ИТУН без общей ООС на основе параллельного повторителя

[Andrey Orloff]

Сделан макет без ООС-ного генератора тока (ИТУН), выполненного на базе известного параллельного повторителя (ПП).
Главной "фишкой" усилителя является включение мощных транзисторов оконечного каскада по схеме общая база (ОБ).
По звучанию же сей макет УМЗЧ просто отправил все мои предыдущие поделки на разборку и свалку
При выборе топологии решающее влияние оказали такие публикации, как Гибридный усилитель - проект Zarathustra и Малоискажающий повторитель напряжения.

ИТУН представляет собой параллельный повторитель со смещением в виде плавающего источника тока.
В отличие от проекта Zarathustra, где применено смещение напряжением, смещение током обеспечивает отличную стабилизацию всех напряжений переходов и позволяет существенно повысить надежность работы без принятия специальных мер по обеспечению термостабилизации транзисторов ПП.
Эксперименты с разгоном такого каскада по току покоя до 3...4 Ампер подтвержают надежность данного способа смещения (DA1 R7-R8).
Ниже представлена первоначальная схема, с которой все начиналось

И окончательная схема, к которой я пришел в результате эксперимнтов:

Вход УМ выполнен по схеме Шиклаи на U1-U4, что позволило почти полностью устранить входную нелинейность в зависимости от сопротивления источника сигнала - за идею спасибо sia_2 и belka.

Мощные оконечные транзисторы U7-U8 включены по схеме общая база, что в совокупности с плавающим источником питания УМЗЧ обеспечивает высокое выходное сопротивление (сотни килоом - единицы мегаом).

В схеме применена виртуальная средняя точка на U9-U10, R11-R12, решение заимствованно из схемотехники усилителей QUAD.

На U11, R14, C9 выполнен "транзисторный фильтр", который дополнительно чистит питание УМЗЧ, в итоге помехи и фон на выходе ИТУН отсутствуют, как класс. Без этого узла качество звучания хуже. ИТУН критичен к качеству питающего напряжения, как впрочем и любой УМ, использующий принцип "плавающий источник питания", посему в схему питания был добавлен синфазный фильтр, выполненный на ферритовых кольцах М2000 (на фото его видно, в белой термоусадке).

Ток покоя оконечного каскада составляет 600мА и для охлаждения радиаторов применены компьютерные кулеры, запитанные от интегрального стабилизатора 7909.
Резистор R6 уменьшен в 2 раза по сравнению с R5. Тут это сделано специально и позволило несколько снизить Кг в режиме большого сигнала.

Конденсаторы С18-С22 и резистор R18 повышают устойчивость схемы на ВЧ и снижают требования к качеству монтажа конструкции. При их отсутствии и работе от источника сигнала с нулевым сопротивлением иногда при резких изменениях сигнала на входе (например, переключение громкости) возникало самовозбуждение.

В ходе экспериментов с деталюшками пробовались разные типы транзисторов, но лучшим вариантом как по звуку, так и по измерениям оказался именно вариант, предложенный на схеме, хотя проверялись следующие типы транзисторов:
В позиции U1-U2: 2SA970 - 2SC2240, 2SA1015 - 2SC1815, 2SA1145 - 2SC2705, BC550 - BC560, 2SA1360 - 2SC3423, 2SA1370- 2SC3467, 2SA1380 - 2SC3502, 2SB649А - 2SD669А, KTA1024 - KTC3206, KTA1268 -KTC3200, 2N5401 - 2N5551, MJE340 - MJE350, BC639 - BC640, 2SB647А - 2SD667А.
В позиции U3-U4: 2SA1930 - 2SC5171, 2SB649А - 2SD669А, MJE15030 -MJE15031
В позиции U5-U6: 2SB817 - 2SD1047, MJL21193 - MJL21194, MJE15030 - MJE15031.

Немного фоток макета:


Мощные транзистры MJL21193/MJL21194 расположены под электролитическими конденсаторами Nichicon KG и закрыты сверху медной пластиной-экраном. Медная пластина закрыта 1,5-мм текстолитовой пластиной, поверх которой приклеены электролиты, дабы не грелись сильно.
В качестве энэргозапасающих конденсаторов применены KMG от Nippon Chemi-Con емкостью 22000мкф х 63В.

Пара картинок измерений и пояснения.
Все измерения макета проводились при питании оного от лабораторного стабилизатора MATHRIX DPS-3055T.
8-Ом нагрузка в виде последовательно соединенных резисторов 7,5 Ом (кучка МЛТ-2 впараллель) и 0,5 Ом резистора Caddock MP930 через 2,5-метровый кабель (КСПП 4х1,2) подключалась к выходу ИТУН.
Сигнал на вход звуковой карты (Echo MiaMIDI) снимался с 0,5-Ом резистора Caddock MP930.

