Маленький большой усилитель

[A.R.]

В качестве подарка самому себе на день рождения изготовлен первый канал очередного телефонного усилителя. (Да, опять ушник ) Впрочем, он несет в себе зерно будущего большого уся, а именно УН, который легко адаптировать к нормальному высоковольтному ВК, защитив каскодами микросборки и sk170-й. Началось все с клона AD826 (https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...&postcount=243), который, несмотря на совершенно адскую реализацию, очень понравился по звуку и своей нетребовательностью к этой самой реализации. Соответственно, при разработке решались следующие задачи:
1) Один каскад усиления напряжения, в идеале на одном транзисторе. Сделано. Единственный усиливающий ток узел в УН, это J1.
2) Постоянная глубина ОС на всем звуковом диапазоне, но не очень неглубокая. Сделано. От 20 до 20кГц глубина ООС порядка 50дБ +-1дБ.
3) Отказ от коррекции по входу, как снижающей помехоустойчивость в мегагерцовом диапазоне. Сделано. Индуктивная коррекция в истоке J1 обеспечивает устойчивость с висящим в воздухе затвором J1, причем L1 также углубляет локальную ООС на ВЧ, и повышает устойчивость системы к перегрузкам.
4) Упростить исходную схему, ибо было лень разрабатывать сложную плату. Сделано. После перехода к инвертирующему включению и замены обычного дифкаскада на развернутый, в УН осталось пять транзисторов, почти в два раза меньше.

Пока сделан и отслушан один канал, на очереди второй и обвязка, после тестирования прикреплю и ее. Пока искажения не мерил, оценил только устойчивость и способность воспроизводить звуки. Звуки воспроизводит довольно неплохо, хотя полностью оценить это можно только с двумя каналами.

Обновление от 4.11.09:
Усилитель собран и протестирован полностью. Коэффициент гармоник на 10В пик-пик 20кГц в 32Ом не больше 0.0008%, примерно столько же при 5В пик-пик. В обоих случаях доминирует вторая гармоника, спад гармонических составляющих искажений быстрый и равномерный.

[misha88]

Но тогда надо будет наоборот бояться, что транзистор оптопары пробьет накоротко?

При тех токах, что протекают через транзистор оптрона, и приложенного напряжения пробоя транзистора оптрона быть не должно, а вот если перегорит светодиод оптрона (а это часто бывает), то транзистор оптрона естественно перестанет проводить, поэтому при обнаружении неисправности надо убрать, а не подавать как у вас, ток через оптрон. Аналогично LM339, если не превышать разрешённого выходного тока и напряжения, их неисправность сводится к постоянной 1 на выходе, значит в ответственных схемах с LM339 логическая 1 на выходе должна соответствовать обнаружению неисправности, а значит объединять выходы LM339 не получится, придётся использовать элемент ИЛИ (например, на диодах), т.е. реле должно сработать только, если на выходах всех LM339 есть логический 0 (можно обойтись и без оптрона).

[A.R.]

Оптопара, в принципе, была нужна для отвязки тока катушки реле от земли схемы.
Ладно, подумаем. Спасибо.

[krulfa]

Ничего ловить не надо, хотя радиатор желательно побольше.

Итак, что получили. Промоделировал, по теплу действительно так и работает. С прогревом ток покоя в модели уменьшается. Глубина ООС действительно 55 дБ и начинает падать только после 50 кГц.

С оригинальным выходным каскадом ток покоя около 90 мА. Это неинтересно, так 6V pp дает класс АВ и ТНД порядка 0.002%

Поэтому уменьшил R2 R8 до 110 Ом, получил ток покоя 200 мА и при выходном токе 200 мАpp имеем на 20K 0.0005% , на 1К 0.00031% (A.R. 200 мА).

С предложенным мной каскадом в классе А (A.R. A) результат чуть-чуть лучше на 20K - 0.00036% и ровно те же 0.00031% на 1K. Какой выходной каскад брать - вопрос личных предпочтений, фактически искажения заданы во входном каскаде.

Так что цветы - в студию и паяльник в работу! Лучше, наверное, и не надо.

[krulfa]

P.S. Это все без конденсатора между базами в 22 мкФ. С кондером получаем 0.0008% и 0.0007% соотвественно.

[A.R.]

Так что цветы - в студию и паяльник в работу! Лучше, наверное, и не надо.

