Усилитель на параллельных AD815

[forever_student]

Очень нравится усилитель для наушников по мотивам Lynx HA37/HA40.
В общем, хочется повторить подвиг Prophetmaster*а в мЕньших масштабах :
Модуль:

16 штук таких соединяются по такой схеме:

И образуют один канал.
Схему парафазного формирователя ещё не выбрал.
Вопросы к специалистам в усилителестроении:
1. Ваше мнение: стОит оно того?
2. Если да, то что посоветуете в качестве формирователя?
3. Нет ли явных косяков в таком построении?
4. Критика (желательно конструктивная) также приветствуется.

[forever_student]

Так а в чём была проблема? Взаимная связь через питание?

Видимо, да. По очень ВЧ, т.к. ни FR 2200*25v+FKP2 0,01, ни стабилизатор, ни FM 1500*35v на входе стабилизатора возбуду не помешали.

[Nikolay_Po]

Видимо, да. По очень ВЧ, т.к. ни FR 2200*25v+FKP2 0,01, ни стабилизатор, ни FM 1500*35v на входе стабилизатора возбуду не помешали.

Вы анализировали ситуацию в деталях? Сколько проводов (направлений) отходит от каждого модуля? Как я понимаю, приходит входной сигнал - это одно. Приходит питание - другое. Уходит выход - третье. И почти наверняка, даже если питание и выход разведены витыми парами, хотя бы на оммическом сопротивлении проводов под токам выхода и питания будет падение напряжения. На земле модуля относительно земли предусилителя появится потенциал помехи.
Если вход не дифференциальный, не развязан от земли выхода и земли питания, то ферритовая трубочка или синфазный дроссель на входной паре, по-моему, необходимы. Кроме того, для исключения затекания наводок от потреблённого питания на выходную землю (входную, допустим, развязали синф. дросселем), нужно одеть трубочку и на одно из направлений - на выходной провод или на пары питания. Нужно, чтобы были исключены пути для токов ВЧ между разными ветвями разводки от модуля.

P.S. посмотрел внимательно схему - с точки зрения НЧ она дифференциальна. А с точки зрения ВЧ - как два разных усилителя. Поэтому сказанное выше может быть хотя бы отчасти справедливо.

---------- Добавлено в 17:35 ---------- Предыдущее сообщение в 17:26 ----------

Брал такие трубки 28B0592-000 от Laird Technologies - по измерениям на L-метре индуктивность витка в разы больше, чем на попадавшихся мне трубках с кабелей аналогичных размеров (15мм диаметр, 40мм длина). Думаю, в применении подобном Вашему они оказались бы эффективны.

---------- Добавлено в 17:41 ---------- Предыдущее сообщение в 17:35 ----------

Пофантазировал: Как вариант, можно прикинуть разводку, когда на модуль идут не одна пара сигнала + и -, а две: прямой-земля и инверсный-земля. С выходов так же, по две пары с модуля - прямой-земля и инверсный-земля. Входные земли объединяются на соединении с предусилителем, а выходные - у выходных клемм. Так услители могу быть лучше отвязаны друг от друга за счёт наличия своей земли для каждого входа и выхода, в то же время оставаясь дифференциальными для НЧ.

[forever_student]

...Как я понимаю, приходит входной сигнал - это одно. Приходит питание - другое. Уходит выход - третье...

При проверке вход сидел на земле. Выход - хх. Когда витыми парами возбуд был убран, подключил нагрузку 8 Ом (2*5ГДШ-4) и подал сигнал

...даже если питание и выход разведены витыми парами, хотя бы на оммическом сопротивлении проводов под токам выхода и питания будет падение напряжения...

Да, витыми парами. Я думаю, этими падениями можно пренебречь - амплитуда тока на каждом выходе не более 200 мА (при сечении проводника 0,5мм*мм) при 20Вт/4Ом, на каждом питании на 40мА больше, а ещё есть стабилизатор, который все эти падения (по питанию) убирает напрочь, ну и про 2200 мкФ практически на ногах питания AD815 не забываем.

...Кроме того, для исключения затекания наводок от потреблённого питания на выходную землю...