Спект 1кГц на 8-Ом нагрузке (выходное напряжение 10Vrms):


Спектр на многотональном сигнале по методике К.Мусатова "Метод измерения реального разрешения усилителя"
Выходное напряжение порядка 5...7 Vrms на 8-Ом нагрузке.

[Andrey Orloff]

Господа - я заборол возбуд Никакие емкости, включаемые между любыми точками как схемы, так и земли не оказывали на него влияние. Хитрый-хитрый бэлка знал, когда ставил в своем повторителе два входных резистора R10, R14. Поставив аналогичные резики, только номинал 27-Ом возбуд пропал - Алилуйя . Параллельно выкинул из схемы входной кондер 100pF, цобель выходной, а выход соединил с землей через емкость 33nF. Всё.

Offтопик:
на остальные вопросы отвечу завтра, у нас уже ночь

[humbl]

U9 и U10 -вызывают когнитивный диссонанс. Они работают в кл.В, а обслуживают схему, работающую в кл. А-АВ.
Кроме того, с таким высоким выходным сопротивлением (каскод !) не нужны никакие навороты по питанию, т.к.
вольтовые пульсации приведут к микроамперным пульсациям выходного тока в нагрузке. Подозреваю, что
предельное упрощение схемы питания приведет к полной устойчивости всей схемы. Тогда можно будет разгрузить
RC-цепь , подключенную к нагрузке-звучание от этого значительно выиграет.
Все-ИМХО.

[audiomun]

в схеме применена виртуальная средняя точка (U9-U10), решение заимствованно из схемотехники усилителей QUAD

Для улучшения её работы имеет смысл убрать соединение между базами U9,U10 и поставить вместо него диод.

[Andrey Orloff]

Минус такой топологии - здесь предъявляются весьма высокие требования к выходным конденсаторам C3-C6, в значительной мере определяющие качество звучания УМЗЧ в целом.

Есть такое дело, и для этого были приобретены (у Перси, под будующий проект) Nichicon KG Gold Tune 10000uFх50V (C4, C6), а в качестве (С3, С5) - используются BG F 100uFх50V. Сейчас в качестве C4, C6 использованы чисто китайские ничиконы (брал на ebay.com). У них габариты не совпадают с даташитными габаритами настоящих ничиконов (высота на 5 мм меньше), т.е. контрафакт, несмотря на это, звучит УМ довольно неплохо. Позже их заменю на аналогичные ничиконы с моузера.
В цепях питания пленочные конденсаторы также отсутствуют.

Скажите, пожалуйста, делались ли какие-нибудь измерения характеристик усилителя (АЧХ, КНИ)?

АЧХ не мерил, а нелинейные искажения вблизи ограничения менее 0,1%. Более точные цифры будут позже, нужно подготовить измерительный стенд.

Andrey Orloff, по поводу невыключения транзисторов. В этой схеме это сделать намного проще, чем в ИНУНе. Т.к. выход повторителя нагружен на линейное сопр. R9 (т.е. влияние реактивности и нелинейности нагрузки исключены). Поэтому напряжение смещения (для тока покоя) можно сделать линейно - зависимым от входного напряжения.

Ага, тут значительно удобнее током управлять, согласен, а сам сигнал управление можно наверное брать с общей точки эмитеров U5-U6.

---------- Добавлено в 11:31 ---------- Предыдущее сообщение в 11:27 ----------

U9 и U10 -вызывают когнитивный диссонанс. Они работают в кл.В, а обслуживают схему, работающую в кл. А-АВ.

Вместо U9 и U10 я пробовал обычный параллельный повторитель ставить, но из-за того, что данный узел отслеживает достаточно медленные изменения постоянного напряжения, то особого смысла нет делать его в классе АБ. Более того, при нормальном режиме работы схемы, когда переходные процесы после подачи питания завершились, открыт лишь один из транзисторов U9 или U10 (в зависимости от разбаллансировки схемы).

Кроме того, с таким высоким выходным сопротивлением (каскод !) не нужны никакие навороты по питанию, т.к.
вольтовые пульсации приведут к микроамперным пульсациям выходного тока в нагрузке. Подозреваю, что
предельное упрощение схемы питания приведет к полной устойчивости всей схемы.

