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.

[Svjatoslav_]

Во-пернвых пожелаю Вам удачи в отладке усилителя - устранении спорадического возбуждения.
Во-вторых, замечательно, что поклонников схемотехники токовых усилителей (ИТУН) прибавляется.

Какая конфигурация СЧ/ВЧ звена в акустике?

[Andrey Orloff]

Svjatoslav_, спасибо за добрые пожелания

Какая конфигурация СЧ/ВЧ звена в акустике?

Конфигурация СЧ-ВЧ - MTM, а сама АС - wwmtmww-типа (4 полосы, 7 динамиков).

[SAPR]

А можно поити чуть дальше и сделать такую фичу - напряжение на "батарейке" меняется в такт с сигналом, тогда приходим к экономичному классу А и жор тока сильно снижается ;)

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

В перспективе планирую сделать для данного УМ динамическое смещение (невыключающийся режим работы ОК).

Когда?

[audiomun]

К минусам можно отнести то, что иногда УМ сваливается в ВЧ-генерацию

Андрей, а если между базами U7/U8 и землёй поставить конденсаторы небольшого номинала?

[SAPR]

безООСного генератора тока (ИТУН),

Почему безосного? Осный ИТУН (R9 - датчик тока).

[Svjatoslav_]

Svjatoslav_, спасибо за добрые пожелания
Конфигурация СЧ-ВЧ - MTM, а сама АС - wwmtmww-типа (4 полосы, 7 динамиков).

Тяжело будет стыковать такую многополоску с ИТУН пассивными фильтрами в АС.
Как относитесь к идее использованя одной СЧ/ВЧ головки - широкополосного полнодиапазонного (по ВЧ) динамика со сниженной индуктивностью?

[audiomun]

Почему безосного? Осный ИТУН (R9 - датчик тока).

Здесь нет общей ООС, резистор R9 и сопротивление нагрузки образуют местную ОС.

[И. ЗАМОТКИН]

А одного электронного дросселя не моло?

[SAPR]

Здесь нет общей ООС, резистор R9 и сопротивление нагрузки образуют местную ОС.

Общую. Выходные транзисторы включены с ОЭ (по отношению к нагрузке), коэфф. усиления по напряжению (при отсуствии Zn) также большой. Наличие конечной Zn уменьшает коэфф. усиления по напряжению (он равен Zn/R9).
Поэтому усилитель нужно корректировать. Похоже, наличие спонтанного возбуждения и показывает, что усь находится на грани устойчивости.
Кстати, если "собрать" усь в симуляторе, вместо Zn поставить просто резистор и задать АС анализ в зависимости от этого резистора (шаг) - получится семейство АЧХ с замкнутой осью (вплоть до усиления по напр. с разомкнутой ОС).

[Svjatoslav_]

Для борьбы с таким странным возбуждением посмотрел бы работу усилителя на меандре, 10 кГц.
Если переходная характеристика в порядке, то возможно, вся причина просто в дефектной детали.
Можно проверить "прогонкой" второго, аналогичного макета.

[audiomun]

Какой либо фон и шум отсутствуют как класс.

Это сразу было оговорено. Что инвертирующий УМЗЧ, это хорошо.

---------- Добавлено в 11:45 ---------- Предыдущее сообщение в 11:35 ----------

Выходные транзисторы включены с ОК

А разве не ОБ??

наличие спонтанного возбуждения и показывает, что усь находится на грани устойчивости.

Похоже на то.

[Andrey Orloff]

а если между базами U7/U8 и землёй поставить конденсаторы небольшого номинала?

Буду пробовать разные варианты, есть мысли в базы U7/U8 небольшие резисторы попробовать поставить.

Когда?

Пока обдумываю, как проще это реализовать

Почему безосного? Осный ИТУН (R9 - датчик тока).

В смысле без-ООС-ного, т.е. нет общей ос.

Тяжело будет стыковать такую многополоску с ИТУН пассивными фильтрами в АС.

Offтопик:
На самом деле не сложно (что с ИТУН, что ИНУН). Муторно, да, надо промерить аккуратно параметры всех динамиков в оформлении, потом загнть в программы класса LEAP/LspCAD, а дальше - дело техникии.

Как относитесь к идее использованя одной СЧ/ВЧ головки - широкополосного полнодиапазонного (по ВЧ) динамика со сниженной индуктивностью?

Offтопик:
Считаю, что ШП - это компромисс и адекватно отыграть такой широкий диапазон один динамик нормально вряд ли сможет (малые нелинейные искажения, хорошие внеосевые характеристики и т.д.)

[audiomun]

похоже, что мой выбор именно на данной топологии

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

[_Сам_]

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

Это было бы так, будь УНЧ ИНУН. А ИТУН снижает влияние паразитных свойств конденсаторов высоким выходным сопротивлением. ИТУНу всё равно, есть дополнительная активность или реактивность в цепи нагрузки или нет. Он всё равно вдует требуемый ток в нагрузку, подкорректировав выходное напряжение.

[Svjatoslav_]

Offтопик:
На самом деле не сложно (что с ИТУН, что ИНУН). Муторно, да, надо промерить аккуратно параметры всех динамиков в оформлении, потом загнть в программы класса LEAP/LspCAD, а дальше - дело техникии.

Offтопик:
Не так всё просто. Надо же, чтобы не просто делились полосы, но небыло скачков ("зигзагов") фазы на частотах перегиба, и чтобы все динамики работали от высокоомного источника тока. С минимальным взаимным шунтированием. Примерно, как здесь: http://www.vacoustics.com/texts/200502171530/

Offтопик:
Считаю, что ШП - это компромисс и адекватно отыграть такой широкий диапазон один динамик нормально вряд ли сможет (малые нелинейные искажения, хорошие внеосевые характеристики и т.д.)

Offтопик:
У современных ШП многие проблемы решены. Фазовая характеристика практически ровная линия, работают от 100 до 20 000 Гц без спада, индуктивность ниже, чем в купольных ВЧ головках. Сответственно, комплексное сопротивление в указанной полосе приближено практически к резистивному. В результате ИТУН не заскакивает в клиппинг на подъёме или "горбе" Z

[audiomun]

Это было бы так, будь УНЧ ИНУН

Тогда, естественно, влияние качества этих конденсаторов на звук скажется ещё сильнее.

ИТУН снижает влияние паразитных свойств конденсаторов

Значительно, но не полностью, и не всех.

[Ясен Пень]

Сделан макет безООСного генератора тока (ИТУН), выполненного на базе известного параллельного повторителя.

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

[SAPR]

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.

---------- Добавлено в 16:36 ---------- Предыдущее сообщение в 16:28 ----------

А разве не ОБ??

Да, в данном случае с ОБ (не обратил внимание на верхние транзисторы). Что повышает глубину ОС ().

[_Сам_]

Значительно, но не полностью, и не всех.

конечно не всех, а только С3-С6, которые включены последовательно с нагрузкой. И конечно полной компенсации не будет, но степень снижения тем выше, чем ближе ИТУН к идеальному источнику тока. Потому я не вижу никакого фундаментального изъяна в применённой топологии. А конденсаторы лучше ставить хорошие, кто ж спорит-то! ))