Улучшенные преобразователи ток-напряжение

[viktor8m]

Решил открыть отдельную тему для нестандартных (т.е., не на одном ОУ или транзисторе) улучшенных (по сравнению со стандартными) преобразователей ток-напряжение для звуковых токовых ЦАП. Надеюсь, что творческие люди, не обременённые коммерческими интересами (а может и обременённые, но желающие сделать рекламу своему изделию), покажут свои качественные варианты. А пока покажу свою наработку на данный момент (уже прошёл два положительных прослушивания с разными группами людей), причём очень простую (см. рисунок), всего на двух ОУ по мотивам Yewen и Литаврина (параллельные структуры). После нескольких месяцев прогонки в симуляторе (на устойчивость, большую ООС и апериодичность, причём учитывая выходную ёмкость ЦАП) и в железе (как на приборах, так и на слух) остановился, как наилучшем, на AD825 в качестве Х1 (отдельно AD825 неплохой, но не самый лучший выбор, а вот для такой конструкции подошёл лучше всего) и ADA4627-1 в качестве Х2, общая глубина ООС 120дБ на пост. напряжении (на выходе менее 0.1мВ) и 100дБ на 20кГц при полной устойчивости (частота единич. усиления 25 МГц).

[SergioT]

Увы, все заняты поиском "волшебных" ОУ ...

не все

[viktor8m]

не все

Мы уже Вашу (с белкой) рекламу читали, но Вы же не показываете даже в упрощённом виде, так что никто не может оценить характеристики Вашей схемы и сравнить с более простыми и дешёвыми вариантами, а без схемы мало кто поверит Вам на слово.

[tomtit]

Меня лично интересуют только И/В для самого плохого случая - самодельного однобитного ДАК на КМОП триггерах.
Поэтому пренебрегать нелинейностью ключей никак нельзя.
Для современных мультибитных ДС ДАК - проблема больше во внеполосном шуме, быстро
нарастающем сразу за 20К. Поэтому и порядок восстанавливаюшего фильтра советуют делать не менее порядка модулятора,
чтобы избежать "горбов" ВЧ шума.
Ну дам еще намек: для уменьшения интермодуляции бороться надо с амплитудой сигнала ошибки на ВЧ.
Ведь весь смысл ОС тоже сотоит всего лишь в уменьшении сигнала приложенного ко входу усилителя до такой величины, что нелинейностью
можно пренебречь. Вспомните матанализ, пределы и операции с бесконечно малыми .

[viktor8m]

Ну дам еще намек: для уменьшения интермодуляции бороться надо с амплитудой сигнала ошибки на ВЧ.

Хорошо бы конкретно по схеме из поста 1, Ваши предложения.

[tomtit]

Ладно, сдаюсь. По схеме ничего советовать не буду, но опишу, что надо сделать.
Есть две крайности - без ООС совсем (чисто резистивный) и с Глубокой ООС на ОУ.
У первых достоинсто только одно - нет проблем с интермодуляцией. Сигнал на выходе маленький, нужен малошумяший линейный усилитель.
Но и больших проблем сделать его тоже нет, сигнал то ~5-10мВ всего, даже обычный биполярный ОУ не перегружается по входу.
У вторых же, отличная линейность на НЧ и низкий шум, но на ВЧ могут быть проблемы с перегрузкой входного каскада ОУ, так как
сигнал с ДАК идет с максимальной амплитудой.
Ну так и что же мешает обьединить оба подхода в одной схеме?
Сделайте так, чтобы на ЗЧ это был классический И/У на операционнике с миллиомным входным сопротивлением и 0.000% искажениями.
А на частоте, скажем 20K, начал плавно превращаться в И/У на 10ом резисторе(импедансе в обшем случае), усиливать там уже ничего не надо,
а надо просто сожрать и рассеять все в тепло... И волки сыты, и зайки целы .. и делов то, добавить 3-4 детальки в стандартную схему
и позабыть о колдовских манипуляциях с ископаемыми ОУ с непредсказуемыми результатми...

[And$er]

tomtit, диплексер?

[belka]

tomtit, диплексер?

Катушечка + цобель. Делов-то куча.

