УМЗЧ на ВЧ и СВЧ транзисторах с малыми нелинейными искажениями

[Mepavel]

Введение

Скрытый текст

Вступление

Скрытый текст

Идея данной разработки возникла с тех пор, как я почувствовал существенную разницу в звучании операционных усилителей (ОУ). Так например, после замены в темброблоке ОУ К544УД2 на LM833 для меня открылся совершенно другой уровень качества звучания. А именно высокая детальность и читаемые «верхи». В свою очередь следующим моим этапом была замена LM833 на LM4562. Последняя микросхема обеспечивала превосходное, чистое и прозрачное звучание без малейшего намёка на искажения. Причём если поставить ручки тембра в средние положения, то услышать разницу звучания с темброблоком и без него практически невозможно. Чего нельзя сказать о LM833 (и уж тем более микросхемах отечественного производителя). В средних положениях ручек тембра наблюдалось бедное (серое) звучание, с заметной потерей прозрачности.
Что касается усилителей мощности, то самым прилично звучащим (хоть и неудачным) в моей практике я считаю усилитель на ОУ с раскачкой по шинам питания, где в качестве драйвера использовалась микросхема OP27 от Analog Devices. Даже 60-ти ваттный усилитель на LM49810 звучал заметно хуже. LM3886 вообще ничем не порадовала, кроме как простотой схемы включения.

[свернуть]

Какой звук усилителя можно считать качественным?

Скрытый текст

Я слушаю больше рок-музыку. Поэтому применительно к ней выскажу два требования для усилителя:
1. Чистые и чёткие высокие частоты.
2. Малые гармонические составляющие.
Эти требования по идее должны способствовать читаемости и уменьшению «песка» (грязи) в звуке.

[свернуть]

В чём секрет высококачественных звуковых ОУ?

Скрытый текст

Насколько я понимаю – увеличение граничной частоты и линеаризация передаточной характеристики, нередко сопровождающаяся большим усилением на постоянном токе при разомкнутой ООС.

[свернуть]

[свернуть]

Текущая версия проекта

Скрытый текст

Усилитель V7_Audio_Amp_RF_T

Электрическая схема УМЗЧ и результаты виртуальных испытаний в MicroCap 9

Схема изначально базировалась на классическом УМЗЧ с раскачкой по шинам питания. В качестве драйвера использовалась нелинейная модель ОУ OP37.
Выходной каскад (ВК) было решено делать только на быстродействующих DMOS транзисторах, включённых по схеме c общим истоком. Такое построение ВК должно обеспечивать больший КПД усилителя и устойчивость (думаю многим известно, что схемы истоковых (да и эммитерных) повторителей склонны к самовозбуждению).
Но как оказалось не всё так просто. Чтобы обеспечить высокую граничную частоту усилителя, необходимо добиться минимальной задержки прохождения сигнала, через весь тракт. В данном случае OP37 уже обеспечивал большую задержку, в добавок он не имеел выводов коррекции. Поэтому в конечном итоге пришлось отказаться от использования микросхем.
Далее оказалось большой проблемой раскачать затворы полевых транзисторов в ВК (IRF530 и IRF9530), поэтому пришлось использовать двухтактные двухкаскадные эмиттерные повторители на BFQ19+BFQ149 и BD139+BD140.
Драйвер усилителя выполнен на маломощных СВЧ транзисторах с граничной частотой >= 5 ГГц. Благодаря этому обеспечивается достаточное быстродействие и чувствительность на высоких частотах.

Результаты моделирования

Тестовые условия: напряжение питания - +/-33 В; нагрузка - активная 4 Ома; средняя синусоидальная мощность 110 Ватт; пиковая мощность - 220 Ватт.

АФЧХ усилителя с открытой обратной связью в 3-х критических точках выходного напряжения v(OUT) {-29V, 0, +29V}

Гармонические составляющие на частоте 1 кГц и 10 кГц, дБ

Интермодуляционные искажения (сигналы 7 кГц и 50 Гц в соотношении 1:1, пиковая мощность 220 Ватт)

Основные параметры усилителя:

