Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Информация собрана из следующего источника.

http://www.vegalab.ru/forum/

И кое-что от SKATa



ОБР - это набор режимов по току, напряжению, длительности их существования и скорости изменения напряжения, причем при разных температурах, в пределах которых изготоывитель гарантирует осутствие появления "ГОРЯЧИХ ПЯТЕН" и деградации параметров прибора в ходе эксплуатации. Т.е. ОБР - это многомерная поверхность, а не несколько цифр. Определяется путем контроля распределения температур по поверхности кристалла тепловизором в процессе испытаний под током в разных режимах на статистически значимом числе экземпляров.

Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Тут поступило много вопросов по поводу "набора свойств" обсуждаемой конструкции (СЛ) в сравнении с остальными существующими усилителями. Отвечаю развернуто в доступной форме, без "математики".
Как известно, проектирование любого изделия начинается с а) выбора основных проектных решений, исходя из поставленных задач и б) разрешению неизбежно возникающих технических и экономических противоречий.
В случае с СЛ его изначальным назначением было создание близкого к эталону (как объективно, так и субъективно) усилительного устройства для работы на мониторы среднего и отчасти дальнего поля для студии. Этой первичной задаче (получение предельной точности и "прозрачности" работы усилителя, причем в реальных условиях эксплуатации - на реальные АС, а не "резистор", и в присутствии всевозможных помех одновременно с гарантией отсутствия "ползучей деградации" в эксплуатации) - и были подчинены остальные решения. Надо четко понимать, что это - устройство, сделанное под конкретную (причем в общем-то, достаточно узкую) задачу, а не "все и сразу для всех".
При этом неизбежно возникают несколько основных осей противоречий.
Первая группа противоречий - технических - между обеспечением необходимой выходной мощности, надежности и качественных характеристик.
Вторая группа противоречий - между экономической эффективностью ("продаваемостью"), реальным качеством конструкции и ее себестоимостью в производстве.
Первая группа противоречий вызвана тем, что для обеспечения одновременно высокого качества звучания и высоких измеряемых характеристик необходимо обеспечить выполнение условия высокой собственной линейности УМ при работе на реальную нагрузку при спаде спектра собственных искажений более быстром, чем падение глубины ООС с частотой, одновременно с максимальной площадью действия ООС. (Это прописные истины и их обсуждение лишено смысла.)
Для достижения высокой исходной линейности наряду с широкополосностью ООС ключевыми являются комплекс характеристик связки УН-ВК до введения ООС.
ВК, как наиболее мощный и конструктивно громоздкий элемент, оказывается основным ограничивающим фактором в обеспечении максимальной широкополосности ООС и динамической линейности УМ в целом, т.к. линеаризация УН выполняется несравненно более простыми и давно отработанными средствами. (Использование же, к примеру, раздельных каналов усиления НЧ и ВЧ с суммированием их на выходе УМ может решить проблему обеспечения малосигнальной широкополосности ООС, но в общем случае не обеспечивает выполнение условия динамической линейности - ввиду того, что собственные искажения "медленного" ВК быстро растут с частотой).
Тип усилительных приборов в ВК (полевые/биполярные транзисторы, вакуумные лампы и пр.) в данном случае определяется требованием обеспечения максимальной широкополосности и удельной крутизны ВК. (Т.е. минимального собственного выходного сопротивления и нагрузочной способности ВК до введения ООС при ограниченном - по условиям охлаждения - токе покоя). Это диктует применение в ВК биполярных транзисторов, которые - естественно, при правильном их применении - в этом отношении далеко превосходят остальные типы реально существующих усилительных приборов.
Далее, обеспечение значительной мощности при работе на комплексную нагрузку одновременно с соблюдением ОБР выходных приборов при отработке усилителем импульсных сигналов (особенно при работе усилителя на нагрузку с выраженными резонансными явлениями - АС), требует использования большого числа выходных приборов. Однако увеличение числа выходных приборов затрудняет обеспечение компактности конструкции ВК, его экономичности, а начиная с определенного количества транзисторов - и широкополосности (паразитные индуктивности/резонансы конструкции).
При этом все существующие в принципе методы сокращения числа транзисторов в ВК (последовательное включение для ухода с области вторичного пробоя биполярных транзисторов и/или применение многоуровневого питания) приводят к падению линейности на ВЧ и достижимых скоростных характеристик в линейном режиме (максимальные скоростные характеристики, снимаемые в заведомо нелинейном режиме, имеют не более чем чисто рекламное значение).
Последнее обстоятельство и диктует использование одноуровневого питания в ВК предельно качественного усилителя, несмотря на связанные с этим трудности. При этом одноуровневое питание ВК в сочетании с отсутствием последовательного соединения усилительных приборов обеспечивает наиболее компактные пути протекания токов и минимальное излучение ВК, что принципиально важно для обеспечения малых искажений на ВЧ. Любая другая топология ВК в этом отношении принципиально хуже.
Далее возникает вопрос о выборе типа, числа транзисторов, напряжений питания и режимных токов в ВК.
Главным критерием при этом является стратегия в отношении использования ОБР и обеспечения защиты выходных приборов: либо мы рассчитываем ВК на ненарушение ОБР при любых возможных условиях, кроме КЗ/неисправности нагрузки, и ставим защиту, отключающую ВК при превышении лимитов (при этом на любом сигнале при исправной нагрузке эта защита срабатывать не должна), либо мы или сознательно идем на возможность срабатывания защиты на определенном наборе сигналов в реальных условиях, или в той или иной степени кладем болт на соблюдение ОБР выходных транзисторов в расчете на производственный запас и ограниченный срок службы и легкие условия эксплуатации.
Коммерческие усилители, естественно, всегда проектируются исходя из последнего критерия, при этом число выходных транзисторов подбирается опытным путем - по количеству рекламаций, с тем, чтобы поток отказов не превышал приемлемого уровня. В этой связи стоит упомянуть, что повсеместное распространение схем защиты типа ограничения тока, на деле достаточно часто срабатывающих при работе на реальные АС (вместо резистора), привело к формированию стереотипа о "вредности для звука" введения схем защиты в УМ, вследствие чего ряд УМ вообще лишены защит ВК или их пороги выбраны значительно выше ограничений по ОБР. Надежность работы ВК и отсутствие его деградации в условиях эксплуатации в таких УМ, естественно, гарантировать невозможно, т.к. при работе на комплексную нагрузку знак мгновенного тока зачастую не совпадает со знаком напряжения (т.е. большой ток может течь через "противоположное" плечо ВК, падение напряжение на котором велико).
Кстати, аналогичные обстоятельства - необходимость обеспечения большого выходного тока без выхода из ОБР - ставит крест на попытках создания мощных и одновременно качественных усилителей, работающих в настоящем классе А. Самый тяжелый режим для них - это холостой ход.
В то же время ВК, даже для работы в классе АВ, спроектированный из условий соблюдения ОБР с учетом ее сокращения при нагреве и при наихудшем виде входного сигнала, имеет чрезмерное для практического применения число выходных транзисторов. (Для нагрузки с одним выраженным резонансом такой ВК должен рассчитываться на допустимость режима U=2*Uпит и I=2.27*Uпит*(Zmax-Zmin)/(Zmin*Zmax)).
Поэтому при проектировании СЛ был проведен детальный просчет различных вариантов и измерения токов через ВК на базе из примерно 1500 фонограмм, с тем, чтобы возможность срабатывания защиты имелась только на нескольких наиболее "тяжелых" фрагментах, при этом защита выбрана триггерного типа. Кстати, для студийного контрольника такое срабатывание защиты - не криминал, ибо подобная фонограмма является техническим браком.
Мощность ВК при выбранных запасах по ОБР и оптимальной линейности для существовавшей на тот момент элементной базы как российского, так и зарубежного производства получилась порядка 160-200Вт, ее повышение лимитируется ухудшением характеристик ВК в отношении линейности и широкополосности (слабым местом становятся предвыходные транзисторы и транзисторы УН, работающие практически на пределе по ОБР). Некоторое повышение мощности возможно, но только ценой некоторого снижения качественных показателей УМ (падения собственной линейности УН и ВК под нагрузкой и ухудшении их частотных/скоростных свойств в линейном режиме). К сожалению, элементная база для построения УМЗЧ с тех пор скорее ухудшилась из-за снятия с производства многих удачных транзисторов и перевода других в изолированные корпуса, имеющие существенно худшие тепловые характеристики.
Использование в качестве выходных МОП-транзисторов, не имеющих в явном виде эффектов типа вторичного пробоя, широко практиковавшееся некоторое время назад в мощных усилителях, в современных условиях нецелесообразно ввиду того, что ОБР выходных биполярных транзисторов сравнялась с МОП при сохранении преимуществ по удельным характеристикам - через ВК на МОП транзисторах для достижения сходной линейности надо задавать примерно вчетверо больший ток покоя, при этом абсолютная величина, асимметрия и нелинейность входной емкости у 200-В МОП на единицу ОБР получается значительно выше, чем у биполярных, т.е. МОП-выход в действительности сильнее нагружает предвыходные каскады на ВЧ, что и снижает их линейность. Попытки исправить эту ситуацию путем введения местных ООС (как, к примеру, в ВК Halcro DM58 и DM68) приводят к снижению достижимой глубины и широкополосности петлевого усиления по общей петле ООС одновременно с ростом с частотой сигнала собственной (до охвата общей ОС) нелинейности ВК. Результатом этого является нарушение условия корректной применимости ООС, что, по всей видимости, и явилось причиной некоторой "жестковатости" звучания и не впечатляющих характеристик при измерении динамических интермодуляционных искажений (DIM-100).
Кстати, реализация усилителя подобного класса и мощности в принципе возможна и на основе вакуумных ламп, но требует использования строго класса А с соответствующим энергопотреблением и тепловыделением (по причине невозможности обеспечения идеальной связи половинок обмоток двухтактного трансформатора) и тщательной отработки конструкции выходного трансформатора. Это делает подобный подход неперспективным с точки зрения реальных рабочих характеристик (но не создания "игрушки для взрослых").

