Усилители А.Гладкого

[asgladd]

Второе название : УМЗЧ с термостабильным режимом Супер-А
Довел до ума несколько схем УМЗЧ . Предлагаю ознакомиться.

На рис.1 представлена схема симметричного и высоколинейного усилителя на биполярных транзисторах. В ней применена глубокая отрицательная обратная связь по току в выходном каскаде, что позволило жестко стабилизировать рабочую точку каскада, причем без использования термодатчиков. Для каждой полуволны используется свой "хитрый "дифференциальный усилитель на транзисторах VT20-VT30. Эта схема запатентована в 1986 г. (!!!) японцем Накаяма из корпорации Pioneer (патент можно посмотреть в приложении) и через 26 лет её назвал "новым" классом I и доработал Кастор-Перри Кендал (её можно посмотреть на сайте www.edn.com и в приложении). В моем варианте схемы (смотри рис.1) на транзисторах дифференциального каскада выделяется минимальная мощность( в отличии от схемы Кендала), они не нагреваются и уверенно отслеживают милливольты сигнала обратной связи. Также в этой схеме с помощью резисторов R19,R23,R26 можно выставить желаемый ток покоя и напряжение минимума для режима Супер-А. Прекрасным свойством схемы является её "правильная" работа при ограничении сигнала - никаких выбросов и никаких сквозных токов ( ток ограничения определяется напряжением 4,7 В стабилитронов - светодиодов HL5 - HL10). Схема легко выдерживает меандр +/- 30 В -100 кГц на 4 -Ома нагрузки и несколько секунд короткого замыкания при полном входном сигнале .
Входное сопротивление такого выходного каскада довольно нелинейное и перед ним пришлось применить эмиттерный повторитель со стабильным выходным током на транзисторах VT12,VT13, VT16,VT17.
Усилитель напряжения построен по классической схеме на включенных встречно дифкаскадах и при однокаскадной схеме (а значит при высокой устойчивости ) имеет усиление 87 дБ на резистор нагрузки 200 кОм при полосе 14 кГц.
Макетирование усилителя позволили уточнить цепи коррекции и удивило возможностью такого большого усиления вообще без емкостей по питанию (на плате) !!!
Скорость нарастания выходного напряжения 75/100 В /мкС (с входным фильтром и без).Выходное сопротивление (измеренное до выходного фильтра ) менее 0,01 Ом. Меандр идеальной формы 20 кГц и амплитудой +/- 30 В не меняет форму при переключении нагрузки - нет нагрузки - 8 Ом или 4 Ома. КНИ на частоте 20 кГц менее 0,001 % при выходных мощностях 2-150 Вт . На частоте 1 кГц искажения менее 0,0004 %.
АЧХ на синусе и меандре не имеет выбросов. Полоса по уровню -3 дБ 550/1500 кГц (с входным фильтром и без него).
Режим Супер-А на уровне 30/100 мА на каждый транзистор (30 - это ток минимума,100 - ток покоя). При этом размах "переключательных" искажений на частоте 20 кГц амплитудой 30 В около 5 мВ.
Амплитуда выходного напряжения усилителя меньше напряжения питания (мгновенного значения) на 3,8-4,5 В (при нагрузке 8-4 Ома). Если вместо генераторов тока на транзисторах VT15-19-23 и VT18-22-28 применить вольтдобавку на С12-С13 и R32-R33
- (она показана пунктиром)-можно увеличить максимальную амплитуду на 1 вольт - при этом все параметры усилителя сохраняются !
Рассматривать и оценивать искажения сигнала (в том числе и "переключательные") позволяет компенсационный метод, когда из выходного искаженного сигнала вычитается
усиленный идеальным усилителем и подстраиваемый по амплитуде и фазе входной сигнал. Микрокап прекрасно позволяет это сделать виртуально. На приведенной схеме МС9 /Рис-1 -CIR/ на транзисторах Q39-Q51 собран "идеальный"усилитель, искажения которого на порядок меньше измеряемого (их можно измерить перенеся точку OUT на правую сторону резистора R47). С помощью слайдеров (справа) подобраны амплитуда и фаза и на резисторе R52 можно наблюдать характерные переключательные искажения !!!
Мне нравится компенсационный метод из-за своей наглядности. Если использовать осциллограф в режиме Х- Y (на Х подается входной сигнал, а на Y - искажения) прекрасно видна не только амплитуда искажений, но и точка их возникновения на амплитудной характеристике. При такой векторной индикации гораздо легче производить и саму компенсацию и заметить небольшие подвозбуды на некоторых участках амплитуды сигнала.
Итак, можно отметить положительные качества схемы : независимость токов покоя от нагрева выходных транзисторов, отсутствие настроек, высокая устойчивость даже при емкостных нагрузках в несколько микрофарад, работа от нестабилизированных источников питания 20 - 50 В, полная симметричность схемы, токовая защита выходных транзисторов и т.п.