• Напряжение питания - двухполярное +/- 33 В
• Номинальное сопротивление нагрузки – 4 Ома
• Номинальная выходная (средняя синусоидальная Ps) мощность – 110 Ватт
• Коэффициент усиления по напряжению - 30 раз
• Коэффициент усиления по напряжению с разомкнутой ОС - 105 дБ (180 000 раз)
• Уровень гармонических составляющих на частоте 1 кГц и мощности 110 Вт – минус 100 дБ (0,001%)
• Уровень гармонических составляющих на частоте 10 кГц и мощности 110 Вт – минус 81 дБ (0,009%)
• Уровень интермодуляционных составляющих (при 7 кГц и 50 Гц (1:1) в пике огибающей 140 Ватт) – минус 94 дБ (0,002%)
• Входная ёмкость - 1 пФ
• Частота единичного усиления (Ft) - 30 МГц
• Запас по фазе (при Ku=30) - 46 - 68 градусов

[свернуть]

Архивные варианты усилителей

Скрытый текст

Один из первых удачных вариантов Audio_Amp_RF_T

Скрытый текст

Основные файлы проекта: Audio_Amp_RF_T_CIR.zip, Audio_Amp_RF_T_PDF.zip

Электрическая схема УМЗЧ и результаты виртуальных испытаний в MicroCap 9

Основные параметры усилителя:

• Напряжение питания - двухполярное +/- 33 В
• Номинальное сопротивление нагрузки – 4 Ома
• Номинальная выходная (средняя синусоидальная Ps) мощность – 70 Ватт
• Коэффициент усиления по напряжению - 30 раз
• Коэффициент усиления по напряжению с разомкнутой ОС - 124 дБ (1,63*10^6 раз)
• Уровень гармонических составляющих на частоте 1 кГц и мощности 70 Вт – минус 105,8 дБ (0,00051%)
• Уровень гармонических составляющих на частоте 10 кГц и мощности 70 Вт – минус 99,4 дБ (0,0011%)
• Уровень интермодуляционных составляющих (при 7 кГц и 50 Гц (1:1) в пике огибающей 140 Ватт) – минус 90.5 дБ (0,0030%)
• Входная ёмкость - 1 пФ
• Частота единичного усиления (Ft) - 10-12 МГц
• Фазовый сдвиг на частоте Ft - 135 градусов

[свернуть]

Внимание!!! В SPICE модели BFQ149 допущена ошибка. Указан неправильный тип транзистора в подсхеме.
Поэтому выложил исправленный файл библиотеки ph_rfdev.lib (лежит в архиве). Его нужно кинуть в папку MC9\LIBRARY (разумеется по желанию свой файл можно сохранить в отдельном месте).

[свернуть]

Достоинства усилителя

Скрытый текст

• Маленькая входная ёмкость (следовательно малое влияние её нелинейности)
• Высокая частота среза
• Высокая линейность
• Большой КПД
• Питание от одного двухполярного источника
• ВК на полевых транзисторах по схеме с ОИ

[свернуть]

Интересные результаты моделирования и варианты схем усилителя

Скрытый текст

• АФЧХ одного из первых вариантов усилителя - #105
• АФЧХ моего дискретного аналога AD797 - #107
• АФЧХ популярной микросхемы LM3886 - #166
• Демонстрация прокачки большой входной ёмкости DMOS-транзисторов - #254
• ViktKors исследует АФЧХ выходного каскада - #281
• Как «подзванивает» истоковый повторитель - #294
• Большие фазовые задержки классической схемы УН+Повторитель - #302
• Как ООС позволяет решить проблему фазовых задержек в УН - #310
• Вариант усилителя, в котором выходной каскад (ВК) - истоковый повторитель, а УН охвачен резистивной ООС по постоянному току - #324
• Исследование меандром 100 кГц. Демонстрация плохой устойчивости этого усилителя при больших амплитудах выходного напряжения - #326
• Первые шаги к построению концепции быстродействующих усилителей, в которых ВК на полевых транзисторах по схеме с ОИ - #338

[свернуть]

