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).

[sewerin]

Спектров ждём! Чистых-чистых...

[Elms]

после нескольких месяцев прогонки в симуляторе

Однако!

на выходе менее 0.1В

Не многовато ли?

[viktor8m]

Спектров ждём! Чистых-чистых...

Пока не будет, у меня ЦАП ещё только в начале сборки, а у знакомого, у которого они реально стоят и где собственно и прослушивали, посмотреть спектры не на чем (даже отдельной звуковой платы нет), поэтому пока результаты только на слух.

Однако!

А что Вас удивляет, выбор ОУ огромный, найти наилучший вариант не просто, да и я имел ввиду включая пайку и прослушивание.

Не многовато ли?

Вы правы, ошибся, исправил.

[RAVe]

Номиналы резистора и емкости секретные ?

[viktor8m]

Номиналы резистора и емкости секретные ?

Нет, просто зависит от конкретного ЦАП, мы проверяли с 220 Ом и 1000 пФ.

[Elms]

4,7 микрогенри какая? С сердечником? Какого типа?

[viktor8m]

4,7 микрогенри какая? С сердечником? Какого типа?

Обычная, с ферритовым сердечником (в данном месте дроссель на искажения не влияет, нужен только для устойчивости, С2 также на искажения не влияет, подходит NPO керамика), я использовал EPCOS B78108T.

И насчёт схемы из поста 1 хочу добавить, что совершенно не считаю это самым лучшим вариантом преобразователя на свете (всё таки и он ограничен качеством ОУ), просто это, как оказалось, эффективный и достаточно простой способ улучшить характеристики. Кроме того для объективности надо указать, что не было возможности оценить такие ОУ, как OP42, AD744, AD843, которые возможно показали бы ещё лучшие результаты (просто их нет в наличии), поэтому не стОит без собственной проверки полагаться на мой и моих друзей выбор ОУ. Ну и наконец, тема открыта не для конкретной схемы, очень надеюсь на качественные идеи других (не обязательно на ОУ).

[jett]

viktor8m, неплохо было бы объяснить подробнее принцип работы всей схемы. И подробности по прослушиванию: в чём проявилось преимущество, с чем сравнивали?

[viktor8m]

неплохо было бы объяснить подробнее принцип работы всей схемы.

Прекрасно объяснено в статьях Литаврина (напр., журнал Радио 2011\04)

И подробности по прослушиванию: в чём проявилось преимущество, с чем сравнивали?

Уже писАл в какой-то теме, добавили второй ОУ (по схеме Х2 с коррекцией) в конкретный ЦАП на PCM1794 (там владелец после своих прослушиваний остановился на AD825 в преобразователях, правда он такие ОУ, как OP42, AD744 и AD843 не прослушивал, но много чего перебрал, в т.ч. ВЧ ОУ) и результат всем понравился в смысле большей естественности (хотя и не кардинальной, врать не буду, но опять же, зависит от ОУ, если таким методом улучшить похуже ОУ в качестве Х1, чем OP42, AD825 и подобные, то результат будет сильнее, так же можно поиграться с ОУ Х2, там нам всем больше всего понравился ADA4627-1, а пробывали LME49710, LT1468, ADA4898-1, OPA827).

[ViktKors]

Прекрасно объяснено в статьях Литаврина (напр., журнал Радио 2011\04)

Там весьма своеобразное "объяснение" .

Если даже оставить в стороне "смысловую" часть статьи , (возможно кто-то даже запостит это в "впрелы"), чтоб вынести "приговор" вполне достаточно утверждения автора про 130 дБ петлевого усиления при 1 МГц частоты единичного усиления в петле ООС.

Не очень трудно прикинуть, что при весьма "острых" (не говоря уж о применимости в подобной схеме) 30 градусах фазового запаса и 6 дБ запаса по усилению, петлевое усиление в диапазоне 20-160 кГц должно спадать седьмым() порядком.