На рис.2 показана схема термостабильного инвертирующего усилителя на полевых транзисторах, в которой удалось получить такие же высокие характеристики (и без использования импортного патента).
Схема, также как предыдущая, не требует настройки и элементов термостабилизации. Она также прекрасно ведет себя при ограничении сигнала и при КЗ нагрузки. Скорость нарастания выходного напряжения 70 В/мкС при меандре частотой 20 кГц и амплитуде 30 В /без сквозных токов/. КНИ менее 0,001 % на 20 кГц и 0,0002 % на 1кГц и на мощностях от 1 до 150 Вт на 4 Ома !!! Полоса усиления 370/510 кГц, коммутационные искажения размахом 7 и 2 мВ на частотах 20 и 10 кГц соответственно (при 30 В выходного сигнала и при режиме супер-А =30/90 мА). Искажения можно оценить компенсационным методом на резисторе R52 ( файл МС9 Рис-2-CIR). Вольт-добавка на R30-31, C11-VD1,C14-VD2 позволила лучше использовать питающие напряжения : амплитуда выходного напряжения равна напряжению питания (Vпит) минус 3 / 3,5 вольт (для нагрузки 4 / 8 Ом соответственно). Высокое усиление двухкаскадного усилителя напряжения и схема расщепителя на транзисторах VT13-VT16 позволили отказаться от промежуточного эмиттерного повторителя и обеспечили высокую термостабильность нуля. Уход нуля при прогреве и изменении питающих напряжений (в диапазане 15-50 В) не более 10 мВ .

На рис.3 показана схема использования операционных усилителей со схемой термостабильного выходного каскада. На VT1,VT5 и VT2,VT7 собран токовый расщепитель сигнала, который через токовые зеркала на VT3-VT9-VT10 и VT8-VT11-VT12 передает полуволны сигнала на резисторы R13-R14 . Далее термостабильные усилители эти полуволны усиливают и обеспечивают правильные режимы работы
выходных транзисторов VT23-VT26. Параметры выходного каскада - КНИ = 0,4 % во всем диапазоне частот и полоса не менее 1 МГц.
Благодаря хорошей частотной характеристике и небольшому сдвигу фазы этого выходного каскада, с ним может работать практически любой операционный усилитель.
Собственно от характеристик ОУ и будет зависеть итоговый КНИ усилителя и его частотные параметры. Например при желании получить на частоте 20 кГц КНИ менее 0,004 % необходима глубина ООС не менее 40 дБ и при общем усилении УМЗЧ=30 дБ усиление ОУ на частоте 20 кГц должно быть на ниже 70 дБ , а это могут далеко не все. Например LM4562 показывает, по моим измерениям, искажения около 0,03 %. Если бы удалось найти высококачественный операционник -мог бы получиться неплохой термостабильный и без настроек - идеальный УМЗЧ.

На рис.4 я привожу схему высококачественного и термостабильного УМЗЧ с минимальным количеством элементов, пригодную для повторения начинающими радиолюбителями. ( Мне кажется они ещё где-то есть)...