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Теперь про "экономические" характеристики.
В нормальном мире почти любая вещь разрабатывается и производится с целью ее последующей продажи, при этом технические соображения всегда имеют второстепенную роль по сравнению с необходимостью ее продажи на конкретном рынке и за конкретную цену. "Искусством ради искусства" занимаются разве что немногие профессора в университетах, и то при проведении поисковых работ (типа получится-не получится, или "что можно или нельзя таки сделать"). Поэтому изначальная постановка задачи при проектировании изделия, которое должно ПРОДАВАТЬСЯ, исходит отнюдь не из технических, а из маркетинговых соображений.
Применительно к дорогой аудиотехнике - это в первую очередь, "игрушка для взрослых", во вторую - средство демонстрации статуса владельца. Первое обстоятельство и означает, что звук (и вид) должен НРАВИТЬСЯ покупателю, при этом то, насколько звук "точен" - в действительности не имеет существенного значения. Технические параметры - естественно, должны выглядеть по возможности, внушительнее, чем у конкурента. Но в то же время любой инженер знает, что "бесплатных пирожных" не бывает - улучшая одно, неизбежно ухудшаем другое. В лучшем случае повышение указываемых формальных технических характеристик приводит к повышению цены и сложности производства и особенно "доводки" конструкции. Гораздо чаще, однако, причем не по "злому умыслу", а вследствие ограниченности времени/ресурсов - это приводит к ухудшению не указываемых в описаниях, и зачастую даже не формализованных, но значимых для реального качества характеристик. По той же причине методики, используемые для измерений параметров, к примеру, аудиоусилителей - достаточно далеки от реальных условий эксплуатации, к примеру, измерения искажений, как правило, выполняются на чисто активной нагрузке (изредка - на нагрузке IHF, существенная реактивность которой проявляется только на НЧ) в установившемся тепловом режиме, а не на реальном нестационарном сигнале, когда, к примеру, токи покоя выходных транзисторов в большинстве усилителей "плавают" в несколько раз. Измерения IMD производятся не по спектру, а по величине амплитудной модуляции ВЧ сигнала (без учета фазовой). Максимальные мощности измеряются на частоте 1 кГц, а не на низких частотах, где более чем удваивается нагрузка на БП (нет распределения потребления по плечам), в то время как нужна мощность именно на НЧ. Причем все эти методики закреплены в стандартах, и уже "зашиты" в большинстве приборов. Естественно, грамотные люди это прекрасно знают, и нередко проектируют устройства с расчетом именно "на прохождение тестов", а не на реально высокое качество.
В итоге интегральная оценка "на слух" (естественно, при условии достаточного опыта и квалификации прослушивающих) зачастую оказывается гораздо информативнее подобных "цифирек". В то же время нет ничего удивительного в том, что предельная точность одного звена на практике - при отнюдь не идеальных остальных - нередко может идти во вред общему художественному впечатлению. Пример из сходной области: портрет тетушки (особенно не первой молодости), сделанный мягко рисующим портетным объективом, выглядит гораздо симпатичнее и приятнее, чем тот же самый портрет, полученный жестким аэрофотосъемочным объективом на негатив 180х180, где видна каждая зазубринка на волосках и крупинки пыли в порах кожи.
Нахождение же баланса между "рекламными" характеристиками, сложностью/стоимостью и субъективным восприятием, особенно с учетом сложившихся стереотипов - весьма сложная задача, к примеру, усилители и АС с реально низкими искажениями/ровным тональным балансом субъективно звучат, как правило, тише и "скромнее" своих более "грязных"/"кривых" собратьев, причем проявляется это при уровнях искажений, еще далеко не воспринимаемых явно именно как искажения. К примеру, при эксплуатации СЛ в студийных условиях "мягкий" ограничитель выполнял, в частности, функцию предупреждения об установке чрезмерной выходной мощности - ибо, несмотря на большой уровень звукового давления (измеряемого, к примеру, микрофоном), ощущение именно громкости - довольно слабое, и определяется в основном АС. Мне потом даже пришлось сделать специальный квазипиковый индикатор выходной мощности с большим динамическим диапазоном.
P.S. Для раскрытия истинного потенциала СЛ необходимы источники сигнала очень высокого качества, практически недоступные за пределами профессиональной среды, и АС классом существенно выше LSR32. Из того, с чем его тогда удалось послушать, лучше всего он играл с большими UREI, однако это - абсолютно не домашние АС, в частности, зона комфортного прослушивания у них невелика.
P.P.S. Описание СЛ я в свое время опубликовал именно потому, что это - не совсем "коммерческая" разработка, и, в силу цельности концепции, попытки без должных знаний сделать из него "коммерческую" (т.е. более мощную и "навороченную" версию) приведут лишь к потере того очень тщательно выбранного компромисса между характеристиками, который и составляет главную "изюминку" данной конструкции.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Для справки, осциллограмма, напечатанная в Радио, снята со шлейфом.
Теперь о длине шлейфа и "емкостной нагрузке". Во-первых, шлейф - это структура с распределенными параметрами, волновое сопротивление одной пары около 100-110 Ом. 13 пар - около 8 Ом. Далее, при длине шлейфа 60 см и эффективной диэлектрической проницаемости около 2,5 первый четвертьволновой резонанс придется на частоту около 80 МГц - далеко от области работы петли ООС. Так что дело не в шлейфе как таковом.. Если внимательно приглядеться к картинкам, там можно даже увидеть вспышку звона шлейфа перед самым началом фронта/спада.
Далее, при отладке на прямоугольнике НЕ СЛЕДУЕТ выставлять амплитуду выходного сигнала более 5...8В

