Простой усилитель для наушников на ОУ с буфером

[A.R.]

Вот, дошли руки обмерять макет, который у меня на рабочем столе валяется где-то год. Надо бы в корпус запихнуть, да все ленился. Что это такое: ушной усилитель на ОУ, охваченный общей ООС, неинвертирующий. Выходной каскад -- параллельный повторитель, с током покоя около 30мА. Для смещения выходных транзисторов применены диоды, как у Андрея anli Гайденко в "народном усилителе". При некотором увеличении искажений низших порядков, такое смещение дает мягкое переключение выходных транзисторов и обеспечивает "экономичный А" в достаточных, для ушного усилителя, пределах выходных токов. Ниже приведена схема, фото макета и результаты измерений разностным методом. Желтым показан сигнал ошибки, синим -- опорный сигнал для сравнения. К сигналу ошибки применен ЦФ с частотой среза 1МГц. На 10кГц при выходном напряжении 1.8В п-п искажения составили 7/244/1000 * 100% = 0.003%. На 20кГц, соответственно 15/244/1000 * 100% = 0.006%. Нагрузка в обоих случаях -- резистор 33Ом. Для измерения пришлось изменить Ку усилителя до 3.5, поэтому можно ожидать, что реальные показатели чуть лучше. По звуку усилитель достаточно нейтральный, из осциллограмм видно, что на малом сигнале, в основном, искажения состоят из второй гармоники.

Небольшое обновление. Перевел усилитель в инверт, так как искажения в неинверте подозрительно не зависели от выходной мощности, а только от уровня сигнала. Номиналы в цепи ООС составили 10к/47к. В реальном усе имеет смысл сделать Ку 2-3, больше не требуется. Разностный сигнал выделял на подстроечнике с компенсацией фазы. Ниже приведены осциллограммы разностного сигнала, увеличенного в 1000 раз. Первые две на 4В пик-пик на 32Ом, вторые -- 8В пик-пик, 32Ом. В первом случае не удалось подстроить разностный сигнал до конца, по крайней мере он не хуже, чем 15/1210/1000 * 100% = 0.0013% Во втором случае хорошо виден характер искажений, это вторая гармоника. В процентах 144/2430/1000 * 100% выходит порядка 0.006%.

Последняя осциллограмма -- напряжение между базой и эмиттером выходного транзистора верхнего плеча. Синус 20кГц, амплитуда 8В пик-пик, на нагрузку 32 Ом. Уровень выходного тока выбран специально, чтобы граница, где заканчивается запас тока покоя (30мА), проходила примерно посередине полуволны. Видно, что смещение выхода диодами дает плавное изменение Vbe, без выбросов и заходов в отрицательные напряжения, характерных для режима AB. Амплитуда изменения Vbe около 0.1В, что для амплитуды выходного тока 120мА соответствует изменению выходного сопротивления плеча примерно на 0.8Ом за полупериод.

Обновление от 19.06.2009:
Финальная версия усилителя, рекомендуемая к повторению, вот здесь: https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...&postcount=134
Примерная печатная плата и список деталей для нее -- здесь: https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...&postcount=135
Схема для выделения искажений разностным методом -- здесь: https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=25364

[A.R.]

Я так полагаю, даже если и идеальные, то открываться и закрываться они должны.

Не, ну неактивное плечо однозначно закрывается. Вопрос в том, когда его Vб-э станет меньше или равно нулю. Величина тока нагрузки, необходимая для этого, зависит от суммарного выходного сопротивления активного плеча. Если модель идеальная, то оно будет близко к R в эмиттерной цепи. Тогда ток нагрузки будет 0.7/0.15=почти 5 ампер. На восьмиомном резисторе надо постараться, чтобы такой ток развить. С другой стороны, в реальном транзисторе бета падает с ростом выходного тока, и эффективное выходное сопротивление растет. И момент глубокой отсечки неактивного плеча наступит существенно раньше.

[Olegyurich]

Уровень выходного тока выбран специально, чтобы граница, где заканчивается запас тока покоя (30мА), проходила примерно посередине полуволны

Просто я эти условия пытался повторить.

Добавлено через 2 минуты
Но даже при 10 А выходного тока нет таких изломов, которые есть на картинке anli.
Ладно, может действительно дело в моделях.

