Мостовые усилители мощности

[Nota Bene]

Приперло - понадобился мощный усилок на 8-ми омную нагрузку. По питанию не хотелось уходить выше +/-22 вольт, решил сделать мост на 2-х TDA2050. Конечная цель - ИТУН для саба. За основу была взята схема усилителя с перекрестно-симметричными связями (по Шкритеку), так как мостовая схема из даташита на TDA2030, ну, совсем не нравилась. Смакетировал то, что намоделировал - и ИНУН и ИТУН - все работает как часы. Иллюстрации прикладываю. В zip-файле схемы под МС7 для любителей.

[Alex]

Спасибо за ответ Nota Bene , правда, вопрос был адресован Alex –у

Ну Наиль уже ответил. Я сам у него спрашивал в ветке про ЭМОС - "почему ИТУН", там он и обьянил.
Без ЭМОС - с ИТУНОм в самом деле баальшие проблемы на НЧ, из-за кривого импеданса, но ЭМОС охватывает все вместе и это исправляет. А что дает в данном случае ИТУН - Наиль ответил.

[Nota Bene]

Если у вас есть ссылочки на результаты сравнительных измерений основных хар-к ИТУНа и ИНУНа, подтверждающие вышесказанное цифрами, то было бы интересно проанализировать.

что-то можно здесь по THD посмотреть (вложение) - https://forum.vegalab.ru/showthread....&postcount=340
и где-то дальше... (Начало здесь - https://forum.vegalab.ru/showthread....&postcount=335 )

Добавлено через 2 часа 29 минут

Тепловая интермодуляция - это мне не понятно. Тепловые процессы в звуковой катушке достаточно инерционны, а это не позволяет однозначно утверждать о ее существенности.

А вы не читали статью С.Агеева "Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление?
(О снижении интермодуляционных искажений и призвуков в громкоговорителях)"?

Как видно на осциллограммах на экране верхнего осциллографа (верхняя - без фильтрации, нижняя - после фильтрации ФВЧ), модуляция сигнала с частотой 4 кГц под воздействием другого с частотой 300 Гц (при мощности на головке 2,5 Вт) превышает 20%. Это соответствует величине интермодуляционных искажений около 15%. Думается, нет нужды напоминать о том, что порог заметности продуктов интермодуляционных искажений лежит намного ниже одного процента, достигая в ряде случаев сотых долей процента.

Так что говорить о большой инерционности тепловых процессов в ЗК как бы нет оснований...

но как быть с отсутствием электрического демпфирования ЗК на более высоких частотах.

В той же статье есть ответ на этот вопрос. Это - грамотное акустическое демпфирование.

не упускать из виду переходные хар-ки ( реакцию на единичный импульс).

Вообще-то это - импульсная характеристика Переходная - это реакция на скачок (ступеньку)...

[ан юр]

А вы не читали

Читал, описанный эффект ничего общего с теплом не имеет. Не путайте публику.
Это явление - взаимодействия двух сигналов поступающих на нелинейный элемент, а в результате появляются продукты их взаимодействия – как гармоники их, так и продукты – интермодуляционные искажения. Спектральный состав мусора определяется собственно формой нелинейной характеристики элемента (преобразователя).
Включение последовательно с нелинейным элементом активного сопротивления – это линеаризация – уменьшение общей нелинейности, и, как следствие, уменьшение мощности продуктов преобразования. Почитайте про смесители радиосигнолов, это одно и тоже явление.

Так что говорить о большой инерционности тепловых процессов в ЗК как бы нет оснований...

да, нет оснований, как минимум для динамика.

В той же статье есть ответ на этот вопрос. Это - грамотное акустическое демпфирование.

Это справедливо для частот близких к частотам собственных резонансов АО и динамика, для более высоких частот влияние различных ПАС будет ничтожно мало, а на этих частотах можно говорить только о электрическом демпфировании, которого в итуне нет.

[Nota Bene]

Читал, описанный эффект ничего общего с теплом не имеет. Не путайте публику.
Это явление - взаимодействия двух сигналов поступающих на нелинейный элемент

Не многовато ли 15-20% ? А ТКС меди - побоку?

[ан юр]

Не многовато ли 15-20% ?

А почему бы и нет. Количественную оценку дать навскидку не могу.
И еще. Схема испытаний Агеева не корректна. Мы видим результат работы не динамика, а системы из двух усилителей и динамика. Вот отсюда могут вылезти и 12%.
Сначала надо было бы правильно просуммировать сигналы, потом подать на УМ, а далее на головку.