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

3 MJL21193/21194 на плечо при питании +-45 недостаточно (см. их ОБР при реальной температуре кристалла и ОСТ, ссылка на который приведена в статье). Более-менее проходят 4.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Фазовый сдвиг вдоль базовых шин промерялся при отладке, на частоте 10 МГц он не превышает 5-7 градусов, т.е. учитывая векторное суммирование токов от каждой пары транзисторов, на 10 МГц он добавляет всего 2,5-3,5 градуса на весь ВК. Частота резонанса базовых шин в сборе с транзисторами была около 130-180 МГц, т.е. далеко за пределами полосы ООС.
У этого усилителя рассеиваемая мощность - 120-150 Вт на канал. _В покое_.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Ограничивающий фактор для полосы ООС в мощном усилителе - частота, до которой характеристики ВК хорошо предсказуемы (т.е. до каких частот нет явных паразитных резонансов и большого сдвига фаз, особенно под нагрузкой и в диапазоне выходных напряжений).

В этом отношении связка параллельно включенных менее мощных и более компактных транзисторов с меньшими емкостями выигрывает. Даже при той же суммарной емкости, индуктивности - за счет параллельного соединения и более близкого расположения "прямых" и "обратных" проводников - оказываются в разы меньше. Емкость монтажа по сравнению с емкостями мощных транзисторов несущественна.

Граничная частота выходных транзисторов, включенных эмиттерным повторителем, на полосу ВК практически никак не влияет - на ВЧ сигнал просто проходит напрямую с предвыходных через базо-эмиттерные емкости выходных, независимо от граничной частоты последних. Важнее меньшие емкости коллектор-база выходных и обеспечить отсечение емкостной нагрузки на ВЧ.

Более тщательный расчет показывает, что и емкости при заданной ОБР для ВК в целом при наборе его из бОльшего числа транзисторов в итоге получаются меньше. Тут сказываются и лучшее отношение ОБР к емкостям, и меньшая загрузка каждого транзистора. Последнее позволяет иметь меньший его нагрев и полнее использовать его ОБР по сравнению с небольшим числом "больших".

Следующий плюс - меньшее суммарное тепловое сопротивление от большого числа транзисторов к радиатору (бОльшая суммарная площадь контакта с радиатором и распределенность по радиатору, а не нагрев из одной точки), что при прочих равных позволяет иметь несколько меньший размер радиатора. Т.е. кругом плюсы. Равномерность тепловыделения в пределах 10-15% обеспечивается эмиттерными резисторами без проблем.

Оборотная сторона такого решения только одна - несколько бОльшая трудоемкость в сборке и заметно бОльшая вероятность поймать бракованный компонент при отсутствии 100% входного контроля. Пока вероятность брака 0.0...%, все хорошо, а при браке только транзисторов всего в 1% неработоспособен будет каждый третий канал.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

При всех исправных транзисторах и нормальном теплоотводе тепловой "разгон" схемы CЛ невозможен в принципе (эмиттерные резисторы более чем достаточны плюс "перекомпенсация" термодатчика). Элементарный "расчет на пальцах" - даже если напряжение Uбэ у какого-то выходного транзистора упадет с 600 мВ до 0 (что невозможно в принципе), ток через него вместо 100 мА станет 700. При питании +/-45 - это 35Вт, вполне еще рабочее значение. Эмиттерный резистор 1 Ом 0,5Вт от 700 мА тоже ни за что не сгорит - это его номинал. Поэтому - либо сопля/обрыв в плате, либо брак полупроводников.

