Ультралинейный УНЧ повышенной мощности Sokol-3P

[Александр Бокарёв]

Пила или меандр лучше слышны.

Про меандр. Он имеет основной тон и дальше только нечетные гармоники, первая из них третья. Поэтому меандр 4 кгц будет слышен как синусоидальный тон , если полоса реального слуха ограничена 10 кГцами. С полосой в 12 кил уже слышим зудение, присущее меандру.

Откуда бы им взяться 25 кил в звуке. Выше диапазона слышимости в основном искажения и паразитные гармоники находятся. Однако, никуда мне дорастать не нужно. Я слышу ровно столько сколько мне нужно, а стало быть и переживать не о чем.
А вот искажения я слышу хорошо, потому что знаю как они слышны.
Единственно о чём я действительно переживаю, так это о том что после ковидлы не чую запаха ни курева, ни хлеба, ни мяса. Это довольно неудобно.

Мои сочувствия. Ковидла подлая добила сильно рухнувшее обоняние после давней вирусной атаки. Сейчас кое-что вернулось, но не в прежнем объёме. И это тяжело и неприятно. И самое неприятное, что горит резистор в схеме, а я не чую.
Искажения слышны, всякие. Из них самая мерзкая это ступенька. Причем, один знакомый форумчанин проверяет усилители на ее наличие шумом, на мизерных уровнях. Шум становится рваным, теряет непрерывность. Никак не попробую эту методу. Есть другие искажения, временнЫе, когда звук словно продирается через вязкое нечто, типа бега в воде. Или звучание обретает окрас в средине, словно дрянной динамик. Хотя на ачх все ровнее некуда. Зато удачные схемы радуют слух с первых звуков.

Разберём? ЧТо там у нас? Основная события у нас в музыке в диапазоне 300-3000Гц. Остальное - костыли. То есть, огромная часть диапазона нашего слуха- это по вашему мнению- костыли.
Ну ок, спаяйте себе усилок с такой полосой и послушайте. Я буду очень долго и сильно смеяться.
Нет никаких костылей в звуке.
Окромя слухового аппарата. Но к счастью он нужен далеко не всем.
Ах да, не забудьте и АС с таким диапазоном собрать.)

Можно смеяться, а можно включить любой усилитель через качественный средник. который играет средину сам и даже без фильтра( такие средники есть, их мало, но есть), чтобы понять, где живет почти вся музыка. И чтобы ее сохранить и улучшить. нужно одновременно расширять полосу пропускания в обе стороны. тогда баланс и гармония сохраняются.

1 Герц мы не слышим, но если к динамику подключить батарейку, а через секунду отключить, это будет 1 герц, и это будет слышно.

Это не 1 герц, это щелчок, который заведомо шире полосой. На синусе будет тишина.

 

[Динозавр]

если к динамику подключить батарейку, а через секунду отключить

Это переходный процесс
Фу́нкция Хевиса́йда (едини́чная ступе́нчатая функция, функция едини́чного скачка, включённая едини́ца, «ступенька»)...
На входном конденсаторе (дифцепочка) получим Дельта-функцию. https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/913201

 

[Александр Бокарёв]

