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

[Гриша]

Устал я. Бывает. Почему все трактуется не так? Может я не так выражаюсь, а может лень посмотреть на данную мной сылку?
Разговор идет о предварительном усилителе звуковой частоты (ПУЗЧ). А МПОС как вариант схемотехнического решения, способный улучшить характеристики "любого" уся, доведя использование ООС до максимума .

[A.R.]

Устал я. Бывает. Почему все трактуется не так? Может я не так выражаюсь, а может лень посмотреть на данную мной сылку?
Разговор идет о предварительном усилителе звуковой частоты (ПУЗЧ). А МПОС как вариант схемотехнического решения, способный улучшить характеристики "любого" уся, доведя использование ООС до максимума .

А, пардон, посмотрел на схемку. Там, действительно, +-15В питание. Смутил термин "мощный" в сочетании с 100 Ом нагрузкой. Касательно примененного решения -- дополнительный дифференциальный усилитель между "-" и "+" входами ОУ, это, конечно, хорошо. Только не ожидайте чудес, это, в сущности, такое же повышение петлевого усиления, как если бы доп. узел просто поставили третьим каскадом. И скомпенсировать такую систему будет ненамного легче, хотя я могу ошибаться. В общем, вперед, развлекайтесь. Попробуйте на макете с ним побороться, думаю, Вас ждет немало приятных минут

[Sagittarius]

народ там нежелает обсуждать тему.
При сравнении прямого канала (без МПОС) ни один ОУ не дает таких (пусть даже теоритических) оптимистических результатов. Как вы выразились "... от ОРА потребовались фантастические усилия, чтобы намного обогнать со своими 64 дБ Ку гибридный усь со 114 дБ Ку без ООС...", и без МПОС это невозможно, даже в симуляторе !!!
Идея В.П.Матюшкина очень прогресивна и всеже невызывает у народа хоть какогото интереса, в том числе и у инженеров достаточно высокого уровня.

Не делал, но ИМХО такое.
1. МПОС Матюшкина повышает Ку. Этого же результата можно добиться более простыми средствами, если бы такое же количество МПОСных элементов вставить прямо в тракт.

2. Это включение в петлю ОООС (и по постоянке), к тому же, потребовало бы меньше ручной работы по подбору элементов, ведь с балансировкой по постоянке у Матюшкинских узлов МПОС просто беда.

3. Остаются вопросы к линейности МПОС-усилителей в авторской реализации, тем более, что там применена положительная ОС.

3. Кроме того, петля МПОС, судя по реактивностям в схемах автора (Мощный усь с МПОС), вряд ли может быть чересчур широкополосной, и Ку будет падать как раз на ВЧ, там, где его всегда не хватает. Кстати, сам тот усь собран на весьма древних транзисторах (81х) с высокой Скб, определяющей фср1 и Ку на ВЧ.

[Гриша]

Не делал, но ИМХО такое.
1. МПОС Матюшкина повышает Ку.Такого же результата можно добиться более простыми средствами, если бы такое же количество МПОСных элементов вставить прямо в тракт. ...
3. Остаются вопросы к линейности МПОС-усилителей в авторской реализации, тем более, что там применена положительная ОС.

Наиболее часто встречающаяся ошибка. МПОС неповышает Ку а улучшает работу ООС кроме того именно паралельное включение пазволяет сделать каналы независимыми а также перейти еще одно ограничение нелинейность отдельно взятого контура МПОС.
Автор метода В.П.Матюшкин подробно расматривает эти и другие вопросы в РА №12 2000г. "Паралельные петли ОС и их применение УЗЧ".
Несмотря на то что прошло более 10 лет с момента опубликования этого принципа, большинство продолжает думать по старинке.

4. Кроме того, петля МПОС, судя по реактивностям в схемах автора (Мощный усь с МПОС), вряд ли может быть чересчур широкополосной, и Ку будет падать как раз на ВЧ, там, где его всегда не хватает. Кстати, сам тот усь собран на весьма древних транзисторах (81х) с высокой Скб, определяющей фср1 и Ку на ВЧ.

Да, однако объективные измерения подтвердили свойства и роботоспособность метода, см. РА№7 02г.
Когда же МПОС ререстанет работать (на высоких частотах), Кг усилителя просто вернется на прежний уровень.

Добавлено через 10 минут
Существует более сжатое и доступное объяснение (хотя наврядли более точное) этого принципа действия см РА №4 04г., РА №12 04г "Как уменьшить искажения УМЗЧ".

[Nick]

Автор метода В.П.Матюшкин

Этот метод был известен ещё за долго до рождения самого Матюшкина.


Добавлено через 2 минуты

МПОС неповышает Ку а улучшает работу ООС

Ага, и по графику Боде этого не видно...

