Правильная схема поддержания нуля на выходе

[misha88]

Открыть эту уже не раз обсуждавшуюся тему меня заставили множество негативных откликов на работу схемы поддержания нуля на выходе. А может, как в известном анекдоте, она не нравится тем, кто не умеет её готовить? Решил снова в сотый раз повторить необходимые условия для правильной её работы (естественно только для тех, кто не знает). Прежде всего, большая часть ошибок связана с неправильным выбором операционного усилителя (очень часто используют совершенно неподходящие для этих целей TL071\TL072\TL081\TL082, а потом пишут о плохом звуке). Поскольку эта схема представляет собой интегратор очень низких частот, для которого особенно важны высокое входное сопротивление, малый входной ток и высокая точность входной цепи (малое напряжение смещения и его малый температурный дрейф, причём последнее очень важно, т.к. при таких низких частотах изменение температуры имеет тот же порядок времени), то необходимо использовать прецизионный операционный усилитель с полевиками на входе. Самыми дешёвыми, но без ущерба качеству, будут TL051\TL052, особенно с буквой А, но естественно подойдут и более дорогие AD8510, ОРА132 и т.д. Вторая ошибка связана с цепью защиты входа операционного усилителя, когда для этого просто устанавливают диоды. Но у подавляющего большинства типов диодов обратные токи находятся выше 1-10нА, увеличиваясь с температурой (правда есть особые диоды с низкими утечками, например, BAV45), что совершенно недопустимо для интегратора. Выходом может быть применение в качестве диодов полевиков, самый лучший из которых (и не дорогой) это PN4117A, у которого максимальный ток утечки 1рА. А третья ошибка это использование некачественных пассивных деталей: резисторы должны быть металлоплёночные (или в случае SMT тонкоплёночные), а конденсаторы обязательно полипропиленновые. Входной фильтр R2, С2 защищает операционный усилитель от высокочастотных помех (если важен апериодический режим работы схемы, не стоит понижать частоту среза этой цепи ниже 10кГц). Ну и естественно подключить ноль схемы в правильную точку усилителя (куда подключают и выход на колонки).

[anli]

Если забыть, что серво просто не нужно, то для защиты вместо диодов или же ещё более, гм, умных схем можно использовать просто сопротивление, которое легко прикинуть по максимальному входному напряжению ОУ, максимальному выходному напряжению на выходе усилителя и сопротивлению с выхода усилителя на вход ОУ (здесь R1 + R2). При этом потеряется немного петлевое усиление, которое и так девать некуда, но нелинейностей никаких во входных цепях ОУ не будет.

[Olegyurich]

Забыт выходной ФНЧ...
Кстати, а почему ТЛ-ки нельзя? Они по всем критериям подходят и у многих прекрасно работают, у Никитина например.

[Walter]

Забыт выходной ФНЧ...
Кстати, а почему ТЛ-ки нельзя? Они по всем критериям подходят и у многих прекрасно работают, у Никитина например.

Они у всех прекрасно работают, если подумать как и зачем оно там нужно.

https://forum.vegalab.ru/showthread....l=1#post827641

[misha88]

Если забыть, что серво просто не нужно

Эту тему я открыл не для дискуссий о нужности или ненужности схем поддержания нуля на выходе, а исключительно для предостережения от ошибок тех, кто хочет их использовать или уже использует, но недоволен результатом (а кто доволен, может эту тему пропустить).

для защиты вместо диодов или же ещё более, гм, умных схем

Если вы по поводу применения полевых транзисторов в качестве диодов с малой утечкой, то этот приём используется уже давно, например, в точной измерительной технике (хотя бы гляньте на старые советские вольтметры В7-38, В7-41, В7-46). Такие диоды я применил и для защиты входного дифференциального каскада усилителя.

Забыт выходной ФНЧ...

Если не требуется апериодический режим работы, то можно.

Кстати, а почему ТЛ-ки нельзя? Они по всем критериям подходят и у многих прекрасно работают, у Никитина например.

Какие ТЛ-ки? Если серий 07х и 08х, то из-за недостаточной точности входной цепи. Поэтому и рекомендую TL051\TL052.