Одна из прелестей моста - сколько-нибудь значительные токи по земле не текут, соответственно и наводок от них...
А выходной земли нету

Земля разведена звездой: от мекки до каждого модуля и от мекки до парафазного формирователя. Земля от входного разьёма подключена к земле парафазного формирователя.

[Nikolay_Po]

При проверке вход сидел на земле. Выход - хх. Когда витыми парами возбуд был убран, подключил нагрузку 8 Ом (2*5ГДШ-4) и подал сигнал

До витых пар были не витые? Шина из двух проводников, от которой питание шло "лапшой" к модулям? Или как? Хочу уяснить для себя разницу.

Да, витыми парами. Я думаю, этими падениями можно пренебречь - амплитуда тока на каждом выходе не более 200 мА (при сечении проводника 0,5мм*мм) при 20Вт/4Ом, на каждом питании на 40мА больше, а ещё есть стабилизатор, который все эти падения (по питанию) убирает напрочь...

На десятках МГц, где (предположительно) возбуждение, уже не так. Индуктивность проводов заметная и сопротивление из-за скин-эффекта тоже заметно больше. Паразитные параметры разводки на ВЧ, при ещё большом усилении микросхем, могли привести к возбуждению.

...ну и про 2200 мкФ практически на ногах питания AD815 не забываем.

Ёмкости "на ногах" обеспечивают лишь подавление дифференциальной помехи между провдониками питания. Синфазные помехи (напряжение помехи на земле модуля относительно земляной мекки и относительно других модулей) они не подавляют.
Как только обнаруживается несимметричность (вопрос: на единицах-десятках МГц как хорошо совпадает фаза усиления между половинками модуля?) получаем и саму синфазную помеху, и чувствительность к ней - к наводке на землю модуля. С этой точки зрения я считаю весьма желательным преградить путь синфазным помехам между модулями (на выходе) и по питанию при помощи синфазных дросселей (трубок на проводах).

Одна из прелестей моста - сколько-нибудь значительные токи по земле не текут, соответственно и наводок от них...

Это если не выходить при рассмотрении на частоты, на которых у Вас возникло возбуждение. Выше я предположил, что разница между ФЧХ усилителей в модуле может приводить к появлению синфазных токов, а значит, и вероятных токов по земле. Так же на высоких частотах ухудшается симметричность витых пар от выходов модулей.

А выходной земли нету

А не исключено, что могла бы помочь. На неё могли бы замкнуться токи помех между модулями. Без выходной земли эти токи путешествуют между выходами усилителей. Может получиться, что выход одного усилителя, из-за взаимных наводок, может представлять для другого отрицательное сопротивление. Возникают условия для генерации.

В общем, синфазные помехи на ВЧ, где усиление ещё есть, а симметричность уже обеспечивается плохо, нужно блокировать целенаправленно и осознанно. Такое у меня мнение касательно Вашей идеи.

[forever_student]

До витых пар были не витые? Шина из двух проводников, от которой питание шло "лапшой" к модулям? Или как? Хочу уяснить для себя разницу...

Сначала была шина сечением 2,5 мм*мм, от неё отводы сечением 0,5мм*мм примерно 1 см длиной на питание модулей.
Потом не свитые отдельные проводники сечением 0,5 мм*мм
В итоге - свитые проводники сечением 0,5 мм*мм

...Как только обнаруживается несимметричность ...

Откуда возьмётся несимметричность? Мы же не радиочастоты усиливаем?

...вопрос: на единицах-десятках МГц как хорошо совпадает фаза усиления между половинками модуля?...

Половинки модуля - это половинки одного кристалла.

...Без выходной земли эти токи путешествуют между выходами усилителей...

Как Вы себе представляете выходную землю у моста?

...В общем, синфазные помехи на ВЧ, где усиление ещё есть, а симметричность уже обеспечивается плохо, нужно блокировать целенаправленно и осознанно. Такое у меня мнение касательно Вашей идеи.

Спасибо. Соберу канал полностью - там и посмотрю, с чем бороться и что
блокировать.

