Усилитель - как источник тока? !!!!

[vladimir_ar]

Схемотехника УМЗЧ известна. И строятся они по схеме источника напряжения. Но ведь динамик - электромагнитная система и для него важна форма тока, а не напряжения!!!! И формула электромагнитной силы F=IW, где I-ток, W-колличество витков. И напряжение не участвует!!! А контролируется напряжение. Парадокс? И боремся с демпфированием, бубнением, призвуками и т.д. Тогда как усилитель-источник тока решает все эти проблемы.

Басы на сабе после применения этой схемы - просто выше всяких похвал. Исчезло бубнение, появилась динамика, четкость. Ваше мнение?

Последний вариант на МОСФЕТАХ:

Работает в данный момент уже немного другая схема. И предполагаемая схема для последующей сборки (вложение в rar, т.к. при сжатии не читаются названия и метки по схеме).
https://forum.vegalab.ru/attachment....1&d=1261858620

И вариант разводки.

Мои текущие АС для ИТУН и их АЧХ.
Желтый / Фиолетовый - АЧХ правой / левой АС (разница на НЧ объясняется тем, что за левой АС дверной проем, за правой - глухой угол.)
Зеленый - АЧХ НЧ в ближнем поле (5 см от диффузора, ЗЯ).

Добавил 3D изображения будущего усилителя.

[vladimir_ar]

Немного размышления, почему выбран ИТУН, и сравнение с традиционной схемотехникой (ИНУН).

Рассмотрим системы на основе ИНУН (Источник Напряжения, Управляемый Напряжением):

- Динамик - электромагнитная система, работа которой описывается законами теории магнитного поля. Движущей силой является изменяемое магнитное поле, образующееся при протекании тока через обмотку динамика, и зависящей исключительно от силы (формы) тока (при других неизменных характеристиках динамика). Соответственно, сохраняя неискаженной форму именно тока, преобразуемого магнитной системой в перемещение диффузора, мы наиболее близко приближаемся к передаче неискаженного звука, что и пыиается быть достигнутым в звукотехнике.
- Рассматривая множество систем с электромагнитным исполнительным механизмом, анализируя промышленные решения (частный пример - управление электродвигателем, електромагнитным тормозом с линеным усилием и т.д) приходим к выводу, что в этих случаях наиболее оптимальное и эффективное решение - управление током, а не напряжением, подаваемым на исполнительный механизм (напряжение рассматривается как источник достижения требуемого тока, но не как цель). Аналогично с динамиком. Традиционная схемотехника усилителей предполагает управление электромагнитной системой динамика напряжением, приравнивая его (динамик) к линейному исполнительному механизму, что далеко не так. Наибольшая ошибка то, что усилитель в данном случае (ИНУН) не является управляющим звеном и абсолютно не способен адекватно управлять нагрузкой. Наблюдаем ситуацию - "я (ИНУН) выдал тебе (динамику) неискаженное напряжение - и делай с ним что хочешь, я же тебе обеспечу требуемый ток" - если позволит блок питания. Получаем первое если...

Теперь спустимся на ступеньку глубже и детальнее рассмотрим, что же такое динамик? В первом приближении - это комплексная нагрузка, включающая в себя активную составляющую (сопротивление обмотки Rw), индуктивную составляющую (индуктивность обмотки Lw) и паразитную емкость катушки (Сw - рассматривать пока не буду, так как не анализировал и не исследовал ее влияние на работу АС). Помимо этого, если Rw - статическая составляющая, не изменяемая в зависимости от воздействия (тока), то индуктивность - переменная составляющая этой системы, в дополнение обладающая еще и реактивным характером. Т.е. может принимать как положительную величину, так и отрицательную. И изменения Lw зависят от положения катушки динамика относительно центра равновесия - при смещении меняется и значение Lw - тем больше, чем больше смещение.