[Walter]

Прежде всего, большая часть ошибок связана

с поиском черной кошки в темной комнате, там где ее нет.
Чем отличается усилитель Звуковой Частоты с постоянкой на выходе 1мВ от 1мкВ ?
Правильный ответ-ничем.
А чем отличается усилитель с фазовым сдвигом на слышимом НЧ под 90градусов и искажениями начиная с СЧ под -60дБ из-за интегратора.
Отож.

[Olegyurich]

недостаточной точности входной цепи.

ИМХО, как раз это параметр для аудио более чем достаточный.

---------- Добавлено в 11:30 ---------- Предыдущее сообщение в 11:28 ----------

А чем отличается усилитель с фазовым сдвигом на слышимом НЧ под 90градусов

Не, ну это уж ты загнул, это что за интегратор такой? Иногда просто без интегратора сложно обойтись, а схема в иных отношениях весьма привлекательна.

[misha88]

с поиском черной кошки в темной комнате, там где ее нет.
Чем отличается усилитель Звуковой Частоты с постоянкой на выходе 1мВ от 1мкВ ?
Правильный ответ-ничем.

Видимо вы поверхностно прочитали мой первый пост. В интеграторах очень низких (меньше герца) частот изменение смещения входной цепи (например, от изменения температуры) имеет тот же период времени, и непосредственно отражается на результате. Поэтому дело не в 1мВ или 1мкВ, а чтобы изменение этого напряжения не отражалось на звуке (аналогично тепловым искажениям в каскадах усилителя). Поскольку, чем меньше у операционного усилителя напряжение смещения, тем меньше и изменение этого напряжения, всегда лучше использовать в интеграторе более точные операционные усилители ( типовое изменение напряжения смещения с температурой в микровольтах на один градус, например, 18 в TL071, 8 в TL051, 2 в AD8510 и ОРА132). Если у вас усилитель в классе А и по этой причине в корпусе достаточно высокая и стабильная температура, но конечно на эту проблему можно забить, но у большинства ведь не так. Какой смысл бороться за минимум тепловых искажений в усилителе и затем вносить их через интегратор?

А чем отличается усилитель с фазовым сдвигом на слышимом НЧ под 90градусов и искажениями начиная с СЧ под -60дБ из-за интегратора.

Так я как раз именно за 90 градусов, поэтому и без дополнительных низкочастотных фильтров.

[ИГВИН]

Тема в общем полезная - не грех напомнить, что этот простой узел требует внимания.
Согласен с Уолтером - фазовый сдвиг в НЧ нельзя упускать из виду. OPA134/2134 думаю вполне достаточные ОУ.
Емкости мне показалось тоже играют роль, лучше не ставить лавсан.
Вот насчёт защиты не уверен, что обычные сигнальные диоды это очень плохо. Но может кому потребуется опубликованное решение с полевиками.
И насчет точки опоры (земли) - этот вопрос мне кажется важным. Видимо к ОУ эту цепь следует тянуть витой парой с выхода усилителя. А вторая земля будет на шунтирующих емкостях, это если делать по максимуму.
Схемы с конденсатором на выходе интегратора мне кажутся неправильными, критично качество этого конденсатора. Притом что нужна его большая емкость.

[misha88]

ИГВИН спасибо за участие, вы, как всегда, конструктивны и правильно уловили смысл темы. И насчёт OPA134/2134 полностью согласен.

[Lynx]