Специально повторяю, если нет 100% уверенности в доброкачественности полупроводников (типа официальная поставка от авторизованного дилера с договором) - необходим контроль на ПНХТ. Даже импорт сюда часто сбагривают не только поддельный, но и бракованный. Лично видел партию 2SA1943|2SC5200, практически поголовно страдавшую интересным дефектом - "мягким" пробоем К-Б перехода выше 35-40В. По емкостям и внешнему виду корпуса и кристалла ничем не отличались от заведомо исправных родных Toshiba. Любительский усилитель на них при питании +/-32...35 и небольших выходных напряжениях работал, а при увеличении сигнала - практически мгновенно выгорал из-за сквозного тока, как только ток пробоя через коллекторно-базовый переход превышал ток покоя предоконечного каскада.. Тестером это не мерилось, только ПНХТ.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Бэта в саморазогреве практически не участвует, участвует падение Uбэ с температурой, где-то на 1,8...2 мВ/град. А вот уменьшение Uбэ без эмиттерных резисторов приводит к экспоненциальному росту тока базы и коллектора. При наличии правильно выбранных эмиттерных резисторов, падение напряжения на них блокирует данный процесс.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Изготовление мощного трансформатора.
Для ПЛМ 32 х 50 х 90, сталь можно 3408, 2 одинаковых катушки.
на каждой катушке:
4 слоя 4-х секций вторичных обмоток по 37 витков проводом 2,1...2,26 мм.
Прокладки между ними излишни.
Затем следует межслойная прокладка (бумага или лавсан) и экран, изготавливаемый из ламинированной лавсаном медной или алюминиевой фольги (1 незамкнутый виток).
Поверх экрана - опять прокладка и первичные обмотки по 264 витка в 4 слоя проводом 1,16...1,2 (все диаметры - по меди), без межслойных
прокладок.
Укладка провода нужна очень плотная, иначе не поместится по толщине. "Выпуклость" провода должна быть при намотке скорректирована (подформовка катушек со стороны прилегания их друг к другу).
После сборки трансформатора вокруг катушек на него устанавливается фарадеевский экран - короткозамкнутый виток из медной фольги шириной 90-100 мм и толщиной не менее 0.2 мм.
Трансформатор подвергается вакуумной пропитке.
Секции обмоток соединяются последовательно.
Маломощные трансформаторы - в новой версии применены стандартные промышленные, устанавливаемые на печатную плату.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Вот, на мощный трансформатор.
Для ПЛМ 32 х 50 х 90, сталь 3408, можно 3406, 2 одинаковых катушки.
на каждой катушке:
4 слоя 4-х секций вторичных обмоток по 37 витков проводом 2,1...2,26 мм.
Прокладки между ними излишни.
Затем следует межслойная прокладка (бумага или лавсан) и экран, изготавливаемый из ламинированной лавсаном медной или алюминиевой фольги (1 незамкнутый виток).
Поверх экрана - опять прокладка и первичные обмотки - 264 витка в 4 слоя по 66-67 витков (проводом 1,16...1,2, все диаметры - по меди), без межслойных
прокладок.
Укладка провода нужна очень плотная, виток к витку, иначе не поместится по толщине. "Выпуклость" провода должна быть при намотке скорректирована (подформовка катушек со стороны прилегания их друг к другу).
После сборки трансформатора вокруг катушек на него устанавливается фарадеевский экран - короткозамкнутый виток из медной фольги шириной 90-100 мм и толщиной не менее 0.2 мм.
Трансформатор подвергается вакуумной пропитке.
Секции обмоток соединяются последовательно.
Эффективное сопротивление вторичной цепи (с учетом трансформированного сопротивления первичной обмотки) - около 0.11 Ома на плечо, это многократно (на порядок) меньше, чем у типовых трансформаторов, не имеющих такой плотной намотки.
Маломощные трансформаторы - в новой версии применены стандартные недорогие промышленные, устанавливаемые на печатную плату, их выпускает много изготовителей, купить их не проблема (много возможных замен).

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Почему интегратор был применен неинвертирующий?

Меньше склонность к детектированию ВЧ и автоматическая компенсация входных токов (играет роль только их разность), соответственно при сохранении точности можно применить резисторы бОльшего номинала и меньшие емкости. Примененный ОУ (имеющий малую разность входных токов и весьма малый шумовой ток) - один из лучших вариантов в данном применении, существенно лучше OP-07 или OP-27. ОУ с полевым входом при повышенных температурах (выше +60 град) не имеют преимуществ по разности входных токов перед супербета биполярным.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Реально спектр искажений в режиме AB выше 5-10 кГц определяется не столько схемотехникой, сколько электродинамикой - при протекании тока по РАЗНЫМ путям происходит создание магнитного поля, а паразитные индуктивности формируют "клыки" переключения. В симуляторе этого не видно, зато хорошо заметно на осциллогрфе после режекторного фильтра
Именно поэтому возня со схемотехникой выходных каскадов на деле практически не имеет реального смысла. Потом, если количество выходных транзисторов выбирать из условия обеспечения гарантированной надежности УМ (соблюдения ОБР), и обеспечить невыход из режима А предварительных ступеней, линейность выходного повторителя сама собой оказывается настолько высокой (искажения без ООС - всего несколько сотых процента), что надобность в его "совершенствовании" становится излишней.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

От ОУ там требуются три вещи - а) низкая входная емкость при умеренном входном токе, б) хорошее произведение усиления на полосу в полосе часто килогерц до 100-200 и в) быстрый выход из ограничения.

Формальная скорость нарастания там достаточна всего вольт 20-30 в микросекунду, т.к. сигнал на выходе ОУ весьма невелик. Некритичность к нагрузочной способности ОУ заложена схемотехнически.

Линейность (особенно динамическая) LM318 на самом деле очень высока, любой желающий может в этом сам убедиться экспериментально, просто это не отражено в даташите - в 1971 году такие параметры не были доступны пониманию большинства потребителей и потому не указывались. Высокая динамическая линейность обеспечена тем, что линейность биполярного дифкаскада с достаточно большими эмиттерными резисторами существенно выше, чем у полевого (кстати, такой график приведен в моей статье про УВ).

ОУ в данном применении уступают LM318 - 843 по шуму и входной емкости, а 845 - еще и по произведению усиления на полосу (у 318 при питании +/-16В оно порядка 40-50 МГц).

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

1. Линейность - проверяется любым стандартным способом, на частотах 20-200 кГц, можно даже просто методом генератор-фильтр. На 1 кГц мерить смысла нет.
2. Время выхода из ограничения, к сожалению, никакой корреляции с временем установления не имеет. Редко-редко указывается как "overload recovery time". При указанной в статье полосе ООС и скорости нарастания нужно не более 150-200 нс. Из распространенных ОУ этому требованию удовлетворяют только LM6171 (но у него выход из ограничения очень резкий) и LT1363 (практически то же самое).
3. К AD842 приходилось специально делать навеску, ускоряющую выход из ограничения (у него около 700-800нс).
4. Поддельных 318 я не встречал. Это не значит, что их нет, но мне не попадались.

Так что приходилось перемерять все подряд. К моему удивлению, 318 оказался чертовски сбалансированным по всем свойствам - каждое отдельное не рекорд, но очень хорошее, а вот найти другую подобную комбинацию тяжело. Из современных я нашел только LM6171, и то у него великоват входной ток, а лучше по произведению усиления на полосу он всего вдвое.. THS4061 тоже имеет чрезмерный входной ток и емкость...

До сих пор не понимаю только одного - зачем менять ОУ, если реальные характеристики и звучание в данной конструкции определяются уже не схемотехникой, а конструктивным исполнением?