И что мы получаем? Усилитель выдал напряжение - диффузор начал перемещение - сопротивление начало меняться (практически любое смещение от точки равновесия вызывает уменьшение Lw, а следовательно и комплексного сопротивления Rd самого динамика) - ток возрастает, вызывая рост электромагнитной силы и дополнительное смещение, но так до бесконечности не продолжается, поскольку уменьшается магнитная связь между катушкой с током и магнитной системой динамика. Получаем, что усилитель не выполняет свою роль как управляющее звено, позволяя динамику самому распоряжаться полученной энергией, насколько это ему позволено оформлением и его конструктивом. Если снять осциллограммы тока и напряжения при работе ИНУН увидим, что напряжение - неискаженной формы, но ток.... Все что угодно, но только не входной сигнал - утрированно, но искажения видны просто на экране осциллографа, даже не прибегая к анализаторам спектра - а это уже порядка 5-10% и более. И вместо ожидаемых 0,000.... (а по напряжению так и есть!) руально мы получаем... - довольно не веселую картину.
Некоторые скажут, что ИНУН, имея низкое выходное сопротивление (порядка сотых Ома) наоборот не позволяет диффузору динамика совершать паразитные колебания, вызываемые инерционностью механической системы. Теоретически - ДА. Но только теоретически. Практически мы получаем целый огород если и но (провод - его длина, сечение, сопротивление, индуктивность, емкость; качество разъемов и контактных соединений; возможности блока питания).
Все выше изложенное применимо для ИНУН с ООС. Помимо этого существуют решения ИНУН без ОООС, а также ламповая схемотехника с трансформаторным выходом. В этих системах работа усилителя приближена к токовым режимам. ИНУН без ООС собственно является наиболее примитивным источником тока, в котором выходные транзисторы работают как управляемое сопротивление. В случае с трансформаторным выходом и заведением ОООС с первичной обмотки трансформатора (или вовсе без нее) вторичную обмотку тоже можно рассматривать как источник тока, а не напряжения. И как правило, успешные реализации усилителей без ОООС и ламповые устройства играют более адекватно, чем аналогичные им по классу усилители с ООС. Что также косвенно подтверждает обоснованность перевода системы усилитель - АС в токовый режим.

Из всего выше изложенного получаем такую обобщенную картину по ИНУН - системам:

1. Усилитель практически не выполняет свою функцию как управляющее звено.
2. Очень высокие требования к блоку питания ИНУН, поскольку фактически именно он в этой системе и выполняет роль управления динамиком. И этим звеном очень часто оперируют для получения требуемого звучания. Это обусловлено тем, что внутреннее сопротивление источника питания является последовательно включенным с нагрузкой и оказывает прямое влияние на свойства всей усилительной системы. И в случае трансформаторного питания дополнительно еще получаем включенной последовательно первичную обмотку трансформатора, приведенную через коэффициент трансформации ко вторичной обмотке, и все свойства первичной сети. Чем и объясняется изменения в звучании при использовании разных типов сетевых кабелей, розеток, проводки и т.д.
3. Высокие требования к качеству и типу аккустического кабеля и контакных соединений - влияние на звук не менее значимо, чем собственно усилителя.

Рассмотрев особенности работы системы ИНУН - АС можно прийти к выводу, что данная система неоптимальна с точки зрения управляющее звено (усилитель) - исполнительное звено (АС).

Перейдем к рассмотрению системы на основе ИТУН (Источник Тока, Управляемый Напряжением).
- Первое, что мы получаем - необходимость ОООС, поскольку усилитель должен следить за током, протекающим через нагрузку и сохранить его неизменным согласно входному воздействию (Опять же - наиболее простой ИТУН - усилитель без ОООС, но не простой в реализации). Чем глубже будет ОООС, тем точнее ИТУН способен поддерживать ток на нагрузке.
- Второе следствие применения ИТУН - необходимость создания АС, линейно работающих в токовом режиме, как результат того, что мощность на выходе ИТУН зависит от импеданса АС. Например, если к ИТУН подключить традиционные АС, то получим очень резкий подъем в сторону ВЧ (до 20дБ и более).

