Pioneer M73 - любопытная схема УН

[ИГВИН]

Попал в ремонт Pioneer M73.
Добротно сделанный усилитель.
Питание +/-60V, при переключении в класс А +/-25V.
Но главное - интересная схема УН. Нечто похожее, но попроще, видел у Токарева.

[krulfa]

Пока не разобрался до конца, Q406 Q408 выглядят, как цепь местной ПОС, причем довольно глубокой?

[ИГВИН]

Там после ДК повторитель Q7, нагруженный на динамический источник тока, задатчик последнего Q10 питается от Q9 с общим эмиттером и довольно большой местной ООС.
Интересно, что Q9 при этом получает в базу собственный сигнал в той же фазе, т.е. это не ООС, а ПОС. То есть да, я тоже вижу ПОС в этой схеме.
Ну и заодно с этого же задатчика на выход УН работает каскод Q12 Q13.
А в середине схемы висит парочка непривязанных ни по постоянке, ни по переменке каскодов Q6 Q11.
Любопытно, правда?

Там еще переключатель А/АВ, и первом режиме питание по 25V, а во втором - по 60 с гаком... Переключение через опторазвязку.
Также мне нравится решение применить не стаб, а транзисторный фильтр (делал так неоднократно, с хорошим результатом).
Входной конденсатор отсутствует (на схеме не видно). Смещение очень небольшое, дрейфа заметного тоже нет.
Резисторы R1 R2 R9 R10 большие и толстые

[krulfa]

Получается, что если бы Q406 был просто источником тока, то коэффициент усиления тока, поступающего из входного ДК, был бы R407*R417 / (R420 * R423), т.е. около 14.6 (если не считать влияние R416 С 410).

А с местной ПОС коэффициент усиления получается BetaQ407 * R417/R423, то есть заведемо более 300, так как ток эмиттера Q407 равен току через R417. Может, ради этого все и затевалось? И фаза, вывернутая наоборот, как бесплатный бонус.

Интересно, что ток через R412 тянет за собой также и ток через R407, т.к. Q407 тоже в петле ПОС!

[ViktKors]

Я вижу обычный эммитерный повторитель на Q407, что творится в его эммитерной цепи, этому транзистру до определенной степени все равно.

Сигнал с выхода Q407 раскачивает каскод Q409-Q411 и токовое зеркало для УН. То есть тут все более менее тривиально.
Интересна только цепь на Q408-Q406, которая по сути модулирует пременным напряжением ток покоя у Q407.
На усилении (даже на ВЧ) это не скажется фактически никак (то есть ПОС тут ни при чем). Выходное сопротивление ЭП погасит все.

По постоянному току такая цепь на Q408-Q406 задает ток покоя транзистора Q407.
(напряжение на его базе и эммитере задано через ток дифф каскада, это напряжение определяет ток через Q409 и Q411, а тот - через токовое зеркало и, как следствие, через Q407.

Учитывая питание от столь разных напряжений как 25 и 60 Вольт, такая стабилизация токов транзисторов вполне оправдана.

Впрочем есть ньюанс, практическое значение которого, имхо, стремится к нулю. За счет того, что транзисторы Q407 и Q409 работают с приблизительно равными, но противофазными токами, такая цепь на Q408-Q406 дополнительно снижает суммарные четные гармоники этого каскада.

[krulfa]

Я вижу обычный эммитерный повторитель на Q407, что творится в его эммитерной цепи этому транзистру до определенной степени все равно.

Так оно и было, пока ПОС с коэффициентом более 1 не появилась. Фактически, схеме не дает самовозбуждаться общая ООС и резистор R407, так как именно он задает выходное сопротивление повторителя на Q407, на котором высаживается ток ПОС. Получается где-то Ом 20 плюс-минус, поэтому глубина ПОС 10-15 раз, отталкиваясь от R420 270 Ом.

[ViktKors]

.. резистор R407, так как именно он задает выходное сопротивление повторителя на Q407, на котором высаживается ток ПОС. Получается где-то Ом 20 плюс-минус, поэтому глубина ПОС 10-15 раз, отталкиваясь от R420 270 Ом.

При всем уважении - никак.
Входной сигнал (переменный) на Q407 - Uo.
Выходной - Uo - i*re (i - переменный ток через Q407, re - его выходное сопротивлнение ~ (R407IIR406)/бета + re_diff)

re - порядка 20-30 Ом.
Ток- ток через Q409 (через R408 - слезы). Этот ток равен U/R420.
Итоговое выходное напряжение на Q407:
U = Uo - Uo*re/R420 = Uo*(1 - re/R420) ~ 0.9-0.95 Uo

То есть фактически глубина ПОС гораздо меньше единицы и выходное сопротивление каскада практически не меняется.