Задержка в петле ООС может изменить все фундаментально. И ситуация, когда усиление есть, а ООС нет, вполне типична при нулевом запасе по фазе (Phase Margin). А при отрицательном - ООС превращается в ПОС. Для доходчивости даже опишу литературно.
ООС - это механизм автоматической коррекции ошибок в любой системе, где имеется причинно-следственная связь. ООС сравнивает результат на выходе системы с неким эталоном, и если находит ошибку, пытается корректировать следствие, меняя причину. Представьте, что есть государство с королем во главе и гонцы-наблюдатели. Вот, в отдаленном городе образовался дефицит хлеба. Гонцы немедленно доставили весть и в город тут же пошли обозы с хлебом. И все в порядке, случайный дисбаланс устранен и государство вновь стабильно. А теперь представим, что гонцы очень медлительны, и весть дошла до короля поздно, когда в город уже завезли хлеб местные купцы. Обозы пришли в город, где образовался завал хлеба. Гонцы снова сообщили об этом королю, и снова поздно, когда завал уже рассосался. А обозы начали вывозить хлеб из города и опять устроили дефицит. И все пошло по кругу. Это называется потерей стабильности петли ООС. И стабильность эта определяется временем реакции петли ООС на изменения на выходе системы, а также величиной этой реакции. Избыток этих величин называется запаздыванием и перерегулированием. Так что, ООС - это замечательная вещь, но только при правильном использовании. Как сказал Парацельс на заседании инквизиции, одно и то же вещество - суть лекарство и яд, все зависит от дозы. Так что ООС , как и огонь Прометея, не только согреть, но и обжечь может при неправильном применении. В УНЧ петля ООС очень помогает, если она короткая и быстрая, т.е. такая, что за время движения сигнала по петле от выхода назад до входа и обратно сигнал на выходе не успеет сколько-нибудь заметно измениться и автоматическая коррекция будет своевременной и устранит ошибку, вызванную нелинейностью усилительных элементов. Но если ООС запоздает, то внесет коррекцию не туда, куда надо, поскольку выходной сигнал уже успел измениться, и коррекция ООС уже станет не верной для изменившегося сигнала и только навредит. Все мои конструкции имеют очень короткую и быструю петлю ООС из-за каскода ОЭ-ОБ в петле. Решение самое быстрое из технически возможных, но почему-то его редко применяют. Все другие решения гораздо медленнее, особенно, с операционными усилителями в неинвертирующем включении, где электрическая длина пути ООС вообще не предсказуема.
И еще, В NASA не учат, там работают те, кто уже достаточно выучился и доказал это на практике.

Из схем, лучших по естественности звучания, для меня оказалась двухтранзисторная на полевике -латерале с полосой в 4 МГц и усилением в пару раз. Начал с повторителя, но там были не устраивающие по звуку моменты. А схема с общим истоком и резисторной нагрузкой звучит прозрачно и сбалансированно. Жаль, мощность невелика, ватта 3 на 8 Ом. https://ldsound.info/ab1-odnotaktnyj-usilitel-klassa-a/

 

[Конструктор]

Приходится учитывать особенности физической реализации (разводки и монтажа) - выбор точки съёма сигнала ОС, (длинную) линию с распределёнными параметрами, паразитную ёмкость, индуктивность, сопротивление проводников. Земли. Взаимовлияние соседних печатных проводников. Неидеальность резисторов и конденсаторов. Реактивности выводов. Наводки от внешних полей и шум...
К реальности симуляторные чудеса имеют отношение постольку, поскольку в модели учтены все эти "мелочи"

Никаким симулятором не отследить такие нюансы. А это только один пример из тысяч возможных. И чем больше внутрипетлевое усиление, тем больше усилитель чувствителен к таким багам. Поэтому, когда передо мной начинают махать моделью усилителя с глубиной ООС 150 или 200 дБ, хочу сказать - распечатай свою модель, сверни трубочкой, и засунь куда-нибудь.

 

[NEULO]

Подтасовка у вас. А я использовал модель LM301 с коррекцией 10пФ.

Во первых это не совсем одно и тоже, хотя и близко.
Во вторых а у меня в схеме тоже однополюсная коррекция 10пФ использована? А где?
Для слепых специально повторю варианты коррекции, причём для LM301 двухполюсная точно так же применима, хотя в даташите её и нет.
Что касаемо ваших усилителей с некоей "короткой оос", лично я такие схемы называю "свалка транзисторов". Это в НАСА так проектировать принято?

 

[Конструктор]

Знание истины и отсутствие бреда в профильных темах- это немного разные вещи.

1Т308А не бред, а вполне обоснованные вещи говорит.

Усилитель напряжения не всегда звуковой усилитель. К тому же на колонки работает усилитель мощности а не напряжения. УН- это лишь его часть.

Но проектируете-то вы усилитель напряжения. Вы делаете управляемый источник ЭДС с нулевым выходным сопротивлением.
Вот попытка сделать звуковой усилитель мощности.