[viktor8m]

А на частоте, скажем 20K, начал плавно превращаться в И/У на 10ом резисторе(импедансе в обшем случае), усиливать там уже ничего не надо

Не нравится мне вот что, этот добавочный конденсатор включаем на землю (в отличие от токового резистора в преобразователе) и он будет шунтировать полезный ток согласно отношению напряжения на модуляторах к его импендансу. Если напряжения на противофазных модуляторах были бы равны, то никаких проблем это шунтирование при равенстве этих ёмкостей не было бы (т.к. мы всё равно потом вычитаем), но в реальности это обеспечить не возможно (т.к. зависит не только от номиналов, которые можно подобрать одинаковыми, но и от глубины ООС преобразователей, что одинаковыми не сделать) и при максимально допустимом рассогласовании для меня (я выбираю -120дБ от минимального тока модуляторов, т.е. 2нА, кстати поэтому и предпочитаю ОУ с полевиками в преобразователи) и преобразователей по схеме из поста 1 на 20кГц мне нужен импенданс на входе не менее 5к, т.е. ёмкость не выше 1500пФ., а как сделал Krulfa (0.1мкФ на входе) сомневаюсь, что это хорошо, да и в моём случае возможно и 1000пФ хватит, напр., на 1МГц входное сопротивление 1.5 Ом, т.е. при макс. выходном токе ЦАП это даёт 15мВ помех (кстати, в стандартных преобразователях на ОУ среднего быстродействия они на много больше), а входной полевой каскад ОУ наверняка до 0.1В устойчив к ним, поэтому в моём случае давить хватает начинать выше 10 МГц, поэтому и 1000пФ хватит, да и реакция намного лучше, чем при 0.1мкФ.

[tomtit]

Victor8m,
Ну вот Вы и ответили сами на все свои вопросы. Какие ТУ вы себе поставите, какие ОУ выберете, такие номиналы и будут.
А измерения покажут правильность Ваших предположений.
Главное, что с очень разными ОУ можно получить практически одинаковый результат.
А Федор просто первый из любителей на этом форуме, кто сделал шаг в правильном направлении.

[ViktKors]

Просто чтоб далеко не лазить - картинки IV о котором говорил
,
Слева - модельный вариант на одиночном ОУ, с ООС под 80 дБ на 20 кГц.
Справа - немного компромиссная реализация с ЭП.
Входное сопротивление чуть повыше чем миллиомы, в остальном - вроде как близко к желаемому (фильтрация, десяток Ом импеданса на ВЧ и т.п..).

...при максимально допустимом рассогласовании для меня (я выбираю -120дБ от минимального тока модуляторов..

А зачем? У Вас что, в каждом из плечей вторая гармоника в десятки процентов при исчезающе малой третьей? Может стоит скинуть порядка так три (особенно учитывая реальную точность резисторов и особенно конденсаторов)?

.. поэтому и 1000пФ хватит, да и реакция намного лучше, чем при 0.1мкФ.

А какая тут может быть "реакция", как у ФНЧ первого порядка?

[viktor8m]

картинки IV о котором говорил

Очень хорошо, а то только обсуждаем мою схему, а тему я открыл общую. На ADA4899-1 я тоже засматривался, но всё же решил отказаться (всё таки входной ток я хотел меньше, да и не нравится выброс даже при усилении -1, но видимо коррекцией Вы его убрали), что касается AD8065\6, то всем хорош ОУ (правда без буфера нельзя), но очень уж большой шум на НЧ.

А зачем? У Вас что, в каждом из плечей вторая гармоника в десятки процентов при исчезающе малой третьей? Может стоит скинуть порядка так три (особенно учитывая реальную точность резисторов и особенно конденсаторов)?

Конечно -120дБ взят с запасом, т.к. это только малая часть звукового тракта, таких узлов, влияющих на искажения, с десяток и больше и если у каждого будет по -120дБ, то в итоге не получить и -110дБ, а если я уже в самом первом узле (выходной ток ЦАП) создам погрешность (искажения) в -100дБ и хуже, то коту под хвост все достижения последующего тракта. Что касается точности пассивных элементов, то дело не в этом (это постоянная статическая ошибка), под -120дБ я имею ввиду динамическую (зависящую от сигнала) ошибку.