Первое условие выполняется без проблем - последовательно с АС ставиться резистор сопротивлением 0.1...2 Ом, являщийся датчиком тока. Любой ИНУН переводится в режим ИТУН данной простой переделкой - исключается ОООС по напряжению и вводится ОООС по току.
Теоретически выглядит очень просто... Но не практически. Не стоит забывать, что АС - комплексная и нелинейная нагрузка. Управление идет по току, и ввиду комплексности нагрузки сигнал ОС с токового резистора может прийти как с задержкой, так и с опережением по фазе относительно входного воздействия (в зависимости от характера импеданса АС в данный момент времени). И данная особенность накладывает жесткие требования к устойчивости усилителя. На практике далеко не любой устойчивый ИНУН останется устойчивым при переходе в режим ИТУН. На схемотехнику ИТУН также распространяется данное требование - усилительный тракт должен обладать минимальными фазовыми и временнными задержками. Практические сжемы, собираемые мною, имели верхние границы частот среза не менее 100-200кГц.
Именно поэтому бытует мнение, что ИТУН не может работать на сложные АС (двух - трех полосные, с фильтрами выше первого порядка), а только на ШП головку без фильтров. Это вкорне не верно и говорит только о том, что люди не смогли сделать устойчивый ИТУН. (Кстати, любой ИТУН, даже возбуждающийся и неустойчивый, при переводе в режим ИНУН прекрасно работает без намека на неустойчивые состояния).

Второе условие - создание АС, способных линейно работать под управлением ИТУН. По сути штатная задача создания АС, только при конструировании и расчетах оперировать нужно токовыми величинами. И использовать токовые фильтра для разделения полос в АС. Также интересно, что у динамиков при токовом упрании рабочая полоса частот существенно расширяется вверх (в 1.5 - 2 раза). И еще. Поведение динамиков (в часности НЧ) не соответствует классическим расчетам.

Обобщение по ИТУН - системе:
1. Усилитель намного более полно управляет исполнительной системой (АС).
2. Не требователен к качеству БП - наиболее важное условие - достаточность напряжения питания оконечного каскада для получения требуемого тока. Дополнительно нужно учесть, что т.к. работа ведется по импедансу АС и с ростом частоты импеданс растет - необходимо повышенное напряжение питания оконечного каскада по сравнению с системой ИНУН на ту же мощность.
3. Поскольку усилитель работает в токовом режиме, влияние свойств БП практически нивелируются, т.к. выходное сопротивление усилителя на порядки больше внутреннего сопротивления источника питания. Единственное условие - запас по напряжению.
4. Также практически полностью исключается влияние контактных соединений и аккустического кабеля - ОООС охвачена вся система, а не только усилитель. Корректируется влияние сопротивления кабеля, контактных сопротивлений, индуктивности кабеля. Исключение составляют утечки через емкость кабеля.
5. Рекомендуемый ток покоя выходного каскада не менее 100мА. При меньших токах покоя усилитель не всегда может скорректировать энергию НЧ звена, образующуюся в результате свободного движения диффузора (особенно на мощных НЧ-головках с большой индуктивностью (1-2мГн) катушки) и одно из плеч (в зависимости от знака возмущения) может перейти в отсечку. Собственно, поэтому для мощных систем рекомендую делать выход на дискрете с возможностью установки токов покоя. Интегральные усилители в этом случае не подходят.

[mAxSpace]

бытует мнение, что ИТУН не может работать на сложные АС (двух - трех полосные, с фильтрами выше первого порядка), а только на ШП головку без фильтров. Это вкорне не верно и говорит только о том, что люди не смогли сделать устойчивый ИТУН.

Причём здесь устойчивость ? - никакох возбудов нет, просто из-за неравномерности импеданса системы в целом мы получим такую же неравномерность на АЧХ.

Поведение динамиков (в часности НЧ) не соответствует классическим расчетам.

