь у Агеева все шансы, но ВВ на современных деталях тоже не сильно уступает в этом плане. Местная ООС этого каскада тоже не совсем оправдана, тоесть зачем достигать такими усилиями бОльшего усиления, чтобы потом его самовольно глушить? Как раз в ОБЩУЮ линейность усилителя делает вклад ОБЩАЯ оос, а местная всеголиш стабилизирует и так достаточно стабильные режимы по постоянному току

 ИГВИН

При таком выходном токе бэта будет значительно ниже: http://www.vegalab.ru/forum/attachme...achmentid=5739
Но это частное замечание.

Разницу знать не вредно. Тогда можно осознанно принимать решение.

Лично я сторонник симметричной схемы, когда нужно получить большую мощность. А когда надо было получить "ламповый" спектр, я нагрузил сломанный каскод на простой резистор. И выход в классе А. Тем и интересна схемотехника, что позволяет использовать разные решения, в зависимости от поставленной задачи.

Кроме того, получение тех или иных технических показателей не может быть самоцелью при проектировании усилителя музыкального сигнала. С этой точки зрения использование любой отрицательной обратной связи мне кажется неполезным .
Особенно с применением ОУ. Но это не мешает применять ее думающим иначе .

Окончательно решить вопрос о применении того или иного узла может только прослушивание в соответствии с требованиями, изложенными здесь: http://www.vegalab.ru/forum/attachme...achmentid=2251

 Tetragramaton

Использование отрицательной обратной связи неполезно, но без ее нелинейность усилителя настолько велика, что недостатки уже уловимы даже на слух, про объективные данные молчу( я сторонник схемотехнической линейности, а не субъективного восприятия приятных искажений).Читал с начала до конца про эти методы прослушивания, но здесь все шансы как раз для классов А, и усилителей с "наибольшим" вых сопротивлением, а также более не точным поддержанием нуля на выходе. Сравнивая подход усилителя Высокой Верности и этого я взвесил плюсы, и получил 1) вход усилителя ВВ явно выигрывает, как и значение до 0.8 вольт, усилитель не инвертирующий, высокое вх сопротивление. Усилитель напряжения спорный вопрос. Симетричный имеет намного большие усилительные свойства, но они здесь ненужны(особенно по току). По глубине ООС усь Агеева выигрывает, но объективные данные КГ не в его пользу.( тем не менее при таких значениях КГ более значительны интерфейсные и интермодуляционные искажения) по интерфейсным Агеев выигрывает в виду бОльших енергетических возможностей ВК, а по интермодуляционным звуковым незнаю. Думаю, что реально по звуку принципиальных отличий небыло бы. Осталось только разобраться в области ФЧХ полюсов и линейности. (ВВ я знаю в совершенстве) хотел сравнить. Меня очень интерисуют вопросы
1) на каких частотах с разомкнутой ООС 1,2,3 полюс(т.е -45 град(спад 6дб\окт),-90 град(12дб\окт),-135град(24дб\окт). По теории устойчивости фазовый сдвиг не должен превышать 180 градусов на частоте Kпетл=1, иначе ООС превращается в ПОС, что чревато автоколебаниями и подвозбудами. У меня почему то сильные сомнения, что 3 й полюс этого усилителя находится на частотах около 6 мГц, и спад-180 градусов с разомкнутой ООС будет на частоте 6.5....7 мГц, чтобы выполнить условие устойчивости. Если кто моделировал, или имеет реальное представление по этим данным прошу ответить.

 ИГВИН

Это безобразие надо прекращать!

Да, такие усилители больше всего годятся для дома.

Непонятно, откуда такие выводы?

В остальном - нужно смотреть по назначению. На своем месте каждая вещь хороша
С позиции некоторого отдаления слабо видна разница между обсуждаемыми усилителями, их идеология сходна со многими другими. Если собираетесь спроектировать нечто похожее, разобраться в уже сделанном будет очень полезно. Да полезно в любом случае .
Если нужен усь для музыки, сами дали ответ насчет класса А.