Позволю себе отметить еще ряд моментов. Надо понимать, что защитные диоды (либо др. ограничители напряжения на входе интегратора) нужны не просто для его защиты, а для обеспечения правильной работы замкнутой петли САР, которую образуют сервоцепь и усилитель, в условиях больших входных воздействий на интегратор, дабы в системе не возникало перерегулирования по входу и долгого процесса восстановления. Для ОУ, применяемых в интеграторе, в первую очередь актуальны минимальный собственный шум и искажения, максимальное собственное усиление и режим работы ВК без отсечки. Ток покоя последнего должен быть достаточным, чтобы обеспечить полное выходное напряжение, требуемое для поддержания нуля на выходе усилителя при работе на сопротивление нагрузки в цепи выхода ОУ без закрывания одного из его транзисторов. Если транзисторы ВК ОУ будут работать с отсечкой, то интератор будт вностиь большие искажения, особенно при отсутствии выходного фильтра. При общем порядке эквивалентного ФНЧ 2 и более, обязательно требуется проверка устойчивости САР и расчет цепей ФНЧ и распределение частот среза должны быть выполнены именно исходя из условия апериодической формы характеристики регулирования. Для конденсаторов интегратора, особенно в цепи ООС, важна минимальная диэлектрическая абсорбция, поскольку большая величина последней мождет приводить к колебательному характеру процесса установления, причем не на частотах, ожидаемых исходя из идеализированных параметров цепей ФНЧ, а совсем других, вплоть до возникновения автоколебаний в системе. Отсутствие выходного фильтра после ОУ интегратора упрощает процесс настройки и расчета стабильной системы, но приводит к тому, что весь шум и продукты искажений с выхода ОУ будут непосредственно введены во входную цепь основного усилителя, что неизбежно окажет негативное влияние на качество звучания последнего. При правильно выбранных соотношениях постоянных времени интегратора и выходного ФНЧ, а также глубины регулирования, выходной фильтр оказывает явно положительное влияние на субъективное качество работы усилителя с сервосистемой даже при использовании очень хороших ОУ и более, чем полезен при ОУ невысокого класса. Но, как верно отметил ИГВИН, качество данного конденсатора должно быть соответствующим. В противном случае возможны варианты. Очень хорошо в сервоцепях работают приборы AD8610, AD845, OP42, LT1122, OPA111, OPA627. Немного хуже, но достойно - AD711, OPA132, OPA134, AD8510, OPA604, OP27 (в основном из-за большого входного тока), OP177, OP07. TL071 и аналогичные менее удачны из-за большого уровня шума и малого тока покоя выходного каскада, а ОУ с малым усилением и большим смещением, напр. AD825, AD817, THS4061 , EL2044 вообще применять не следует.

[misha88]

Lynx, спасибо за ценные дополнения. Хотя и большинство важных для схем поддержания нуля на выходе усилителей моментов на этом и других форумах не раз обговаривались, но давно и часто разрозненно, так что для забывших или только сейчас начинающих самодельщиков иметь всё в одной теме думаю будет очень полезно.

[shkal]

Дмитрий, а большой шум ОУ с JFET входом на НЧ не имеет значения? У 845, 42, 8610, 1122 порядка 50-80 нв\(sqrt(гц)) на 10Гц, у биполяров на порядок меньше при сравнимых входных токах, и частота среза фликера сильно ниже.

[Lynx]

Имеет значение. Но по-любому, он существенно меньше, чем у ОУ с ПТ 1 и 2 поколений (а-ля AD513, 574УД1 и TL071). Нельзя забывать про токовую составляющую шума, которая у биполярных ОУ весьма велика и создает тна сопротивлении в цепи входа приличное шумовое напряжение. В результате суммарный шум интегратора с ОУ на ПТ на входе получается ниже, чем на ОУ с БТ

[ИГВИН]

Lynx, спасибо за ценные дополнения.

Присоединяюсь к сказанному.

Немного хуже, но достойно - AD711, OPA132, OPA134, AD8510, OPA604, OP27 (в основном из-за большого входного тока)

Думаю, их работу можно улучшить, выровняв сопротивления утечки входов, общеизвестным способом.

Хотя и большинство важных для схем поддержания нуля на выходе усилителей моментов на этом и других форумах не раз обговаривались, но давно и часто разрозненно, так что для забывших или только сейчас начинающих самодельщиков иметь всё в одной теме думаю будет очень полезно.

Добавил метки темы: servo и интегратор - чтобы можно было найти по этим меткам.

[Alex]

Если у вас усилитель в классе А и по этой причине в корпусе достаточно высокая и стабильная температура, но конечно на эту проблему можно забить, но у большинства ведь не так.

А если не класс А - то тем более можно забить

[Lynx]

Думаю, их работу можно улучшить, выровняв сопротивления утечки входов, общеизвестным способом.

В принципе, да, но по-любому, остается проблема большой величины токовой составляющей шума входа для биполярных ОУ.

[misha88]

Alex как всегда отвергает другой подход, не пояснив (ясно, что вы не любите усилители АВ).

[Александр Котов]

Нельзя забывать про токовую составляющую шума, которая у биполярных ОУ весьма велика и создает тна сопротивлении в цепи входа приличное шумовое напряжение.

Конденсатор интегрирующей цепи этот шум подавит.

[Lynx]

Увы, нет. Точне не полностью и частотнозависимо.