По поводу выходного сопротивления Q407 - ну представьте сами, что Вы отберете от эммитера немного тока, на сколько "просядет" напряжение из-за цепи на Q408-Q406?? - Ну ясно видно, что практически не изменится - выходное сопотивление низкое.

P.S. А какое отношение к устойчивасти у R407 в выходе дифф. каскада, скорее уж R406?
Кстати, заметили, что благодаря С402 выходное сопротивление Q407 становится активным практически во всей полосе ООС? Еще любопытно, что R420 C410 имеют ту-же постоянную времени (60 кГц), что и R407 C402, нейтрализуя влияние последней на ФЧХ в частотном диапазоне ЗЧ и самых интенсивных звуковых гармоник?

---------- Добавлено в 13:04 ---------- Предыдущее сообщение в 12:45 ----------

А в середине схемы висит парочка непривязанных ни по постоянке, ни по переменке каскодов Q6 Q11.

Q406, как и у Q412, посажен на режим включением токовым зеркалом (управление через Q417, а тот от тока через Q409, который равен R407/R420*ток транзисторов диффкаскада)
База Q411 жестко сидит на половине питания через R419, R421.

---------- Добавлено в 13:13 ---------- Предыдущее сообщение в 13:04 ----------

то коэффициент усиления тока, поступающего из входного ДК, был бы R407*R417 / (R420 * R423), т.е. около 14.6

Именно.
Выход дифф каскада нагружен по току на R407 (R406), поскольку входное сопротивление Q407 достаточно велико даже на ВЧ.
Поэтому зачем считать Ку по току может показаться кому-то непонятным. А по напряжению тут хоть с-, хоть без ПОС, получается просто (забивая на коэф. 0.9 из предыдущего моего поста).
Ku = Io (выходной ток диффкаскада) * R407(C402, R406)/R420(C410, R416) (ток через Q409) * R417/R423 (усиление токового зеркала)* Zn
где Zn - импеданс нагрузки УНа - R415, коллекторы Q414, Q422, плюс выходной каскад, плюс миллеровский вклад C413 - полюс на 20 - 40 кГц.

Как итог: Усилитель с постоянным усилением в петле ООС в звуковом диапазоне, спадом петлевого усиления 12 дБ/окт и низкой частотой замыкния ООС ~ 1 - 1.5 МГц.
Приняты меры к повышению линейности (петля на Q406-Q408, высокие R425/R412, каскодные УН и дифф каскад, сравнительно глубокая ООС), помехозащищенности (полевики с низкой крутизной на входе (возможен + по звуку), C408/C411). Придраться не к чему

[deemon]

Да , любопытное решение . Фактически , это способ линеаризации каскада на Q409 . Ведь его усиление зависит от сопротивления в цепи эмиттера , а там последовательно с R420 входит ещё и внутреннее сопротивление эмиттера , которое зависит от тока , то есть - это источник нелинейности . А здесь эта нелинейность "убирается" за счёт того , что ток через Q407 делается равным току Q409 , и если , предположим , эти транзисторы одинаковы ( теоретически ) , то к сигналу добавляется та же нелинейность , но с обратным знаком . То есть , сдвиг напряжения между базой и эмиттером Q407 всегда будет таким же , как и у Q409 , а значит , и напряжение на нижнем выводе R420 будет всегда таким , как на базе Q407 , независимо от тока каскада . Усиление от этого прибавится незначительно , а вот искажения уменьшатся заметно .... недостаток тут только в том , что подавление искажений будет зависеть от степени "комплементарности" транзисторов .

---------- Добавлено в 17:19 ---------- Предыдущее сообщение в 17:15 ----------

Кстати , я помню , как мы слушали такой усилитель в Москве , в 96-м году , на очень интересных самодельных колонках . Звук тогда мне очень понравился , и кстати , переход в класс А давал заметный результат , насколько я помню . Вообще , хороший усилитель , интересно было бы сейчас его послушать ......

[ViktKors]

Да , любопытное решение . Фактически , это способ линеаризации каскада на Q409 . .... недостаток тут только в том , что подавление искажений будет зависеть от степени "комплементарности" транзисторов

Да-да, конечно, а еще нужно прибавить разность их режимов (резисторы неодинаковы и токи тоже, рассеиваемая мощость так совсем разная).
Но это все мелочи, дело не в этом.
По сути остается, что Q407 - основной генератор второй гармоники (до десятых долей процента до охвата ООС), и его не обойдешь схемотехнически. Эти искажения того-же порядка, что и у транзисторов Q417, Q412, но там они скомпенсированы включением токовым зеркалом, а у Q407 - ничем.