УМЗЧ с частотозависимым выходным сопротивлением

В режиме читателя периодически посещаю этот и другие форумы, посвящённые аудио. Скучно как-то стало за последние лет 10, и даже более. Ничего нового в сехемотехнике. Народ обсуждает схему 1969-го года. Спору нет, схема гениальная, но сколько ж можно? А все новые схемы по своей сути так похожи...

ldsound.club

Насколько удачная - покажет время.

 

[NEULO]

И без радиатора и трансформатора питания?
Вы первый, от кого слышу - нахрена нужен класс А.

Лампам радиатор не нужен, трансформатор питания можете взять ТАН. +-15 и 6.2 накал стаб.
Теперь про класс А. Чем он так хорош? Неким коротким хвостом гармоник? К сожалению гармоники гармониками- а вот ИМД там в наличии в полный рост, как правило, в этом плане что ламповые что дерьмовые транзисторные усилки- отличаются мало.
Усилок на транзисторах в классе А , мощностью 160Вт вполне возможно построить, точно так же как и лампам делаем трансформаторный выход и высокое питающее напряжение, радиаторы можно сделать не очень большими- активное охлаждение. У меня в компе стоят радиаторы легко рассеивающие с процессоров по 100Вт, и это при том что компьютер почти бесшумный.
Однако обычный усилок в классе АБ выдаст 160 ватт не напрягаясь, и без рассеивания сотен ватт тепла впустую как в классе А. Только звучать он будет куда лучше.
А, кстати.
Мой класс А , вынутый из компьютера. Семилетней давности. Работает. ) И звучит неплохо.

Сделано на коленке через пень-колоду, однако жив и все издевательства- выдержал.)

 

[Конструктор]

Сделайте двухтакт на лампах с глубиной ООС хотя бы 80дБ. Гарантировано шиш у вас что выйдет, трансформатор внесёт фазовые сдвиги и усилитель будет просто генерить.

А вот теперь я спрошу - нахрена? И нахрена вообще включать трансформатор в контур ООС? Покемон видели? Или вот это?
Кто вообще придумал включать трансформатор в контур ООС? Почему не считать его частью акустической системы, если его искажения, и линейные и нелинейные на пару порядков ниже искажений динамика?
Глубина ООС в 80 дб в ламповом двухтакте нахрен не нужна, т.к. лампа в десятки раз линейнее транзистора. Если ступенька в усилителе отсутствует в принципе - зачем такая глубокая ООС? Достаточно местных, скорострельных обратных связей. Вторая гармоника в десятые доли процента не слышна. 1 % - это -40дБ. От мощности 10 ватт это составит 1 милливатт. Всего-навсего 1 милливатт второй гармоники на фоне 10 ватт.

 

[NEULO]

А вот теперь я спрошу - нахрена? И нахрена вообще включать трансформатор в контур ООС? Покемон видели? Или вот это?
Кто вообще придумал включать трансформатор в контур ООС? Почему не считать его частью акустической системы, если его искажения, и линейные и нелинейные на пару порядков ниже искажений динамика?
Глубина ООС в 80 дб в ламповом двухтакте нахрен не нужна, т.к. лампа в десятки раз линейнее транзистора.

Тут вы сами себе противоречите местами. Лампа линейнее , но постоянный плач андромахи слышу я про некие "нули" у сверхлинейников. Что мешает лампам, которые в десятки, сотни тысяч раз линейнее жалких транзисторов выдать тоже самое?.
И да, трансформатор прибор нелинейный. его тоже оос не мешает охватить. Хинт- можно усилок одной оос, трансформатор другой- меньшей глубины.
И всё же?

 

[Алексей1]

можно усилок одной оос, трансформатор другой- меньшей глубины.

нельзя - каждый разделительный кондюк, это 20дБ/дек, три каскада и лампадники на жопу сядут, в коррекции-то шарят не больше насы.
транс в петле большой глубины - шансов нет, поскольку нет его достоверной модели.