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Искажения типа "ступенька" в реальных усилителях возникают по трем причинам: индуктивности цепей плеч (эмиттеров/коллекторов/питания), неправильный выбор начального смещения и недостаточная мощность выходного/предвыходного каскадов. Теоретически, при падении напряжения на эмиттерных резисторах около 20 мВ и очень малом выходном сопротивлениии предвыходного каскада, "ступеньки" просто нет и искажения выходного каскада измеряются сотыми долями процента. Но столь точно поддерживать режим в реальных условиях невозможно. Параллельное включение нескольких транзисторов с разбросом Uбэ и отдельными эмиттерными резисторами в первом приближении эквивалентно использованию транзистора с меньшим множителем при аргументе экспоненты, или бОльшим так называемым тепловым потенциалом (не 26-28 мВ, а 50-100 мВ при комнатной температуре). Соответственно оптимальное падение напряжения на эмиттерных резисторах возрастает, а его критичность снижается.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

1) конструктивное выполнение, практически убирающее полную (с учетом цепей питания) индуктивность цепей коллекторов и эмиттеров выходных транзисторов, как за счет сокращения длины проводников, так и за счет близости "земель" - то есть сокращения эффективной площади контуров протекания тока.
2) использование достаточного числа выходных, и, главное, предвыходных транзисторов. Эффективная паразитная индуктивность эмиттерных цепей (и, соответственно, выхода УМ до замыкания ООС) при этом снижается в N раз, где N-число транзисторов. Естественно, существует оптимальное их число в зависимости от конструкции и режимов работы, когда этот эффект еще не перекрывается ростом габаритов и суммарных емкостей.
3) использование разброса напряжений база-эмиттер выходных транзисторов для обеспечения плавного переключения плеч одновременно с очень большим суммарным током покоя при малом результирующем сопротивлении параллельно работающих эмиттерных резисторов (изменение выходного сопротивления без ООС при изменении выходного тока и переходе его через нуль не превышает 40-50 миллиом, что обеспечивает собственные искажения выходного каскада на уровне заведомо менее 0,2%, порядка 0.05%, а до 5 Вт - менее 0.02%).
4) обеспечение работы предвыходных транзисторов строго в классе А даже при отработке максимальных скоростей, развиваемых УН.
5) Гарантия отсутствия попадания выходных транзисторов в режим квазинасыщения на пиках сигнала при малом падении напряжения на них за счет небольшого тока, приходящегося на каждый транзистор.
Заход за 180 градусов обеспечен выбором ОУ с участком АЧХ, имеющим наклон около 12 дБ на октаву совместно с интегрирующими свойствами УН. Отсутствие проблем при ограничении обеспечено малым временем выхода ОУ из перегрузок и тем, что фазовый набег, возникающий в УН для малого сигнала при ограничении резко снижается благодаря использованию ограничительных диодов, так как при протекании прямого тока через них их омическое сопротивление невелико и эффективно шунтирует емкость коррекции и паразитные емкости. Плюс обеспечено отсутствие насыщения (квазинасыщения) каких бы то ни было транзисторов в схеме усилителя. А в 95% конструкций ограничение в УН, наоборот, увеличивает набег фазы из-за насыщения (квазинасыщения) или отсечки транзисторов.

"cпособности ОООС исправлять искажения от места их возникновения"
Смысл очень простой. В статье была приведена развернутая формула, из которой было очевидно, что ПРИВЕДЕННЫЕ КО ВХОДУ искажения для абстрактного (и почти любого реального) усилителя не зависят от наличия ООС (при равенстве ВЫХОДНЫХ напряжений). То есть, если источник искажений сидит на самом выходе, он "давится" всем петлевым усилением, если где-то в середине - то для него эффективность ООС меньше на величину усиления последующих каскадов. Ну а на самом входе - ООС не меняет абсолютную величину этих искажений или шумов, снижая лишь относительную их долю за счет увеличения входного сигнала (те же искажения или шумы становятся меньшими по относительной, но не по абсолютной величине). Именно поэтому, кстати, введение ООС само по себе не может улучшить шумовые характеристики.

Соответственно для усилителей с ООС очень критична линейность именно входных каскадов, что и было одной из причин применения ОУ со входным дифкаскадом, имеющим малую нелинейность (у ОУ типа LM318 или AD841/842 благодаря достаточно большому падению напряжения на эмиттерным резисторах линейность входных каскадов оказывается намного выше, чем у ОУ с полевым входом, имеющих практически параболическую характеристику крутизны). 318 был выбран благодаря более быстрому выходу из ограничения, меньшим входным токам и меньшей входной емкости. К тому же его отечественная копия (140УД11) уступала оригиналу разве что по экономичности.
Более скоростной ОУ в данном случае существенного выигрыша не дает, так как вклад 318-го в общую задержку распространения сигнала по петле ООС не превышает 30-40%, при том, что он обеспечивает добрых две трети петлевого усиления (в децибелах). То есть, замена его даже на идеально быстродействующий позволит поднять и без того рекордную (для столь мощного устройства) частоту единичного усиления по петле ООС в целом всего раза в полтора, с 6...7 до 8...10 МГц. А это просто не нужно, т.к. увеличит критичность конструкции к компонентам и конструктивному исполнению. Устойчивость там более чем достаточная, осциллограмма в Радио №6 за 2000 показывает это со всей очевидностью
Дальнейшее же увеличение глубины ООС на характеристики практически не повлияет, так как на практике, при глубине ООС около 90 дБ на 20 кГц, основные источники искажений этого УМ - неидеальность компонентов цепей ООС, "мягкий ограничитель" и наводки от несинусоидальных токов плеч выходного каскада при их переключении. Минимизация этих факторов может быть осуществлена преимущественно конструктивными, а не схемотехническими методами. Именно поэтому, кстати, и пришлось пойти на не совсем обычное и не очень технологичное конструктивное исполнение УМ - в противном случае весь выигрыш в схемотехнике "съедали" паразитные параметры монтажа..

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Во-первых, предельных скоростей нарастания есть две - первая, "линейная", на непрерывном сигнале (типа синуса) при нормированных искажениях (обычно 0.2%) и максимальная на прямоугольном сигнале, то есть в режиме перегрузки всех каскадов.
Думаю, очевидно, что для характеризации возможностей высоколинейных усилителей (и УМЗЧ в том числе) актуальна в основном первая величина, тогда как измеряется, как правило, вторая!

Для усилителей с "классической" схемотехникой (все всегда работает в классе А, кроме выходных транзисторов, могущих переходить в AB) эти две скорости нарастания близки (отличаются максимум вдвое).
В этой ситуации значение скорости нарастания (вкупе с частотой единичного усиления по петле ООС) может давать определенную информацию о запасе линейности входных каскадов усилителя.

Но у усилителей (неважно, ОУ это, УМЗЧ или что-то еще), у которых УН и/или входные каскады переходят на крутом фронте в режим AB, при отработке "прямоугольника" работает только одна "половинка" усилительного тракта. То же происходит практически во всех структурах, имитирующих ОУ с токовой ООС. При этом "линейная" скорость нарастания зачастую оказывается на порядок-полтора ниже максимальной, измеряемой на прямоугольнике, гордо указываемой в документации или получаемой при моделировании.

