Универсальный УМЗЧ со стабилизацией режима

[asgladd]

Универсальный УМЗЧ со стабилизацией режима.

Схема усилителя представлена на рис.1 и 2.
Универсальным усилитель назван потому, что в выходном каскаде можно использовать любые мощные транзисторы (биполярные или полевые) без изменения схемы, причем глубокая ООС, действующая в нем, автоматически выводит каскад на режим супер-А ( с невыключаемым током выходных транзисторов) с параметрами 40 мА- ток минимума и 90 мА- ток покоя ( на каждый транзистор)- (смотри эпюры на рис.3) и поддерживает такой режим при любой температуре выходных транзисторов (нет термодатчиков!).В выходном каскаде применена схема вольтдобавки (на R19-R22,C6,C7,VD3, VD4), которая дает питание +/- 9 V усилителям обратной связи на VT15-VT32 и позволяет полностью использовать напряжение питания всего усилителя (даже для выхода на полевых транзисторах с напряжением затвор-исток более 4B).
Параметры выходного каскада : Кусил = 0,87, Rвх - более 700 кОм, Rвых = 0,17 Ома, полоса частот более 1 МГц, коэффициент гармоник 0,015 % - 0,03 % для 8 и 4-х Ом.
Добавляем к этому усилитель напряжения с усилением более 70 дБ, заводим общую обратную связь и получаем почти идеальный усилитель. Тестирование макета подтверждает получение неплохих параметров :
Коэффициент гармоник 0,01% / на частоте 20 кГц при номинальной мощности
На частотах ниже 5 кГц гармоники менее 0,001 %
Выходное сопротивление около 0,005 Ом (измерено до индуктивности L1).
Полоса усиления 5 Гц – 360 кГц/560 кГц (по уровню -3 дБ с входным фильтром и без )
Скорость нарастания выходного напряжения 50 В/мкС с входным фильтром на R3-C2.
Интересны и другие свойства усилителя :
Питание от нестабилизированного источника +/- 20 – 50 В.
Амплитуда выходного напряжения равна напряжению питания минус 2,5-3 В.
АЧХ не имеет выбросов, ограничение сигнала тоже без выбросов.
Выход защищен от короткого замыкания ограничением тока на уровне 10 А на каждый выходной транзистор.
Выходная мощность определяется фактически количеством параллельно включенных выходных транзисторов и мощностью блока питания. Например для блока питания
+/- 45 В-4А ( 40 В под нагрузкой) и двух транзисторах в плече (как на схеме) номинальная мощность не менее 90/140 Вт при 8/4 Ом нагрузки.
Универсальность схемы подтверждается ее абсолютной симметричностью (при включении питания отсутствуют щелчки) и возможностью использования усилителя в инвертирующем и неинвертирующем режиме и даже в режиме мощного ОУ без емкостей на входе и в цепи ОС ( при такой схеме входа и таких транзисторах с h21 более 500 входные токи усилителя менее 10 нА).
Усилитель стабильно работает даже при установке в цепях питания резисторов 5-10 Ом или при подключении к выходу емкости в несколько микрофарад (при полном сигнале)!!!
Универсальность схемы заключается и в том, что с её помощью может быть доработан почти любой имеющийся в наличии УМЗЧ (подходящей мощности и с любыми, даже не очень качественными, выходными транзисторами). Как говорится в известном фильме "легким движением руки брюки превращаются...". В нашем случае - это звучит так : "при наличии нескольких часов свободного времени на пайку схемы,(выделенной пунктиром), на монтажную плату размером 4х5 см (стоимость деталей – менее 250 руб) Ваш усилитель превращается ...
Во вложении представлены схемы в формате Микрокап-9 для желающих поэкспериментировать...При разработке печатной платы нужно учитывать, что "абсолютный ноль" на выходе устанавливается с помощью одного из резисторов R14 и R15, а ток покоя,при желании, может быть изменен с помощью резисторов R28 - R29.
Желающие сделать усилители с отрицательным выходным сопротивлением или с регулируемыми токами режима супер-А могут прочитать мою статью "Схемотехника УМЗЧ со стабилизацией режима" на сайте "Паяльник" http://cxem.net/sound/amps/amp225.php
Александр Гладкий

[Nick-nack]

еще немного допилить, и может получится вот это:
http://www.edn.com/design/consumer/4...stage--Part-2-
Проблема в схеме из первого поста по моему в двухтактном повторителе на VT21-22. Для пары вертикалов по хорошему нужен ток драйвера около 20ма, для двух пар, 40мА. А там их явно нет.
И ток у входных пар конечно сильно несимметричен, нужно ровнять, зеркалом или поинтересней снять сигнал.

[fakel]

Не догоняю, как обеспечивается режим без запирания выходных транзисторов в фазе "прикрытия".