Макет первоначально отлаживался вообще без электронного дросселя и виртуальной средней точки, в качестве источника питания был применен лабораторный стабилизированный блок питания Mathrix DPS-3055T, с ним спорадический возбуд также проявлялся, т.е. это не источник питания виноват.
Тем более сейчас возбуд заборол, и схема отлично работает, никакие манипуляции типа касания пинцетом входа УМ не приводят к возбуждению, хотя входной шунтирующий конденсатор отсутствует как класс, т.е. схема устойчивая. Попробуйте в практически любом УМЗЧ убрать конденсатор , шунтирующий его вход на землю и к чему это в итоге приведет

Для улучшения её работы имеет смысл убрать соединение между базами U9,U10 и поставить вместо него диод.

Лучше тогда два диода шоттки, у них напряжение открывания должно быть поболее, чем у одиночного кремниевого диода.

Да, схему в I посте обновил..

[audiomun]

никакие манипуляции типа касания пинцетом входа УМ не приводят к возбуждению, хотя входной шунтирующий конденсатор отсутствует как класс

Это достаточно показательный критерий устойчивости схемы, сам проверяю также аналогично, только после проверки конденсатор на входе всегда возвращаю на место, ибо всякие ВЧ наводки всё же лучше отсекать.

Лучше тогда два диода шоттки, у них напряжение открывания должно быть поболее, чем у одиночного кремниевого диода.

Попробовать оба варианта.

[_Сам_]

Andrey Orloff
Может быть я туплю, но никак не могу понять, как на базы выходных транзисторов U7 и U8 попадает открывающее напряжение. LM7905 стабилизирует разницу между базами, но ведь нужен ещё втекающий в базу ток. В схеме ничего не забыли нарисовать?

[теоретизирующий практик]

В схеме ничего не забыли нарисовать?

Вообще, забыли, обозначить точку подключения минуса плавающего источника напряжения 15V. Она наверное подключена к общей точке 7905.

как на базы выходных транзисторов U7 и U8 попадает открывающее напряжение.

Дык транзисторы включены с ОБ, там "нужен" втекающий ток в эмиттеры, а уж в базах как придётся, зависит от В транзисторов.

[_Сам_]

Дык транзисторы включены с ОБ, там "нужен" втекающий ток в эмиттеры, а уж в базах как придётся, зависит от В транзисторов.

проблемную точку обвёл кружком. Стрелки показывают направление тока. По-моему тут токи только вытекают из точки, а источника втекающего тока нет.

[Andrey Orloff]

но никак не могу понять, как на базы выходных транзисторов U7 и U8 попадает открывающее напряжение.

Там независимый источник стабилизированного питания, обновил схему в I посте, теперь там это обозначено.

[audiomun]

Дык транзисторы включены с ОБ, там "нужен" втекающий ток в эмиттеры

Анатолий опередил - что очевидно, и говорилось здесь уже не один раз.

НО - сказано что -

Ток покоя оконечного каскада составляет 400...450мА.

- на самом деле это ток покоя, идущий через транзисторы U5,U6. А поскольку эмиттеры транзисторов U3,U4 подключены перекрёстно к эмиттерам U7,U8 - получается, что у последних фактический ток покоя будет 600-650 мА.

[И. ЗАМОТКИН]

Тем более сейчас возбуд заборол, и схема отлично работает, никакие манипуляции типа касания пинцетом входа УМ не приводят к возбуждению, хотя входной шунтирующий конденсатор отсутствует как класс, т.е. схема устойчивая. Попробуйте в практически любом УМЗЧ убрать конденсатор , шунтирующий его вход на землю и к чему это в итоге приведет

Я сталкивался с подобной проблемой в своём усилителе. https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1245968 Установка конденсатора (на схеме не показан) с соединённых баз дифкаскадов на землю приводила к В.Ч. генерации. Устранялась либо двумя резисторами между базами и конденсатором, либо одним между конденсатором и соединением баз. Без конденсатора в любом виде проблем не было.

[_Сам_]

Там независимый источник стабилизированного питания, обновил схему в I посте, теперь там это обозначено.

во! теперь всё стало понятно. В базу каскодного транзистрора втекает ток от плавающего источника ЭДС.

[audiomun]

в совокупности с "электронным дроселем" (U11,R14,C9) обеспечивает качественное и чистое питание усилителя

Андрей, а выпрямитель силового питания сделан со средней точкой - только в связи с отсутствием, судя по фото, более высоковольтных конденсаторов(С10,С11) на 10000мкФ? Получается несколько нерациональное использование их ёмкости - тогда проще поставить один конденсатор на 4700мкФХ100в, или 6800мкФХ80в, если напряжение не превышает.

[Andrey Orloff]

Я сталкивался с подобной проблемой в своём усилителе. https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1245968 Установка конденсатора (на схеме не показан) с соединённых баз дифкаскадов на землю приводила к В.Ч. генерации. Устранялась либо двумя резисторами между базами и конденсатором, либо одним между конденсатором и соединением баз. Без конденсатора в любом виде проблем не было.