[Nikolay_Po]

Сначала была шина сечением 2,5 мм*мм, от неё отводы сечением 0,5мм*мм примерно 1 см длиной на питание модулей.
Потом не свитые отдельные проводники сечением 0,5 мм*мм
В итоге - свитые проводники сечением 0,5 мм*мм

Понятно, спасибо. То есть, теперь на питание каждого модуля теперь идёт по две пары от БП - одна жила каждой пары это земля с мекки, другая - выход БП. При этом конструктивно мекка одновременно является и землёй БП. Наверное так.

Откуда возьмётся несимметричность? Мы же не радиочастоты усиливаем?

Не путайте то, что вы хотите усилить с тем, что может усилить модуль. Если не принимать специальных мер, вроде фильтрации входа и индуктивности на выходе, радиочастоты будут усиливаться. А на счёт несимметричности - было бы здорово, если бы на радиочастотах идеальная симметричность обеспечивалась автоматически. Обратите внимание, интерфейсы с симметричными сигналами либо имеют гальваническую развязку (в 100BaseTX - трансформатор), либо синфазные дроссели (ферритовые трубки на LVDS и т.п.)

Половинки модуля - это половинки одного кристалла.

Ничего не мешает им немножко отличаться. А это немножко, помноженное на коэффициент усиления, может оказаться опасным.

Как Вы себе представляете выходную землю у моста?

Вы не вникли в идею. Представьте себе контактный лепесток на изолированной стоечке промеж клемм выхода. На него и заводятся земли выходов каждой половинки моста каждого модуля канала. У каждой половинки моста своя витая пара - земля перевитая с выходом, при этом выходы - на клеммы УМ, а земли никуда не выходят, остаются на лепестке соединёнными между собой. В принципе, по итогам тестов на ЭМС, земляные лепестки можно попробовать глухо заземлить на корпус.
Синфазные помехи между модулями буду замкнуты не через выходы операционников, а через специально выделенную на лепестке землю. При этом за счёт повива пар, на самых ВЧ витые пары будут работать как трансформатор, вычитая синфазную помеху между модулями из выходного напряжения модуля, то есть, нейтрализуют помеху для выходного тока каждого ОУ. Этому помогут ферритовые трубочки.

[forever_student]

...То есть, теперь на питание каждого модуля теперь идёт по две пары от БП - одна жила каждой пары это земля с мекки, другая - выход БП. При этом конструктивно мекка одновременно является и землёй БП. Наверное так...

Нет, не так. На питание каждого модуля идёт витая пара + и - питания. Рядом с ними - земля от мекки (т.е. они одним жгутом). Мекка - это земля БП (на фото в первом посте она показана)
Насколько я понимаю, в сильноточных цепях главное не наловить помех, а не излучать их. Поэтому свиты + и - питания - токи там одинаковы по значению и противонаправлены. Тоже самое для выходных проводников.

...Если не принимать специальных мер, вроде фильтрации входа и индуктивности на выходе...

ФНЧ на входе парафазного формирователя есть.
Насчёт индуктивности на выходе - вопрос открыт до полной сборки и проверки одного канала.

...Ничего не мешает им немножко отличаться...

Две половинки одного кристалла сколько-нибудь значимо отличаются?
Ну, тогда к AD претензии предъявлять буду

...А это немножко, помноженное на коэффициент усиления, может оказаться опасным...

Коэффициент усиления модуля всего +6

...Вы не вникли в идею...

См. 2-ю половину 1-го абзаца этого поста.

[Prophetmaster]

Если не принимать специальных мер, вроде фильтрации входа и индуктивности на выходе, радиочастоты будут усиливаться.

В моем усилителе нет входного фильтра, нет Цобеля, не коррекции. Только катушку на выходе оставил, установленную параллельно резистору 12 Ом. Никаких радиочастот в каналах нет, ни с открытым входом, ни с подключенным источником и кабелем. У меня есть чем посмотреть в диапазоне до 4 ГГц (спектроанализатор).

[Romanoff]

Поэтому свиты + и - питания - токи там одинаковы по значению и противонаправлены.

Это если ВК никогда не выходит из класса А, и вообще потребление по шинам идеально симметричное. В природе, мне кажется, такое не встречается. Я недавно спрашивал на эту тему здесь, видел?