Список изменений

Скрытый текст

По второй версии усилителя

Скрытый текст

Дата 29.07.2011

• Уменьшено напряжение питания драйвера до +/-10, чтобы увеличить запас по пробивному напряжению СВЧ транзисторов.
• В усилителе произошла замена СВЧ транзисторов на самые доступные и подходящие:
  Комплиментарная пара NPN BFR92A + PNP BFT92.
  (Pd=300 мВт, Uкб = 20В, Ik= (25-35) мА, Cэ= (0.8-1.2) пФ, Cк= (0.8-1.2) пФ, Ft=5 ГГц, Корпус - SOT-23)
  И NPN BFQ19 + PNP BFQ149
  (Pd=1000 мВт, Uкб = 20В, Ik= 100 мА, Cэ= (4-5) пФ, Cк= (1.6-2) пФ, Ft=(5-5.5) ГГц, Корпус - SOT-89)
• Введена термокомпенсация тока покоя выходных каскадов в диапазоне температур -20 - 85 градусов. Ток покоя (20-80 мА)
• Оптимизирована схема драйвера на базе AD797 и получен уровень THD+IMD меньше минус 115 дБ (0.00017%) (файл MicroCap прилагается )
• Коэффициент усиления по напряжению с разомкнутой ОС - 124 дБ (измерялось на 100 Гц)

[свернуть]

[свернуть]

[fakel]

Не думаю, что есть необходимость в X45 и параллельных повторителях перед полевиками. Имхо, больше вносят задержку, чем усиление. Большой скорости можно добиться компенсацией входной и вых емкости/проводимости по Ларссену

---------- Добавлено в 02:17 ---------- Предыдущее сообщение в 02:16 ----------

Как стабилизируете ток покоя ВК?

---------- Добавлено в 02:22 ---------- Предыдущее сообщение в 02:17 ----------

Проблема емкости полевиков решена тут https://forum.vegalab.ru/showthread.php/47076
С двухполюсной коррекцие его параметры еще выше

---------- Добавлено в 02:28 ---------- Предыдущее сообщение в 02:22 ----------

катушки рядом с полевиками - индуктивность ног?

[Mepavel]

Не думаю, что есть необходимость в X45 и параллельных повторителях перед полевиками.

Без X45 вообще не представляю работы. Задумка вообще взята из даташита AD797.
Что касается повторителей – то как без них прокачать ёмкость под 1000p с измененим напряжения на 4В? Если напрямую без них, то уже на 1МГц получаем дополнительные 90 градусов.
А эти повторители с входными СВЧ транзисторами обеспечивают задержку 3-5 нс на частоте 10 МГц прокачивая входную ёмкость IRF9530 практически без изменения амплитуды. Согласитесь, это не 250 нс без них. В добавок схемотехника повторителей обеспечивает точную термокомпенсацию (нет нужды термокомпенсировать сам повторитель), а также высокий КПД (нет надобности в греющихся подтягивающих резисторов, которые кстати убивают усиление на низких частотах).

Как стабилизируете ток покоя ВК?

Пока термокомпенсацию полевиков выполняют диоды D7 и D8 которые нагружены на источник тока. В данном случае источником тока является выходной каскад на транзисторах X44, X46, X47 и X48. Как уже говорилось повторители перед полевиками термокомпенсировать не нужно. Главное, чтобы ток эмитерного повторителя драйвера (X44, X46, X47 и X48) не уходил от температуры (В ОУ это хорошо достигается, на практике надо проверить)

катушки рядом с полевиками - индуктивность ног?

Да, почти так (всё-таки работаю в области СВЧ усилителей). Просто в моделях IR индуктивности ног уже учтены. Так что это ещё дополнительные индуктивности платы и т.п. Эти паразиты кстати уже на 5-7 нc увеличивают задержки.

[Mepavel]

Проблема емкости полевиков решена тут https://forum.vegalab.ru/showthread.php/47076

Весь усилитель разобрал, не понял где обещанная компенсация входной и выходной ёмкости полевых транзисторов? ВК - обычный двухкаскадный повторитель с подтягивающими источниками тока (причём нехило так 60 мА). У меня же выходной каскад по схеме с общим истоком.

[G.S.S.]

А зачем столько повторителей. Каскадно. Сначала Х45, следом Х44/46/47/48, а "для верности" за ним еще и персональные для затворов выходников. Вся схема состоит из повторителей! Сдается, избыточно.
Кстати, почему R9 и R45 разные?

[Mepavel]

А зачем столько повторителей. Каскадно. Сначала Х45, следом Х44/46/47/48

Чтобы получить большое входное сопротивление и высокую нагрузочную способность драйвера, при сохранении линейности.
Ещё раз повторюсь, каскады на Х45 и Х44/46/47/48 и всё что до них – моя реализация ОУ AD797.

а "для верности" за ним еще и персональные для затворов выходников. Вся схема состоит из повторителей! Сдается, избыточно.