Спасибо на добром слове У меня, видимо другие модели диодов и выходников, т.к. ток покоя вышел порядка 50мА, на макете тоже где-то так. И искажения с межбазовым чуть меньше, но это все в пределах погрешностей измерения, не суть важно.
На днях, когда соберу второй канал и все протестирую вместе, выложу печатку и партлист.

[A.R.]

Пока собирается второй канал, вот вам вариант выходного каскада для SE-версии. За основу взята идея Тейлора-Уайта, известны аналогичные схемы Броски, Макалая, на этом форуме прецеденты замечены у И. Семынина (Semigor), С. Правдивцева (PSV). Основная идея в том, что пока каскад сохраняет работу в режиме А, Q5 поддерживает постоянный ток через Q3, через ООС по току нагрузки. Это значительно повышает линейность по сравнению с обычным однотактным повторителем, сохраняя характерное "однотактное" распределение гармоник и звучание. При выходе из режима А на положительной полуволне, Q4 запирается, и Q3 начинает отдавать в нагрузку ток, больший тока покоя. На отрицательной полуволне узел Q4-Q5 обеспечивает втекание тока из нагрузки, без отсечки тока Q3 и характерного для однотактов асимметричного клиппинга. Т.е. выше определенной выходной мощности реализуется режим экономичного А.
Мой вклад -- это узел выбора минимума на D1-D3, R8,R11, позволяющий при переходе в режим экономичного А сохранять Q5 в активном режиме. Это, правда, более полезно, если усилитель большой, для акустики, но и в ушном пусть будет. На макете работает, устойчив на емкостную нагрузку. Попинайте

[krulfa]

Пока собирается второй канал, вот вам вариант выходного каскада для SE-версии.

По принципу действия - в сущности как обычный повторитель с местной ООС на транзисторах разной структуры (см. приложение), только перевернутый с помощью каскада с ОБ - ток поступает снизу, а не сверху.

В классе А использовать можно, если аккуратно согласовать полосу пропускания, чтобы не потерять устойчивость. В классе АВ - категорически нет, так как при выходе и входе в отсечку транзистор Q4, а за ним или Q5, или диоды будут отпираться/запираться хоть с небольшой, а задержкой, порождая "гонки" внутри петли и классические коммутационные искажения.

[anli]

Offтопик:

При выходе из режима А

Андрей, на мой вкус, дабы не менялся характер возникновения нелинейностей (что, уверен, важно для ушей), не должно быть понятия "выход из класса" вообще. То есть схема должна работать более-менее "одинаково" во всём диапазоне напряжений. Но это всё тема для другой ветки, как и твой собственный SE-пост

[A.R.]

В классе АВ - категорически нет, так как при выходе и входе в отсечку транзистор Q4, а за ним или Q5, или диоды будут отпираться хоть с небольшой, а задержкой, порождая "гонки" внутри петли и классические коммутационные искажения.

Гонок не будет, т.к. Q4 и диоды заведомо быстрее открываются/закрываются, чем Q5. Вообще, отсечка гладкая, без выбросов, определяется практически ВАХ диода. См. вложения.
Спектр искажений спадает быстрее, чем у обычного АБ. Хотя нелинейность повыше, но доминируют низшие гармоники. Так что я бы не был так категоричен

[A.R.]

Offтопик:

Андрей, на мой вкус, дабы не менялся характер возникновения нелинейностей (что, уверен, важно для ушей), не должно быть понятия "выход из класса" вообще. То есть схема должна работать более-менее "одинаково" во всём диапазоне напряжений. Но это всё тема для другой ветки, как и твой собственный SE-пост

Offтопик:
В целом согласен, по крайней мере для ушного усилителя надо к этому стремиться. С другой стороны, многие считают, и я в целом разделяю это мнение, что хорошо, если схема дает качество до определенного уровня, а выше... Ну хотя бы не захлебывается, как многие однотактные задохлики. Т.е. если делать это в большом усилителе, то с хорошими токами покоя, чтобы выходить из А только в сильном подпитии, когда уже не до тонких материй

[anli]

В целом согласен, по крайней мере для ушного усилителя надо к этому стремиться.

Зачем себя ограничивать ушным?