А ТКС меди - побоку?

Нет, не побоку, его мы будем рассматривать при анализе термокомпрессии, которая достаточно инерционна, и будет сказываться на огибающей сигнала. ( Я, так полагаю, будет влиять до единиц Герц, а не на 300Гц).

[Nota Bene]

И еще. Схема испытаний Агеева не корректна. Мы видим результат работы не динамика, а системы из двух усилителей и динамика. Вот отсюда могут вылезти и 12%.

А ведь мы сами можем повторить подобный эксперимент. Корректно
И не будет больше недоразумений. Только здесь это оффтопик.

[Nota Bene]

Спасибо, ан юр, что заставили усомниться в результатах замеров С.Агеева. Решил сам промерить именно тепловую интермодуляцию. Корректно. В чистом виде. Взял алюминиевую оправку. На нее намотал несколько слоев обычной бумаги. Далее намотал медным проводом Ф0,12мм в два слоя аналог звуковой катушки в 80 витков. Получилось 7Ом. Взял усилитель типа ИНУН (обычный УНЧ), последовательно с нагрузкой, в земляной конец включил резистор 0,2Ом, для контроля тока через нагрузку. Если сопротивление нагрузки будет термомодулировано, мы это увидим в изменении тока через эту нагрузку. А вот и результаты -

Короче, термоинтермодуляция - это фикция... На обычном резисторе (в качестве нагрузки) имеем те же IMD-искажения. Первые сомнения у меня появились при анализе осциллограмм, приведенных в статье. Дело в том, что мощность, выделяемая в нагрузке, является функцией квадрата напряжения, а значит пульсации температуры должны быть удвоены по частоте... И в осциллограмме должна была присутствовать удвоенная частота АМ-модуляции (2-я гармоника). А там - в основном, только первая... Так, что С.Агеев намерил что-то не то. А вот термокомпрессия имеет место. Только постоянная времени у нее очень большая (нижний график).
Можно ли такие измерения считать корректными?

[ан юр]

Короче, термоинтермодуляция - это фикция... На обычном резисторе (в качестве нагрузки) имеем те же IMD-искажения.

О чем я и предупреждал.

пульсации температуры должны быть удвоены по частоте...

Именно так.

А вот термокомпрессия имеет место. Только постоянная времени у нее очень большая (нижний график).

В реальной ЗК тепловая модель будет несколько иной (воздушный зазор и т.п.), а, следовательно, постоянная времени теплового процесса несколько уменьшится.

Можно ли такие измерения считать корректными?

В части оценки влияния теплового процесса - да.
Снимаю шляпу перед Вашим энтузиазмом!

Добавлено через 9 часов 24 минуты
С одним заблуждением разобрались. Теперь, можно пойти дальше.

Если кратко - в ДГ ……. на СЧ/ВЧ - исключаются искажения, вносимые нелинейностью индуктивности ЗК, являющейся частью импеданса ДГ на этих частотах. Эта нелинейность обусловлена неидеальностью магнитной цепи динамика.

Другими словами вопрос можно сформулировать так:
1 Как влияет итун и инун на уровни (спектр) гармоник ДГ?
2 Как влияет итун и инун на переходные процессы?

Схема эксперимента.
Сигнал с двух генераторов с частотами 300Гц и 2000Гц поступает на правильный сумматор на ОУ, далее УМ с малым Rвых (для контроля надо посмотреть на выходе УМ спектр на отсутствие интермодуляционных составляющих 2000-300 и 2000+300 Гц). С выхода УМ сигнал подать на динамик, и для различных мощностей излучения измерить микрофоном спектр гармоник и реакцию на единичный импульс. Далее, включив последовательно ЗК резистор 50 Ом измерить тоже самое для тех же уровней подводимых к динамику мощностей.
После подобного эксперимента можно будет однозначно определиться в преимуществах итуна и инуна.
300 Гц – поршневой режим ДГ, где уже не влияют ПАСы, а 2000Гц – область максимальной чувствительности уха, находящаяся за границей поршневого режима.
Отдельно можно исследовать импульсную характеристику на наличие на полке импульса затухающих колебаний частоты 50 – 90 Гц, где максимально будет сказываться степень демпфирования подвижной системы.

[Nota Bene]

Схема эксперимента.