[ViktKors]

Очень хорошо, а то только обсуждаем мою схему, а тему я открыл общую. На ADA4899-1 я тоже засматривался, но всё же решил отказаться (всё таки входной ток я хотел меньше, да и не нравится выброс даже при усилении -1, но видимо коррекцией Вы его убрали), что касается AD8065\6, то всем хорош ОУ (правда без буфера нельзя), но очень уж большой шум на НЧ.

ADA-шка была там больше просто для примера. Я так понимаю, эммитерных резисторов в входном каскаде там скорее всего нет, а это стремный момент. Кстати, а какой может быть "выброс" при G=-1 у фактически интегратора на ОУ (а им фактически и становится схема на ВЧ)?

Насчет "большого шума на НЧ" у 8065 не совсем понятно. Кому мешает розовый фликкер-шум в нижней части диапазона?? Особенно с учетом того, что добавка относительно гипотетической "константной" шумовой характеристики в звуковом диапазоне будет ~ децибела, ну максимум двух. В абсолютных величинах это все равно менее микровольта, кого волнует шум как у двухкилоомного резистора?

Конечно -120дБ взят с запасом, т.к. это только малая часть звукового тракта, таких узлов, влияющих на искажения, с десяток и больше

Хм, о чем тогда:
"добавочный конденсатор включаем на землю ... и он будет шунтировать полезный ток" - это же линейный процесс, при чем тут искажения??

[viktor8m]

Хм, о чем тогда:
"добавочный конденсатор включаем на землю ... и он будет шунтировать полезный ток" - это же линейный процесс, при чем тут искажения??

Никак не линейный, шунтирующий ток равен отношению напряжения на выходе ЦАП к ёмкостному сопротивлению, а напряжение на выходе ЦАП зависит кроме параметров цепи ООС (будем считать их линейными, керамику же не ставим) от глубины ООС (т.к. собственное усиление ОУ нелинейно зависит от усиливаемого сигнала, то и глубина ООС зависит от амплитуды сигнала даже при постоянной частоте) и наконец пропорционально сигналу на выходе ОУ, причём сигналы на выходах преобразователей разные (кроме конечно случая нуля, т.е. одинаковый ток на противофазных выходах ЦАП), что и дают ещё и неравенство напряжений на выходах ЦАП (это я ещё не отметил искажения от ОУ преобразователей).

[ViktKors]

Никак не линейный, шунтирующий ток равен отношению напряжения на выходе ЦАП к ёмкостному сопротивлению, а напряжение на выходе ЦАП зависит кроме параметров цепи ООС (будем считать их линейными, керамику же не ставим) от глубины ООС (т.к. собственное усиление ОУ нелинейно зависит

от усиливаемого сигнала, то и глубина ООС зависит от амплитуды сигнала даже при постоянной частоте) и наконец пропорционально сигналу на выходе ОУ..(это я ещё не отметил искажения от ОУ преобразователей).

очень сложно понять, что-же именно тут нелинейно вдобавок к собственным искажениям ОУ и особенностям (вполне просчитываемых) обратной связи.
Сами сначала пишете, что это от того, что "от собственное усиление ОУ нелинейно", и в следующем-же предложении: "это я ещё не отметил искажения от ОУ преобразователей".

Нелинейность "собственного усиления ОУ" это не то-же самое, что "искажения от ОУ"?
Сдаюсь.

[viktor8m]

Нелинейность "собственного усиления ОУ" это не то-же самое, что "искажения от ОУ"?

Согласен, но главное я постарался донести, что напряжение на выходе ЦАП есть нестабильная величина и главное что не равны (при чём динамически в разной пропорции) напряжения на противофазных выходах ЦАП, а т.к. мы потом вычитаем, то мне проще на каждом выходе ЦАП обеспечить такую малую динамическую погрешность, чтобы после вычитания динамическая погрешность была не больше заданной. Совершенно не агитирую всех за такой подход "в лоб", просто объясняю свою логику построения схемы.