Сначала всё шло от простого к сложному и перед полевиками не было повторителей. Естественно ничего не получилось.
Можно прикинуть. Выходной ток драйвера 25 мА, входная ёмкость IRF9530 примерно 900 пФ, требуется изменить напряжение на затворе на 4 В, чтобы обеспечить максимальный ток в нагрузке. Таким образом, время зарядки равно C*U/I или составляет 144 нс. Уже на 2 МГц – это 103 градуса.
При использовании повторителя это время сокращается до 3-5 нс.

Кстати, почему R9 и R45 разные?

Спасибо, исправил!

[Slava!!!]

С использованием СВЧ транзисторов (5 ГГц!!!) возникнут проблемы с обеспечением устойчивости реальной конструкции. Без опыта конструирования СВЧ устройств имхо лучше и не браться.

Если уж так хочется мощный повторитель перед выходниками, есть смысл поставить мощный ОУ с ТОС (типа АД811).

В эмиттеры входного дифкаскада невредно добавить резисторы. В АД797 их не ставили для минимизации шума, что в УМЗЧ не столь актуально. Зато приветсвуется масимальная линейность и нагрузочная способность входного дифкаскада. Кстати, от нее зависит напрямую и скорость нарастания выходного напряжения. Поэтому без указанных резисторов все мероприятия по повышению широкополосности выходного каскада, скорее всего, совершенно бесполезны. Вообще полезно проверить в симуляторе реакцию на меандр, пропущенный через фильтр первого порядка с частотой среза около 100 кГц. Посмотреть, в частности, амплитуды сигнала в разных точках схемы.

И вообще - делать на СВЧ элементах и по такой заумной схемотехнике усилитель с частотой единичного усидения 15 МГц и частотой первого полюса петлевого усиления 150Гц - зачем? Указанные величины легко достигаются с использованием традиционной схемотехники и элементной базы.

[fakel]

Весь усилитель разобрал, не понял где обещанная компенсация входной и выходной ёмкости полевых транзисторов?

пост 13

ВК - обычный двухкаскадный повторитель с подтягивающими источниками тока (причём нехило так 60 мА). У меня же выходной каскад по схеме с общим истоком.

Т.е. миллер!

---------- Добавлено в 12:32 ---------- Предыдущее сообщение в 12:29 ----------

Без X45 вообще не представляю работы. Задумка вообще взята из даташита AD797.

Там он прокачивает отвязку зеркала зеркала. Ксатит, оригинальную коррекцию по ВЧ тоже оттуда возьмите. Не пожалеете! (Правда у Вас ВК инвертирующий, тут надо подумать)

---------- Добавлено в 12:35 ---------- Предыдущее сообщение в 12:32 ----------

Чтобы получить большое входное сопротивление и высокую нагрузочную способность драйвера, при сохранении линейности.

Уже при стандартной биполярной тройке во входном сопротивлении преобладает емкость Скб входного транзистора. В четверке доминирует. Т.е. полюс будет на килогерцах. Или примененные вами СВЧ тарнзисторы имеют С=0.1пФ?

---------- Добавлено в 12:36 ---------- Предыдущее сообщение в 12:35 ----------

Выходной ток драйвера 25 мА, входная ёмкость IRF9530 примерно 900 пФ

Больше. Миллер!

---------- Добавлено в 12:38 ---------- Предыдущее сообщение в 12:36 ----------

В эмиттеры входного дифкаскада невредно добавить резисторы.

а также уравнять R52 и R33+R49, чтобы уменьшить смещение нуля на выходе из-за разницы токов баз ДК

---------- Добавлено в 12:39 ---------- Предыдущее сообщение в 12:38 ----------

Зато приветсвуется масимальная линейность и нагрузочная способность входного дифкаскада.

А где он тут? Это же не Холтон!

[Slava!!!]

Зато приветсвуется масимальная линейность и нагрузочная способность входного дифкаскада.

А где он тут? Это же не Холтон!

А Х2-Х38 - это что?

[krulfa]

ИМХО не получится хорошего звука от такой концепции. Усиление напряжения появляется только в выходном каскаде, а он самый медленный из всех! И только оттуда можно снять сигнал для ОООС. DIM очень вероятны. Весь сигнал, создаваемый входной частью усилителя, уходит в ... шины питания через емкость ЗИ выходных полевиков. Хоть ПТ и быстрые, но у них при задержке в 15-16 нс полоса усиления ну никак не больше 33 МГц, поэтому частота удиничного усиления в 10-15 МГц - это черезчур оптимистично. Только в симуляторе, одиним словом.