 

[Конструктор]

Тут вы сами себе противоречите местами. Лампа линейнее , но постоянный плач андромахи слышу я про некие "нули" у сверхлинейников. Что мешает лампам, которые в десятки, сотни тысяч раз линейнее жалких транзисторов выдать тоже самое?.

Ну, сделайте на двух транзисторах усилитель мощностью 10 ватт и с искажениями менее 2%.

 

[NEULO]

Ну, сделайте на двух транзисторах усилитель мощностью 10 ватт и с искажениями менее 2%.

Сделайте на 16 лампах усилок мощностью 10 ватт и искажениями менее 0.00004% на 20кГц, или с ИМД -120дБ(кандидатский минимум). Что мешает?

 

[1T308A]

А вот теперь я спрошу - нахрена? И нахрена вообще включать трансформатор в контур ООС? Покемон видели? Или вот это?
Кто вообще придумал включать трансформатор в контур ООС? Почему не считать его частью акустической системы, если его искажения, и линейные и нелинейные на пару порядков ниже искажений динамика?
Глубина ООС в 80 дб в ламповом двухтакте нахрен не нужна, т.к. лампа в десятки раз линейнее транзистора. Если ступенька в усилителе отсутствует в принципе - зачем такая глубокая ООС? Достаточно местных, скорострельных обратных связей. Вторая гармоника в десятые доли процента не слышна. 1 % - это -40дБ. От мощности 10 ватт это составит 1 милливатт. Всего-навсего 1 милливатт второй гармоники на фоне 10 ватт.

Вы пишете правильно. Вторая и третья гармоники реально не слышны. Дело в том, что музыка - это и есть куча гармоник, и какие из них натуральные, а какие добавленные, разобрать сложно, особенно, если вы не знаете точно, как должен звучать чистый оригинал. Другое дело - ступенька, особенно, динамическая, которая то мелькнет, то исчезает, как призрак. Вызвана она, как правило, сильной просадкой запаса по фазе в некоторой области частот. На осциллографе такая ступенька не видна совершенно, но звук портит очень заметно. В ламповых схемах ступеньки нет и глубокая ООС не нужна, от нее только проблемы. И даже 2% второй и третьей гармоник на качество звука не повлияют. Да и колонки добавят не меньше, но без ступеньки.

 

[NEULO]

Так, уметь же надо.

Уметь что? Тыкать как обезьяна рандомные модели в схему? ну, что тут. Легко. Соберём ваш усилок на МП39/37, на выход какие нибудь П217, пару операционников 153УД1 на вход, и глянем. Но я уже итак знаю что получится, впрочем.

 

[IDDQD]

Задержка в петле ООС может изменить все фундаментально. И ситуация, когда усиление есть, а ООС нет, вполне типична при нулевом запасе по фазе (Phase Margin). Но если ООС запоздает, то внесет коррекцию не туда, куда надо, поскольку выходной сигнал уже успел измениться, и коррекция ООС уже станет не верной для изменившегося сигнала и только навредит. Все мои конструкции имеют очень короткую и быструю петлю ООС из-за каскода ОЭ-ОБ в петле.

Да ничего задержка не сможет изменить. Разностное напряжение на входах диффа будет расти и всё. Запас по фазе актуален только на частоте единичного усиления. Кроме того, важен и запас по амплитуде (слева и справа от частоты единичного усиления) при фазе 180 гр. Все сверхглубокоосники имеют заход фазы за 180 гр, причём заход этот имеет место прямо на звуковых частотах. Лтспайс не видит в этом проблем, что и подтверждается в железе. Как меряете "короткость и быстроту" ООC?
Вот ФАЧХ глубокоосника с разомкнутой ОООС - сколько там фаза на 20 КГц? (К стати, спад АЧХ тут 20/90/20)

Другое дело - ступенька, особенно, динамическая, которая то мелькнет, то исчезает, как призрак. Вызвана она, как правило, сильной просадкой запаса по фазе в некоторой области частот.

Не буду городить отсебятину, лучше чем сказал легендарный sia_2 не скажешь:
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.

 

[Алексей1]

Но теперь источники стали лучше, поэтому и усилки нужно -лучше. Прогресс.