То, что автор допускает подобные утверждения (20 кГц - 150 общего усиления и 20 дБ с замкнутой ООС; частота единичного усиления 1 МГц) - его личное дело (ну и конечно вопрос редакторской политики издания), но вот советовать такое читать - это уже на вашей совести, viktor8m ;(
Особенно с учетом того, что Вы, вроде как, все-же вполне себе представляете, и работает подобное включение, и как сделать его устойчивым.

---------- Добавлено в 16:42 ---------- Предыдущее сообщение в 16:25 ----------

.. неплохо было бы объяснить подробнее принцип работы всей схемы.

Рассматривайте это просто как композит. Все отличие от привычных конфигурация - незаземленность инвертирующего входа Х1. В звуковом диапазоне это мало что меняет, а на больших частотах так или иначе нужно смотреть устойчивость.

[Djemshut]

Там весьма своеобразное "объяснение" .

Только дочитал статью - абсолютно аналогичное впечатление.
viktor8m, А вы не пробовали на горячо второй ОУ выкинуть из схемы- интересно, звучание меняется или нет?

[viktor8m]

но вот советовать такое читать - это уже на вашей совести, viktor8m

Просто лень было выкладывать статью Yewen (но раз так, её выкладываю, хотя на этом форуме её уже несколько раз выкладывали), что же касается Литаврина, то я имел ввиду не его усилитель, а только объяснение принципа параллельной структуры. В принципе и УМ ZD-50 по такому же принципу с той разницой, что цепь ООС не одна (в статье Литаврина и такой вариант рассматривался).

Особенно с учетом того, что Вы, вроде как, все-же вполне себе представляете, и работает подобное включение, и как сделать его устойчивым.

Очень не просто и выбор ОУ нужен правильный, лучше всего, если Х1 более быстродействующий, чем Х2, и желательно у обоих большой запас фазы.

В звуковом диапазоне это мало что меняет, а на больших частотах так или иначе нужно смотреть устойчивость.

В звуковом диапазоне такой композит увеличивает глубину ООС (в данном случае благодаря AD825 и коррекции суммарный спад до 20кГц менее 6дБ\октава, как уже писал, суммарная АЧХ 120дБ на DC и 100дБ на 20кГц), а вот на ВЧ сигнал с добавочного ОУ надо ограничить. Суммарный запас фазы действительно не большой (примерно 30 гр.), но в данном случае этого хватает, т.к. всё равно мы обязаны ограничить АЧХ с помощью ООС (ведь этот конденсатор в ООС обеспечивает устойчивость при выходной ёмкости ЦАП, которая может достигать 100пФ, поэтому менее некоторой величины его не сделать).

[tomtit]

Топология такого композита не очень то и подходит для И/В.
Основная проблема - нефильтруемый ВЧ мусор. Если его убирать,
страдает входной импеданс и линейность на нч.
Если не убирать, неизбежна интермодуляция.
В данной схеме этот мусор подают прямо на входы обеих ОУ,
причем на ОУ2 еще подается дополнительно усиленный сигнал
с более широкополосного ОУ1.
У Федора (Krulfa) сделано тоже неважно, но на порядок лучше чем здесь.

[ViktKors]

Если его убирать, страдает входной импеданс и линейность на нч.

Почему?

Просто я не встретил особых проблем.
Импеданс все равно (в основном) определяется индуктивным характером входного сопротивления I-V и активным сопротивлением катушек (~0.1 Ом)*, а линейность (по факту) зависит большей частью только от режима модуляторов ЦАП, и кстати, вполне-таки сносная (примеры лучших значений от стерео-включения приветствуются), даже с учетом довольно низкого питания.

*Еще более-менее приемлемая величина, если исходить из кодозависимых колебаний выходного сопротивления ЦАП в десятки килоом.

Кстати, предложения на предмет того, как было-бы лучше - будут приняты с признательностью.

[viktor8m]

Основная проблема - нефильтруемый ВЧ мусор.

Знаю, поэтому применил ОУ с полевиками на входе и достаточно быстродействующие. Кроме того С1 (как и в стандартных схемах) несколько снижает ВЧ мусор.