[anli]

Ладно, может действительно дело в моделях.

Олег, нормальные у тебя модели: -2V на переходе получил.

нет таких изломов

Добавь глубокую ОООС.

А потом посмотри с диодами.

[A.R.]

Просто я эти условия пытался повторить.

Вообще ты прав, некорректно говорить о том, уйдет ли неактивное плечо в глубокую отсечку, не зная сопротивления в эмиттерных цепях и выходные характеристики транзисторов. Ты, допустим, моделировал с R в эмиттерах 0.1Ом, а я -- с 4.7Ом. Вот и разница в токах, на порядок.

[Olegyurich]

Ты, допустим, моделировал с R в эмиттерах 0.1Ом, а я -- с 4.7Ом. Вот и разница в токах, на порядок.

Да, я тоже только про это подумал.

Добавь глубокую ОООС.

Не получается все равно, глубина ООС около 50 дБ.
Всем спокойной ночи и спасбо за приятную беседу.

[A.R.]

Олег, нормальные у тебя модели: -2V на переходе получил.
Добавь глубокую ОООС.

Да нет, там не от ООС зависит, а от соотношения тока нагрузки и сопротивлений в эмиттерах. Чем выше Rэ, тем большее обратное напряжение прикладывается к б-э переходу неактивного плеча, тем "острее" излом в точке перехода из "А" в "Б".

Добавлено через 2 минуты

Всем спокойной ночи и спасбо за приятную беседу.

Взаимно

[anli]

Да нет, там не от ООС зависит

Я больше всё с мосфетами (и их ёмкостями ) ковырялся. Но, думаю, частотные свойства биполяров вполне могут вылезти в смысле прелестей перезарядки переходов именно при глубокой ОООС.

[A.R.]

Я больше всё с мосфетами (и их ёмкостями ) ковырялся. Но, думаю, частотные свойства биполяров вполне могут вылезти в смысле прелестей перезарядки переходов именно при глубокой ОООС.

Вполне возможно. Но даже если оставить в стороне паразитные явления, получается, чем меньше сопротивление в эмиттерах, тем лучше. А лучше всего, если их вообще нет. А еще лучше, чтобы они были, но при росте тока их сопротивление падало. Хотя постойте, ведь диоды так себя и ведут

[anli]

А еще лучше, чтобы они были, но при росте тока их сопротивление падало. Хотя постойте, ведь диоды так себя и ведут

[Candidate]

Будут ли авторские ЦУ по поводу выбора типа конденсаторов?

[fakel]

А лучше всего, если их вообще нет. А еще лучше, чтобы они были, но при росте тока их сопротивление падало. Хотя постойте, ведь диоды так себя и ведут

И точно также ведет себя rэ биполяров

[A.R.]

Будут ли авторские ЦУ по поводу выбора типа конденсаторов?

Разве что C6 лучше выбрать low-ESR. У меня в макете стоит Jamicon-WL.
Вообще аффтар рекомендует немного подождать. На днях отмакетирую и выложу новую версию, с раздельными цепями ООС по переменному и постоянному току. Заодно и плата будет.

Добавлено через 9 минут

И точно также ведет себя rэ биполяров

Да, поэтому многие товарищи предпочитают выходные каскады без эмиттерных резисторов.

[Candidate]

Хорошо. Учтём рекомендации автора. И первую, и вторую

[A.R.]

Ну вот и новая версия. Разделил ООС по постоянному и переменному току, и заодно появилась возможность отключения общей ООС. Отключение осуществляется перестановкой джампера J1 из положения 2-3 в положение 1-2. Радует тот факт, что искажения на 8В пик-пик. 20кГц, 32 Ом без ООС составили 0.05%, при уменьшении сигнала до 2В п-п уменьшились ниже 0.01%. Не радует, что вообще они в неинвертирующем режиме высоковаты. Явно что-то перегружается по синфазному сигналу, либо ОУ искажометра, либо ОУ усилителя, т.к. от тока нагрузки показатели не зависят, только от амплитуды сигнала. Вот теперь в задумчивости, доделать второй канал и послушать, или переразвести все под инверт. Но тогда нельзя будет ООС отключить. Засада

[A.R.]