Правильно, на частоте резонанса появиться такой горб, что любой запас по питанию ИТУНа окажется недостаточным для поддержания неискажённой формы сигнала, а даже если будет достаточно, то куда девать горб ? - классические, некласические способы расчёта тут не помогут, только большые катушки с батареями конденсаторов.
ИТУН нужно подключать непосредственно к динамикам, причём СЧ и ВЧ чтоб последние работали подальше от мех резонанса, на НЧ вообще лучше отрицательное вых. сопротивление.
А вообще вы хорошо написали, мне понравилось.

[vladimir_ar]

ИТУН нужно подключать непосредственно к динамикам, причём СЧ и ВЧ чтоб последние работали подальше от мех резонанса, на НЧ вообще лучше отрицательное вых. сопротивление.

Это одно из заблуждений. И

классические, некласические способы расчёта тут не помогут, только большые катушки с батареями конденсаторов.

Позже в отдельной теме выложу свои АС для ИТУН, так вот - нет у них на НЧ горба, и достигнуто это совсем не электрическими способами. Так что закономерности есть, но их никто не знает. И те статьи немногие по интернету на эту тему мне, занимающемуся построением АС именно под ИТУН последние 3 года, читать иногда просто смешно.

[mAxSpace]

Так что закономерности есть, но их никто не знает. И те статьи немногие по интернету на эту тему мне, занимающемуся построением АС именно под ИТУН последние 3 года, читать иногда просто смешно.

В таком случае мы слушаем вас внимательно, пока это выглядит как обещание, сможете ли вы нам доказать правоту своих мыслей ?

[mAxSpace]

... да, и раз вы говорите что классические методы расчёта непригодны, что мы и сами знаем, то интересно было бы узнать ваш нестандартный метод, чтоб он работал у всех и при любых условиях.

[Nota Bene]

пока это выглядит как обещание, сможете ли вы нам доказать правоту своих мыслей ?

Через его профиль можно выйти на форум и там покопаться
http://www.unt-systems.com/forum/index.php?board=8.0

[vladimir_ar]

Выложу свои результаты - будет видно. Только доказывать я свою правоту никому не буду - у меня работает, что мне еще доказывать?

чтоб он работал у всех и при любых условиях.

Чтоб это было так - нужно создать систему, я же пока только могу указать начало пути и некоторые методы решения определенных проблем.

Offтопик:
На днях попробую найти время и выложить проект по акустике

[vladimir_ar]

Через его профиль можно выйти на форум и там покопаться
http://www.unt-systems.com/forum/index.php?board=8.0

Можно и не только туда (там сумбурно и отрывочно - некогда привести в порядок) - а, например, сюда:
Усилитель
Акустика

[Серый Мыш]

Только доказывать я свою правоту никому не буду - у меня работает, что мне еще доказывать?

Ещё лучше и не показывать ( суй все картинки в чёрную дыру - ipicture.ru ), и не расказывать. Не..., уж лучше звуком заниматься, чем политикой и алкоголем. Но сколько ещё "открытий чудных" нам готовят шаловливые ручки?

PS:Почитай лучше, чем Nota Bene занимается...

[Валет]

На хоботе недавно была похожая тема: http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:9055. Автор темы утверждает, что «искажения вносимые динамиком при потенциальном управлении меньше, чем при токовом управлении».

[Sagittarius]

А хрип незадемпфированной ГГ - больше.

[mAxSpace]

Автор темы утверждает, что «искажения вносимые динамиком при потенциальном управлении меньше, чем при токовом управлении».

С этим никто не спорит, но есть ряд других параметров которые ухудшаются.

[Nota Bene]

С этим никто не спорит

Туфта. А еще непонятно, что автор считает искажениями. Спорить не хочу, абсолютно. Перечитайте веточку ИТУН vs ИНУН - или реальность, как она есть
ИТУН - не панацея, а одно из средств...

[mAxSpace]

Nota Bene, я про линейные искажения - АЧХ.

ИТУН - не панацея, а одно из средств...

Хорошо сказано, как девиз.