 Tetragramaton

Опять же выводы имеют свою изначальную точку дислакации. Большинство старих разработок ( Амфитон 002, Амфитон 101, Радиотехника 020, Радиотехника 101, старая версия Брига 001) все имеют вход на дифкаскаде, О точности поддержки нуля в таком случае можна судить сразу. Все эти усилители отличаются приятным "бархатным и мягким" басом. ВЧ спектр желает как правило лучшего, но речь идет сейчас про бас. Более новые разрабоки с более совершенными дифкаскадами (Одиссей 010), где дрейф не превышает 50 мв звучат уж слишком "задемпфировано".Бас этого усилителя сильно напоминает бас УНЧ ВВ. Не буду говорить о недостатках сч\вч спектра в этом усилителе ( схема ОЭ в повторителе погубила проект). Тем не менее факт, что звук усилителя кажется жестким даже если обрезать этот больной спектр. Далее исходя статьи С Агеева "должен ли УНЧ иметь низкое выходное сопротивление" следует отметить, что для ГД более приемлим источник с "токовым выходом", какими являются ламповые усилители. Вот и явное преимущество в "субъективной" части оценки звука. Очень полезны LR на выходе, они мало того, что повышают устойчивость, еще и безущербно повышают вых сопротивление на 0.1...1 Ом. Тем не менее со схемотехнической точки зрения наличие точного компаратора увеличивает глубину ООС на инфранизких частотах, в целом демпфирует усилитель, и улучшает переходную характеристику

 Tetragramaton

ИГВИН, хотел бы Вам задать вопрос, если Вы знаете конструкцию РА9000,PA2120,РА2020 от Спецприбора(www.spetspribor.com) Эти конструкции зделаны на базе усилителя Высокой Верности. Переработаны печатные платы, заменены транзисторы, ОУ, стабилитроны на более новые, и добавлен ряд сервисных узлов. Впрочем статьи почитать интересно. Ридико Леонид Иванович, который занимался разработкой проекта утверждает, что длинючие дорожки от УН к повторителям ВК (5см на плате и 3 см провод к дополнительной плате) не влияют на качество усилителя. Зделано это было, чтобы весь повторитель можна было поместить на общий радиатор для более коректной работы термостабилизации тока покоя. Со своей стороны я правда думаю, что внутри ООС они безболезнены, а последовательный резистивный фактор даже полезен в плане емкостной нагрузки по входу ВК. Хотелось бы знать Ваше мнение.

 ИГВИН

Тут явная путаница. Характер баса не зависит от смещения нуля. Для проверки можете разбалансировать усилитель хоть до полувольта. На звуке это не скажется совершенно. Потечет небольшая постоянка в акустику, ну и что? На неё подается амплитуда вплоть до ограничения питания УМ, что изменят жалкие полвольта?

Тут согласен. (Только интегратора, а не компаратора ). Здесь есть большая ветка про интеграторы, полезно почитать.

Однако вы себе противоречите: старые усилители как раз без интеграторов. Т.е. бас без интегратора нравится больше.

По-моему, жестко или нежестко задемпфирован усилитель, если его выходное сопротивление ниже 0,4 Ома, то с 98% акустики проблем с басом у него не будет. Важнее мне кажется исходное выходное сопротивление, до охвата петлей ОООС.
Многократно сравнивались в одинаковых системах транзисторные усилители с и без ОООС. У безосных бас был разборчивее, натуральнее, был слышен рокот струн. У осных пуканья больше, а разборчивости меньше. И там уже все равно, интегратор, дезинтегратор...


Off:
Вообще мы уклонились от темы ветки, все это offtop. Есть желание пообщаться на подобные темы, лучше сделать отдельную ветку.

[ADDED=ИГВИН]1138626520[/ADDED]

Off:
Насчет дорожек - они подключены к токовому выходу УН. Так что и взаправду не влияет.

 Анатолий_В

Все это конечно очень занимательно. Кстати нашел про подавление высших гармоник в многоступенчатом усилителе с ООС в параграфе 14.1 у Баскакова (РТС второе издание стр. 343-344). Подпункт - Подавление паразитных сигналов.
Но а звучание то как у этого усилителя? Вот возьмем допустим усилитель Леонида Зуева. Или Линкс какой попроще и сравним. И что автор сам думает по поводу целесообразности построения сейчас таких усилителей?

Мне кажется такие усилителе имеет смысл строить, чтоб жизнь себе упростить. Купить наборы готовые и вперед. Или есть проблемы с подбором деталей. Впаял все годное и все работает как планировалось. Я отдаю себе отчет, что такой аппарат побьет многие импортные за тысячи баксов.

И еще вопрос. А попытки улучшения или упрощения были? Как и что в нем вообще можно улучшить?

 Tetragramaton

Ладно отклонятся от темы не будем, но всеже бас старых усилителей где гуляет постоянка мне нравится больше.

 Selin

Извините, что вопрос, может, немного не в тему, но:
Порекомендуйте, пожалуйста, схему предварительного усилителя, который бы составил достойную пару данному УМЗЧ, поскольку у меня источник звука выдает 200-250мВ, а для рассматриваемого здесь УМЗЧ на вход нужно подавать 1В (если я все верно понял по схеме).

