УМЗЧ с необычным выходным каскадом

[Slava!!!]

Предлагаемое схемотехническое решение достаточно очевидно, но прецеденты его практического применения в выходном каскаде УМЗЧ мне неизвестны.

Типичное решение выходного каскада УМЗЧ на биполярных транзисторах - эмиттерный повторитель. Одно- или двухтактный, Дарлингтон или Шиклаи - но повторитель. При всех своих достоинствах для нормальной работы эмиттерный повторитель требует источника сигнала с низким выходным сопротивлением. Иначе значительно возрастают искажения.

При этом типичный УН в составе транзисторного УМЗЧ имеет без принятия специальных мер высокое выходное сопротивление, превышающее входное сопротивление выходного каскада. Для его снижения применяется шунтирование выхода УН резистором, номинал которого равен желаемому выходному сопротивлению. При этом усиление УН значительно снижается. Поэтому номинал шунтирующего резистора представляет собой компромисс между достаточным усилением УН (а следовательно, и петлевым усилением ООС, снижающей искажения) и искажениями, возникающими из-за высокого выходного сопротивления УН, работающего на повторитель.

В связи с вышесказанным было бы хорошо иметь выходной каскад с низким входным сопротивлением, согласование которого с УН не представляло бы никаких проблем. Кроме того, весьма желательно, чтобы данный каскад был охвачен местной ООС, позволяющей получать низкое выходное сопротивление и приемлемые искажения еще до охвата усилителя общей ООС.

В качестве каскада, отвечающего указанным требованиям, можно использовать биполярный транзистор, в котором местная ООС организована посредством резистора, включенного между базой и коллектором.

На рисунках ниже приведена схема для снятия выходных характеристик предлагаемого каскада, и собственно выходные характеристики.


Как видно, выходные характеристики имеют некоторое сходство с характеристиками лампового триода, почему данный каскад и был мною назван "псевдоламповым".

Ниже приведен пример использования псевдолампового выходного каскада в схеме УМЗЧ класса А без общей ООС мощностью 20 Вт.



Спектры искажений на 10 Вт и 1 Вт приведены ниже

[Игорь_ЕД]

В связи с вышесказанным было бы хорошо иметь выходной каскад с низким входным сопротивлением,

Странные вещи пишите. По-моему нормально, когда КУН имеет большое выходное сопротивление. (А в случае каскода это действительно так). Большое выходное сопротивления КУНа способствует большому петлевому усилению. И нормально, когда выходной каскад имеет ещё большее входное сопротивление. Это уменьшает искажения КУНа. И напряжение не проседает. Вобщем, я ничего не понял. (А спектры искажений не очень)

[Slava!!!]

Большое выходное сопротивления КУНа способствует большому петлевому усилению. И нормально, когда выходной каскад имеет ещё большее входное сопротивление. Это уменьшает искажения КУНа. И напряжение не проседает.

Хорошо быть богатым и здоровым.

В жизни, чтобы получить входное сопротивление выходного каскада, большее выходного сопротивления нешунтированного УН, приходится включать друг за другом большое количество каскадов повторителей. Посмотрите, например, на схему Миллениума - там их аж 4! И каждый вносит фазовый сдвиг, что делает проблематичным охват такого усилителя общей ООС. Это прекрасно видно даже в симуляторе, а в жизни, с учетом паразитных емкостей и индуктивностей монтажа, все будет еще хуже. Кстати, меня терзает подозрение, что Миллениум потому и сделали безООСным, что обеспечить устойчивость с таким навороченным выходом не удалось.

Дополнительная проблема высокоомного нешунтированного выхлда УН - даже сравнительно небольшая емкость на выходе (а там всегда будут коллекторные емкости транзисторов УН, первого каскада выходного повторителя, плюс паразитные емкости монтажа) обуславливает очень низкую частоту первого полюса петлевого усиления. К тому же эта частота будет заметно "плавать" при изменении коллекторных емкостей транзисторов, которые могут изменяться в несколько раз при изменении падения напряжения на транзисторах в процессе усиления сигнала.

Предлагаемое схемотехническое решение решает данную проблему в принципе.

И что не так со спектрами? Не следует забывать, что представленная схема не имеет общей ООС. Если ее ввести (такой вариант тоже симулировался), то искажения снизятся примерно пропорционально глубине ООС.

[shura1959]

R48 (неразбочиво...), видимо 0,1 Ом, таково выходное сопротивление усилителя?