Да, тоже такое наблюдал. Правда в моем варианте роль этого конденсатора частично выполняют 15 см кабеля "Canare L-4E6S" (емкость порядка 30пф). Кстати, пробовал увеличивать резисторы R2 и R22 до 50...100Ом - плохо, слабый возбуд появляется, его на 20-МГц осциллоскопе и не видно, но если сидеть напротив пищалки и подавать килогерц так 25-30 (ухо уже не слышит эту частоту), то при наличии возбуждения при некотором уровне сигнала на пищалке (2...3 Вольта) вылазит заметное шипение. Без возбуда при том же сигнале из пищалки тишина. Интересно, как belka смог со 100-Ом обойти возбуд в своем малоискажающем повторителе напряжения. На работе есть какой то анализатор HP (портативный) и Anritsu S332E, надо будет ими глянуть повнимательнее выходной сигнал УМ на предмет паразитных излучений, осциллограф тут почти бессилен.

а выпрямитель силового питания сделан со средней точкой - только в связи с отсутствием, судя по фото, более высоковольтных конденсаторов(С10,С11) на 10000мкФ? Получается несколько нерациональное использование их ёмкости - тогда проще поставить один конденсатор на 4700мкФХ100в, или 6800мкФХ80в, если напряжение не превышает.

Согласен, лучше один и на большее напряжение, тогда больше запасенная энергия будет. Ест правдаь в запаснике вот такие ничиконы

но они сильно уж громоздкие и будут применены в многополоске, ну а джамиконы эти временно, позже заменю на что то поприличнее из 10000uF х 80В.

[Svjatoslav_]

Цепочку Буше-Цобеля хорошо бы оставить, и подобрать её элементы так, чтобы в сумме с ней Z акустики от 1 до 20 кГц возрастала меньше, чем в 2 раза.
Или вообще выровнять в резистивную, если есть запас отдачи на ВЧ.
Ёмкость конденсатора сильно снизится, а ИТУН не будет "видеть" слишком высокое сопротивление акустики за пределами звукового диапазона.
Не будет собирать интермодуляцию от влияния "хвостов" шума и мощных ВЧ наводок.
Как упрощённый вариант - резистор сопротивлением в 20-30 больше номинального значения Z, параллельно нагрузке.

[rumsol]

параллельно нагрузке.

А толк? по моему.. последовательно ! тогда грубо говоря даже обычный усилитель будет работать как источник тока.
Параллельное соединение ничего не изменит, темболее с х30 увеличением сопротивления по отношению к Z

[audiomun]

по моему.. последовательно !

А если подумать?

тогда грубо говоря даже обычный усилитель будет работать как источник тока.

Но тогда выходная мощность на нагрузке уменьшится в 400-900 раз, грубо говоря. Не логично, либо, тогда придётся увеличивать в 20-30 раз амплитуду напряжения выходного сигнала в таком усилителе.

[Svjatoslav_]

А толк? по моему.. последовательно ! тогда грубо говоря даже обычный усилитель будет работать как источник тока.
Параллельное соединение ничего не изменит, темболее с х30 увеличением сопротивления по отношению к Z

Z динамиков растёт с частотой в десятки раз.
Соответственно, во столько же раз будет расти усиление холостого хода. А оно нам надо?

Не путайте токовый усилитель, с выходным током, пропорциональным входному напряжению и обычный усилитель по напряжению с килоомными резисторами на выходе.
Первый при питании +-25 В даст в нагрузку 8 Ом до 25 Вт, второй - миливатты. При одноим и том же выходном сопротивлении.

[Andrey Orloff]

В общем сделал модель динамического смещения для этого УМ. Итог - очень плохо, возникает длинный-длинный шлейф гармоник, хотя общий Кг снижается.
Даже в "железе" пропало желание проверять. Остается чистый класс А, в перспективе на который и буду переходить в своих УМ.
Вот такие мысли про динамическое смещение, не зря ведь этот фокус мало где прижился.

[belka]

Offтопик:

Господа - я заборол возбуд Никакие емкости, включаемые между любыми точками как схемы, так и земли не оказывали на него влияние. Хитрый-хитрый бэлка знал, когда ставил в своем повторителе два входных резистора R10, R14. Поставив аналогичные резики, только номинал 27-Ом возбуд пропал - Алилуйя .

Бэлка становится изыскано хитрым, когда пьёт коньяк.
Шучу, шучу.

Отличная работа, рад, что пригодилась фактически заброшенная разработка.