Поэтому, чтоб снять проблему, достаточно добиться той-же степени комплиментарности, что и у токового зеркала, в данном случае далеко не запредельной.
А для этого сгодится и такая простая схема компенсации на Q406-Q408. В самом приблизительном случае она понизит вторую гармонику от Q407 на порядок, а большего, собственно, и не требуется.

Как это отразится на итоговых искажениях и звуке - судить не возьмусь, там других факторов еще.. А вот как организация стабильного режима по постоянному току при изменении питания от 25 до 60 вольт такое включение оправданно, ну а дополнительный бонус по искажениям (), видимо склонил чашу весов .

Тут на форме SashaNetrusov совсем недавно много говорил о pnp-npn взаимной компенсации искажений - это пример реализации такого принципа.

[vic57]

А звук-то как? Есть?

[deemon]

Да-да, конечно, а еще нужно прибавить разность их режимов (резисторы неодинаковы и токи тоже, рассеиваемая мощость так совсем разная).

Так ведь , если токовое зеркало Q408 - Q410 работает нормально , то токи будут в точности равными ( R412=R417 ) , значит , и компенсация будет полной . А вот разная мощность приведёт к разной температуре переходов , и компенсация нарушится .... значит - желательно сделать между транзисторами тепловую связь . Да это и для стабильности по постоянке будет полезно .

[krulfa]

То есть фактически глубина ПОС гораздо меньше единицы и выходное сопротивление каскада практически не меняется.

Принято, так и есть. Напряжения Uбэ Q407 и Q409 практически одинаковы, так как и токи через них одинаковы. Поэтому искажения погашаются.
Правда, симулятор никакого выигрыша не показывает - без компенсации 0.76% искажений при 49Vпп, а с компенсацией 0.82% при 52Vпп, усиление различается только на 1 дБ.

[SashaNetrusov]

Тут на форме SashaNetrusov совсем недавно много говорил о pnp-npn взаимной компенсации искажений - это пример реализации такого принципа.

Тут другой принцип компенсации. Здесь со счёт идентичности токов эмиттеров. А там за счёт разнознакового изменеия выходных сопротивлений ЭП.
А идентичность режимов Q407 Q409 нетрудно сделать. Токи уже одинаковые. Осталось падения напряжений. Плавающее питание для Q409 Q407и всё...
У токовых зеркал тоже падения напряжений одинаковыми сделать не помешало бы...
Основные искажения Q412 даёт...

[ViktKors]

Правда, симулятор никакого выигрыша не показывает - без компенсации 0.76% искажений при 49Vпп, а с компенсацией 0.82% при 52Vпп, усиление различается только на 1 дБ.

Это искажения чего, на какой частоте, при какой нагрузке?
Данная величина искажений (под 1%) более характерна для искажений всего УН без нагрузки (или с активной линейной высокоомной, важно, что не на реальную двойку-тройку) на ЗЧ. Определяется в основном нелинейностью выходных транзисторов (зависимостью тока в их базах от напряжения на коллекторе при размахах под 100В). Учитывая, что эти транзисторы разной структуры и не идентичны, вторая гармоника там зачастую нехилая (хотя в общем случае даже не является обязательной), именно потому я и говорил, что такая линеаризация Q407 и Q409 - крохи.
Но нужно учитывать, что искажения Q407 и Q409 в 3 раза меньше ослабляются ООС, потому некая целесообразность их линеаризации остается.

Нелинейность напряжения б-э Q407 и Q409 имеет на порядок меньшую величину. Полагаю ~0.1% при токе в нагрузке УН ~ 1-2 мА. Важно также, как именно симулятор считает гармоники (я понятия не имею, всегда считал их на листочке), как среднеквадратичное суммы гармоник отдельных каскадов (тогда без линеаризации у Q407 искажений вообще не будет видно), или как итог суммарной нелинейности усилителя. В первом случае вклад Q407 и Q409 сложится ~ 0.14% (~0.1% без линеаризации), во втором ~0.01% (~0.2% без линеаризации).

[krulfa]

Это искажения чего, на какой частоте, при какой нагрузке?
Данная величина искажений (под 1%) более характерна для искажений всего УН без нагрузки (или с активной линейной высокоомной, важно, что не на реальную двойку-тройку) на ЗЧ.

Да, это весь каскад УН, нагрузка 200 кОм + идеальный источник тока, частота 20 кГц, входной ток (от ДК) 20 мкАпп, получены ~50Vпп при напряжении питания +-60V. Похоже, что основные искажения вносят Q412 Q413. Если убрать каскод Q413, искажения увеличатся до 2.6 - 2.9%. Я уменьшал сопротивление нагрузки до 10 кОм, картина примерно та же - ощутимого улучшения КНИ не наблюдается.

[ИГВИН]

База Q411 жестко сидит на половине питания через R419, R421.

