Интегратор накачки

[bukvarev]

Предпосылка №1.
Недавно ремонтировал свой Г3-112 (использую его наряду с современными приборами как обзорный ген), и заодно почитал описание, посмотрел схему.
Вот ее фрагмент:

Транзистор V25 на НЧ работает по схеме с общим эмиттером, а на ВЧ - с общей базой.
Как видите, технология достаточно старая и хорошо известная. Это позволяет расширить полосу и одновременно "накачать" усиления на НЧ.

Предпосылка №2.
Схема УН, имеющая структуру "ОБ-ОБ" имеет не только хорошие частотные свойства, но и прекрасный параметр "PSRR".
PSRR пропорционален произведению девиации сигнального тока на выходное сопротивление раскачивающего транзистора.
А в структуре "ОБ-ОБ" при всей ее простоте, обе эти величины имеют высокое значение (при условии надежно заземленных по переменному току базах транзисторов).
Лучшего PSRR можно попытаться добиться, используя дифференциальный токовый конвейер, что для УМЗЧ, имхо, избыточно.
Если в выходном транзисторе УН допускать усиление то току, то PSRR будет ухудшаться как минимум на величину этого усиления. Если же в базе раскачивающего транзистора будет сколь значительный импеданс, то это приведет к снижению выходного сопротивления каскада и ухудшению PSRR.
Хороший PSRR очень желателен для схем, в которых нет раздельного питания УН и ВК, а также в принципе для повышения качества усилителя.

С учетом вышеизложеного, а также по результатам работы с ВЧ усилителем (по основной работе), появилась мысль, возможно, сделать открытый проект простого усилителя, использующего "накачку".
"Накачку", "электронный дроссель", "канал обхода" и т.д. Все эти термины здесь фактически обозначают одно и то же.

Ниже приведены две структуры, поясняющие принцип.

В первой схеме (самой широкополосной из того, что можно сделать), A1 - буфер или выход "сильнотокового" современного ОУ с выходным каскадом типа "параллельник". На Q1 и R2 выполнен каскад сдвига уровня "ОБ". Интегратор на U1 формирует повышенное усиление по напряжению на частотах ниже единичной. На НЧ это добавочное усиление приводит к уменьшению дифференциального сопротивления R2 (вместе с внутренним сопротивлением эмиттера Q1). При добавочном усилении в 40-70 дБ транзистор превращается практически в идеальный, с "нулевым" сопротивлением в цепи эмиттера. При этом, на ВЧ схема имеет хорошую исходную динамическую линейность, а интегратор не ухудшает "конструктивную" помехоустойчивость, потому что его коэффициент усиления монотонно спадает с ростом частоты без ограничения, и в базе Q1 все чисто. Также схема имеет хороший PSRR из-за того, что база Q1 виртуально заземлена.

Вторая схема требует в позиции Q2 СВЧ транзистор и менее удобная по конструктивной реализации. Но тоже работоспособна, и может быть выполнена в симметричном варианте.

Это - не единственный вариант реализации "накачки". Но в данном топике я не хотел затрагивать "бескомпромиссные" топовые варианты.

Операционники - это хорошо, но настоящий любитель все делает на дискрете . Конечно, это - шутка. Но я попробовал сделать что-то совсем простенькое на транзисторах, однотактное.
Специально даже не стал ставить никаких источников тока.
Такой вот несложный макет:

По такой схеме:

Схема реализована на последовательном ДК Q2 Q3 с цепью компенсации выходных индуктивностей R8С3. Интегратор выполнен на Q4 Q5. Q5 я поставил, чтобы в широкой полосе "заземлить" базу Q3.
Частота единичного усиления интегратора - 4,5 МГц и легко перестраивается конденсатором C2.
УН эквивалентно нагружен на сопротивление 100 кОм и конденсатор 10 пФ. "Конструктивная" емкость от выходе УН на "общий" - порядка 15 пФ.
Полоса полной мощности при указанных номиналах и режимах - около 550 КГц, что имхо, для любительского УМЗЧ хорошо и может сохранить жизнь не одному выходному транзистору.
Вот какая получилась АФЧХ:

Видно, что усиление на 20 КГц составляет величину около 90 дБ, частота единичного усиления схемы - 10 МГц при фазе -105 град.

Такой УН может быть составной частью простого УМЗЧ с одним ОУ на входе (или дискретной схемкой на входе) и хорошими параметрами.
Если это найдет отклик - хорошо. Нет - тоже неплохо, поскольку основное направление целесообразного приложения времени и сил - класс D. Такой уж он, технический прогресс

[shura1959]

в качестве любительской имхо лучше делать схему, "прощающую" недочеты конструктива.