Раз уж вы взялись за методику, спрошу, какое должно быть соотношение амплитуд тестовых частот? Какого типа динамик должен быть? СЧ? ШП? В каком акустическом оформлении все это смотреть? Почему бы не использовать ИТУН, вместо подключения резистора в 50ом последовательно с нагрузкой? Каким еще образом анализировать импульсную характеристику? Можно ли использовать вместо этого MLS метод? Стоит ли замерять ватерфолл? Анализировать ли THD по уровням гармоник?

[ан юр]

какое должно быть соотношение амплитуд тестовых частот?

Мощность интермодуляционных составляющих это показатель нелинейности передаточной характеристики преобразователя, следовательно, чем она кривее, тем мощность гармоник больше.

Какого типа динамик должен быть? СЧ? ШП?

Конкретный, исследуемый динамик, для которого хотим дать рекомендацию по питанию. Для НЧ 2000Гц надо заменить на 800 Гц. Входные синусы должны быть в полосе воспроизводимых частот головки.
Мощность сигнала на 2000Гц= мощности сигнала на 300Гц=половине входной мощности.
Входная мощность должна устанавливаться в нескольких точках диапазона от 0,1Рном до Рном.

В каком акустическом оформлении все это смотреть?

Для начала, в любом.

Почему бы не использовать ИТУН, вместо подключения резистора в 50ом последовательно с нагрузкой?

Можно, но с контролем спектра питающего головку. Чтобы переход на другой УМ не внес лишнего.

Каким еще образом анализировать импульсную характеристику? Можно ли использовать вместо этого MLS метод?

Про MLS нужно подумать.
Я бы для начала ограничился анализом осциллограмм, победит та, которая максимально напоминает входной импульс (С минимальной лохматостью).

Стоит ли замерять ватерфолл?

Что Вы понимаете по этим заморским словом?

Анализировать ли THD по уровням гармоник?

Я думаю это лишнее, кривизна вылезет на интермодах, а они с THD близнецы, братья. Ходят парой. Для успокоения можно измерить на нескольких реализациях, и если их уровни прямопропорциональны, то можно ограничиться анализом уровней двух основных сигналов и их комбинационных составляющих.

[Walter]

Наиль, вы то мне и нужны.
Тоже назрела необходимость в мосте, и напрашивается вопрос.
В мосте происходит компенсация четных гармоник и спектр превращается в черт знает что. Это особенности симулирования или врожденная патология топологии?

[Nota Bene]

Мощность сигнала на 2000Гц= мощности сигнала на 300Гц=половине входной мощности.

Вообще-то стандартные методики предлагают соотношение амплитуд 4:1 (НЧ:ВЧ). Как бы с учетом спектрального состава реального музыкального сигнала.

Что Вы понимаете по этим заморским словом?

Так называют (кратко) кумулятивное затухание спектра.

Cumulative Spectral Decay. A very important task in analysis of a loudspeaker system is the detection of resonances. A time-frequency function called Cumulative Spectral Decay greatly helps in detecting resonances. Cumulative spectral decay is defined as a time-frequency function.
where h(t) is the impulse response function and u(t) is the unit step function.

Как раз имеет прямое отношение к вашей любимой импульсной функции. Это набор АЧХ, полученных методом Фурье-преобразования из импульсной характеристики с пошаговым сдвигом начала выборки от фактического начала импульса. Хорошо демонстрирует затухание возбужденных колебаний различных частот в диффузоре.

В мосте происходит компенсация четных гармоник и спектр превращается в черт знает что. Это особенности симулирования или врожденная патология топологии?

В любой симметричной мостовой схеме происходит компенсация четных гармоник. А при чем тут паталогия? А то, можно подумать, что Вы наслаждаетесь правильной формой спектра гармоник искажений

[ан юр]

Вообще-то стандартные методики предлагают соотношение амплитуд 4:1 (НЧ:ВЧ). Как бы с учетом спектрального состава реального музыкального сигнала.

Можно и так, но это не столь важно, главное выявление различий в уровне искажений при различном питании и прочих равных условиях.

кумулятивное затухание спектра

Понятно, но в этом случае необходимо будет сопоставить исходный спектр, с двумя результатами преобразования, а для этого придется запускать статистические методы проверки гипотез, что довольно громоздко, но если привлечь какого-нибудь аспиранта, то вполне возможно.
А пока, я склоняюсь либо к анализу осциллограмм, либо к следующему эксперименту:
На неинвертирующий вход сумматора подать эталонный импульс, а на инвертирующий с измерительного микрофона. На выход сумматора подключаем выпрямитель и интегратор с вольтметром.
Таким образом, вольтметр покажет среднее значение ошибки.
Все это можно организовать на одном ОУ (сбалансировав по задержке и уровням), либо на ПК с использованием маткада.
Победит способ питания, у которого среднее значение ошибки минимально.