[stalke-z]

При сравнении прямого канала (без МПОС) ни один ОУ не дает таких (пусть даже теоритических) оптимистических результатов. Как вы выразились "... от ОРА потребовались фантастические усилия, чтобы намного обогнать со своими 64 дБ Ку гибридный усь со 114 дБ Ку без ООС...", и без МПОС это невозможно, даже в симуляторе !!!

как это не возможно ?
легко причем глубина ОС даже ниже 63дБ да и схема совсем не сложная всего то 4 опера

[Гриша]

Этот метод был известен ещё за долго до рождения самого Матюшкина...

Видать тебе лучше знать, чем патентному бюро.
Известен сам метод, как раз в последовательном включении и он ммло что дает (не считая гемороя), а паралельно никто до ума не доводил, понятия не имеет (нет даже толкового обяснения почему уменьшается Кг), и твои слова тому подтвержедие.

stalke-z скинь файл, просвети.

[Nick]

...нет даже толкового обяснения почему уменьшается Кг...

Бред. Построй график Боде глубины ОС, может сам поймёшь.

Добавлено через 2 минуты

Видать тебе лучше знать, чем патентному бюро.

Патент ровным счётом ничего не значит. Можно запатентовать схемное решение, к теории, а также целесообразности применения это никакого отношения не имеет.

просто утверждая что у таких схем Кг=1-5% и вообще они не могут работать.

У таких схем, искажения ограничиваются отношением изначального уровня искажений звена ПОС к его усилению. Правда, работая с малым сигналом они могут быть не большими.

[stalke-z]

все банально и просто

[Гриша]

У таких схем, искажения ограничиваются отношением изначального уровня искажений звена ПОС к его усилению. Правда, работая с малым сигналом они могут быть не большими.

Поздравляю, этим доказал свою некомпетентность но как говорит Матюшкин "...мне и самому трудно было разобраться...", ничего страшного почитай РА.
stalke-z Спасибки, ща посмотрим.

[Nick]

Поздравляю, этим доказал свою некомпетентность но как говорит Матюшкин "...мне и самому трудно было разобраться...", ничего страшного почитай РА.

Почитать (точнее перечитать) бред Матюшкина ? Это лучше ты почитай Боде, или Лурье хотя бы. Хотя это не мешало бы и самому Матюшкину сделать.

Добавлено через 5 минут

и без МПОС это невозможно, даже в симуляторе !!!

В симуляторе я могу и -150дБ искажений сделать без МПОС всяких. Ключевое слово - устойчивый по Найквисту.

Добавлено через 5 минут

как говорит Матюшкин "...мне и самому трудно было разобраться..."

Вообще интересно Матюшкин разобрался, что:

нет даже толкового обяснения почему уменьшается Кг

[stalke-z]

В симуляторе я могу и -150дБ искажений сделать без МПОС всяких. Ключевое слово - устойчивый по Найквисту.

что я и продемонстрировал

[Nick]

Offтопик:

что я и продемонстрировал

Спасибо . У меня LTSpice, я ваши модели к сожелению не могу посмотреть...

[stalke-z]

вот только там натыкано все но разобраться при желании можно

[Nick]

вот только там натыкано все но разобраться при желании можно

Глубину кстати можно сделать ещё больше. Для этого надо последовательно с R11, R12 и R3 поставить конденсаторы. Для начала можно попробовать на 1000пФ и если ок, то уменьшить их так, чтобы усилитель оставался стабильным. Тогда возможно можно будет не параллелить ОУ...

[stalke-z]

Глубину кстати можно сделать ещё больше

глянь картинку в посте 206 зачем ее больше делать ?
забыл написать опера на входе лм318 на выходе ад811

[Гриша]

глянь картинку в посте 206 зачем ее больше делать ?
забыл написать опера на входе лм318 на выходе ад811

Поздравляю вас умники, ваш усь обосрался!!!
Ишь какие хитрые подали на вход 1мВ.
Ану поллучи Кг=0,00005% при Uвых=5В и Ку=5.

[Olegyurich]

Кг=0.00002% на 20 кГц при Ку=10, Uвых=10 В на транзисторах надо?
Можно сделать еще лучше, причем намного, только интегратор привесить.

[Nick]

глянь картинку в посте 206 зачем ее больше делать ?

Думал, чтобы не параллелить ОУ. А так вообще роли не играет.

[Гриша]

Кг=0.00002% на 20 кГц при Ку=10, Uвых=10 В на транзисторах надо?
Можно сделать еще лучше, причем намного, только интегратор привесить.

Давай.
Кароче здаюсь.
Но вконце скажу что для схемы которую привел выше, всего на трех микросхемах Кг=0,000001%, при Uвых=5V, Rн=50 Ом, 10кГц.
Но все это в симуляторе, а на деле?
А на деле чтото будет через месяц, а там посмотрим.