[теоретизирующий практик]

Выкладываю фото макета по рис.1 и осциллограммы

asgladd, при чтении на разных "девайсах" картинки располагаются по разному на экране. Справа внизу может оказаться слева внизу. Лучше ссылаться на номер рисунка. Ещё лучше переименовывать рисунки из безликих IMG_2017.......PNG в осмысленные или/и поясняющие названия.

[Dimas Kazahstan]

Дорогие друзья Усилителе-строители я недавно спаял по собственной разводке УМЗЧ из темы "УМЗЧ со стабилизацией режимов", но перепутал полярность светодиодов, светодиоды заменил, но теперь греются VT1-VT8. Может ли косяк со светодиодами быть причиной? Почему-то на базах выходников всего 17мВ. Выходные тр-ры пока не впаивал.

[Parakol]

Выходные тр-ры пока не впаивал

Это правильно, ну его нафиг. Если у них, даже не впаянных, уже 17мВольт на базах

[vic57]

asgladd, а не могли бы Вы привести диаграмму Боде вашего усилителя.

[MAXIM_A]

Дорогие друзья Усилителе-строители я недавно спаял по собственной разводке УМЗЧ из темы "УМЗЧ со стабилизацией режимов", но перепутал полярность светодиодов, светодиоды заменил, но теперь греются VT1-VT8. Может ли косяк со светодиодами быть причиной? Почему-то на базах выходников всего 17мВ. Выходные тр-ры пока не впаивал.

Проверяй транзюки, чтото погорело...

[wert]

Есть не большая проблема с узлом поддержания постоянного тока через ВК.
С увеличением частоты и уровня воздействия появляются искажения АХ в районе перехода через ноль и перехода через постоянные уровни тока ВК.
На рис. правый график - искажения АХ в % относительно входного уровня, график получен по уровням второй и далее гармоник частоты воздействия 50 кГц.
Первая гармоника компенсирована за счет разностного метода и дифференцирования разницы.
Красный график - уровень напряжения на выходе 7В, искажения АХ 0,0012%,
зеленый график - 40В на выходе, искажения АХ в районе нуля и удержания постоянного тока ВК достигают 0,06%.
Лечится такая беда за счет увеличения быстродействия входного сумматора УНЧ и изменением режимов узла поддержания токов ВК.

[Nick-nack]

уже, лучше. попытка без ффт, разностным методом, сделать качественную оценку мгновенного отклонения входа от выхода.
Без новых "научных" терминов
Но все равно незачет.

Наводка:График показывает, что при увеличении аплитуды отклонения уменьшаются. И исчезают на максимуме.
???

[wert]

уже, лучше. попытка без ффт, разностным методом, сделать качественную оценку мгновенного отклонения входа от выхода.

Формулка под графиком, нет там fft.
Есть разностный метод,
входное напряжение и приведенное ко входу через ОС выходное напряжение, снимаются с входного сумматора.
Указанные напряжения снимаются с выходов однозвенных идентичных фильтров ВЧ с частототой среза около 100 кГц, т.е. оценивается только напряжение гармоник.
По оси Y искажения АХ в %, формулку для этого и привел.
Дополнительно применил оператор del для разностного напряжения, для того чтобы избавиться от следа первой гармоники.

Да уже показывал такие графики искажений АХ в % в железе.
Самый чувствительный известный мне метод для определения искажений АХ.
На формулку обрати внимание, думаю заметишь качественную оценку мгновенных отклонений АХ от идеальной.
Без оператора del увидишь плавные загибы характеристики искажений АХ в максимумах, там появятся следы искажений амплитуды и фазы первой гармоники

---------- Сообщение добавлено 13:14 ---------- Предыдущее сообщение было 13:08 ----------

Наводка:График показывает, что при увеличении аплитуды отклонения уменьшаются. И исчезают на максимуме.
???