Никак. Здесь обычная вложенная ООС без нелинейных эл-тов внутри. Отсечка резкая

---------- Сообщение добавлено 10:07 ---------- Предыдущее сообщение было 10:04 ----------

Пофигу, какое значение тока, где плавность?

[SAPR]

Пофигу, какое значение тока, где плавность?

Согласен.
ЗЫ УН неинверт, для минимизации тепловых искажений ничего нет, да еще с электролитом в цепи ОС.

[fakel]

Согласен.
ЗЫ УН неинверт, для минимизации тепловых искажений ничего нет, да еще с электролитом в цепи ОС.

Ты на V9-V12 глянь! Дальнейшее бессмысленно.

[И. ЗАМОТКИН]

Вот набил как нарисовано. Исследуйте.

[Александр Котов]

на V9-V12 глянь!

На схеме нет таких обозначений, ругайтесь корректнее

---------- Сообщение добавлено 10:27 ---------- Предыдущее сообщение было 10:24 ----------

Главное, что мне непонятно - зачем зайцу стоп-сигнал мосфетам режим супер-А, если коммутационные искажения у них отсутствуют как класс, так как нет рассасывания в базе неосновных носителей, как в биполярах??

---------- Сообщение добавлено 10:29 ---------- Предыдущее сообщение было 10:27 ----------

для минимизации тепловых искажений ничего нет

Симметричные схемы, в общем-то, сильно компенсируют тепловые искажения.

[fakel]

Вот набил как нарисовано. Исследуйте.

Эмиттер Q11 соедини с эмиттером Q14, Q15 - Q12 и хвост из резиков и стабилитронов не понадобится. Не понадобится и злосчастная четверка между УН и ВК

---------- Сообщение добавлено 12:36 ---------- Предыдущее сообщение было 12:32 ----------

Вообще эта четверка нафиг не нужна! Что мешает врезать в цепь коллекторов УН цепочку смещения?

[Nota Bene]

прочитать мою статью "Схемотехника УМЗЧ со стабилизацией режима" на сайте "Паяльник" http://cxem.net/sound/amps/amp225.php

Исправьте ошибку на рис.20 (базы VT5,VT6 висят в воздухе).
Подозреваю, что это решение было взято отсюда: http://reanimator-h.narod.ru/itun_pub.htm (второй сверху рисунок) -


С тех пор, правда, много воды утекло, сейчас сделано по другому:

[SAPR]

Симметричные схемы, в общем-то, сильно компенсируют тепловые искажения.

Насколько сильно - большой вопрос. Я бы сказал - частично.

[asgladd]

Ребята с сайта EDN пришли в итоге к схеме The Class i low-distortion audio output stage (Part 3) - схема на 20 подобранных транзисторах и резисторах и с температурными проблемами. Кстати с 2012г прошло уже 4 года, но ничего нового они похоже не предложили. Надо будет послать им мою статью с сайта паяльник, чтобы народ понял правильный подход к проблеме термостабильности и увидел простые и надежные решения! О токе двухтактных повторителей на VT21-22 (VT23-24). Ток покоя у них действительно 1 мА, но при приходе фронта меандра транзисторы перезаряжают большие емкости полевиков током с конденсаторов вольтдобавки C6 и C7, который может быть и больше 50 мА ! Все это проверено на макете, иначе я бы не имел морального права писать о скорости нарастания в 120 В/мкС ! А ток входных пар абсолютно равный - это схема называется ломанный каскод ...

[MAXIM_A]

asgladd, Александр, покажи картинки работы усилителя!
Сразу станет намного понятней....

[asgladd]

Спасибо за подсказку - действительно должна быть перемычка база-коллектор VT5! Вы правы схема деления на два тока при управлении ИТУН была найдена у Вас, у нее есть недостатки, но применение её в разных схемах возможно . Кстати Вы, как знаток ИТУНов, подошли довольно близко к решению проблемы термостабилизации выходных каскадов,мне так кажется ...

[Nick-nack]

оооооо, следущий -"все стасы а я дартаньян"
Сломанный каскод - это хорошо, только сигнал с диффпары надо снимать дифференциально, ну это как бы Азы
А ток драйвера до 50мА, который с "конденсаторов вольтодобавки" - он да, будет конечно.
Ты видел характеристики bc546/556 при низком Vce и 50мА?
И нафиг там еще один АБ-шник...
Скорость нарастания для УМЗЧ важна та, при которой все каскады, кромы выхода остаются в А. Это как бы тоже азы

[asgladd]

Придется все-таки купить хороший телефон с фотокамерой! А на словах - Картинки работы усилителя просто идеальны : и меандр 100 кГц размахом 50 В и скоростью нарастания 70 В/мкС и синус 150 кГц размахом 60 В и ток, наблюдаемый на выходных резисторах 0,33 Ома - точно как на рис.17. Кстати, имея двухканальный осциллограф, можно прямо на схеме подбирать пары выходных транзисторов...