Ещё недавно можно было так говорить, теперя всё, приплыли, усилки надо делать лучше, чтоб за китайцами пыль не глотать:

 

[Конструктор]

. Лтспайс не видит в этом проблем, что и подтверждается в железе. Как меряете "короткость и быстроту" ООC?
Вот ФАЧХ глубокоосника с разомкнутой ОООС - сколько там фаза на 20 КГц? (К стати, спад АЧХ тут 20/90/20)

То, что LT не видит проблем, не означает, что их нет. Симуляторы много чего не видят. АЧХ и ФЧХ они снимают без проверки на перегруз усилителя. Это проверено. Например, если для схемы, что я приводил выше, установить амплитуду источника сигнала 1 киловольт, Микрокап без проблем измеряет мне частотные характеристики и покажет те же самые кривые, но на 60дБ выше. Та же история с другими симуляторами. Это всего лишь калькулятор, а не искусственный интеллект. Наличие мозга требуется от разработчика, симулятор мозга не заменит.
Если в звуковом диапазоне произойдёт поворот фазы на 180 градусов, то на входе дифкаскада получим удвоенный входной сигнал. Ваш дифкаскад переварит 4 вольта RMS, особенно без эмиттерных резисторов? А что будет, когда он усилит эти 4 вольта в несколько сотен раз? В общем, сверните свою модель в трубочку.
Короткость ООС обратнопропорциональна количеству охваченных ею каскадов. Эмиттерный повторитель имеет самую короткую ООС.

 

[NEULO]

То, что LT не видит проблем, не означает, что их нет. Симуляторы много чего не видят. АЧХ и ФЧХ они снимают без проверки на перегруз усилителя. Это проверено. Например, если для схемы, что я приводил выше, установить амплитуду источника сигнала 1 киловольт, Микрокап без проблем измеряет мне частотные характеристики и покажет те же самые кривые, но на 60дБ выше. Та же история с другими симуляторами. Это всего лишь калькулятор, а не искусственный интеллект. Наличие мозга требуется от разработчика, симулятор мозга не заменит.
Если в звуковом диапазоне произойдёт поворот фазы на 180 градусов, то на входе дифкаскада получим удвоенный входной сигнал. Ваш дифкаскад переварит 4 вольта RMS, особенно без эмиттерных резисторов? А что будет, когда он усилит эти 4 вольта в несколько сотен раз? В общем, сверните свою модель в трубочку.
Короткость ООС обратнопропорциональна количеству охваченных ею каскадов. Эмиттерный повторитель имеет самую короткую ООС.

Сразу видно что вы в симуляторах не особенно то и понимаете. Если в ЛТС выставить амплитуду источника сигнала 1кВ, то АЦ анализ он будет делать всё равно в малосигнальном режиме. Особенность программы такая. Так что сверните свой микрокап в трубочку. И вполне можете положить куда нибудь.

 

[Конструктор]

Нахрена вам проверка на перегруз если малосигнальная АЧХ снимается?

Малосигнальная в данном случае означает - с амплитудой, стремящейся к нулю. Вы нулевой сигнал усиливать собираетесь?
Устал я с вами спорить, больше не буду. Делайте чо хотите.

 

[NEULO]

Это сделано по очень простой причине - чтобы снять именно малосигнальную АЧХ. Чтобы каждый раз не было гемороя с подбором напряжения источника. Что тут непонятно то? Перегруз хотите учесть- включите транзиент, увидите как он выглядит.

 

[Алексей1]

Это сделано по очень простой причине - чтобы снять именно малосигнальную АЧХ.

Я даже больше скажу: АФЧХ может быть только малосигнальной, поскольку любая ЧХ, это зависимость от частоты (а не от амплитуды).

 

[Конструктор]

Я даже больше скажу: АФЧХ может быть только малосигнальной,

Ошибаетесь. Есть у меня ламповый усилитель, который на малом сигнале имеет полосу 2Гц...160кГц по уровню -3дБ. А на максимальном сигнале 20Гц...160кГц. Потому что выходной трансформатор на большом низкочастотном сигнале насыщается.
В случае с транзисторным может быть другая история. На малом сигнале он может показать полосу до единиц мегагерц, а на большом - десятки, в лучшем случае, сотни килогерц, т.к. максимальная скорость нарастания выше забраться не позволяет. Тому пример - любой операционник среднего класса.
АЧХ в симуляторе не говорит практически ни о чем. Вернее, она говорит, но не всем.