Рекомендации:

1. УН делать на биполярах в классе А.
2. Выходной каскад на ПТ в классическом варианте ОИ, т.е. повторителем.
3. Спроектировать сложный выходной фильтр, который стабилизирует или даже даст подъем эквивалентного импеданса нагрузки в районе от 1 до 10 Мгц (приблизительно). Тогда, принимая во внимание, что ток раскачки выходных истоковых повторителей может напрямую проходить на выход через емкость затвора, может быть, удастся получить реальные 15 Мгц единичного усиления без DIM.

P.S. А у 9530 время включения-выключения 70...140 нс, ну и где здесь 15 Мгц петлевого усиления? Первый же срыв слежения в петле ОООС - и все пойдет дымом от сквозных токов.

[fakel]

Что касается повторителей – то как без них прокачать ёмкость под 1000p с измененим напряжения на 4В?

А как прокачать 33пФ коррекции током 2(вклад зеркала)*Ur40/1к=0.66мА? (Ur40=30/22k*240=0.33В)

---------- Добавлено в 13:22 ---------- Предыдущее сообщение в 13:21 ----------

Пока термокомпенсацию полевиков выполняют диоды D7 и D8 которые нагружены на источник тока.

Вносят нелинейность, которая ничем не компенсируется - это не токовое зеркало

---------- Добавлено в 13:24 ---------- Предыдущее сообщение в 13:22 ----------

А Х2-Х38 - это что?

Пардон, вместо "входного" прочитал "второго" диффкаскада

[Slava!!!]

И кстати. Какой смысл использовать СВЧ транзистроы в первом каскаде драйверного повторителя (х49 - х52), если во втором каскаде (Q1 - Q4) стоят BD140 на 160 МГц?

---------- Добавлено в 11:43 ---------- Предыдущее сообщение в 11:41 ----------

Рекомендации:

1. УН делать на биполярах в классе А.
2. Выходной каскад на ПТ в классическом варианте ОИ, т.е. повторителем.
3. Спроектировать сложный выходной фильтр, который стабилизирует или даже даст подъем эквивалентного импеданса нагрузки в районе от 1 до 10 Мгц (приблизительно). Тогда, принимая во внимание, что ток раскачки выходных истоковых повторителей может напрямую проходить на выход через емкость затвора, может быть, удастся получить реальные 15 Мгц единичного усиления без DIM.

Получится как у всех. Неинтересно...

[Mepavel]

С использованием СВЧ транзисторов (5 ГГц!!!) возникнут проблемы с обеспечением устойчивости реальной конструкции. Без опыта конструирования СВЧ устройств имхо лучше и не браться.

Всё так и есть, без опыта в СВЧ можно получить хороший автогенератор. ) У меня вроде как уже 2-х летний стаж работы. На BFRах частенько приходится что-нибудь лепить на частоты от 30 МГц до 2 ГГц и обеспечение устойчивости одна из основных задач.

Если уж так хочется мощный повторитель перед выходниками, есть смысл поставить мощный ОУ с ТОС (типа АД811).

Возможно есть смысл. Хотя эта микросхема на порядок слабее моего 4-х транзисторного повторителя. В частности ток ограничен величиной 100 мА, а ёмкость 1000 пФ является предельной нагрузкой и последовательно с ней рекомендуется включать резистор 15 Ом. Получается применение этой ИМС даст только 4х кратный выигрыш по току, т.к. сам драйвер спокойно выдаёт 25 мА.

В эмиттеры входного дифкаскада невредно добавить резисторы. В АД797 их не ставили для минимизации шума, что в УМЗЧ не столь актуально.

Вообще как бы в УМЗЧ вопросы шума очень даже актуальны. А резисторы в этой схеме ставить вредно, поскольку усиление по напряжению и так впритык.

Зато приветсвуется масимальная линейность и нагрузочная способность входного дифкаскада. Кстати, от нее зависит напрямую и скорость нарастания выходного напряжения. Поэтому без указанных резисторов все мероприятия по повышению широкополосности выходного каскада, скорее всего, совершенно бесполезны.