Я бы сказал: сидит, но мягко.
Почему б не привязать среднюю точку R419, R421 к земле?

Да , любопытное решение

Угу, нечасто встречаются такие изыски. Поэтому и запостил.

интересно было бы сейчас его послушать

За недостатком времени сам еще не послушал, и возможно отдам владельцу не успев послушать.

Здорово обсосали этот каскад, респект всем участникам обсуждения.

[ViktKors]

...Похоже, что основные искажения вносят Q412 Q413.

Я бы сказал, скорее Q414 Q413.
Тут стоит выделить два источника искажений выходного каскада УН.
1. Нелинейность б-э переходов этих транзисторов при протекании по ним переменного тока. Лечится либо стабилизацией тока через переход (как у Q414, при этом у Q414 остается тепловая модуляция), либо повышением выходного сопротивления источника сигнала - каскодное включение Q413. То есть эта нелинейность тут +/- побеждена.

2. Нелинейность тока в базовых цепях Q414 Q413. Ток через эммитеры этих транзисторов мы задали, а в коллектор приходит то, что осталось после ответвления базового тока. В датащитах обычно показывают семейство зависимостей тока коллектора от напряжения на коллекторе при постоянном токе базы. По ним вполне можно составить представление о величине эффекта. Эффект существенно разнится для комплименарных транзисторов разной проводимости (посмотрите например 2SA1370 и 2SC3467), потому я и говорил о второй гармонике в этих каскадах. Обратите внимание, что при 10 мА особенно плохо 2SA1370 делается уже при напряжении к-э менее ~ 8 вольт (это типично), представьте насколько питание предвыхода должно быть больше.
Иное описание эффекта - нелинейность rk_diff транзисторов, еще одно название, кажется, - эффект Эрли. Тут важно, что rk_diff не просто есть (не бесконечно), а то, что оно существенно нелинейно. Именно нейтрализация этого эффекта (возврат тока базы в выходные цепи) и есть смысл многочисленных линеаризаций по типу харсфордовских.
Я поигрался тут, и у меня сложилось впечатление, что симуляторы считают эти искажения напрямую, как функцию rk_diff линейно зависящего от Uкб. Датащитовские кривые говорят, что там все несколько сложнее, и реальные искажения будут меньше симулированых при умеренных колебаниях значительных по величине Uкб, и больше, если Uкб провалить ниже чем вольт так 10.
Потому, вероятно, в реальных УН ООСных усилителей на эти искажения просто забивают, они не играют существенной роли при обычных амплитудах сигналов.

Если убрать каскод Q413, искажения увеличатся до 2.6 - 2.9%.

Этот же эффект (модулящия ширины базового перехода) вызывает колебания Uбэ транзитора. Потому исключение Q413 их схемы сделает токовое зеркало совсем неидеальным, и искажения возрастут.

[krulfa]

Я бы сказал, скорее Q414 Q413.

Q414 такие искажения вносит, что все остальные источники могут вздремнуть. Но "цифра", как ни парадоксально, оказывается лучше. Без Q414, при работе на источник тока, искажения грубо 0.8% вторая гармоника и 0.08% третья - разница на порядок. А при штатном включении Q414 вторая гармоника... 0.2% и третья 0.1% - разница в 2 раза. То есть снижение суммарного THD в 4 раза с ~0.89 до ~0.25%! Ценой второй гармоники.

Я поигрался тут, и у меня сложилось впечатление, что симуляторы считают эти искажения напрямую, как функцию rk_diff линейно зависящего от Uкб. Датащитовские кривые говорят, что там все несколько сложнее, и реальные искажения будут меньше симулированых при умеренных колебаниях значительных по величине Uкб, и больше, если Uкб провалить ниже чем вольт так 10.
Потому, вероятно, в реальных УН ООСных усилителей на эти искажения просто забивают, они не играют существенной роли при обычных амплитудах сигналов.

Про симуляторы, соглашусь, я уже сталкивался с существенной недооценкой эффекта Эрли при напряжениях менее 15 В в симуляторе. Если же модель подогнать под малые напряжения, то появится неприличная ошибка при больших напряжениях.

А забивают на эти искажения зря, я вот забил, и поплатился тем, что искажения реальной схемы оказались на порядок с лишним выше расчетной. Пришлось УН переделывать.

[A-Plevox]

В качестве небольшого добавления к данной теме - результат обмера Pioneer M-73 в программе RMAA (использовалась карта Infrasonic Quartet). На картинках три графика - лупбэк самой карты, и работа M-73 на активной нагрузке 9 Ом в классе В и А (при мощности близкой к максимальной для класса А).
Любопытно, а какая была неисправность у экземпляра M-73, обсуждавшегося здесь?
С уважением.

[Romych]

Любопытно, как вы оцениваете его звучание?