В результате реальные характеристики таких устройств в отношении линейности на ВЧ оказываются значительно хуже того, что можно предположить, глядя на впечатляющие цифры скорости нарастания - к примеру, явная асимметрия переходного процесса видна не то что на осциллографе, но даже в даташитах.
Другой пример - хорошо известный "Current-Feedback" УМЗЧ Марка Александера, несмотря на заявленную скорость нарастания порядка 300 В/мкс реально имеет характеристики (и, по ряду оценок, звучание) худшие, чем у усилителя Оталы с гораздо более скромной (но "честной") скоростью нарастания.

А секрет хорошей работы некоторых ОУ с токовой ООС (типа, к примеру, AD811) - большие токи покоя УН и входных каскадов, с тем, чтобы в них, несмотря на двухтактную структуру, как можно дольше сохранялась работа внутренних каскадов в классе А.
Впрочем, вряд ли такие решения разработчиков микросхем долго выдержат борьбу с истерикой энергосбережения, глобальным потеплением, озоновыми дырами и применением свинца в электронике. Это я сужу даже по себе - с меня постоянно требуют экономичность, чтобы подсветку экранов сделать ярче на тех же батарейках

Во-вторых, нетрудно показать, что измерение интермодуляции на мультитоновом сигнале с некратными частотами теоретически очень близко к измерениям на полосах шума, будучи несравненно проще в выполнении (сумма 5-8 синусоид с некратными частотами дает уже практически гауссово распределение мгновенных значений).

Разрешающая же способность этого метода гораздо выше, и именно поэтому мультитоновый сигнал часто используется как "предельный тест" высоколинейных усилителей, ЦАП и АЦП. Другое дело, что результаты приводятся очень редко

Потом, очень большое значение имеет распределение и способы выполнения частотной коррекции. Самый дурацкий - когда "медленный" каскад стоит около выхода, как практически во всех ОУ. Самый лучший - вся коррекция выполняется введением надлежащего затухания в пассивной части петли ООС, а собственно усилитель имеет почти плоскую полосу вплоть до частоты единичного усиления по петле ООС (как в усилителе Оталы), но без использования в нем форсирующих цепей, увеличивающих динамическую нелинейность. Однако это плохо реализуемо для мощного устройства и к тому же непрактично.

Поэтому на практике при конструировании УМЗЧ нужен тщательно просчитанный компромисс (баланс всех мер). И вот с этим, как я вижу на примере того, что проходило через мои руки, боо-льшие проблемы - похоже, никто из изготовителей промышленной звуковой аппаратуры (за любые деньги) сейчас явно "не парится" и делает все по принципу "лишь бы работало, а как - уже неважно"

22.10.2009, 23:21 #19
ArturD
Администратор



Регистрация: 21.10.2009
Сообщений: 136
Вы сказали Спасибо: 5
Поблагодарили 0 раз(а) в 0 сообщениях
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).

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

ООС в УН введена в виде цепей между эмиттерами VT5,7 и VT6,8. Она линеаризует преобразование ток-напряжение и модифицирует ход АЧХ за счет дополнительных RC-цепей. Глубина этой ООС частотно-зависима, но не менее 30 дБ.

В самом ОУ местными ООС охвачены его УН (коррекция АЧХ методом расщепления полюсов, глубина порядка 20 дБ на 5 МГц) и входной каскад (глубина местной ООС около 24 дБ).

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

"Недоуспевание" общей ООС собственно УМ в этой конструкции за счет тщательного распределения частотной коррекции отсутствует вплоть до выходной скорости нарастания порядка 150 В/мкс. То есть, до тех пор, пока амплитуда входного прямоугольника (с фронтом порядка 2 нс!), подаваемого _в обход_ входного фильтра, не превышает соответствующей величины, вся схема работает в линейном режиме без следов срыва ООС. Соответственно, отсутствуют TIM и DIM.

Кажущееся обилие корректирующих цепей - на самом деле средство решения именно этой задачи (обеспечение такого распределения АЧХ петлевого усиления по каскадам, чтобы избежать появления нелинейных режимов вплоть до максимальной выходной скорости нарастания).

Далее, предусмотренный на входе ФНЧ исключает возможность попадания на вход УМ сигналов, могущих потребовать скорость нарастания выше примерно 45 в/мкс, что создает более чем трехкратный запас. Отсутствие же TIM/DIM эффектов во входном ФНЧ обеспечено выбором его топологии (инвертирующее звено Рауха на ОУ с произведением усиления на полосу около 40 МГц). Если "на пальцах": уже первая (по ходу сигнала) пассивная RC цепь в фильтре ограничивает скорость нарастания и полосу любого сигнала до значений, намного меньших, чем возможности примененного ОУ.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

0.7 В - это предел смещения нуля, которое может скомпенсировать схема балансировки. Выбран из соображений достаточности - реально без интегратора смещение не превышает 50-100 мВ (менее 200 мВ в наихудшем случае). Выбранный для интегратора ОУ (140УД14/LM308) имеет низкий токовый шум и достаточно низкое напряжение смещения. Обычный прецизионный ОУ (OP-07,OP-77,AD707, OP-177) имеет бОльший ток шума, что при резисторах в 1М увеличит низкочастотный шум УМЗЧ. А ОУ с полевым входом при нагреве до 70-80 градусов (это же греющееся устройство!) уже не будет иметь преимущества по входному току.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

1. С3 и С7 являются частью входного ФНЧ и никак на устойчивость не влияют, но С16 совместно с R25 образует классическую цепь коррекции нулем "по входу".
2. АЧХ петлевого усиления там "выклеена" из кусочков - до примерно 10 кГц ее наклон около 6 дБ на октаву, далее до примерно 300 кГц крутизна нарастает до почти 15 дБ на октаву (и фаза слегка заходит за 180), а дальше плавно уменьшает наклон до примерно 4,5 дБ на октаву в области частоты единичного усиления по петле ООС. АЧХ и ФЧХ нескольких подходящих ОУ у меня были, причем со статистикой (с разбросами), а АЧХ и ФЧХ того, что стоит после ОУ (УН+выходной каскад), для окончательной доводки коррекций мерилась экспериментально, на "живой" плате в полосе до 30 МГц. Номинальная АЧХ и ФЧХ этой части для частот 1-10 МГц в статье приведена (таблица). Именно поэтому в последних номерах (4-6, 9 за 2000 год) даны уточнения, так как под статью была разработана новая плата, с учетом всех ранее найденных "блох", из соображений - если уж представлять, то во всем блеске..
Для снижения наклона АЧХ используются форсирующие цепи R42 С28, R43 С29, R37 С24, R39 С26 и нуль, создаваемый R71.
Поскольку форсирующие цепи стоят после ОУ, скорость изменения выходного напряжения которого конечна (70-90 В/мкс), и в ОУ уже есть довольно крутой спад АЧХ (на 12 дБ/октава в области примерно 200-700 кГц), а величина подъема АЧХ ограничена резисторами достаточно большого номинала (R42 и 39 при минимальных емкостях), эти форсирующие цепи практически не увеличивают нелинейность на ВЧ. Дополнительная коррекция на входе (C16 - R25) вместе с R26 и паразитными емкостями с запасом удерживает входной сигнал ОУ в линейной зоне даже на пороге максимальной скорости, развиваемой УН, то есть, в отличие от подавляющего большинства УМЗЧ, у него практически нет ухудшения линейности входных каскадов при приближении к максимальной скорости по выходу. Это-то и обеспечивает пренебрежимо малый уровень DIM и фактическое отсутствие TIM. Реально измеренные характеристики имеют примерно те же значения, что у Halcro DM58 при гораздо более простой и практичной конструкции.
Запас устойчивости там выбран около 40 градусов, а частота единичного усиления по петле ООС примерно вдвое выше частоты начала спада малосигнальной АЧХ с замкнутой ООС из-за действия C17, C18 (порядка 2,5 МГц). Глубина ООС на 25 кГц около 88 дБ, на 5 кГц - около 110 дБ.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