Золотые слова, не раз подтверждённые практикой.))))

[fakel]

В тему https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=34357 на рис https://forum.vegalab.ru/attachment....4&d=1267456534 обрати внимание на С1 С2

А чтоб вытекало ровно то, что надо, нужно просто вернуть в цепь коллектора ток, который вытек из базы. Тогда все что втекло в эмиттер, вытечет из коллектора.

А вот в куда его возвращать - в этом и вся фишечка. В коллектор напрямую - нельзя, потому что Миллер (возвращающий транзистор не идеален), поэтому - только в эмиттер, там сопротивление ниже и Миллер не страшен

Имеется ввиду схема, в которой для сдвига уровня в каждом плече стоит два транзистора, у каждого из которых база витруально заземлена (или подключена к низкоимпедансному источнику сигнала), а сигнальные токи коллекторов - противофазные. Наверху эти токи вычитаются токовым зеркалом, и разность подается в эмиттер выходного транзистора УН, включенного по схеме с ОБ.

Пжалста! https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=18040

Еще одно подзабытое техническое решение, расширяющее полосу ДК - нейтрализация - с коллекторов на базы ДК перекрестно включаются конденсаторы емкостью, равной Скб или близкой к ней. В эпоху ламп широко использовалось для усиления 6Н8С на УКВ

[Rayden]

Видел подобное в теме усилителя Сталкер. https://forum.vegalab.ru/attachment....2&d=1509345158

[audiomun]

В тему обрати внимание на С1 С2
Пжалста!

Для понимающих - осталось всё это упростить, до однотакта ...

[bukvarev]

Видел подобное в теме усилителя Сталкер.

Да, это фрагмент схемы "Сталкер-II". "Накачка" во входном ДК. Про усилитель "Veles" Владимира, где тоже похожее решение, я здесь уже упоминал. А из "Сталкеров" у меня была только схема первого аппарата.

Имхо, во входном каскаде должен быть только один единственный ДК, и лучше, если он будет в составе микросхемы.

Более уместным/полезным, на мой взгляд, является использование параллельного канала в составе УН. Усилителю с коэффициентом усиления в УН 80..100 дБ на вход достаточно одного ОУ, который с запасом обеспечит желаемое усиление, и будет работать в режиме малого сигнала как по входу, так и по выходу.

[audiomun]

Евгений, навскидку - токи транзисторов Q3 и Q8 отличаются в 2,75 раза, с какой целью, ведь тогда нарушается симметрия выходного тока ...?

[bukvarev]

Евгений, навскидку - токи транзисторов Q3 и Q8 отличаются в 2,75 раза, с какой целью, ведь тогда нарушается симметрия выходного тока ...?

Да, там токи порядка 6,5 мА и 20 мА.
На макете я так сделал, чтобы дать побольше тока выходным транзисторам УН. Максимальная девиация тока в любом случае значительно меньше (правда, в зависимости от типа ВК) - порядка +- 2 мА. А это - 10% от рабочего тока выходных транзисторов.

Так как проект абсолютно открытый, то любые предложения только приветствуются.

[Dieselboy]

На макете я так сделал, чтобы дать побольше тока выходным транзисторам УН. Максимальная девиация тока в любом случае значительно меньше (правда, в зависимости от типа ВК) - порядка +- 2 мА. А это - 10% от рабочего тока выходных транзисторов.

Есть ли зависимость скорости работы транзистора УН от тока покоя (про линейность понятно - есть) или влияет только переменная составляющая, да и то, только в схемах с усилением тока (ОЭ, ОК+ОБ)?

Что скажете на счёт каскодного включения однотипных транзисторов, т.е. ОБ+ОБ? Предпосылка, что во всяких симметрирующе-вычитающих схемах помех из шин питания или скользких решений возврата-компенасции, то помехи эти могут быть асимметричными, а сами плечи вычитания должны быть как можно больше согласованными иначе пшик. А при каскодном включении, вроде как, всё желез но просиходит - есть Rк, да ещё и возведённое в квадрат - помехам сложней пролазить из шинок на выход симметричного УН.

p.s. Виктор Корсаков упомянул Ларсена, никак не могу найти, чего он такого изобрёл?

p2s У вас на схеме очень плохо видно точки (узлы), Микрокап не хотите попробовать?

[bukvarev]

Еще одно подзабытое техническое решение, расширяющее полосу ДК - нейтрализация - с коллекторов на базы ДК перекрестно включаются конденсаторы емкостью, равной Скб или близкой к ней.