[forever_student]

Это если ВК никогда не выходит из класса А, и вообще потребление по шинам идеально симметричное. В природе, мне кажется, такое не встречается...

Встречается. Почти идеально симметричное. В мосте

[Nikolay_Po]

forever_student, я Вас понимаю. Вы стремитесь построить полностью дифференциальную схему "по учебнику". Не вижу в этом ничего плохого, кроме некоторой зашоренности, что ли (впрочем, как автор конструкции и ветки имеете право). Вы разобрались с механизмом как конкретно возникало возбуждение в первоначальном варианте? Положим, разводка платы у Вас хороша - компактна, содержит необходимые блокировки. А возбуждение, всё же, возникло. Значит, дело в разводке. Я пытаюсь донести до Вас ещё один подход к разводке Вашего усилителя. Romanoff не зря усомнился в оптимальности разводки питания. Это один из вопросов, требующий проработки применительно именно к Вашей конструкции.

По моим наблюдениям, при переходе с малых токов и больших сопротивлений на большие токи и малые сопротивления, становится сложнее обеспечить симметрию. Асимметрия индуктивности проводников, составляющих дифференциальную пару, оставаясь прежней в абсолютном выражении, становится большей относительно нагрузки при снижении импеданса последней.
Обратите внимание на примеры схем с трансформаторами в паспорте микросхемы. Они приведены неспроста. Обычно цепь с малым током (с большими сопротивлениями (больше ~300 Ом, например, вход), может быть выполнена дифференциальной без трансформаторов, так как на больших сопротивлениях обеспечить достаточную симметрию несложно. Если же цепь с низким сопротивлением (меньше ~300Ом), то она либо симметричная и содержит трансформатор, либо без трансформатора, но асимметричная (нагрузка - коаксиальный кабель).
В усилителе высоких частот достаточно поставить трансформаторы, которые обеспечивают хорошее подавление синфазных помех даже при наличии асимметрии. У Вас усилитель низкой частоты. Применять трансформаторы не получится исходя из ТЗ. При этом асимметрия на частотах порядка десятков-сотни МГц обязательно будет, как внесённая самим чипом (см. рисунок 30 из паспорта), так и обусловленная разводкой.
Вы до сих пор утверждаете, что Ваша конструкция полностью симметрична? До 120МГц?

Исходя из соображений выше, предлагаю делать схему нечувствительной к асимметрии на ВЧ. Просто асимметричной. При этом ничего не мешает оставить схему симметричной на НЧ. Принципиальная схема, как Вы её изобразили, не изменяется.
Предлагаю подводить питание двумя парами: плюс-земля и минус-земля. Выходы и входы тоже по две пары - сигнальный и земляной проводник в паре. Таким образом каждый ОУ в модуле будет переведён в асимметричное включение. Это снимет вопросы с нежелательными перекрёстынми связями половинок модуля на ВЧ и уменьшит сопротивление цепи синфазной помехи между модулями. При этом НЧ сигналы будут проходить и усиливаться дифференциально, хотя и в разных парах. Если провести обе пары входа вместе и обе пары выхода вместе, то НЧ сигнал продолжит усиливаться в противофазе и дифференциально. Качество работы на НЧ и устойчивость к синфазным помехам не должны заметно ухудшиться.
Оставлю в силе совет вешать по ферритовой трубке на выходы и на входы (на что-то одно из трёх, например, на питание, трубки можно не вешать).

Прошу прощения за большое сообщение. На истину не претендую.

---------- Добавлено в 02:06 ---------- Предыдущее сообщение в 01:42 ----------

В моем усилителе нет входного фильтра, нет Цобеля, не коррекции. Только катушку на выходе оставил, установленную параллельно резистору 12 Ом. Никаких радиочастот в каналах нет, ни с открытым входом, ни с подключенным источником и кабелем.

Разве усилитель не усилит ВЧ, если ВЧ подать на вход? У Вас другой конструктив, нет предпосылок для возникновения синфазных помех и начала "перетягивания каната" между буферами. А у TS была проблема.