А для устойчивости важно лишь, чтобы фаза (причем не собственно усилителя, а именно петлевая, с учетом ФЧХ цепи ООС) была меньше (180-немного) при частоте ЕДИНИЧНОГО УСИЛЕНИЯ ПО ПЕТЛЕ ООС и в ее окрестностях. Но как при меньших, так и при более высоких усилениях по ходу петлевой АЧХ вполне можно иметь больший набег фазы. Случай большего набега фазы на более высоких частотах и меньшем усилении общеизвестен. Случай же большего набега фазы при бОльших усилениях называется устойчивостью по Найквисту, и для нормальной работы подобных систем нужно выполнение ряда условий, главным из которых является переход такой системы к "обычной" АЧХ/ФЧХ при ограничении. Все это учтено!

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Межбазовые конденсаторы - C48, C49 - поддерживают неизменным в динамике напряжения между базами. Поэтому напряжение между их выводами просто не зависит от скорости на выходе усилителя.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

1. Мощность резисторов достаточна. Считаем - их по 12 на плечо, суммарное сопротивление 1/12 Ома, мощность 12 Вт. И еще ток через них идет лишь примерно половину периода. Суммарная мощность рассеивания в обоих полуплечах - 24Вт, а при нагрузке даже 3,2 Ома (по модулю) на них выделяется лишь около 1/(3.2*12) ~ 1/40 мощности. При выходной в 400 Вт это всего 10 Вт - налицо двойной запас. Вопросы есть ?
2. VD36/37 - это отбойные диоды, предотвращающие бросок напряжения, возникающий при отключении выходного каскада при индуктивной нагрузке во время срабатывания защиты.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

1. На ВЧ, естественно, LRC-цепь из петли ООС исключена. Частотная зависимость там простая - точка "переключения" места взятия ООС около 150 кГц в зависимости от импеданса нагрузки. Полоса порядка 150-200 кГц выбрана из условия достаточно малых нелинейностей ФЧХ.
2. R121C78R119C77 демпфируют резонансы, могущие возникнуть в выходной RLC цепи при реактивной нагрузке.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

1. Источником искажений в "мягком ограничителе" на ВЧ является не нагрузка ОУ (на выходе ОУ все хорошо), а нелинейная емкость диодов в сочетании с R20. Поэтому их и стоит по 2 или 3 штуки последовательно - для минимизации емкости, а R20 невелик (сильно меньше его делать нельзя во избежание перегрузки выхода ОУ). Лучший тип - КД512, но реальные измерения проводились с худшими, КД510/522. Потом, начало их открывания отстоит примерно на 2 дБ от максимума мощности. Разностного тона нелинейность емкости почти не образует, поэтому реально он не слышен.
2. Более жесткий ограничитель - в принципе нет проблем, в мощной версии он чуть "пожестче" - 2 диода вместо 3, просто это компромисс между неискаженной мощностью и резкостью, подобранный на слух. При большей мощности усилителя ограничение случается реже, соответственно можно его сделать немного пожестче. Это в принципе не имеет четкого критерия - кому как нравится.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Что касается трансформатора, то при работе на выпрямитель ток в обмотках течет не все время, а только на "верхушках" синусоиды сети, большими импульсами. Поэтому лимитирущим фактором становится именно сопротивление обмоток (суммарно как вторичной, так и первичной, с учетом квадрата коэффициента трансформации). Поэтому-то и приходится брать трансформаторы с намного большей "габаритной" мощностью, так как она рассчитывается из условия чисто активной нагрузки, а не работы на выпрямитель.
Добавочные обмотки ("довески") для питания УН перенесены на другой трансформатор, маломощный, чтобы при "мягком пуске" УН сразу имел достаточное питание. К тому же это удобнее и дешевле.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

По емкостям полупроводниковых приборов.
Во-первых, в них существует два типа емкостей: барьерная (как у варикапа) и т.н. диффузионная (никакого отношения к диффузионной технологии не имеющая). Барьерная емкость - это емкость обратносмещенного p-n перехода. К примеру, это переход коллектор-база у биполярного транзистора (не находящегося в режиме квазинасыщения или просто насыщения), переход коллектор-подложка в ИМС, емкость обратносмещенного диода, емкость сток-исток у DMOS/HEXFET, а также проходные емкости МОП-транзисторов. Барьерная емкость зависит от размеров структуры и величины обратного смещения, всегда уменьшаясь при увеличении обратного смещения. Именно начальные значения этих емкостей (при нулевом напряжении) и указываются в SPICE-моделях. Закон изменения этой емкости от напряжения зависит от профиля распределения примесей в полупроводнике и может меняться от примерно 1/U^2 (гиперрезкий p-n переход, варикапы с кратностью более 50) до 1/U^0.15 (коллекторно-базовый переход ультралинейного ВЧ транзистора, работающего в режиме полного обеднения коллекторного слоя, когда его емкость практически не зависит от напряжения).
Диффузионная же емкость - это условное понятие, т.к. это модель внешнего проявления накопления носителей при инжекции в прямосмещенном p-n переходе. Поскольку для накопления носителей нужно некоторое время, эта емкость оказывается частотно-зависимой (уменьшаясь на ВЧ), а ее величина очень сильно зависит от времени жизни носителей (чем больше, тем она выше). Этот эффект используется в коммутационных ВЧ диодах, таких, как КД409 - при установившемся прямом токе в 1-2 мА их сопротивление высокочастотному сигналу не превышает 5...7 Ом (вместо 15-26 ом без учета дифф. емкости). У биполярного транзистора диффузионной является емкость база-эмиттер, что на практике исключает появление заметного фазового сдвига между базой и эмиттером в биполярном эмиттерном повторителе независимо от граничной частоты транзистора.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Линейная зона входного каскада LM318 в зависимости от критериев линейности и разбросов составляет от 0,6 до 0,8 В в каждую сторону.
На практике такой размах входного напряжения ОУ не достигается даже при приближении к максимальной скорости нарастания, т.е. скорость нарастания ограничена УН, а не входным каскадом, что и гарантирует практическое отсутствие TIM и DIM.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Вопрос по компенсации.
Формально и фактически выше эффективность 4-хпроводной. Но (в отличие от 3-проводной) при перепутывании проводов "обратных" сигналов усилитель самовозбуждается из-за смены знака ООС. Именно поэтому 4-проводную схему используют только в профессиональной технике и то совместно с разъемами, исключающими ошибку коммутации (Neutrik SpeakOn), по той же причине оставлена возможность включения 3-проводной.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Выходной каскад ОУ DA3 работает в режиме класса А независимо от выходного напряжения, поскольку ток баз VT5, VT7 намного меньше тока покоя выходного каскада (около 0,9 мА).