Да. Также есть решение охвата ПОС дополнительным каскадом, которое продвигает Прокопенко:

Также можно попробовать охватить местной ООС по ВЧ в базу транзистора ОБ, что позволит виртуально снизить сопротивление базы.
Все это я пробовал в той или иной мере. Да, все это работает. Но в результате сделал вывод, что нет смысла "огород городить", и поставил один транзистор .

Есть ли зависимость скорости работы транзистора УН от тока покоя

Да, и весьма заметная. Только лучше сказать не "скорости", а частотные свойства каскада, вносимый им фазовый сдвиг. Это связано с зависимостью fa от тока коллектора.
У меня есть печальный опыт поиска транзисторов для каскада сдвига уровня. Почему "печальный" - поясню позже.
Однажды для одного аппарата планировал схему с ДК (путь сигнала - ОК-ОБ с заземленной базой), транзисторы BC846B в котором работают при токе 2 мА. Столкнулся с тем, что этот каскад, будучи нагружен всего на 200 Ом, вносил большой фазовый сдвиг. Причиной тому оказалось огромное объемное сопротивление базы (порядка 450 Ом). Я не поверил глазам, посмотрел модель от производителя (ONS). А в модели было значение несколько Ом. Тогда я взял транзисторы с меньшим бетта (BC846А). Результат практически тот же. Тогда взял отличные малошумящие 2CS3324. Стало чуть лучше. Тогда я взял MMBT5551 с действительно малым сопротивлением базы. Стало несравненно лучше. Но эти транзисторы при токе 2 мА тупые, поэтому после замены их на DXT5551 и подкидывании тока до 7 мА, "фаза раскрылась".
Далее я посмотрел, что первый каскад (ЭП) из ДК вносит сравнимый со вторым фазовый сдвиг, который толком не компенсируется форсирующей цепью. После чего принял решение поставить LMH6559, и сделать сдвиг уровня на одном транзисторе, включенном по схеме ОБ. Такая сборка дает фазовый сдвиг на 100 МГц около 70 градусов.
Потом я поменял тип транзистора, перебрав около десятка выпускаемых приборов, а также тех, что были в наличии, и добрался до фазового сдвига порядка 50 градусов.

Из этого опыта, а также проконсультировавшись с Игоревичем, я сделал для себя пару простых выводов:
1. Современные транзисторы искусственно "загрублены", и элементная база сжимается на глазах. В качестве примера посмотрите, что Toshiba в качестве перспективных продвигает свою версию BC8XX и 3904/3906. А это говорит о многом.

2. В простой УМЗЧ нужно ставить только один транзистор на сдвиг уровня (по одному в каждое плечо, если симметричная схема).

Из последнего логичным становится ответ на Ваш вопрос про каскадное включение транзисторов. По большому счету это - просто потеря фазы и ненужное усложнение схемы.

Интересным является также опыт по сравнению NPN и PNP транзисторов в каскадах сдвига уровня. А опыт говорит о том, что 5551 выигрывает у 5401 около 20 градусов фазы на 100 МГц.
А вот в выходном каскаде УН, PNP транзистор сильно хуже. Особенно, если это - каскад ОЭ или его разновидностей. Например, на частоте 1 МГц ток базы KSA1220 вдвое (!) превышает ток базы KSC2690 при сравнимом бетта на НЧ.
Даже с точки зрения "модной" нынче технологии "глубокой ОООС", те 6 дБ, достигаемые за счет удвоения числа транзисторов, имеет смысл реализовывать только для ВЧ усилителей или УМЗЧ "верхней группы сложности". ИМХО.

Поэтому, лучше всего сделать простую структуру, несимметричную, с NPN транзистором в качестве выходного УН.

[SAPR]

bukvarev, хорошая идея.
У меня есть рабочий усилитель (верхняя схема, упрощеная, с ВК на латералах). Интегратор накачки приклеивается как родной (нижняя схема).
Результат в симуляторе (красным - исходная схема, синим - с интегратором). Нужно будет в железе сделать.

[bukvarev]

Нужно будет в железе сделать.