[Nick-nack]

Так никто же не против, что оно работает.
(Поднимите ток покоя VT21-22 до 40-50мА, и что-нибудь помощнее туда - и звучать будет гораздо лучше).
Там вложенная ООС, которая следит за током выходников. В биполярном выходе кстати немного не правильно, эм. сопротивление предвыхода можно подсоединить немного лучше. Ток предвыхода не отслеживается.

Только это "кривой" супер-А. Перегибы не плавные, а такие же, как и в АБ, только "смещенные".
А у Кендалла (который "ребята с EDN") - плавный переход.

Сделать термослежение можно проще, для этого не нужно мутить диффкаскады.

[Nota Bene]

Только это "кривой" супер-А. Перегибы не плавные, а такие же, как и в АБ, только "смещенные".

Это следствие того, что местная схема слежения за током выходных транзисторов, кроме этого, еще производит линеаризацию их передаточной характеристики. И при минимальном токе через выходной транзистор дает такой излом за счет резкого (скачкообразного) уменьшения усиления.
ИМХО, для избавления от излома, необходимо приводить характеристику передаточной функции в области малых токов к квадратичной (параболической).
Это позволяет производить стыковку плеч выходного каскада с минимальными потерями линейности и при выборе оптимального тока покоя позволяет минимизировать третью гармонику.
Для мосфетов это не так актуально, а вот для биполяров с их экспоненциальной ВАХ достаточно важно.
По параболе - была интересная тема (выбор выходного каскада), там я выкладывал такой пример:

[asgladd]

Огромное спасибо!

[Sergo_PnL]

Потому на ВЧ и хуже, чем ниже по диапазону. Но все-равно значительно лучше, чем АВ или В.

[MAXIM_A]

Надо сделать, как есть, посмотреть, померить, послушать, а потом решать, что переделывать, и как!

---------- Сообщение добавлено 21:04 ---------- Предыдущее сообщение было 21:00 ----------

Была-бы плата, можно слепить...

[оператор]

Альтернатива этому "режиму" только класс А, со всеми его энерго-топливными и температурными потерями, а если эффект этого класса может быть достигнут в другом режиме, то это в любом случае имеет смысл. Если в достаточно сыром исполнении задумка показывает такой эффект, то доведя до ума про А можно и, уже пора, - нужно забыть.
У самого Супер-А от Вадима waso - NXP Pro в очень приличном, надеюсь, исполнении и знаете, подобных вопросов не возникает.

Если опустить личное отношение и предпочтения?
Тогда стоить вспомнить и о других "альтернативах" устранения коммутационных искажений.
Например - подход Агеева, ХD, А+А/В, усреднение, рандомизация и тд.
Ничего личного против Супер А, но!
По большому счету для нормальной его реализации с учетом параметров ВК, с частотной коррекцией и обеспечением плавной отсечки - нужна цифровая коррекция с применением DSP. Я, лично, сильно сомневаюсь, что можно простыми ключами и минимальными схемотехническими решениями, корректно формировать исправляющие токи.
Большой вопрос - попадает ли ток коррекции в нагрузку в режиме Супер А? Или он волшебным образом испаряется?
И, что он делает, при этом, весело складываясь с основным сигналом? Есть ли теретические обоснования для сквозных токов и их влияния? Нет.
В соседней теме считают, что это вызывает рост искажений на высоких частотах. Но, лично, я думаю, что не только это.
Во первых, мы вносим дополнительные процессы в ОС, во вторых есть подозрение в росте не только искажений, но и паразитных модуляций.
Есть еще сомнения в поведении выходных мосфетов при исправляющих токах. Что там с устойчивостью, фазой и входными емкостями происходит? У предложенных транзисторов 240/9240 динамическая емкость в закрытом и открытом состоянии меняется в десятки раз, в открытом состоянии если не ошибаюсь до 1000 пФ на один транзистор? И как оно все это в Супер А?
Эти вопросы нужно исследовать не только на моделях, но и с использованием рабочих макетов и ВЧ аппаратуры. Для исследования спектров в диапазонах выше, чем мы можем "зацепить" звуковыми картами с их анализаторами спектров.
Если мы не видим проблем в НЧ диапазоне, это не значит, что их нет выше.

Из личного практического опыта - Снижать искажения подобно режиму "Супер А" проще например, симметрированием, увеличением количества выходных пар, правильной раскачкой, топологией подавления ВЧ и мерами помехоустойчивости, с таким же результатом, но без проблем, чем Супер А.
То, что оно работает, вопросов нет, но толку? Все намного проще.

Из схемы ТС можно убрать все эти "костыли" Супер А, и пр. - увеличить к-во выходных транзисторов, раскачать их отдельными драйверами по Агееву, поработать с токами и устойчивостью и получится нормальный симметричный усилитель, который будет работать надежней и без проблем с настройкой, подбором транзисторов и тд..