Все искажения АХ, в том числе амплитудные, подвозбуды и прочее график показывает, масштабируй и смотри.
Данный усилитель очень хорошо отрабатывает амплитудные значения, в том числе сглаживает клиппы.
Попробуй такой тест на усилителе с искажения на максимумах, улицезреешь загибы и всплески на графике в районе максимумов воздействия.
Я пробовал такой тест на Одиссее 010,
с темброблоком амплитудные искажения начинаются с 0,5 В на выходе, переключательные при любых напряжениях на выходе, частоты от 1 кГц и выше.
Без темброблока амплитудные искажения с 15В на выходе, переключательные без изменений. Повышение тока покоя не меняет картинку.
Слушать такой усилитель сплошной песок, не воспринимаются низы, но артикулярна середина.

Усилители с мизерными искажениями АХ в амплитудных значениях и при переходе через ноль, как правило звучат не плохо.
И звучат хорошо если динамические искажения мизерны.
Рассматриваемый в теме усилитель с доработкой узла суммирования судя по характеристикам модели должен звучать хорошо, нужно провести натурные испытания по указанным параметрам и послушать.

[vic57]

Рассматриваемый в теме усилитель с доработкой узла суммирования судя по характеристикам модели должен звучать хорошо, нужно провести натурные испытания по указанным параметрам и послушать.

Рассматриваемый усилитель будет хорошо усиливать синус...а по поводу звучания есть некоторые сомнения...

[eksaedr]

Тогда это "безосный" усилитель.

Offтопик:
А как-же этот https://www.vegalab.ru/index.php?opt...ask=view&id=21

[Rova]

Offтопик:
А как-же этот https://www.vegalab.ru/index.php?opt...ask=view&id=21

То же, что и при инверсном включении ОУ. Потенциал точки R1, R3, VT1b будет формироваться входным сигналом, сигналом обратной связи и паразитной модуляцией Ube VT1 (которая усилителем будет рассматриваться как часть входного сигнала).

[wert]

Предложенная система исключения отсечки тока при переходе сигнала через ноль хорошо отрабатывает на низких частотах, выше 5 кГц появляются коммутационные искажения и чем выше частота сигнала, тем заметнее такие искажения.
С другой стороны, система регулировки и удержания минимального тока плеча ВК имеет свои оптимальные настройки.
В предложенной автором модели минимальные искажения АХ достигаются в зоне минимального тока через транзистор ВК равного 70 мА.
При повышении/понижении минимального тока от оптимума искажения АХ возрастают.
На рис. графики искажений АХ.
Средний график - искажения АХ при токе через транзистор ВК 70 мА.
Правый график - искажения АХ с учетом искажений первой гармоники, при переходе через ноль показывает линейные искажения УНЧ. Корреляцию с частотным методом оценки искажений через FFT показывал ранее.
Очень наглядный метод оценки искажений АХ, легко реализуем на практике, чувствителен к большинству искажений усилителя.

---------- Сообщение добавлено 25.07.2017 в 13:28 ---------- Предыдущее сообщение было 24.07.2017 в 15:42 ----------

Усилитель А.Гладкого на самом деле имеет мизерные искажения, связанные с областью перехода сигнала через ноль.
И вряд ли такие искажения можно услышать даже златоухим.
Тем более тест проводился на частоте 50 кГц, такая частота выбрана для того чтобы увидеть возможные проблемы и искажения.
Искажения АХ на уровне тысячных долей процента на частоте 50 кГц - это замечательный результат для системы супер А.

Для примера покажу подобные искажения для усилителя Lanzar с током покоя через транзистор ВК 100 мА.
На рис.2
средний график - искажения АХ без учета первой гармоники, коммутационные искажения достигают 0,6%.
Правый график - искажения АХ с учетом искажений первой гармоники уровень до 5%.

Теоретики скажут, что не бывает отрицательных процентов, и будут правы.
Отображаю графики и в отрицательной области по У, чтобы видеть картину искажений по всей прорисовке синусоиды.
С оператором ABS искажения отображаются только в положительной области по У,
в этом случае можно увидеть девиацию искажений АХ в отрицательной или положительной области синусоиды, связанную с линейными искажениями,
перезарядом емкостей переходов транзисторов, в железе с тепловыми искажениями и проч...
Уровень девиации искажений АХ связан с динамическими искажениями усилителя.