---------- Сообщение добавлено 13:36 ---------- Предыдущее сообщение было 13:30 ----------

Приведу вариант использования структурной схемы в симметричном варианте (ВЧ усилитель АК БАРС):

Структура этого усилителя - с инвертирующим выходным каскадом УН.
Местная ООС заводится в эмиттеры выходных транзисторов УН с помощью трансформаторов тока, а основной канал выполнен с использованием BISS транзисторов.
Дополнительная ООС с выхода ЭП ВК - через конденсаторы С2 и С3.
Глубина ОООС на 1 МГц - порядка 60 дБ, интермоды 1000 1004 кГц при выходной мощности 100 Вт - лучше -80 дБ.
Без "накачки" я бы тот проект замучался пилить

[SAPR]

Еще:
1. Исходный усилитель перекорректировать не надо (выход интегратора на вч та же земля).
2. На пару порядков уменьшилось напряжение смещения на выходе.

[.Васильев]

интегратор ныне стал моден. Но у интеграторов есть одна особенность. Отличный клип ,шикарный на низших частотах и выброс при ограничении на частотах выше 1кгц.Про это чет молчок .
А так все нормально

[bukvarev]

интегратор ныне стал моден. Но у интеграторов есть одна особенность. Отличный клип ,шикарный на низших частотах и выброс при ограничении на частотах выше 1кгц.Про это чет молчок .

Нет, не молчок.
Я планировал написать развернуто про концепцию использования интеграторов в усилителе. Может, и созрею.
Даже тему первоначально хотел назвать "Интеграл". Может, и переименую ))).
Речь идет о структуре двух последовательно соединенных интеграторов, охваченных цепью по опережению в широкой полосе.
Если посмотреть на инвертирующий УН с "накачкой", то можно увидеть, что это как раз подобная структура.
Такая структура имеет усиление 40 дБ/декаду под петлей и устойчива к любым потерям усиления под петлей, включая клип.
А главное - ее не нужно обвешивать всякими ППК и конденсаторами "на массу", бесполезно теряя усиление.
Правило: "все, что не можешь съесть - используй для повышения линейности на ВЧ". И это правило придумал не я.

[.Васильев]

Offтопик:

2. На пару порядков уменьшилось напряжение смещения на выходе.

это и я в своих изысканиях на тему лмк отметил.Отличная сбалансированность оу по постоянному току. а сочетание повторителя с общим эмиттером и каскадами на общей базе весьма линейно и обладает большим усилением . И нагружая такой ун в высокоомной точке можно управлять спектром регулируя преобладание четных или нечетных гармоник.

[fakel]

а сочетание повторителя с общим эмиттером и каскадами на общей базе весьма линейно и обладает большим усилением .

это еще Сагги проталкивал

[bukvarev]

Немного продолжу "схемотехнический стриптиз".
Это касается вопроса про "правильную" широкополосную коррекцию по опережению первого порядка (ТОСник на входе УН) и "два интегратора".

У такой схемы поведение первого порядка, "готовое" для любого коэффициента усиления, очень глубокое внутрипетлевое.
Опер U1 "CFB" - какое-нибудь старье типа AD811 или по вкусу, няшка типа AD844, и т.д.
К точке с надписью "вход" можно подключить источник сигнала, а можно - масштабный инвертирующий усилитель (для настоящих ценителей высокой линейности). Поэтому резисторы основной ОООС не показаны.

В общем, если он выглядит, как интегратор, работает, как интегратор, значит, это он и есть

[audiomun]

Поэтому, лучше всего сделать простую структуру, несимметричную, с NPN транзистором в качестве выходного УН.

На мой взгляд, при правильном выборе транзисторов - с низким значением Cob - это несущественно, какой они - PNP или NPN - проводимости ...

[bukvarev]

Offтопик:

На мой взгляд, при правильном выборе транзисторов - с низким значением Cob - это несущественно, какой они - PNP или NPN - проводимости ...

Все так. Но разговор о том, что многие модели снимают/сняли с производства, а то, что выпускают - "улучшают" для удешевления. Даже KSE340/350 ONS в статусе "Last shipments" (и MJE340/350 ST, похоже, сворачивает). Остаются KSA1381_KSC3503, KSA1220_KSC2690 и приборы серии 1503х производства ONS.
Но даже заказать оригинальные KSA1381_KSC3503 производства ONS бывает непросто - последний раз была мин. партия 200 шт каждого.
Соответственно, в основном то, что народ использует под видом 1381/3503 - левак, либо настоящая удача.
Кстати, КТ9115 и КТ940 оказались вполне неплохие, а вот с КТ969 мне не повезло

Для коммерческих усилителей у меня заныкано по 600 шт 2SA1540_2SC3955

[belka]

Да, нарисовалось. Вещь! Очень устойчиво, вообще без проблем.

Надо сказать, у вас там серьёзная фирма.



зы. Неужели теперь к Букварёву придётся на Вы обращаться?