[tomtit]

ViktKors,
Вы абсолютно правы, но этот индуктивный горб можно ограничить по высоте, как и сделано у Федора.
Если у вас идеальный токовый модулятор, то проблем нет. Но в реальности
даже небольшая синфазная составляюшая модулирует сопротивление каналов МОП-транзисторов и их емкости.

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

[viktor8m]

viktor8m, А вы не пробовали на горячо второй ОУ выкинуть из схемы- интересно, звучание меняется или нет?

Именно так и делали (неинв. вход Х1 сын хозяина ЦАП втайне от нас время от времени замыкал на землю), поэтому никакого самообмана, все отмечали аналогичные изменения в звучании. Опять же отмечу, я ни в коем случае не утверждаю, что выбранные ОУ в схеме из поста 1 самые лучшие, выбирали из того набора, что был, возможно, когда я соберу свой ЦАП, попробую и другие ОУ на звук (владелец ЦАП настолько доволен, что больше не хочет экспериментировать, а больше мне пока не у кого).

[ViktKors]

ViktKors,
Вы абсолютно правы, но этот индуктивный горб можно ограничить по высоте, как и сделано у Федора.

Под "сделано у Федора" Вы понимаете эту работу форумчанина Krulfa?

Если да, то не очень понятно какими мерами (помимо резистора 33 Ом) ограничивалась высота индуктивного горба. (я правильно понимаю, что речь идет о резонансе индуктивного входного импеданса ОУ-шного звена совместно с входным конденсатором?)

Просто в указанном композите входное сопротивление уже на частотах в несколько сотен кГц (не очень далеко от 384 кГц - как раз там где и появляется первое верхняя полоса после ЦФ и х8 апсемплинга) подбирается к "психологической" границе в десяток Ом (10 Ом @ 500 кГц), и дает пик в несколько десятков Ом на мегагерце-двух, спадая потом до величины, определяемой, по большому счету, выходным сопротивлением ОУ (скажем, ~ десятка Ом). В симуляторе можно оценить и Q горба, получается что-то вроде Q ~ 2.

В этом смысле моя схема точно ничуть не хуже. "Горб" у меня ограничен десятком-другим Ом на нескольких МГц, т.е. он ниже, не такой острый и наступает позже по частоте. Кроме того, конденсаторы "на лапах" ЦАП ничем не зашунтированы, что дает снижение шунтирующего импеданса на ВЧ до "конструктивных" значений (которым на плате тоже уделено внимание).
В любом случае, такой входной импеданс точно не хуже, чем у "стандартных" I-V ;)

Фактически "горб" ограничивается тем, что мешающая входная индуктивность I-V "ухудшена" (Т-цепь в ОС). Т.е. на возможных частотах "горба" входное сопротивление уже не в достаточно хорошей степени "индуктивно", что и приводит к пониженной добротности контура со входной емкостью (Q ~ 0.7).

Если у вас идеальный токовый модулятор, то проблем нет. Но в реальности
даже небольшая синфазная составляюшая модулирует сопротивление каналов МОП-транзисторов и их емкости.

Конечно, но тут важны конкретные цифры. Я не очень хорошо во всем этом разбираюсь, но если ничего не путаю, проблема выглядит немного по разному для старых параллельных преобразователей (PCM63 и т.п.) и более современной дельта-сигмы (AD1853..)
У старых приборов (на которых и выработались полуинтуитивные представления о том "что такое хорошо и что такое плохо") выходное сопротивление было порядка килоома, соответственно его колебания даже на относительно малом входном сопротивлении I-V вызывали заметные погрешности. Сопротивление более новых приборов в десятки-сотни раз выше, соответственно и погрешности меньше, т.е. входное сопротивление в рабочем диапазоне частот уже не настолько критично.

[viktor8m]

Вот из симулятора входное сопротивление (в Омах) на разных частотах для схемы из поста 1 (R1 220 Ом, С1 1000 пФ).

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

Вот поэтому и параллельный композит, что не вижу ни одного "волшебного" ОУ.