[Игорь_ЕД]

Дополнительная проблема высокоомного нешунтированного выхлда УН - даже сравнительно небольшая емкость на выходе (а там всегда будут коллекторные емкости транзисторов УН, первого каскада выходного повторителя, плюс паразитные емкости монтажа) обуславливает очень низкую частоту первого полюса петлевого усиления.

Вот как раз с выхода КУНа очень небольшим кондесатором на землю корректируют усилитель. Нормально. И паразитные ёмкости тут как-бы отдыхают. Значит выходное сопротивление КУНа надо делать так, что-бы ёмкость кондесатора коррекции была в определённых пределах, и чтобы это коррекция сильно не тормозила усилитель. Т.е. сопротивления КУНа должна быть в определённых рамках (т.е. без фанатизма).

И что не так со спектрами? Не следует забывать, что представленная схема не имеет общей ООС.

Я не понял, что без ОС. Внимательно не смотрел. Там в центре какой-то опер. Думал, что он для ОС.
А вообще я в этом не сильный спец. Подождём, когда грамотные люди подтянутся.

[shkal]

Просто каждая фраза из поста 3 либо абсолютно неверна, либо частично, либо решается другими способами.

[deemon]

В связи с вышесказанным было бы хорошо иметь выходной каскад с низким входным сопротивлением, согласование которого с УН не представляло бы никаких проблем. Кроме того, весьма желательно, чтобы данный каскад был охвачен местной ООС, позволяющей получать низкое выходное сопротивление и приемлемые искажения еще до охвата усилителя общей ООС.

А я , кстати , эту идею исследовал и сделал однажды реальный работающий усилитель - в нём выходной каскад сделан не как обычный повторитель , а по схеме с ОЭ . То есть , он усиливает напряжение - так что УН не нужен . Притом , действительно , оказалось удобным охватить ВК параллельной ООС по напряжению , как в инвертирующем усилителе на ОУ , так чтобы его вход получился с низким входным сопротивлением ( и искажения заодно убавились ) .... а уже потом - охватил весь УНЧ ещё и ООС по искажениям . Креативная такая схемка получилась

[Slava!!!]

R48 (неразбочиво...), видимо 0,1 Ом, таково выходное сопротивление усилителя?

R48 - датчик стабилизации тока покоя. Но выходное сопротивление усилителя - действительно около 0,1 Ом.

Просто каждая фраза из поста 3 либо абсолютно неверна, либо частично, либо решается другими способами.

Про абсолютно неверные фразы - плз подробнее.

Насчет остального - как правило, любую задачу можно решить несколькими способами. Предлагаемое мною решение не идеально, но имеет свои преимущества.

А я , кстати , эту идею исследовал. Креативная такая схемка получилась

Посмотреть можно?

[Semigor]

Идея интересная. Думаю значительная часть искажений связана с входным током выходных транзисторов. А с полевиками на выходе на пробовали моделировать?

[Slava!!!]

Идея интересная. Думаю значительная часть искажений связана с входным током выходных транзисторов. А с полевиками на выходе на пробовали моделировать?

Не пробовал. Но по идее работать должно.

На мой взгляд, для полевиков в связи со значительно меньшим входным током (только ток перезаряда входной емкости) данное решение менее актуально. Впрочем, действительно стоит промоделировать.

[deemon]

Посмотреть можно?

Конечно - тут же тема была , про усилитель с ООС по искажениям . Вот тут - https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=37111

[shkal]

Ну чтож,
1)

В жизни, чтобы получить входное сопротивление выходного каскада, большее выходного сопротивления нешунтированного УН, приходится включать друг за другом большое количество каскадов повторителей. Посмотрите, например, на схему Миллениума - там их аж 4!

Пример нехарактерный. Если взять 100 схем промышленных и приличных самодельных усей, то в 99 из них будет либо двойка, либо троика.

2)

И каждый вносит фазовый сдвиг, что делает проблематичным охват такого усилителя общей ООС. Это прекрасно видно даже в симуляторе, а в жизни, с учетом паразитных емкостей и индуктивностей монтажа, все будет еще хуже.

Основной полюс вносят оконечные транзисторы выходного каскада, транзисторы предрайвера имеют, как правило,в 5-10 раз более высокую Ft, их вклад в общий сдвиг незначителен. В тройке может возникнуть локальный возбуд, но он имеет совершенно другие причины.

Кстати, меня терзает подозрение, что Миллениум потому и сделали безООСным, что обеспечить устойчивость с таким навороченным выходом не удалось.

Это неверно. Милениум изначально и концептуально делался безООСным. Опять же, существует большое количество прекрасно работающих схем с глубокой ООС и тройками на выходе.