Заранее благодарен.

[ADDED=Selin]1138635247[/ADDED]
...в догонку...
И еще - кто-либо из присутствующих здесь собирал "мощную" версию данного УМЗЧ (который на 2SA1837, 2SC4793, MJL21193, MJL21194) - обнаружились ли какие-либо дополнительные ньюансы по сборке, проверке и настройке?
И еще вопрос, который для меня актуален: помогите, пожалуйста, с подбором остальных качественных комплектующих (конденсаторы и т.п., предпочтительно импортные, так как отечественные у нас найти уже сложно).


Off:
Решился таки собирать, хотя папик называет это безумством!

 Л. Зуев

Вот простенькая иллюстрация к сказанному выше по поводу ОООС, входных каскадов и искажений.

На ris_1 показана пара похожих усилителей с выходным повторителем, включенным без смещения. Левая схема скорректирована классически - конденсатором С4, а в правой - добавлена цепочка индуктивной коррекции во входном каскаде. АЧХ усиления в петле ОООС (ris_2) в обеих схемах одинакова (глубина ОООС на частоте 20кГц - 50-51дБ, полоса действия ОООС - около 7МГц), но максимальная скорость нарастания у первой схемы 4,7В/мкс, а у второй - 40В/мкс (реакция на меандр - на ris_3).

На ris_4 показаны для первой схемы: синус частотой 20кГц на выходе (красная линия); ток коллектора Q10, увеличенный в 10000 раз (желтая линия); и увеличенный в 100 раз сигнал искажений, вносимых входным ДК - полученный вычитанием тока коллектора Q10, деленного на крутизну ДК, из входного разностного сигнала "v1" (синяя линия). Из этого рисунка видно, что, несмотря на более чем трехкратный запас по скорости нарастания, входной каскад у левой схемы сильно перегружается в моменты перехода через ноль напряжения на выходе усилителя, а амплитуда его искажений во входном разностном сигнале составляет 140мВ. Эти же искажения, но с удвоенной амплитулдой, присутствуют и в выходном сигнале усилителя.

Во второй схеме входной каскад охвачен глубокой местной ООС и работает с большим запасом по перегрузке, поэтому видимых искажений в нем не возникает. В результате этого и выходной сигнала последней схемы при переходе через ноль искажен заметно меньше, что хорошо видно на ris_5 (красная линия для первой схемы, зеленая - для второй). Что интересно, спектр искажений у второй схемы более жесткий, несмотря на лучшую точность передачи входного сигнала (и скорее всего лучшее звучание - может кто проверит? ).

Очевидно, что при работе выходного каскада в классе АВ показанные эффекты проявятся намного меньше, но в реальных схемах подобное может происходить и из-за наводок из цепей питания выходного каскада на входные цепи через взаимную индуктивность между ними. Самое неприятное, на мой взгляд, здесь - потеря информации о входном сигнале в первой схеме на интервалах времени насыщенного состояния входного каскада.

Миниатюры

         

 sia_2

В опубликованном варианте частота единичного петлевого усиления слегка подрезана и составляет примерно 6,5 МГц.

Запас по фазе в петле ООС составляет около 35-45 градусов в зависимости от варианта. На советских выходных выброс на фронте порядка 8%, что соответствует запасу по фазе около 40 градусов.

Это не так. Дело в том, что Audio Precision мерит не THD (коэффициент гармоник), а THD+N, то есть сумму гармоник и шума. При этом полосу, в которой мерится шум (и гармоники) можно выставлять 22, 80 и 200 кГц. Я при измерениях ставил максимум - 200 кГц, чтобы учесть и высшие гармоники.

При обмере же коммерческой продукции, хорошо, если выставляется полоса 80 (бывает, 22). При этом все высшие гармоники игнорируются.

Далее, собственный порог шума у AP в полосе 200 кГц примерно на 15 дБ выше, чем в полосе 80 кГц (там внутри разные тракты).

На приведенных в статье характеристиках видна характерная пилообразность автоматического переключения пределов, что подтверждает, что шум AP оказывается больше, чем УМЗЧ. Т.е. пока не начинается ограничение, намеренные цифры определяются не искажениями, а шумом самого AP в полосе 200 кГц.

Что же касается остальных устройств - то если не брать на веру утверждения в описаниях, а реально мерить, оказывается, что продемонстрировать DIM100 на уровне 0.002% (это практически порог чувствительности AP I), больше никто из обмеренных оказался не в состоянии..