Мне непонятно какая там перегрузочная способность, если входное напряжение не более 0.8 В, а максимальное напряжение обратной связи не может превысить 1,1 В (просто упрётся в питание)? Напряжения 0.8+1.1 В даже недостаточно, чтобы пробить эмиттерные переходы транзисторов диф. каскада.
P.S. Вы хотите сказать, что эмиттерные резисторы повышают быстродействие? Безусловно можно попробовать помоделировать с этими резисторами, но жалко усиление. (

Вообще полезно проверить в симуляторе реакцию на меандр, пропущенный через фильтр первого порядка с частотой среза около 100 кГц. Посмотреть, в частности, амплитуды сигнала в разных точках схемы.

Да уж... такие вещи уже надо делать на реальном макете. Просто комп уже загинается от такой сложной схемы. Могу выложить просто меандр с выхода.

И вообще - делать на СВЧ элементах и по такой заумной схемотехнике усилитель с частотой единичного усидения 15 МГц и частотой первого полюса петлевого усиления 150Гц - зачем? Указанные величины легко достигаются с использованием традиционной схемотехники и элементной базы.

С чего Вы взяли, что там первый полюс 150 Гц? Отталкиваетесь от ft = 15 МГц ? При моделировании в диапазоне частот 100 – 30000 кГц амплитуда напряжения между базами транзисторов диф. каскада была практически неизменной и составляла 200 мкВ, при этом амплитуда выходного напряжения оставалась неизменной 24 В. Отсюда следует, что в звуковом диапазоне усиление практически не зависит от частоты. По-видимому, этот факт объясняет столь малые искажения на ВЧ.
А Ft сильно зависит от уровня сигнала. 15 МГц при 0.8 на входе. На 10 мВ уже под 40 МГц. При этом фазовая характеристика уходит в нужную сторону, задержки также уменьшаются при уменьшении входного напряжения.

пост 13

Объясните по-человечески где там компенсация ёмкости? Да, согласен, истоковый повторитель имеет меньшую эквивалентную ёмкость, чем Сзи. Мне понятен смысл каждого транзистора в той схеме, но при чём здесь то что Вы пишите… Можно нормально объяснить как эта компенсация работает?

Ксатит, оригинальную коррекцию по ВЧ тоже оттуда возьмите.

Нельзя, у меня же инверсия.

Уже при стандартной биполярной тройке во входном сопротивлении преобладает емкость Скб входного транзистора. В четверке доминирует. Т.е. полюс будет на килогерцах. Или примененные вами СВЧ тарнзисторы имеют С=0.1пФ?

BFR90A имеет ёмкость коллекторного перехода 0,3 пФ. Как Вы так бегло определили, что полюс будет на килогерцах! А по конкретнее циферки то можно? Килогерцы то разные бывают)

а также уравнять R52 и R33+R49, чтобы уменьшить смещение нуля на выходе из-за разницы токов баз ДК

Можно, но это уже мелочи… хотя полезные)

[sia_2]

Основные параметры усилителя:

• Напряжение питания - двухполярное +/- 33 В
• Номинальное сопротивление нагрузки – 4 Ома
• Номинальная выходная (средняя синусоидальная Ps) мощность – 70 Ватт
• Коэффициент усиления по напряжению - 30 раз
• Коэффициент усиления по напряжению с разомкнутой ОС - 10^5 раз
• Уровень гармонических составляющих на частоте 1 кГц и мощности 70 Вт – минус 117 дБ (0,00014%)
• Уровень гармонических составляющих на частоте 10 кГц и мощности 70 Вт – минус 106 дБ (0,00050%)
• Уровень интермодуляционных составляющих (при 7 кГц и 50 Гц (1:1) в пике огибающей 140 Ватт) – минус 111 дБ (0,00028%)
• Входная ёмкость - 1 пФ
• Частота единичного усиления - 10-15 МГц

Достоинства усилителя

• Маленькая входная ёмкость (следовательно малое влияние её нелинейности)
• Высокая частота среза
• Высокая линейность
• Большой КПД
• Питание от одного двухполярного источника
• ВК на полевых транзисторах по схеме с ОИ

Я не люблю давать советы, но тут, к сожалению, ситуация не очень благоприятная.
Первая принципиальная проблема данного подхода - попытка использования "ключевых" ДМОП ПТ с поликремниевым затвором с ОИ.
Их реальное поведение намного сложнее упрощенной модели, и ставит крест на попытках совместить приемлемое быстродействие/линейность и хорошее использование напряжения питания.
На эти грабли люди наступали многократно. Даже при использовании подобных транзисторов в схеме с общим стоком (т.е. повторителями) последние ~10...12В размаха до шин питания создают большие проблемы при попытке обеспечить высокое быстродействие и динамическую линейность.
Второе - подобная схемотехника "малосигнальной" части хорошо работает только в интегральном исполнении, когда можно пренебречь паразитными индуктивностями. В дискретном исполнении (даже на "плотной" SMD плате или гибридке) доминировать будут постоянные времени типа Lмонт/rэ транзисторов, они многократно больше TF.