Дополнительная проблема высокоомного нешунтированного выхлда УН - даже сравнительно небольшая емкость на выходе (а там всегда будут коллекторные емкости транзисторов УН, первого каскада выходного повторителя, плюс паразитные емкости монтажа) обуславливает очень низкую частоту первого полюса петлевого усиления. К тому же эта частота будет заметно "плавать" при изменении коллекторных емкостей транзисторов, которые могут изменяться в несколько раз при изменении падения напряжения на транзисторах в процессе усиления сигнала.

Опять слова без цифр. Очень низкая частота первого полюса - это сколько в граммах в Герцах? И кстати, что плохого в низкой частоте первого полюса (при одинаковой G*BW)?
Вы про каскоды с компенсацией выходной проводимости типа Хаксфорда, Ларсена слышали? Проблема решается добавлением пары транзисторов в УН. С приличными транзисторами первый полюс может быть вынесен за звуковой диапазон.

[Игорь_ЕД]

И кстати, что плохого в низкой частоте первого полюса (при одинаковой G*BW)?

На мой взгляд (возможно я не прав) качество обратной связи на какой-то частоте зависит не только уровня обратной связи на этой частоте, но и от того, под каким углом она действует (от фазового сдвига).

Вы про каскоды с компенсацией выходной проводимости типа Хаксфорда, Ларсена слышали? Проблема решается добавлением пары транзисторов в УН.

Это смотря какая проблема. Если проблема состоит в том, чтобы получить 0.00...% искажений, то да. Если проблема состоит в том, чтобы получить тёплый ламповый звук (по-моему на это нацелен топикстартер), то сомневаюсь. К тому же эти сложные каскоды топик-стартера вряд-ли устроят, потому что по своему выходному сопротивлению не состыкуются с обсуждаемым выходным каскадом.

---------- Сообщение добавлено 21:28 ---------- Предыдущее сообщение было 20:58 ----------

Slava!!! Поскольку к Вашему каскаду естть определённое недоверие, попробуйте прикинуть в симуляторе схему усилителя целиком. Для выходного каскада важно не только, как он сам по себе работает, но и как взаимодействует с предыдущим каскадом и с акустической системой. Также важно термостабильность, подавление помех по питанию, отсутствие тепловых искажений и т.д. Прикиньте и эти вопросы.

[Slava!!!]

Вы про каскоды с компенсацией выходной проводимости типа Хаксфорда, Ларсена слышали? Проблема решается добавлением пары транзисторов в УН. С приличными транзисторами первый полюс может быть вынесен за звуковой диапазон.

Успешно преодолеваем трудности, которые сами себе создаем.

Кроме емкостей транзисторов ВК, есть еще базо-коллекторные емкости первого каскада выходного повторителя. Их, конечно, тоже можно схемотехнически компенсировать. Но усилитель еще усложнится.

Вынести первый полюс за звуковой диапазон можно и проще - снижением величины шунтирующего резистора на выходе УН. Но опять же ценой усиления УН.

Это смотря какая проблема. Если проблема состоит в том, чтобы получить тёплый ламповый звук (по-моему на это нацелен топикстартер)...

Это где я такое писал? Теплый ламповый звук логичнее (и проще) делать на лампах.

К тому же эти сложные каскоды топик-стартера вряд-ли устроят, потому что по своему выходному сопротивлению не состыкуются с обсуждаемым выходным каскадом.

Не устроят потому, что в моей схеме в таких наворотах нет необходимости. Разве что во втором каскаде можно применить классический каскод.

Slava!!! Поскольку к Вашему каскаду есть определённое недоверие, попробуйте прикинуть в симуляторе схему усилителя целиком.

Я извиняюсь, разве в первом посте схема не нарисована?

Также важно термостабильность, подавление помех по питанию, отсутствие тепловых искажений и т.д. Прикиньте и эти вопросы.

Термостабильность определяется тепловым дрейфом ОУ, который достаточно мал.

Подавление помех по питанию у предлагаемого выходного каскада действительно хуже, чем у традиционного повторителя. Но это решается улучшенной фильтрацией питания.

Прикинуть на симуляторе тепловые искажения не представляется возможным. Но я не вижу причин, по которым они были бы больше, чем у традиционного повторителя.

[shkal]

Усилитель не усложняется ни на одну деталь, коллекторы первой ступени повторителя сажаются на эммитеры второй.
А если ещё используется миллеровская компенсация, которая сама по себе есть параллельная ООС, выходное сопротивление УН дополнительно снижается. Так что у нас с низким первым полюсом?