[Sergo_PnL]

По-моему, самая перспективная схема - на рис.3 с ОУ. Тут поддержу BesPav. На вход можно LME49990 (140dB), ВК - тройку + приличные выходники: MJL3281A, 1302A. Пусть даже без интегратора, но если его прикручивать, то тогда и подстраиваемый компенсатор сопротивления проводов (регулятор выходного сопротивления). Такое пойдет широко в народ для замены УМ в стандартном Хай-Фай - не сложно, компактно, относительно не дорого и должно быть хорошо по звуку и характеристикам.

---------- Сообщение добавлено 10:43 ---------- Предыдущее сообщение было 10:42 ----------

asgladd, выложите пожалуйста сюда модель на рис.3, где с ОУ - самая перспективная схема с практической точки зрения, на мой взгляд.

[zverj]

Cпасибо автору!Хорошо скомпилирована схема даже для начинающих!

---------- Сообщение добавлено 07:43 ---------- Предыдущее сообщение было 07:35 ----------

Cпасибо автору!Хорошо скомпилирована схема ,даже для начинающих!

[BesPav]

asgladd, а не могли бы Вы привести диаграмму Боде вашего усилителя.

Ладно, скажите хоть какого цвета учебник?

https://m.youtube.com/watch?v=XaKtt3eIkkg

[vic57]

Ладно, скажите хоть какого цвета учебник?

https://www.vegalab.ru/content/view/40/52/ покурите это...может и поспособствует?

[Vadim 161]

По-моему, самая перспективная схема - на рис.3 с ОУ. Тут поддержу BesPav. На вход можно LME49990 (140dB), ВК - тройку + приличные выходники: MJL3281A, 1302A. Пусть даже без интегратора, но если его прикручивать, то тогда и подстраиваемый компенсатор сопротивления проводов (регулятор выходного сопротивления). Такое пойдет широко в народ для замены УМ в стандартном Хай-Фай - не сложно, компактно, относительно не дорого и должно быть хорошо по звуку и характеристикам.

---------- Сообщение добавлено 10:43 ---------- Предыдущее сообщение было 10:42 ----------

asgladd, выложите пожалуйста сюда модель на рис.3, где с ОУ - самая перспективная схема с практической точки зрения, на мой взгляд.

Вы прям таки читаете мои мысли Сделал недавно вот такой пока еще набросок. Чтобы увеличить изображение откройте его в новой вкладке.

[BesPav]

покурите это... может и поспособствует?

Да курили мы этот самосад, мусолили по всякому, и в кальяне с разными добавками, и в козьей ноге из старых газет.
Уже не способствует.
Собственно этот же вопрос я уже задавал:

Ну так может стоило бы нарисовать график петлевого усиления?

Далее мы вынужденно возвращаемся к сообщениям №15, 21, 50.

Инициатива и настойчивость автора заслуживают всяческого поощрения, вместе с тем последовательное игнорирование принципиально важных вопросов не способствует теоретической проработке заявленной сущности и популяризации собственно концепции.

[vic57]

---------- Сообщение добавлено 09:18 ---------- Предыдущее сообщение было 09:17 ----------

Да курили мы этот самосад,

Offтопик:
Ну так и ладушки- базар не стоит стертых клавиш...Хорошо бы автор это понял.

[Sergo_PnL]

Сделал недавно вот такой пока еще набросок.

Вот, да, что-то такое.
Двухсторонка - отлично. Панельки под ОУ - хорошо!
По-моему, будет лучше, если земляной слой делать не сплошняком везде, а входные цепи и УН соединять с землей ВК в одной точке, а все остальное - сплошным слоем.
Выходники под какой корпус? Электролиты - какой макс диаметр?
Можете показать итоговую общую схему, которую разводите на плате?