Полагаю, из-за синфазной помехи модули начали конфликтовать друг с другом. Один модуль обоими выходами в фазе "боролся" с другим. Усиливая синфазную помеху, каждый модуль брал от своей цепей питания синфазный ток. При этом токи в земляных цепях у двух модулей получались противофазными. На сопротивлениях земляных цепей модулей, под действием разнонаправленных токов, создавалась разность потенциалов, представляющая для каждого модуля опять-таки синфазную помеху. Возникали условия для генерации - синфазная помеха порождала синфазную помеху. Почти уверен, что когда возникла генерация, выходы одного модуля работали синфазно.

Выходит, что даже при полной симметрии, условия для генерации всё же возможны. Поэтому синфазную помеху нужно обязательно подавлять, разрывать её цепи, нейтрализовывать синфазными дросселями.

[Prophetmaster]

Offтопик:

Разве усилитель не усилит ВЧ, если ВЧ подать на вход?

Я не пробовал, но должен пропустить даже видеосигнал, по идее. Только зачем подавать на него ВЧ? В реальной аудиосистеме, как я уже написал выше, никаких радиочастот на вход УМЗЧ не подается. Случаи с криво разведенной землей и импульсными блоками питания УМ (с высокой частотой преобразования), не рассматриваю.

А у TS была проблема.

Была, но она решаемая, путем изменения разводки проводников питания и земли.

[Nikolay_Po]

Offтопик:

Я не пробовал, но должен пропустить даже видеосигнал, по идее. Только зачем подавать на него ВЧ? В реальной аудиосистеме, как я уже написал выше, никаких радиочастот на вход УМЗЧ не подается. Случаи с криво разведенной землей и импульсными блоками питания УМ (с высокой частотой преобразования), не рассматриваю.

Я говорю об усилении модулями высокой частоты не как полезного сигнала, а как наводки, возникающей на неоптимальной разводке без принятия мер к подавлению. Рассматриваю как рас случай с "криво" разведённой землёй, и не только землёй, а питанием и выходами.

Была, но она решаемая, путем изменения разводки проводников питания и земли.

Ну так я как раз и предложил радикально изменить разводку и питания, и земли, и выхода - чтобы уменьшить наводку на землю и уменьшить восприимчивость модулей к этой наводке.
Перечитав сообщения и переосмыслив, я прихожу к выводу, что причина возбуждения при первой попытке включения параллельных модулей не в асимметрии (на чём я настаивал выше), а в чисто синфазной помехе, которая точно так же могла бы усиливаться и в идеально симметричной конструкции. Было ошибкой надеяться, что симметрия решит все вопросы конструктива. Кроме симметрии, нужно обязательно обеспечить подавление синфазной помехи.

[forever_student]

...Вы разобрались с механизмом как конкретно возникало возбуждение в первоначальном варианте?...

Нет, не разобрался. Разобраться теперь буду только после сборки одного канала полностью.

По моим наблюдениям, при переходе с малых токов и больших сопротивлений на большие токи и малые сопротивления, становится сложнее обеспечить симметрию. Асимметрия индуктивности проводников, составляющих дифференциальную пару, оставаясь прежней в абсолютном выражении, становится большей относительно нагрузки при снижении импеданса последней...

...Полагаю, из-за синфазной помехи модули начали конфликтовать друг с другом. Один модуль обоими выходами в фазе "боролся" с другим. Усиливая синфазную помеху, каждый модуль брал от своей цепей питания синфазный ток. При этом токи в земляных цепях у двух модулей получались противофазными. На сопротивлениях земляных цепей модулей, под действием разнонаправленных токов, создавалась разность потенциалов, представляющая для каждого модуля опять-таки синфазную помеху. Возникали условия для генерации - синфазная помеха порождала синфазную помеху. Почти уверен, что когда возникла генерация, выходы одного модуля работали синфазно...

Ещё раз:
1. Генерация возникла при отсутствии нагрузки.
2. Если бы модули работали не синфазно (или половинки одного модуля не работали бы противофазно), тогда во-первых тут же бы погорели выходные резисторы 1 Ом, во-вторых не было бы на выходе амплитуды примерно от - до + питания.

...
При этом асимметрия на частотах порядка десятков-сотни МГц обязательно будет, как внесённая самим чипом (см. рисунок 30 из паспорта)...