[Teoretic]

На мой взгляд (возможно я не прав) качество обратной связи на какой-то частоте зависит не только уровня обратной связи на этой частоте, но и от того, под каким углом она действует (от фазового сдвига).

Неправ.
От фазового сдвига (да и то лишь вблизи частоты единичного усиления) зависит только, возбудится ваш усилитель или нет.
Качество ОС определяется модулем усиления в петле.

[Slava!!!]

Так что у нас с низким первым полюсом?

С одной стороны, теоретически вроде ничего страшного. Даже лучше - глубже ООС на низких частотах. Сам без всякого стеснения применяю ОУ в звуковых схемах.

С другой стороны - многие уважаемые мной разработчики усилителей предпочитают иметь АФЧХ петлевого усиления с первым полюсом за пределами звукового диапазона, жертвуя усилением на НЧ. В прилагаемом файле - небезызвестный Линкс 17. Выход УН зашунтирован резисторами R2 и R56 по 36 кОм каждый. Миллеровская коррекция, кстати, тоже присутствует.
lynx17.pdf
И Дуглас Селф в своей книге по проектированию УМЗЧ называет искажения на стыке УН и ВК в числе основных источников искажений. Несмотря на то, что в этой же книге пропагандирует преимущества миллеровской коррекции.

Это что касается мнения авторитетов. Конкретика с цифрами требует выполнения соответствующих расчетов. На текущий момент нет желания напрягаться. Может, потом...

Предлагаемая мною схема позволяет не бороться с рассматриваемой проблемой, а устранить ее в принципе.

[Игорь_ЕД]

Slava!!! Я извиняюсь, что невнимательно прочёл первый пост. там говорилось о характеристиках выходного каскада. Так я подумал, что спектры относятся чисто к выходному каскаду (поэтому предлагал просимулировать весь усилитель). Объясните, что в схеме собственно ваше. Я не знаток схемотехники и такое решение, как ОУ у вас там вверху схемы, вижу в первый раз. Объясните, что это такое. Я так понимаю, чтобы из обычного каскада ОЭ сделать симметричный двухтактный. Я не понял, откуда получается выходное сопротивление усилителя 0.1 ом. Как я понимаю (может быть неправильно), выходное сопротивление равно (учитываем, что усь безосный) сопротивлению КУНа, делёное на бэта выходного транзистора, что вероятно не меньше сопротивления в эмитере КУНа. Поэтому мне и странно видеть на выходе один биполярный транзистор. Обычно в классе А спектры гармоник быстро спадают к нулю. А у вас они спадают не сильно быстро. Может потому, что одного транзистора не хватает. Попробуйте как уже советовали полевой транзистор на выходе. Это решит в том числе и проблему термостабилизации. И защита от КЗ не так актуальна.

---------- Сообщение добавлено 20:12 ---------- Предыдущее сообщение было 20:06 ----------

Teoretic. Я в теории не особо силён. Про влияние фазового сдвига ОС читал в каком-то древнем номере журнала Радио (в статье про динамические искажения). Там же был совет первый полюс делать повыше. На мой взгляд качество ОС определяется также её быстродействием (т.е. как усилитель обрабатывает меандр).

---------- Сообщение добавлено 20:17 ---------- Предыдущее сообщение было 20:12 ----------

shkal. Вот вы советуете на выход ставить тройку и использовать каскод Ларсона. А у вас в схеме в ветке про текстрониковский каскод на выходе четвёрка. И проблемы с самовозбуждением были. Хотя проблема решается, если четвёрку внутри скорректировать (выход первой ступени конденсатором на землю). И трудно сказать, справится ли тройка с таким сложным каскодом.

[Slava!!!]

Я не знаток схемотехники...

Это заметно. Что, однако, не мешает с умным видом давать советы.

[Teoretic]

Teoretic. Я в теории не особо силён. Про влияние фазового сдвига ОС читал в каком-то древнем номере журнала Радио (в статье про динамические искажения). Там же был совет первый полюс делать повыше. На мой взгляд качество ОС определяется также её быстродействием (т.е. как усилитель обрабатывает меандр).

Начиная с частоты первого полюса напряжение на входе первого каскада усилителя (с ООС) возрастает с частотой (при фиксированном уровне сигнала). Значит, первый каскад на какой-то частоте выше первого полюса может перегрузиться. Чем выше первый полюс - тем меньше вероятность перегрузки в рабочей полосе. Отсюда такой совет.
Данная перегрузка может быть исключена схемотехнически.

Обработка меандра и полоса частот ООС - вещи взаимосвязанные (почти напрямую).