[Nota Bene]

либо к следующему эксперименту

Не пойдет. Слишком велика будет задержка сигнала с микрофона. Не удастся сбалансировать...
И вообще, предлагаемые вами методы почему-то отдают такой архаичностью , как будто мы находимся в конце 80-х... Предлагаю, пока нет предварительных результатов измерений обсуждение методики прекратить, ведь основа постановки эксперимента уже есть. А остальное относится к обработке результатов и их интерпретации.

придется запускать статистические методы проверки гипотез, что довольно громоздко, но если привлечь какого-нибудь аспиранта...

Вообще-то, ИМХО, ватерфол как раз и был придуман для упрощения визуального анализа импульсной характеристики...

[ан юр]

Предлагаю, пока нет предварительных результатов измерений обсуждение методики прекратить

Понял, умолкаю.
Вместо микрофона можно применить датчик перемещения диффузора, от пьезоэлектрического звукоснимателя, но это уже из конца 70-ых годов.

[Nota Bene]

Вместо микрофона можно применить датчик перемещения диффузора, от пьезоэлектрического звукоснимателя, но это уже из конца 70-ых годов.

Это не датчик перемещения. Это датчик ускорения. И он не покажет процессы в диффузоре. Боюсь, альтернативы микрофону тут нет. А также собственному слуху Только нужен хороший микрофон с малыми собственными искажениями.
А насчет конца 70-х - эт, вы погорячились Есть новые, на первый взгляд, сумашедшие идеи по ЭМОС. Но... Сходите по ссылке, не пожалеете

[GoFrenDiy™]

Nota Bene, В чем отличия обычных мостовы схем, приводимых в даташитах на микрухи и Вашей схемы перекрестно-симметричного ИНУНА?
А еще у меня завалялся десяток OPA549... Вот думаю сделать на них усилки в машину. Как думаете, если сделать мост на них перекрестно-симметричный, питание +-25В, нормально ли они будут мне 75ГДН1-4 раскачивать?

[Nota Bene]

В чем отличия обычных мостовы схем, приводимых в даташитах на микрухи и Вашей схемы перекрестно-симметричного ИНУНА?

Если разобрать даташитовскую схему по "косточкам", получим два усилителя мощности, включенных последовательно. Первый усилитель - неинвертирующий, второй - инвертирующий. Между их выходами включена нагрузка. Понятно, что на выходе второго усилителя будет увеличенный уровень гармоник, так как входной сигнал пройдет по цепочке из двух усилительных звеньев. Кроме того второй усилитель добавит временную задержку на время прохождения сигнала через него. Вытекающие недостатки - очевидны.
Схема из Шкритека хороша по многим параметрам, кроме одного - рабочая точка усилителей мощности ничем не задана. Мысленно установите на выходах такого усилителя напряжение, например, близкое к напряжению питания (одновременно) - и баланс схемы не нарушится, так как она подавляет синфазную помеху как по входу усилителя, так и по выходу , в силу своей симметричной топологии.
В предложенной мной схеме ИНУН устранен этот недостаток путем добавления двух резисторов между дифференциальными входами усилителей. Теперь синфазный уход выходных напряжений от нулевого значения будет вызывать разбаланс напряжений между диф. входами усилителей и возвращать их в исходное состояние.
По аналогичному принципу построены ИТУН и усилитель с отрицательным выходным сопротивлением.

А еще у меня завалялся десяток OPA549...

Если при питании +/-25V такой усилок сможет нормально работать на нагрузку в 2 Ома (в чем я сильно сомневаюсь), то тогда мостовая схема из них сможет работать с 4-х омной нагрузкой типа 75ГДН1-4

[GoFrenDiy™]

Nota Bene,
А в чем бонусы усилителя с отрицательным вых сопротивлением?

ПРОВЕРЕННО! ТДА7294 в мосту при питании +-25В может работать на 4х омную нагрузку и выдавать в эту самую нагрузку 140Вт! Думаю OPA549 тоже сможет...

[Nota Bene]

Я тут страничку по мостовым усилкам сделал -
http://reanimator-h.narod.ru/bridge.htm
Теперь можно и там почитать. Ошибки найдете - рапортуйте здесь

А в чем бонусы усилителя с отрицательным вых сопротивлением?

Завтра напишу.