[VVS_]

Итун нельзя использовать при работе ан АС с пассивным фильтром т.к. настройка фильтра в АС уходит в недопустимый предел.
Итун нельзя использовать на динамиках с большим ходом диффузора т.к. появляются интермодуляционные искажения связанные с тем что катушка начинает выходить из зазора что снижает "громкость" звучания более высоких частот на каждой полуволне НЧ сигнала. Слышно отчетливо. то есть для НЧ звена вообще не подходит.
При питании напряжением эта интермодуляция подавляется за счет автоматического роста тока при уменьшении индуктивности катушки вышедшей из зазора.

В итоге ИТУН применим только на средних и высоких частотах при работе непосредственно на одиночную головку. Тогда все условия постоянства задания тока выполняются для этой одной головки. Следовательно все фильтры - до ИТУН.
То есть это или Биампинг ити Триампинг.
У меня триампинг на ИТУН, я очень доволен.
НЧ звено - LM3886, ВЧ и СЧ звено на вот такой вот схеме:
Именно такая структура ИТУН хорошо защищает цепь ООС от выбросов ЭДС и перепадов импеданса на нагрузке и усь поет как безОсный, именно такая структура имеет высокий запас устойчивости и почти мегаомное выходное сопротивление. Но на каждой конкретной головке надо подбирать цепь частотной коррекции на меандре (форму тока на шунте смотреть).
Можно применять полевики или биполяры, дело вкуса.

[Валет]

есть ряд других параметров которые ухудшаются.

Что это за ряд, если не секрет?

[VVS_]

Имхо, если динамик со своей массой норовит быть интегратором, пусть будет. Надо превратить его в линейный не искажающий интегратор при помощи ИТУН, тогда гармоник не наплодим.
В конце концов реальный воздух (показатель звукового давления) ведет себя как дифференциатор, в довесок к свойствам динамика;)

Итог:
На вход ИТУН подали меандр, траектория движения диффузора треугольник, а вот форма сигнала снятого микрофоном снова меандр. Разумеется выполнается только для определенной области частот (вч-сч) Зато в форме звукового давления фронт со всеми составляющими гармониками на месте и по фазе и по амплитуде, чего сложно добиться при питании напряжением с малым Rвых.

[Валет]

Итог:
На вход ИТУН подали меандр, траектория движения диффузора треугольник,

Треугольником будет отображаться скорость перемещения диффузора, т.к. она является интегралом от силы, приложенной к диффузору (или току через катушку). Перемещение диффузора будет отображаться квадратичной параболой, т.к. оно является интегралом от скорости, или вторым интегралом от силы. А звуковое давление, создаваемое ГГ, пропорционально скорости диффузора, т.е. будет в этом случае пилой, а не меандром.

[VVS_]

Возможно это и более корректно. А если предположить что магнитная система очень легкая и основные силы затрачиваются на перемещение массы воздуха? Имхо в этих формулах не учтено воздушное демпфирование.
Вобщем, на собственном опыте убедился что реальный меандр микрофоном успешно снимается. Так же снимается он и в трехполоске на ИТУН-овых сч-вч, Причем в области частот от 500 до 10К без особого шаманства.

[Валет]

Возможно это и более корректно. А если предположить что магнитная система очень легкая и основные силы затрачиваются на перемещение массы воздуха? Имхо в этих формулах не учтено воздушное демпфирование.
Вобщем, на собственном опыте убедился что реальный меандр микрофоном успешно снимается. Так же снимается он и в трехполоске на ИТУН-овых сч-вч, Причем в области частот от 500 до 10К без особого шаманства.

По второму закону Ньютона ускорение, приобретаемое диффузором пропорционально силе (а в данном случае и току) и обратно пропорционально массе, которая состоит и массы подвижной системы и массы соколеблющегося воздуха. Демпфирующее действие воздуха проявляется в глушении собственных паразитных колебаний диффузора. Более эффективным оно будет при добавлении электрического демпфирования в случае ИНУН. А легкая или тяжелая магнитная система вообще не имеет значения, если ГГ хорошо крепится к отражательной доске колонки. И речь идет не о микрофоне, а о ГГ.