Вы какой паспорт имеете в виду? В том Datasheet*е, что выложен с этой ветке, такого не увидел.

...Прошу прощения за большое сообщение. На истину не претендую...

Извиняться не за что.
Чем больше мнений, тем ближе истина

[Nikolay_Po]

Ещё раз:
1. Генерация возникла при отсутствии нагрузки.

Выходы ОУ работали друг на друга как на нагрузку. При отсутствии нагрузки совсем и возбуждение врядли возникло.

2. Если бы модули работали не синфазно (или половинки одного модуля не работали бы противофазно), тогда во-первых тут же бы погорели выходные резисторы 1 Ом, во-вторых не было бы на выходе амплитуды примерно от - до + питания.

А если предположить, что на частоте генерации импеданс земли был значительно больше 1 Ом? Например, паразитная индуктивность земляной петли через мекку. Есть RLC-метр с разрешением до сотен нГн или лучше? Прикинуть индуктивность на частоте в 40-60мГц...

Вы какой паспорт имеете в виду? В том Datasheet*е, что выложен с этой ветке, такого не увидел.

В Вашем паспорте "Figure 27. –3 dB Bandwidth vs. Frequency, G = +1". При большем усилении разница между половинками больше.

[forever_student]

...А если предположить, что на частоте генерации импеданс земли был значительно больше 1 Ом?...

А причём здесь импеданс земли?
Нагрузка к земле не подключена:
+питания
верхнее плечо одного модуля
1 Ом
1 Ом
нижнее плечо другого модуля
-питания.

...В Вашем паспорте "Figure 27. –3 dB Bandwidth vs. Frequency, G = +1"...

Что-то я сомневаюсь, что SideA и SideB обозначают половинки кристалла...

[Nikolay_Po]

А причём здесь импеданс земли?
Нагрузка к земле не подключена:
+питания
верхнее плечо одного модуля
1 Ом
1 Ом
нижнее плечо другого модуля
-питания.

Принимается. Почти убедили (без сарказма). Но земля тоже может вносить вклад. И плюс питания на одном модуле, и минус питания на другом по ВЧ "сидят на земле". Где меньше импеданс - туда преимущественно ток и пойдёт. Как я понимаю, между точками подключения питания модулей импеданс был меньше, чем у земли от модуля до мекки и обратно к другому модулю. Что ж, если импеданс по шине питания между модулями был мал, при возбуждении генерации синфазной помехой резисторы бы сгорели. Значит, вариант с синфазной помехой отметаем.

Что-то я сомневаюсь, что SideA и SideB обозначают половинки кристалла...

Мне и в голову не пришло, что же тогда ещё кроме половинок кристалла. Помните компакт-кассеты?

[forever_student]

...Мне и в голову не пришло, что же тогда ещё кроме половинок кристалла. Помните компакт-кассеты?

Пока не могу сказать, что это.
Но выше, где цоколёвка - половинки обозначены IN1 (OUT1) и IN2 (OUT2).
Ниже, где осциллограммы, выходы также обозначены OUT1 и OUT2.

[Nikolay_Po]

Пока не могу сказать, что это.
Но выше, где цоколёвка - половинки обозначены IN1 (OUT1) и IN2 (OUT2).
Ниже, где осциллограммы, выходы также обозначены OUT1 и OUT2.

Они могли приводить пример расхождения АЧХ безотносительно конкретых пинов, просто "условная сторона А" и "условная сторона Б", чтобы разработчик потом не предьявил претенций вроде: "Вы же показывали, что у ОУ 1 усиление выше на XX МГц, чем у ОУ 2, почему у меня наоборот"? Поэтому и подписали А/Б. Чтобы нельзя было привязать к ОУ1 и ОУ2. Ну и потом, какие у Вас есть версии значений Side A и Side B?

[forever_student]

Дело дошло до корпуса. А точнее, до тыловой панели.
Выходы на АС размещены по краям. Входы - по середине, рядом друг с другом.
Вопрос: где разместить сетевой разъём?
У одного из краёв, или по середине (входные разъёмы сместить вверх, а сетевой - вниз)?