[fakel]

Объясните по-человечески где там компенсация ёмкости? Да, согласен, истоковый повторитель имеет меньшую эквивалентную ёмкость, чем Сзи. Мне понятен смысл каждого транзистора в той схеме, но при чём здесь то что Вы пишите… Можно нормально объяснить как эта компенсация работает?

Смотрите патент Ларрсена или Хауксфорда.
Коротко - тут https://forum.vegalab.ru/showthread....l=1#post494471

---------- Добавлено в 14:49 ---------- Предыдущее сообщение в 14:41 ----------

Берем дарлингтон. Ток, пролезший в базу второго транзистора с его коллектора (серез конечную КОМПЛЕКСНУЮ проводимость к-б возвращается первым транзистором на коллектор (для этого тока первый - ОБ). Но! пролезание в базу первого транзистора ничем не компенсируется. Подключим коллектор первого к эмиттеру второго - вуаля! Эмиттер - точка низкоомная и плавает вслед за базой (если в эмиттере - резик) получается, что к к-б первого не прикладывается напряжение, т.е. компенсируется и КОМПЛЕКСНАЯ проводимость к-б первого! или пост 40 в той же теме

[Mepavel]

ИМХО не получится хорошего звука от такой концепции. Усиление напряжения появляется только в выходном каскаде, а он самый медленный из всех!

Ну да… А что плохого в том, что усиление по напряжению происходит на самом «медленном» каскаде? Обычно для этого и вводят коррекцию. Кстати усиление по напряжению происходит по многих каскадах, ну хоть например X47 и X48.

Хоть ПТ и быстрые, но у них при задержке в 15-16 нс полоса усиления ну никак не больше 33 МГц, поэтому частота удиничного усиления в 10-15 МГц - это черезчур оптимистично. Только в симуляторе, одиним словом.

Для прикола на работе делали широкополосный усилитель на IRF530 мощностью 50 Ватт для полосы частот 1.5 – 30 МГц. Причём на 25 МГц усиление по мощности (Kp) составляло 6 раз.) С компенсацией входной и выходной ёмкости можно получить намного большее усиление.

P.S. А у 9530 время включения-выключения 70...140 нс, ну и где здесь 15 Мгц петлевого усиления?

Откуда у Вас такая предвзятость то к быстродействующим DMOST? 140 нс – это при каком токе? Если ему ток увеличить в 10 раз, то будет 14 нс и т.д., пока не упрёмся во время пролёта носителей в канале.)

2. Выходной каскад на ПТ в классическом варианте ОИ, т.е. повторителем.

Вы имели ввиду с «ОС» - общим стоком?
Скорее всего подсвистывать будет. Потребуются большие омы в затворы. Низкий КПД. Запас в каждом плече вольт по 6-8 нужен. Идея создать насколько возможно качественный усилитель, с высоким КПД, низким напряжением и одним источником питания. Кстати ток покоя ВК не должен превышать 20-30 мА. С истоковым повторителем этого не прокатит.

3. Спроектировать сложный выходной фильтр, который стабилизирует или даже даст подъем эквивалентного импеданса нагрузки в районе от 1 до 10 Мгц (приблизительно).

Ну это самом собой разумеется. Цепочку бушеро я влепил. Она не даёт усилителю работать в холостую на индуктивную нагрузку.

---------- Добавлено в 13:04 ---------- Предыдущее сообщение в 12:57 ----------

И кстати. Какой смысл использовать СВЧ транзистроы в первом каскаде драйверного повторителя (х49 - х52), если во втором каскаде (Q1 - Q4) стоят BD140 на 160 МГц?

А разве 160 МГц мало? на 30 МГц ещё и пятикратное усиление по току обеспечивают, плюс не сильно гудят. Тут СВЧ ставить слишком дорого. 10 ваттные могут стоит под 500 р. Задержка и так минимальна.

