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

[aif.66]

sia_2 - Вопрос такой.
Есть ли зависимость эффекта квазинасыщения от допустимого напряжения К-Э?
Где, между строк даташита, найти этот параметр?
Или это Ваши практические (с необходимостью исследования каждого типа транзисторов), наблюдения?

[vitamir]

Есть ли зависимость эффекта квазинасыщения от допустимого напряжения К-Э?
Где, между строк даташита, найти этот параметр?

Если позволите.
Момент перехода транзистора в квазинасыщение можно оценить по семейству графиков зависимости тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер, которые иногда приводят в даташитах на транзисторы. Момент перехода находится в зоне, когда график начинает отклоняться от прямой линии в области малых напряжений коллектор-эмиттер. Точка перехода не постоянна и смещается в сторону более высоких значений напряжения при увеличении тока базы. Т.о. в выигрышном положении оказываются транзисторы, имеющие более высокое выходное динамическое сопротивление коллекторного перехода и более равномерную зависимость бетта от тока коллектора.
В чистом виде от максимально допустимого напряжения коллектор-эмиттер зависимости нет.
Всем, кому недостаточно в выходном каскаде усилителя для наушников граничной частоты в 100МГц пары 2SC4793/2SA1837 рекомендую тошибовскую же пару 2SC5171/2SA1930 с Ft=200МГц. И нет пары комплиментарнее.

[sia_2]

sia_2 - Вопрос такой.
Есть ли зависимость эффекта квазинасыщения от допустимого напряжения К-Э?

Зависимость простая - при равной активной площади базо-эмиттерной структуры (определяющей емкость база-эмиттер, ответственную за Ft на относительно малых токах) сопротивление тела коллектора более чем квадратично зависит от пробивного напряжения.

Где, между строк даташита, найти этот параметр?
Или это Ваши практические (с необходимостью исследования каждого типа транзисторов), наблюдения?

Отчасти видно, если детально дано семейство выходных характеристик в области умеренных напряжений коллектор-эмиттер (1...10В), или на зависимости Ft от тока при разных напряжениях коллектор-эмиттер. Надежнее всего - мерить зависимость Ft от тока при разных напряжениях, там "обвал" из-за появления диффузионной емкости коллектор-база и инерционности модулирования проводимости коллекторного слоя при входе в квазинасыщение идет очень резко, гораздо резче, чем падение h21э.

Если позволите.
Момент перехода транзистора в квазинасыщение можно оценить по семейству графиков зависимости тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер, которые иногда приводят в даташитах на транзисторы. Момент перехода находится в зоне, когда график начинает отклоняться от прямой линии в области малых напряжений коллектор-эмиттер.

Уточнение - речь идет об отклонении от близкой к "горизонтальной" линии.

Точка перехода не постоянна и смещается в сторону более высоких значений напряжения при увеличении тока базы.

Точнее, тока коллектора - физика явления состоит в падении напряжения на высокоомном слое коллектора "внутри" транзистора и открывании физического перехода коллектор-база, сопровождающегося инжекцией неосновных носителей в слаболегированную коллекторную область, что снижает ее сопротивление и порождает т.н. "диффузионную" емкость коллектор-база. Процесс модуляции проводимости инерционный и довольно нелинейный, т.к. скорость уменьшения сопротивления пропорциональна величине ответвленного тока базы, а обратное увеличение сопротивления идет примерно с постоянной времени жизни неосновных носителей, которая характерна для конкретного транзистора и мало зависит от режимов.

Т.о. в выигрышном положении оказываются транзисторы, имеющие более высокое выходное динамическое сопротивление коллекторного перехода и более равномерную зависимость бетта от тока коллектора.
В чистом виде от максимально допустимого напряжения коллектор-эмиттер зависимости нет.

неверно, см. выше.

Всем, кому недостаточно в выходном каскаде усилителя для наушников граничной частоты в 100МГц пары 2SC4793/2SA1837 рекомендую тошибовскую же пару 2SC5171/2SA1930 с Ft=200МГц. И нет пары комплиментарнее.

Нету ни у тех, ни у других, на деле ни хорошей комплементарности, ни 100/200 МГц. К примеру, Ft 2SA1837 сильно зависит от напряжения и при малых напряжениях (единицы вольт) с трудом достигает 40МГц при оптимальном токе (около 50-70 мА), уменьшаясь как при росте, так и при падении тока.

[aif.66]

Сергей Игоревич - спасибо!

[s_valentin]

aif.66, вот реально обмерянные транзисторы. Квазинасыщение видно по падению Ft. Также видно как Ft отличаются от даташитных.

[aif.66]

s_valentin, и Вам спасибо! Сейчас нужно обработать информацию в голове, что-бы закрепилось на уровне подсознания.
И всегда иметь это ввиду.