 

[IDDQD]

То, что LT не видит проблем, не означает, что их нет. Если в звуковом диапазоне произойдёт поворот фазы на 180 градусов, то на входе дифкаскада получим удвоенный входной сигнал. Ваш дифкаскад переварит 4 вольта RMS, особенно без эмиттерных резисторов?

Если усилитель в железе работает с коррекцией посчитанной в симуляторе, значит действительно проблем нет. Разностное напряжение на входах (между входами) растёт. Ну было у вас 20 микровольт, станет 40 - вообще ни о чём.

 

[Алексей1]

На малом сигнале он может показать полосу до единиц мегагерц, а на большом - десятки, в лучшем случае, сотни килогерц, т.к. максимальная скорость нарастания выше забраться не позволяет.

Учите основы, терминологию в том числе. К УНЧ очень хорошо подходит терминология и параметры принятые для ОУ:
есть малосигнальные параметры, АФЧХ среди них;
есть параметры большого сигнала, например: максимальная выходная скорость нарастания, полоса полной мощности.

 

[Конструктор]

. Ну было у вас 20 микровольт, станет 40 - вообще ни о чём.

Это вы в transient-анализе увидели?
Если у вас на входе 2V RMS, то имеем амплитуду 2.8 вольта. При фазовом сдвиге 30 градусов, имеем между входами 2.8*sin(30)=1.4вольта.
Как думаете, зачем на входе транзисторных усилителей ограничивают спектр, после чего они становятся не широкополоснее обычного ламповика?
А хотя бы и 20 микровольт. Сколько там у вас внутрипетлевое усиление? 200дБ? Это 10 с десятью нулями?

 

[NEULO]

Это вы в transient-анализе увидели?
Если у вас на входе 2V RMS, то имеем амплитуду 2.8 вольта. При фазовом сдвиге 30 градусов, имеем между входами 2.8*sin(30)=1.4вольта.
Как думаете, зачем на входе транзисторных усилителей ограничивают спектр, после чего они становятся не широкополоснее обычного ламповика?
А хотя бы и 20 микровольт. Сколько там у вас внутрипетлевое усиление? 200дБ? Это 10 с десятью нулями?

143дБ

 

[IDDQD]

Это вы в transient-анализе увидели?
Если у вас на входе 2V RMS, то имеем амплитуду 2.8 вольта. При фазовом сдвиге 30 градусов, имеем между входами 2.8*sin(30)=1.4вольта.

Вот прям щас глянул усил у которого фаза с разомкнутой ОООС на 1КГц - 100гр, на 7 КГц -180 и на 20 КГц - 260. Глубина ОООС на этих частотах - 168, 147, 125 db. Усь инвертирующий (поэтому один вход заземлён), напряжение на входе (точка суммирования вх. и вых. сигналов) - на 1КГц - 4nV (нановольт), на 7 КГц - 40 nV, на 20 КГц - 2 микровольта. Амплитуда выходного сигнала 50 Vpp (размах 50 вольт от пика до пика), нагрузка 8 Ом. Как вы там намеряли такое разностное у усилителя с замкнутой ОООС для меня загадка, т.к. в звуковой полосе у усилителей фазовый сдвиг близок к 0.

 

[Конструктор]

Как вы там намеряли такое разностное у усилителя с замкнутой ОООС для меня загадка, т.к. в звуковой полосе у усилителей фазовый сдвиг близок к 0.

В теории - да. А какая АЧХ/ФЧХ с замкнутым контуром? Можно картинку посмотреть?

 

[NEULO]

Вот график с замкнутым контуром модели похожего усилителя. Только на 20к у него усиления около 160дБ. И что тут , обычный ход АЧХ.

 

[Алексей1]

Оно всегда так: