УН с однотактным выходом

[bukvarev]

Уважаемые форумчане!
Попробовал реализовать УН с однотактным выходом, "коротким" трактом и малыми искажениями... Решил применить "жесткое" управление транзистором Q11.
Изначально хотел все реализовать при небольшом усилении ДК, с "резисторными" нагрузками. Думаю, так будет лучше по звуку.
Схема первоначальной идеи.
Ее АФЧХ с разомкнутой ОООС: УН_резисторный_АФЧХ.pdf

Предыдущая схема усилителя мощности (вер. 0.3):MW_ver_0_3.pdf, предыдущая версия ПП.Плата_ver_0_3.pdf.
(вер. 0.5)MW_ver_0.5.pdf
Текущая версия схемы (ver.0.6): MW_schematics_ver_0.6.pdf .

[hjvf]

жду с нетерпением! особенно жду, когда отключите осцил и подключите АС

[ОРорин]

Спасибо! Но все будет решать ВК. Так что к его исследованию постараюсь подойти особо тщательно.

Интересный момент. Мощные транзисторы под рассматриваемое быстродействие сложно заставить работать. Для себя сделал вывод исходя из даташит, что для транзисторов ВК лучше будет, если не давать снижению Uкэ ниже 10, а лучше 15В. Если в АВ, то не проблема когда по 4 пары как на схеме. При ниже 10В все мощные "кривые" уже на небольших токах.

[bukvarev]

Спасибо за замечание! Так и проектирую. Напряжение питания ВК +-52 В, максимальная амплитуда выходного напряжения - +-40 В. Для этого планирую ограничить максимальную амплитуду на входе усилителя (ограничитель - в составе входного буфера). Хотя цепь "антинасыщения" все же поставил (по отрицательному плечу - диодом из VT27, по положительному - за счет верхнего полевика VT28, с защитным ограничением предельного напряжения затвор-исток от пробоя, выполненного на VD18).

По поводу быстродействия. Возможно, после всех экспериментов несколько уменьшу скорость нарастания (за счет ДК), до 200-300 В/мкс, сделав ее приблизительно одинаковой у фронта и среза.

[bukvarev]

Ну вот, попробовал ВК. Сперва - только ВК, с замкнутым входом, чтобы выверить номиналы всех базовых резисторов.
1. Без выходного снаббера, с одной парой выходных транзисторов - мягкий возбуд (~0,5 В) на 11 МГц. Такое поведение вызвано, скорее всего, особенностью конструктива - очень малыми эквивалентными сопротивлениями цепей питания и монтажем транзисторов в плату без загиба выводов. Успокаивается ВК емкостью 10 нФ и 20 Ом. При двух парах - при 10 нФ и 40 Ом. При трех и четырех парах ВК стабилен без снаббера. Все дальнейшие эксперименты пока ставил на одной паре, поэтому пока поставил снаббер, который стоял на плате - 10 Ом 0,1 мкФ.

2. Резистор R64 в затворной цепи VT28 не нужен. Резисторы R68 и R65 тоже замыкал, все стабильно. R80 и R81 пока оставил 2 Ом. R75, R86 - 13 Ом.

3. Цепь терморегулировки реализовал на BC550 (сам термоусилитель, работает при токе 240 мкА) и lm4041-adj в качестве регулирующего элемента. Заменим на LM285-adj. Ток покоя выставил "по Селфу", ступеньку отдельно не смотрел, больно хотелось успеть послушать...

4. ВК обеспечивает все, что в него было заложено:
- стабилен (уже в составе усилителя) при нагрузке на штатную выходную RL цепь при емкости нагрузки 4,7 мкФ,
- на 10 МГц фаза -25 град (малосигнальный режим),
- эквивалентная входная емкость, подключенная к выходу VT28 - 300 пФ.
- полоса полного размаха в линейном режиме (срез только за счет источника тока на VT27) - не менее 100 КГц (скорость среза - прим. 30 В/мкс).
- скорость среза "на форсаже" (при открытии VD16) - порядка 100 В/мкс. Правда, такого режима в фонограмме быть не может.
Вот думаю теперь, стоит ли пробовать "тройку" и гнаться за скоростью уже в ВК или оставить как есть? Уж больно приятно полевичок играет, или просто нравится он мне...

Теперь по регулировке УН. Все таки пришлось ввести Миллера для стабилизации выходного сопротивления УН и выравнивания скоростей фронта и среза. Без уменьшения выходного сопротивления УН на ВЧ капризничал истоковый повторитель. Между шунтом и Миллером выбрал старикана. Емкость 9,1 пФ от коллектора VT25 на базу VT21. Емкость пока - низковольтная керамика, посему прикольно наблюдать, как меняется выброс на меандре от 0 до 15% при увеличении амплитуды выходного напряжения
Цепь дополнительной ООС C3 не нужна. Сопротивление нагрузки УН увеличил до 100 КОм (пока, может, еще верну на место).


Замкнул ОООС. Подключил на эквивалент нагрузки (пока - резистор 10 Ом). Из ВК - только одна пара. Ток покоя - 100 мА.
Слушал шум. По прибору, в звуковой полосе на выходе усилителя RMS шума - 0,3 мВ. Вообще - 4,5 мВ в полосе 5 МГц. При закороченном входе на выходе усилителя шум почти не слышен, только в наушниках, напрямую подключенных к выходу. А вот при подключении к усилку линейного выхода карты EMU0202 становится слышно, что карту могли бы сделать и потише, дБ на 10 .

С народом в лаборатории послушали сам усилитель. Наконец-то!!! В общем, мнение единогласное - звучит. Достоверно и мягко. Слушали в ушах DT440, IE4 через делитель 750 Ом/24 Ом. Усилитель был нагружен на 10 Ом. Источник - EMU0202. Лично мне звук показался нейтральным, чистым.

Измеренные спектры только карты при номинальном входном напряжении, усилителя при максимальном выходном напряжении 40 В (80 Вт), при мощности 8 Вт.


По искажениям - думаю, что -96 дБ IMD 19+20 на полной мощности вполне достаточно (порядка 0,0016 %). Конечно, проверю еще на 4 парах в ВК при нагрузке 2 Ом и после замены конденсатора коррекции Миллера на более линейный. Если что, то есть 10 дБ резерва по усилению (эмиттерные резисторы ДК поставить по 150 Ом), но полюс придется сдвинуть вниз до 7 КГц. Так что если захочется формальных циферек IMD с тремя нулями, то они легко достижимы

Теперь (кроме "доруливания" и испытаний прототипа) - жду радиаторы, прототип медного транзисторного бруса и корпуса для выходного фильтра с клеммами. А там уже - тепловые замеры в динамике и уточнение места крепления термодатчика.
Конструкция - 430x300 мм, высотой 100 мм. Примерная компоновка расположения частей УНЧ и радиаторов.

[bukvarev]

1.

Резистор R64 в затворной цепи VT28 не нужен.

Так как смотрел сигнал на выходе усилителя, проглядел неустойчивость истокового повторителя на 220 МГц. Очень низкодобротную. Это явилось причиной увеличения интермодуляции и появлению компонентов второго и третьего порядка... ИП становится стабильным при установке резистора R64 от 5 Ом. Поставил 51 Ом.

Также, при использовании в ВК только одного транзистора с увеличением тока покоя до 500 мА бала замечена неустойчиваость на 13 МГц. Тоже почти незаметная. Поэтому - R94 и R95 по 1 Ом. При использовании двух и более выходных пар их базы можно соединять без резисторов при любом токе покоя.
Перемерил все заново. При одной паре ВК и нагрузке 8 Ом (100 Вт RMS).
Только карта. У нее большие искажения на верху, поэтому показал для привязки.

100 Вт

10 Вт

1 Вт

В общем, интермодуляция представлена только одной компонентой с уровнем -108 дБ, а это - гарантированные три нуля после запятой (0,0004%)! Все слова про запас по усилению из предыдущего поста при этом остаются в силе, только количество нулей добавляется

2. Поставил в ДК BC850C. По искажениям и шумам хуже не стало. Запас по фазе чуть меньше, но в целом усилитель выруливается, поэтому оставляю эти транзисторы. У них усиление в 3 раза выше, чем у BFR520, поэтому входной ток стал меньше.
ЭЭх, где бы взять транзисторы в sot23, с шумом 2 дБ, усилением 300-700 и частотой единичного 400-900 МГц при токе 1,25 мА. Мечта...

3. Слушал в акустике. Разные стили, от классики до джаза. В цифровой лаборатории с АС проблема, поэтому "акустика" - 4-х омный автомобильный двухполосник JBL в 11 Л ящике. Ниже 110 Гц система не воспроизводила, по остальной части - все чистенько. Ощущение присутствия в комнате исполнителя. По сравнению с ушами DT-990 показалось меньше верха. Буду у кого-нибудь из сотрудников клянчить акустику на "послушать".

4. А теперь - десерт .
В процессе проверки влияния тока покоя на выходные искажения при полном размахе влияния зависимости замечено не было (при моем комплекте измериловки, естественно).
Пришлось опуститься в область сильных искажений ВК - 100 мВт (амплитуда напряжения на нагрузке - порядка 1,2 В).
Сравнивал режим B (50 мВ на эмиттерных сопротивлениях) и режим С (выходные транзисторы - с нулевым током покоя, при смещении порядка 0,375 В).
Вот спектры в первом и втором случае:


Вот тебе на.. И где здесь неспособность ОООС исправить искажения типа "ступенька" ? При частоте единичного усиления УН в 80 МГц и скорости в 200 В/мкс - прекрасный контроль искажений.

[hjvf]

запущенны оба канала?

[ОРорин]

Если схема ВК из поста 134, то выбраны MJE15034/35 из-за бОльшего чем обычно тока (R76, 77 по 15 Ом)? Разогнать ВК более 200 В/мкс не пробовали? Токи покоя Q11 и Q22 какими получились?

[viktor8m]

Вот тебе на.. И где здесь неспособность ОООС исправить искажения типа "ступенька" ?

А кто говорил, что ООС не исправит для единичной частоты, да ещё такой низкой? Только всё равно звук портится, режим В никакая ООС не вытянет на реальном музыкальном сигнале, разве что для постоянной громкой электронной музыки подходят, типа транса.

[bukvarev]

запущенны оба канала?

Нет, пока - один. Но на руках три платы. Первый комплект буду собирать на двух новых. Переделки плат не требуется. Один конденсатор (как раз Миллера, который не закладывался ранее в плату) - навесом.

Если схема ВК из поста 134, то выбраны MJE15034/35 из-за бОльшего чем обычно тока (R76, 77 по 15 Ом)? Разогнать ВК более 200 В/мкс не пробовали? Токи покоя Q11 и Q22 какими получились?

Транзисторы все таки MJE15034/35 из-за лучшей ОБР по сравнению с 2SA1930/2SC5171. Ток покоя каждого - 100 мА, R76, 77 по 13 Ом. ВК имеет теоретический предел по скорости среза, ограниченный источниками тока VT23, 27. Теперь точно решил - топологию оставляю как есть. Она себя оправдала.
По поводу скоростных свойств ВК думаю, что вполне достаточно его "малосигнальных" свойств. Ведь чем быстрее корректируемый процесс, тем меньше его амплитуда. В частности, и та же "ступенька".
Еще одна причина, по которой отказался от тройки - сложность ее температурной стабилизации. В данный момент использую внешнюю "термоплату" с двумя транзисторами - датчиками температуры предвыхода и выхода раздельно. И то ток покоя при изменении нагрузки гуляет. Что-то будет с трехкаскадным ВК ...

Если Вы имеете ввиду транзисторы УН, то по 20 мА, истоковый повторитель VT28 - 9 мА, оконечные транзисторы ВК - по 90 мА Транзисторы ДК - по 1,25 мА, раскачка УН (VT22) - 5 мА.

А кто говорил, что ООС не исправит для единичной частоты, да ещё такой низкой?

Это - стандартное мнение, "страшилка для инженеров", описанное в литературе, например, у Д. Селфа. Конечно же, я не предлагаю использование данного режима в текущей конструкции. Здесь чисто вопрос любопытства. Может, позже попробую на фрагменте узкополосного шума (10-20 КГц). Посмотрю интермодуляцию.

[ОРорин]

Спасибо за ответ. По драйверу как и предполагал.

раскачка УН (VT22) - 5 мА

Мало для быстродействия, если ставилась такая задача. У двух пар MJE15034/35 емкость получится большая.

Это - стандартное мнение, "страшилка для инженеров", описанное в литературе, например, у Д. Селфа.

На слух вполне слышно сильное изменение режима ВК.

[fakel]

Еще одна причина, по которой отказался от тройки - сложность ее температурной стабилизации. В данный момент использую внешнюю "термоплату" с двумя транзисторами - датчиками температуры предвыхода и выхода раздельно. И то ток покоя при изменении нагрузки гуляет. Что-то будет с трехкаскадным ВК ...

Зря отказался. Токовый шунт тебе в помощь.

---------- Сообщение добавлено 11:34 ---------- Предыдущее сообщение было 11:31 ----------

А кто говорил, что ООС не исправит для единичной частоты, да ещё такой низкой? Только всё равно звук портится, режим В никакая ООС не вытянет на реальном музыкальном сигнале, разве что для постоянной громкой электронной музыки подходят, типа транса.

Мощный предвыход и куча выходников впараллель - сигнал будет переть через б-э, не разрывая ООС и ВК можно загнать в глубокий В.

[hjvf]

Зря отказался.

я вот как-то так же думаю. "тройка" всегда интереснее. да и в десятках других конструкций с "тройкой" нет проблемы тепловой неустойчивости.

[bukvarev]

У двух пар MJE15034/35 емкость получится большая

Вы наверное, не той схемой пользовались. Сейчас актуальна https://forum.vegalab.ru/attachment....4&d=1390074507.
Позже обновлю и выложу в первый пост, а то путаница начинается. Пол темы обсуждалась одна схема, а сейчас ссылки в основном на pdf версию, по которой плата сделана.
Входная емкость ВК - порядка 300 пФ. Я об этом ранее писал.

На слух вполне слышно сильное изменение режима ВК.

Да я же не спорю. Просто сделал измерения. Они мне показались интересными. Вот и выложил.
Тут фишка в некоторой "несбалансированности" ВК. Транзисторы предвыхода работают при большом токе покоя, при котором имеют хорошие (почти на вершине зависимости) частотные свойства и как следствие, малые IMD. Ну выходное будет пониже. Даже с одной парой выходных, их емкости б-э достаточно, чтобы предвыход "влил" свою "ВЧ-часть" в нагрузку, позволяя в малосигнальном режиме усилителю отработать искажения (ОООС по ВЧ не разрывается). Вот и fakel - о том же:

Мощный предвыход и куча выходников впараллель - сигнал будет переть через б-э, не разрывая ООС и ВК можно загнать в глубокий В.

Зря отказался. Токовый шунт тебе в помощь.

Уж больно хотелось попробовать топологию с маломощным полевиком и двухкаскадным ВК на биполярах. Полевик предназначался для "отсечки" УН от ВК на НЧ-СЧ, но его малая входная емкость позволяла расширить диапазон до "ВЧ". Хотя, введение Миллера формально позволяет поставить в этой топологии "тройку".
Токовый шунт представляется достаточно капризным. А проверить по хорошему много вариантов ВК нет времени. Все таки это - не профессиональная деятельность .
Существующее решение хорошо играет, даже трогать не хочется. Или это - первые впечатления. Ничего, постоит, даст "сок", посмотрю как и что.

То, что Вы тогда предложили, с ПОС и FET выходом, может быть, попробую в альтернативном композитнике на ОУ и симметричном каскоде. Если, конечно, захочется в будущем продолжить "усилительную" тему. А так в планах - закончить этот усь "до полного", сделать к нему достойную акустику, и слушать, слушать,...

---------- Сообщение добавлено 19:24 ---------- Предыдущее сообщение было 19:00 ----------

"тройка" всегда интереснее. да и в десятках других конструкций с "тройкой" нет проблемы тепловой неустойчивости.

Вообще, в начале темы я не был уверен, что этот "вундерлитель" что-то путное покажет вживую. Но если уж заработало, то почему бы не исследовать эту "схемоветку" до конца?

Да, "тройка" - типовое, зарекомендовавшее себя решение. В ней температурный ИОН работает в тепличных условиях. Но я же упертый . Мне потребовался более точный термодатчик, понятное дело, из-за большой девиации тока в "полевом" каскаде ВК. Но он обслуживает всего два перехода транзисторов, которые должны будут быть расположены без электрических изоляторов на медной пластине толщиной 30 мм. С хорошим тепловым контактом между плечами ВК тоже. Тепловая модель показывает "зашибись". А пока эти транзисторы установлены на дохлом 2мм уголке из алюминия.
Поэтому думаю, что неустойчивость устранима.
А в будущем, как и писал, заменой термодатчиков на микропроцессорные, с зашитой в них тепловой моделью ВК. Это будет точнее всего.
А там - чем меньшее количество транзисторов охвачено тепловой ОС, тем проще будет схема и программа.

[ОРорин]

Вы наверное, не той схемой пользовались. Сейчас актуальна https://forum.vegalab.ru/attachment.p...4&d=1390074507.

Да не туда я смотрел. По схеме пдф все понятно.
Схема - монстр и видимо это еще не все - будут усложнения. И это за достаточно короткий период. Пожелаю вам успехов и удачных конструкций

То, что Вы тогда предложили, с ПОС и FET выходом, может быть, попробую в альтернативном композитнике на ОУ и симметричном каскоде. Если, конечно, захочется в будущем продолжить "усилительную" тему. А так в планах - закончить этот усь "до полного", сделать к нему достойную акустику, и слушать, слушать,...

[bukvarev]

Пожелаю вам успехов и удачных конструкций

Спасибо!

[bukvarev]

Неторопливо подползают механические компоненты.
Транзисторный брус (пока - дюралевый).


Два бруса, приставленных к охладителю О57/300/100.


Еще подключил все четыре пары транзисторов ВК. Хуже не стало .
Проверил интермодуляцию на трехчастотном сигнале 340, 9000 и 10000 Гц, в том числе и на слух, и в режиме с отсечкой (без тока покоя).
Там должны были быть разностные компоненты (в области максимальной чувствительности уха) на 1000 Гц и 1000+340, 1000-340. Две последние были. С обычным уровнем (-105 дБ примерно). 1000 Гц - практически нет.
Думаю, что этих измерений достаточно. Шум большей информации скорее всего не даст ввиду меньшей мощности частотных компонентов. А здесь пик фактор почти такой же, как у нормального шума (~10 дБ).

Спектры для выходной мощности 100 Вт (режим С) и 90 мВт (тоже С).


Несколько вечеров слушали всей лабораторией разницу "B-C". Как разножанровую музыку (даже трубу в сопровождении ограна) так и генераторы (очень неприятная процедура ).
Никто не смог отличить режимы на разных уровнях выходной мощности.

Что касается дальнейшего упрощения, то можно обойтись даже одной парой транзисторов в ВК. Но оптимально будет использовать две пары. По звуку разницы нет. На корректированной плате оставлю 4 пары .

Пора потихоньку корректировать основную плату и приступать к проектированию защиты АС.

[Andrey Orloff]

Эти измерения будут неполными без, например, вот такого 10-частотного теста "Метод измерения реального разрешения усилителя".
Было бы интересно глянуть на результаты теста вашего УМЗЧ.

Offтопик:
.. ту ветку кстати прикрыли, да и желающих выложить тесты своих УМ даже на эквиваленте что то почти не нашлось, видимо реальная картинка не очень приглядная получается - все имхо.

Проверил интермодуляцию на трехчастотном сигнале 340, 9000 и 10000 Гц, в том числе и на слух, и в режиме с отсечкой (без тока покоя).
Там должны были быть разностные компоненты (в области максимальной чувствительности уха) на 1000 Гц и 1000+340, 1000-340. Две последние были. С обычным уровнем (-105 дБ примерно). 1000 Гц - практически нет.
Думаю, что этих измерений достаточно.

[bukvarev]

Спасибо за ссылку!
Починю звуковуху (сдох преобразователь на -5В ), сделаю ей Upgrade (заменю NJM2068 на OPA1612, а то первые имеют большие интермоды на ВЧ) и попробую провести измерения указанным методом. Правда, в качестве источника 10-ти частотного сигнала есть только звуковуха. (Для "трехчастотного" метода использовал 3 шт Г3-118.)

[MAXIM_A]

Бюджетного, упрощённого варианта ПП на трухольных элементах не будет?
Хотелось-бы попробовать...

[bukvarev]

Бюджетного, упрощённого варианта ПП на трухольных элементах не будет?
Хотелось-бы попробовать...

В перспективе могу сделать и трухол. Но только после реализации всего усилителя (защита АС, входной буфер, сервоплата).
Технически для трухола есть некоторые сложности - широкополосность конструкции и термостабильность ДК. Но все возможно..
Например, есть опасение, что трухольный вариант может потребовать интегратора. Дело в том, что сейчас между плечами ДК есть непосредственный тепловой контакт (использован заливочный компаунд КПТД-1 от "НОМАКОН"а). Там - придется мудрить.

Так как много компонентов уже заменены на распространенные, пока могу предложить такие варианты.
1. Когда буду заказывать релиз платы, для Вас парочку добавлю тоже.
2. Сообщю номер заказа в Резоните, по которому Вы сами сможете эти платы приобрести по "повторке" в нужном количестве.
3. Выложить герберы или любые другие исходники ПП.