А искажения в этом УМЗЧ, как показали дополнительны измерения, дает в основном "мягкий ограничитель". Без него реальные уровни IMD порядка -120 дБ.

У него нет измеряемого роста искажений с частотой (они остаются ниже шума). Для остальных это не так, рост заметен уже в звуковом диавпазоне.

Примененный ОУ как раз достаточно симметричен по своим характеристикам и его динамическая линейность очень высока.
Это легко доказывается экспериментально. Возьмем, к примеру, мультиплексируемый усилитель перед 500 кГц АЦП. При усилении в 10 раз сигнала с частотой 100 кГц, мультиплексируемого с частотой 500 кГц с другим сигналом, вызывающим каждые 2 мкс перегрузку ОУ, искажения 100 кГц с размахом 19В все равно остаются ниже -75 дБ (реально меньше, просто АЦП сам имеет на этой частоте около -75).

А ОУ там по определению работает в классе А - его ток нагрузки раз в 10 меньше тока покоя выходного каскада. Все внутренние цепи ОУ
при этом тем более работают в классе А.

 sia_2

Из теоретических предпосылок минимум искажений переключения выходного каскада при строгой экспоненциальности характеристик транзисторов соответствует падению напряжения на эмиттерных резисторах порядка 65% от множителя экспоненты (т.н. теплового потенциала). Для одиночных "идеальных" транзисторов это будет около 20 мВ.
Однако такое значение не обеспечивает термостабильности и применимо только в составе микросхем (чем вовсю пользуются разработчики ИС).

В то же время включая параллельно транзисторы с разбросом Uбэ, мы фактически повышаем эквивалентный тепловой потенциал (экспонента становится более пологой) и соответственно увеличивается оптимальное падение напряжения на эмиттерных резисторах. Конкретные значения зависят от величины разброса, но выигрыш в 2-3 раза совершенно реален. В статье (и в контрольном экземпляре) стоит компромисс между линейностью и термостабильностью - примерно 80 мВ (минимум искажений был где-то при 50-60 мВ и том же токе покоя, то есть при 0,62 Омах).

А смысл делать на россыпи? Чтобы еще громоздче был?

Реальные проблемы - это вовсе не схемотехника, а корпуса, трансформаторы, радиаторы - т.е. "железки". На этом фоне спаять платы - ничто.

 ИГВИН

Имеется в виду 65% от Uт?

В стандартной "тройке" выходных транзисторов, меняя ток покоя и контролируя спектр, я реально наблюдал уменьшение гармоник при нагрузке 4 Ома. Амплитуда была порядка 10 В. На однотональном сигнале оставалась только вторая гармоника в пределах видимости 80 dB. Резисторы в эмиттерах были 0,1 Ом, ток покоя составил около 35-40 мА. Однако на слух звучание оказалось жестким по верху диапазона. При увеличении тока покоя до 200 мА звук ВЧ стал более натуральным. Я сделал вывод, что выставлять оптимум тока покоя на одночастотном сигнале не годится.

Что происходит в истоковом повторителе в классе В-АВ? Тепловая константа для полевиков существенно больше. По приборам я вижу больше гармоник, на слух - звук яснее и натуральнее.
Парадокс.

Очень наглядно! Но лучше бы и в первый ДК включить эмиттерные резисторы.
А затем еще раз сравнить варианты коррекций.
Почему жесткий? Два крутых перегиба?

 MikeF

Не согласен. Катушка выйдет из зазора и звук изменится. Ходили слухи кто-то так экспериментировал уже

 Л. Зуев

В результате установки в ДК эмиттерных резисторов уменьшается его крутизна и пропорционально ей снижается глубина ОООС. При этом для сохранения той же полосы действия ОООС потребуется уменьшить емкость С4, что приведет к повышению скорости нарастания и, как следствие, уменьшению динамических искажений. Индуктивная коррекция в первом каскаде или RC-цепочка на входе усилителя позволяет одновременно получить и высокую скорость нарастания и большую глубину ОООС на звуковых частотах.
Из-за большей скорости нарастания при переходе через ступеньку во второй схеме сигнал устанавливается быстрее, поэтому высших гармоник больше. При этом, что важно, ОООС продолжает работать, а ступенька не компенсируется полностью из-за недостаточной ее глубины на высоких частотах. В первой же схеме ОООС вообще выключена запертым входным каскадом на всем протяжении ступеньки, а высших гармоник меньше из-за того, что сигнал на выходе во время ступеньки ползет значительно медленнее.