С другой стороны, многие считают, и я в целом разделяю это мнение, что хорошо, если схема дает качество до определенного уровня, а выше... Ну хотя бы не захлебывается, как многие однотактные задохлики. Т.е. если делать это в большом усилителе, то с хорошими токами покоя, чтобы выходить из А только в сильном подпитии, когда уже не до тонких материй

Многие любят эту отмазку, так как живут в линно-шаблонах. Ты же к таким не относишься, думаю. Такой подход ("здесь - хорошо, а там - уж как-нибудь"), мне кажется, изначально ограничивает фантазию, мешает. Ну мне бы мешал, по крайней мере

[A.R.]

Зачем себя ограничивать ушным?
Многие любят эту отмазку, так как живут в линно-шаблонах. Ты же к таким не относишься, думаю. Такой подход ("здесь - хорошо, а там - уж как-нибудь"), мне кажется, изначально ограничивает фантазию, мешает. Ну мне бы мешал, по крайней мере

Признаюсь, что ковыряюсь с ушными в том числе, чтобы подобраться к "своей" концепции больших усилителей. Насчет подхода, постараюсь оправдать такое лестное мнение, хотя малодушие (и так сойдет...) накатывает.

[anli]

хотя малодушие (и так сойдет...) накатывает.

Это, думаю, совсем не малодушие, а следствие неопределённости технических приоритетов в звуковоспроизведении.

[A.R.]

Это, думаю, совсем не малодушие, а следствие неопределённости технических приоритетов в звуковоспроизведении.

Offтопик:

Ага. Более того, я сознательно не хочу их до конца определять, потому как есть опасность завязнуть навсегда в одной из двух накатанных дорожек, известно каких

[anli]

Offтопик:

Ага. Более того, я сознательно не хочу их до конца определять, потому как есть опасность завязнуть навсегда в одной из двух накатанных дорожек, известно каких

Точно! "Чужие эти колеИ"!

[A.R.]

По принципу действия - в сущности как обычный повторитель с местной ООС на транзисторах разной структуры (см. приложение), только перевернутый с помощью каскада с ОБ - ток поступает снизу, а не сверху.

Да, если подумать, на схему Шиклаи чем-то похоже. Но петля ООС охватывает не один выходной транзистор, а сразу оба, так что преимущество по линейности есть, даже если зашиклаить оба выходника, но по отдельности. Опять же, обычные Шиклаи ведут себя при отсечке значительно хуже, там как раз гонки в полный рост.

Добавлено через 2 минуты

Offтопик:

Точно! "Чужие эти колеИ"!

Offтопик:
И края у них, что характерно, скользкие

[A.R.]

Собрал второй канал, послушал, измерил искажения. Судить о звуке рановато, надо попривыкнуть, послушать с разными наушниками и источниками, но играет, скажем так, неплохо Один канал был без межбазового конденсатора в выходном каскаде, но по THD разница оказалась ниже возможностей моей измерялки, да и на слух я бы затруднился различить. Сам THD, если уж на то пошло, оказался ниже ее возможностей (<0.0008% / 10В п-п / 20кГц / 32Ом), подстроить разностный сигнал до конца не удалось. Но конденсатор все-таки впаяю, т.к. по спектрограммам и вообще форме сигнала видно, что без него чуть выше 5-6 гармоники, а с ним спад гармоник идет равномерно. Это собсно и в симуляции наблюдалось.
Добавляю результаты измерений в первый пост.

[anli]

Но конденсатор все-таки впаяю...

Андрей, а конденсатор туда хочешь какой? Электролит? Или 10nF?

Offтопик:
А если ушам незаметно - зачем платить больше?

[A.R.]

Андрей, а конденсатор туда хочешь какой? Электролит? Или 10nF?

В этой версии площадки под 22мкФ SMD электролит, его и впаяю. Хорошо было бы low-esr сюда, для полноты счастья, или пленочник малоиндуктивный. Но и так неплохо.

Offтопик:
А если ушам незаметно - зачем платить больше?

Ну это пока, а если попривыкну, может вылезет. А с ним объективно характер распределения гармоник лучше, так что лучше оверкилл, чем недокилл

[anli]

А с ним объективно характер распределения гармоник лучше, так что лучше оверкилл, чем недокилл

Допускаешь, что характер возникновения нелинейностей является таким же объективным (а на мой ух - "ещё более объективным" ) параметром, как сигнатура спектра? Говоря про характер, я имею в виду, в частности, и тот факт, что один и тот же спектр может иметь бесконечное количество разных сигналов, к которым наши уши также отнесутся бесконечно по-разному..

Добавлено через 49 секунд
Кстати, есть возможность снимать спектры на очень низких частотах (ИНЧ)?