[Djemshut]

Никак не линейный, шунтирующий ток равен отношению напряжения на выходе ЦАП к ёмкостному сопротивлению, а...

просто интересно, вот у меня идеологический вопрос: идет какая то борьба за ЛИНЕЙНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ на частотах, в несколько порядков превышающих звуковой диапазон. Там есть что линейно преобразовывать? Вернее так: есть необходимость что то линейно преобразовывать?

[viktor8m]

просто интересно, вот у меня идеологический вопрос: идет какая то борьба за ЛИНЕЙНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ на частотах, в несколько порядков превышающих звуковой диапазон. Там есть что линейно преобразовывать? Вернее так: есть необходимость что то линейно преобразовывать?

Видимо Вы не полностью следили за спором, как раз я (да и в схеме ViktKors-а так же сделано) за то, чтобы входное шунтирование сдвинуть далеко за пределы звукового диапазона (фильтровать только мегагерцы, тогда на линейность на звуковых частотах шунтирование не влияет), а начался спор из-за предложения фильтровать шунтированием выхода ЦАП уже начиная с нескольких десятков килогерц, что неизбежно вызовет нарушение линейности (из-за нелинейности и нестабильности напряжения на выходе модуляторов ЦАП) и на звуковых частотах.

[viktor8m]

Вот пример игры в симуляторе с Шиклаи (см. рисунок), очень низкое входное сопротивление вплоть до десятков мегагерц. Выход здесь токовый и можно пустить или в каскад ломанного ОБ или просто на резистор. Q2 обеспечивает практически абсолютную точность тока, но нужен с малыми ёмкостями (что-то типа BSS83), можно заменить и на биполяр, то тогда будет утечка в базу (правда если у противофазных преобразователей подобрать с одной бетой, то после вычитания можно надеяться на компенсацию утечки для транзисторов с линейной бетой) и эффект Эрли будет влиять, если нагрузить не ОБ, а резистором. ОУ (он поддерживает нужный потенциал в зависимости от неинв. входа, там показан ноль, но может быть любой нужный) можно практически любой с полевиками на входе, элементами R3\4 и С1\2 можно подобрать нужный диапазон влияния работы ОУ (можно только на НЧ, можно вплоть до 20 кГц, а при быстродействующих ОУ, напр. AD8065\6, можно их вообще выкинуть, тогда входное сопротивление будет ещё меньше вплоть до десятков мегагерц). Если ток ЦАП вытекающий, то просто надо поменять полярность транзисторов.

P.S. Кстати выход можно пустить на стандартный преобразователь I\U на ОУ, при этом на этот преобразователь значительно меньше действуют помехи, нет влияния ёмкостей ЦАП, поэтому выбор ОУ шире и не обязательно ВЧ (теперь уже не требуется обеспечивать низкое входное сопротивление), т.е. тогда Шиклаи будут просто изолятором обычному преобразователю I\U на ОУ.

[Djemshut]

Видимо Вы не полностью следили за спором,

следиил ...
давайте так: что подразумевается под линейностью модуляторов? точное соответствие генерируемого выходного тока входному цифровому коду, так? А в цифровом коде как амплитуда так и максимальная рабочая частота жестко ограничены. Все, что мы имеем на выходах выше этой частоты- паразитный шумовой сигнал, но никак не "продукт" работы модуляторов.

[viktor8m]

давайте так: что подразумевается под линейностью модуляторов?

Я говорил совсем о другом, как не испортить выходной ток, которые выдают модуляторы, шунтированием (утечкой на землю вместо токового резистора). Если из-за шунтирования утечка на звуковых частотах не превышает допустимого предела (так как не знаю какой, с запасом выбираю -120дБ от минимального тока ЦАП 2мА, т.е. 2нА), то никакого влияния на сигнал она не окажет (кстати то же касается и входного тока ОУ), если же ток утечки больше (как и входной ток ОУ), то тут надо, чтобы они были равны (чтобы после вычитания от противофазных преобразователей они скомпенсировались и в результате стали меньше допустимого предела), что практически не реально обеспечить (выше объяснил почему), иначе это равносильно дополнительным искажениям по току (т.к. утечки не стабильны и нелинейно зависят от ОУ и выходного напряжения).