Итак, вот уже неделя, как собран и по вечерам слушается новый вариант. Прежде всего проверял на термостабильность. Суммарное потребление в одном плече 80мА, что дает порядка 30мА на выходной каскад. Интересно, что даже с маленьким уголком-теплоотводом, ток покоя далеко не убегает. Потребление медленно ползет до 100мА, я даже занервничал, но потом остается в этом положении часами. Уголок горячий, держаться долго нельзя. Если подуть на плату, ползет вниз, если погреть, то вверх, но потом возвращается. С прикрученной железякой, как на фото, ток мгновенно вырос до 80мА и встал как вкопанный, никакие манипуляции его не сдвинули. Гонял по пять часов с радиатором и без, так что можно считать термостабильность -- зачет. По искажениям сказать пока ничего не могу, ниже 0.01% в неинверте померять не получается. В целом играет нормальненько, слушаю в основном в положении джампера "без ООС", но не могу сказать, что есть какая-то принципиальная разница. Выкладываю примерное расположение элементов на платах и партлист. Если делать платы начисто, надо немного подвигать земляные перемычки, пайки мешают входным и выходным разъемам, как выяснилось. Фона никакого, даже с китаезным трансом прямо под боком (см. фото). Шум на выходе ниже порога цифрового осца, меньше милливольта точно. Это при питании от удвоителя, не было транса с двумя обмотками. Короче простая, добротная схема, видимо будет усилителем для компьютера. На основной тракт у меня новая идейка есть. Следите за рекламой

[A.R.]

Попробовал перевести все хозяйство в инверт, заодно углубил ООС. Сразу скажу, ничего из этого хорошего не вышло. Схема ниже, формальные показатели -- отличные. Глубина ООС на 20кГц -- 50дБ, искажения на той же частоте, 15В пик-пик в 32 Ом, меньше 0.001%. На линейном уровне сигнала вообще не измеряются. При этом форма ПХ сохраняется без малейшего выброса вплоть до 60дБ ООС, т.е. почти до 100% ООС. Шумов, фона -- нет, на выходе железный ноль милливольт. Но. Перенес на стол, на котором горит настольная лампа с диммером и привет. Зудит, причем ловит не на входные цепи, проверял с закороченным входом. Ловит или через сетевой провод, или на выходной провод наушников. При том, что варианту из предыдущего поста, с такой же разводкой платы, на диммер глубоко наплевать. Это, пожалуй, к вопросу о сетевых проводочках: формально хорошая схема может по-разному играть из-за вот такого взаимодействия с сетью. Необязательно так грубо, диммер втыкать в одну розетку с нормальной аппаратурой никто не будет. Но все-таки.
Так что финальным вариантом избирается схема из предыдущего поста. Всем привет

[Sagittarius]

Непонятно, зачем диоды. Для понту?

[A.R.]

Непонятно, зачем диоды. Для понту?

Для стабилизации тока покоя.

Да, кстати, Виктор. Если есть охота поиздеваться над ламером, т.е. мной, почитайте вот тута: https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=25364. Может, в результате что-нибудь дельное вытанцуется.

[Sagittarius]

Для стабилизации тока покоя.

Имелось в виду, что изменения напряжения на них синфазны, что очевидно, и от них можно отказаться. Возьми длинный болт, и стяни транзики в каждом из плеч вместе. И всего делов. Кроме того, глубина ООС, конечно, тебе нравится мелкая.

[A.R.]

Имелось в виду, что изменения напряжения на них синфазны, что очевидно, и от них можно отказаться. Возьми длинный болт, и стяни транзики в каждом из плеч вместе. И всего делов.

Оне стянуты с диодиками на выходе термоусадкой, идея была в некоторой перестраховке, вдруг те нагреются и ток поплывет. А болтиками притягивать транзюки куда-то не охота, неудобно плату разводить.

Кроме того, глубина ООС, конечно, тебе нравится мелкая.

Мне нравится, чтобы частота единичного усиления в петле ООС была не выше единиц МГц, допустим двух. И чтобы при этом, даже если по каким-то причинам глубина ООС станет 100%, сохранился запас по фазе не менее 50 град. А из этого уже получается глубина ООС. А так да, кстати, сейчас слушаю финальный вариант вообще без ООС по переменному току. Нраицца... (c) Борат.