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

"Ступенька" в двухтактных выходных каскадах может возникнуть только при отборе от него тока, большего примерно удвоенного тока покоя, когда закрывается одно из плеч. Если же выходной ток заведомо меньше тока покоя, то "ступеньки" при исправном источнике начального смещения возникнуть не может в принципе. Другое дело, что частотные свойства многих ОУ и их запас устойчивости заметно меняются от величины напряжения на выходе (это, например, хорошо заметно на 574УД1 и 544УД2). Но проще применить нормальный ОУ.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Реально нужно выполнить два требования - минимум эффективного импеданса шин питания и "земли" (откуда и вытекает необходимость практически сплошной "земли"), а минимизация эффективной площади контура выполнена за счет того, что ток плеча распределен по 6...12 ветвям, и геометрический центр этого тока практически совпадает с геометрическим центром тока, протекающего по шинам питания/земли. К тому же в плоскости образующейся "петли" лежит два короткозамкнутых витка - "земляная" плоскость и массив радиатора. По той же причине прижимная планка для транзисторов лучше немагнитная. Плюс точная симметрия путей тока

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

В малосигнальной области цельная фольга "глотает" мусор (электрические наводки) и, образуя короткозамкнутый виток, сильно уменьшает "ловлю" магнитных помех от выходного каскада, так как эффективную площадь контуров ООС убрать до 0 конструктивно невозможно.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Если речь идет о реле защиты АС - то однозначно до RLC (так предусмотрено конструкцией), если о коммутации АС на 2 выхода - в принципе, можно и не охватывать его широкополосной ООС - то есть, поставить его (вместе с реле коммутации цепей ОС) после RLC-цепи, чтобы не делать 2 копии RLC-цепей для каждого выхода.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Целью разработки было получение максимальной площади усиления без использования экзотических приемов типа дополнительных ВЧ-каналов усиления и выходных трансформаторных сумматоров.
Чисто дискретный вход проигрывает хорошо спроектированному ОУ по критерию площадь усиления/задержка, причина - в гораздо больших паразитных постоянных времени дискретной конструкции по сравнению с интегральной (паразитные емкости интегральных транзисторов на порядок-два ниже, чем у дискретных, а паразитными индуктивностями вообще можно пренебречь). Частота единичного усиления лимитируется в основном эквивалентной задержкой по всей цепи ООС, вклад ОУ типа LM318 в нее составляет около 35% (порядка 10-15 нс), тогда как его вклад в усиление, например, на 20 кГц - более 2/3 в децибелах. К тому же при необходимости можно применить более быстродействующий ОУ, имеющий меньшую эквивалентную задержку. Ограниченность напряжения питания и амплитуд сигналов во входной части не играет роли, т.к. частотная коррекция выполнена так, что ограничение как по амплитуде, так и по скорости нарастания возникает в УН, а не в ОУ.
(Речь идет не о задержке "по середине фронта", а о эффективной задержке сверх той, что диктуется формой АЧХ - т.е. о влиянии высших полюсов и нулей передаточной функции).

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

По поводу зон устойчивости. Что касается влияния емкости, очень важно, где именно мы ее ставим - ДО или ПОСЛЕ выходной RLC. До выходной RLC допустима емкость не более 4...6 нФ, это на самом деле очень много для столь широкополосного устройства - модуль импеданса емкости 5 нФ на частоте 6 МГц всего 5 Ом, причем с углом строго 90 град. Выходная же RLC цепь обеспечивает независимость работы выходного каскада от вида нагрузки выше примерно 100 кГц.
Если же в УМЗЧ выполнить коррекцию таким образом, чтобы он мог работать на емкость, резко возрастут собственные искажения выходного каскада на ВЧ, что нежелательно.

Re: Рекомендации С.И. Агеева по изготовлению СЛ УМЗЧ с ОООС
 

Т.н. "переходные искажения второго рода" в ВК класса AB - это миф!

В действительности "иголки" возникают следствие неправильного конструктивного исполнения (большой паразитной индуктивности цепей питания, не позволяющей вовремя включиться транзисторам соответствующего плеча) или недостаточной мощности предвыходного каскада (который обязательно должен работать в классе А). Еще одна причина - введение схем для "мягкого" переключения плеч. На деле они всегда увеличивают нелинейность на ВЧ просто потому, что любая дополнительная "навешенная" на выходной транзистор схема - неважно, ПОС это или местная ООС - неизбежно добавляет задержку реакции. А ООС в этой ситуации почти ничего не может сделать, так как нарушаются условия ее применимости - практически исчезает однозначная (пусть и нелинейная) связь вход-выход.

Собственно же нелинейность в момент перехода через "0" выходного тока даже при ВК с общим током покоя порядка 150 мА на нагрузку 4 Ома не превышает 0,2% при правильном выборе эмиттерных резисторов (падение порядка 25-30 мВ). Это элементарно проверяется в SPICE.

Кроме того, при правильно рассчитанной конструкции эти "искажения в малом" с ростом частоты, наоборот, исчезают даже при работе выходных транзисторов практически без начального тока (за счет прохождения сигнала через емкость база - эмиттер).

В рассматриваемом УМЗЧ режим класса А сохраняется до как минимум, 5...8 Вт в нагрузке, а полное изменение Rвых не превышает примерно 30 миллиом (т.е.+/-15 миллиом) в наихудшем случае. Соответственно, дифференциальная нелинейность не превышает 0,6%, интегральная - порядка 0,07%.
Таким образом, "схемотехническая" линейность аккуратно спроектированного классического выходного повторителя на самом деле оказывается выше, чем у УН. Именно поэтому столько внимания и было уделено оптимизации УН и конструкции ВК.

По той же причине - нормальный выбор режимов - тема "переходных" искажений в ВК интегральных ОУ полностью закрыта уже 20 лет назад, после появления достаточно комплементарных транзисторов или качественных (но довольно сложных) квазикомплементарных схем.