[fakel]

Скорее всего подсвистывать будет. Потребуются большие омы в затворы.

Почему подсвистывать? Пhичем тут омы?

Кстати ток покоя ВК не должен превышать 20-30 мА. С истоковым повторителем этого не прокатит.

Откуда такая цифра? Почему не прокатит?

---------- Добавлено в 15:10 ---------- Предыдущее сообщение в 15:07 ----------

Как Вы так бегло определили, что полюс будет на килогерцах!

Например у Сухова полюс ~15кГц, УН - ОБ и выход - тройка

---------- Добавлено в 15:11 ---------- Предыдущее сообщение в 15:10 ----------

Да, согласен, истоковый повторитель имеет меньшую эквивалентную ёмкость, чем Сзи

Не меньшую, а чуть больше

[Mepavel]

А как прокачать 33пФ коррекции током 2(вклад зеркала)*Ur40/1к=0.66мА? (Ur40=30/22k*240=0.33В)

На то она и коррекция, чтобы давить усиление. Причем один полюс не может дать фазовую задержку больше чем 90 градусов.

Вносят нелинейность, которая ничем не компенсируется - это не токовое зеркало

Этот диод нагружен на источник тока, коим является X47, X48. В реальной схеме возможно добавление более термостабильного источника тока, влюченного параллельно коллекторам X47,X48. Как известно, в этом случае падение напряжения на диоде линейно зависит от температуры. Пороговое напряжение полевого транзистора тоже изменяется по этому закону. Крутизна транзистора меняется незначительно. Для этого усилителя вполне нормальный разброс токов покоя от 5 до 30 мА в диапазоне температур 10-80 градусов. Так что такая термокомпенсация будет работать идеально, проверено многократно на практике.

[krulfa]

А что плохого в том, что усиление по напряжению происходит на самом «медленном» каскаде?

Это как раз чревато динамическими искажениями. Может оно и ничего в конкретной разработке, но если сделать наоборот, т.е. в конец поставить каскады побыстрее, а в начало помедленнее, то результат намного лучше.

Для прикола на работе делали широкополосный усилитель на IRF530 мощностью 50 Ватт для полосы частот 1.5 – 30 МГц. Причём на 25 МГц усиление по мощности (Kp) составляло 6 раз.) С компенсацией входной и выходной ёмкости можно получить намного большее усиление.

Здесь не совсем корректно сравнивать. В УВЧ можно разработать коррекцию или компенсацию, которая позволит работать на частотах, близких к граничным. Схемотехника под разные классы - А, АВ или С будет отличаться. Но в УМЗЧ, да еще в такой "прямолинейной" схеме, доминировать будут ИМХО коммутационные эффекты по полной программе.

Откуда у Вас такая предвзятость то к быстродействующим DMOST? 140 нс – это при каком токе?

У меня не то чтобы предвзятость, но если какой-то параметр нет проходит, то лучше не лезть, не пытаться его обойти. 70 нс тока 6.5 А на нагрузку 50 Ом, по даташиту. Не так далеко от диапазона рабочих токов УМЗЧ.

Вы имели ввиду с «ОС» - общим стоком?

Конечно да, сорри.

[Mepavel]

Почему подсвистывать? Пhичем тут омы?

Хм… рекомендую ознакомиться с автогенератором по трёхточечной схеме. Видимо Вы мало работали с DMOST. Можете промоделировать хоть в микрокапе повторитель на своих IRFx640. Предварительно добавьте туда индуктивности выводов по 20 нГн и уберите резисторы из затворов. Качайте от источника напряжения. И к Вашему удивлению увидите интересные картинки. На практике ещё веселее.

Например у Сухова полюс ~15кГц, УН - ОБ и выход - тройка

Интересный ответ. Чем Вам мой полюс не нравится?) Меня бы устроили параметры усилителя Сухова, но с полевиками на выходе по схеме с ОИ и одним источником питания.
P.S. Мне вот всё не верится, что у Сухова такой замечательный усилитель (хотя прост и безупречен по параметрам). Интересно, кто-нибудь повторял его измерение.

Не меньшую, а чуть больше

Это с чего это вдруг? Ток стока будет «помогать», Вы наверное это не учитываете? Считаете, что входная ёмкость равна Cси + Сзи ?