Составные усилители

[BesPav]

Создать новую тему побудило большое количество сообщений и схем, опубликованных в разных ветках, а то и даже на разных форумах.

Итак, предмет обсуждения - глубокоООСные усилители, так называемые "композиты", состоящие из первого малосигнального/маломощного ОУ и второго сильноточного ОУ в специализированном корпусе с повышенным теплорассеянием.

В качестве "подопытных" на роль первых ОУ выбраны следующие:
AD8065/66/67
THS4021/22+4011/12
LM6171/7171
LT1222
OPA1611/12+1641/42
AD797
Из предвыборной гонки потихоньку выбывают отличные ОУ LME49710 и LME49990.

Основные критерии выбора:
1. Возможно больший GBP
2. Возможно более высокая частота основного полюса (точка перегиба на кривой open-loop gain в даташите и/или модели)
3. Возможно меньшее произведение шума на усиление в начале аудиодиапазона
4. Наличие достоверной модели, более-менее совпадающей с графиками официального даташита.

На роль "вторых" народной молвой выбраны AD815, THS6012/TPA6120 и LT1210. Пожалуйста, не надо LM3886 сегодня...

Основные критерии выбора:
1. Достаточная мощность в качестве усилителя для наушников
2. Возможно более широкая полоса
3. Возможно меньший уровень шумов
4. Возможно большее петлевое усиление

Для начала обсуждения пара несложных схем с непривычно большой глубиной ООС:

Скрытый текст

[свернуть]

Условия устойчивости выполнены формально, номиналы коррекции подлежат алгоритмическому или ручному уточнению по переходной характеристике, а также в реальной конструкции с учетом паразитных параметров платы.

Основные недостатки подобных схем:
1. Сравнительно большой уровень шума на выходе, первый ОУ работает со своим полным усилением на НЧ и все его входные шумы усилены в Aol раз. ВНИМАНИЕ, не все SPICE-модели ОУ корректно воспроизводят даташитные графики шума.
2. Очень плохие последствия при перегрузке.
3. Необходимость плотного монтажа, частота единичного усиления порядка 20-30 МГц и сантиметры проводников уже вносят заметную задержку фазы на частоте замыкания характеристики.

Пример печатной платы, заботливо нарисованной форумчанином mellowman:

Скрытый текст

[свернуть]

Продолжение следует...

[mellowman]

У меня тут другое мнение, нет ничего сложного - посмотреть на выходной уровень ЦАПа, потом прикинуть КУ и сравнить с напряжением питания.
Зачем пытаться лечить проблему, если заранее можно сделать прививку?

Это если делать усилитель под 1 конкретный цап и больше никуда его не подключать, или перед подключением проверять что он подходит по напряжениям.

2. Спасти нагрузку, тут из пожеланий только прикинуть быстродействие реле, нагрузка должна быть способна переварить импульс максимального напряжения за время срабатывания.

Можно твердотельное реле, срабатывающее моментально. Но оно от возбуда не поможет, ВЧ через ёмкости пролетают:

В идеале ООС брать прямо с клемм динамика, в реальной жизни хотя бы с выходных контактов усилителя, ну и уж точно не раньше выходного фильтра.

Можно сделать плату 1х1х0.5см и встраивать прямо в наушники

[fakel]

Кто-нибудь задумывался о плавающем питании первого ОУ с целью исключить синфазку на его входах и применить неинв. включение, а также снять ограничение по скорости нарастания?

[mellowman]

Кто-нибудь задумывался о плавающем питании первого ОУ с целью исключить синфазку на его входах и применить неинв. включение, а также снять ограничение по скорости нарастания?

Да, Грейсон Кинг и Тим Ваткинс задумывались

[fakel]

а что если внутреннюю ООС брать непосредственно с выхода ОУ2 (до, а не после резистора R10)?

---------- Сообщение добавлено 12:26 ---------- Предыдущее сообщение было 12:24 ----------

Да, Грейсон Кинг и Тим Ваткинс задумывались

спс!

[BesPav]

Это если делать усилитель под 1 конкретный цап и больше никуда его не подключать, или перед подключением проверять что он подходит по напряжениям.

Позвольте поинтересоваться, много ли у вас девайсов, имеющих больше +10 dbV на выходе?

Можно твердотельное реле

Да, ампер на 20, как раз пойдет для ушника.
;)

Можно сделать плату 1х1х0.5см и встраивать прямо в наушники

Так к этому все и идет.
А то может и сразу сделать кохлеарную имплантацию.

Кто-нибудь задумывался о плавающем питании первого ОУ с целью исключить синфазку на его входах и применить неинв. включение, а также снять ограничение по скорости нарастания?

Это же ушник, ему на входе нужен РГ.
Синфазку придется давить еще раньше.

а что если внутреннюю ООС брать непосредственно с выхода ОУ2 (до, а не после резистора R10)?

Давайте представим экстремальный случай?
R10=килоом.
В какой точке подключаться?

[mellowman]

Позвольте поинтересоваться, много ли у вас девайсов, имеющих больше +10 dbV на выходе?

Так может наоборот, сильно меньше

Да, ампер на 20, как раз пойдет для ушника.
;)

Геркон?

Так к этому все и идет.

По опе1622 на ухо?

Давайте представим экстремальный случай?
R10=килоом.
В какой точке подключаться?

Что-то слишком эксремальный, какое он отношение к реальности имеет? К тому же, "ООС до Р10" по схеме https://forum.vegalab.ru/attachment....1&d=1486058650 как раз нарисован на плате

[BesPav]

снять ограничение по скорости нарастания

Одного взгляда на карту Берлина номинал С4 и его окружение хватило Штирлицу чтобы понять - Родина победила скорость нарастания не будет большой.
[emoji4]

Так может наоборот, сильно меньше

У моих основных наушников ~10 Ом и >110 дБ/мВт, поэтому для увеличения соотношения сигнал/шум я бы предпочел существенно уменьшить КУ.

Что-то слишком эксремальный, какое он отношение к реальности имеет?

Никакого, наоборот, он позволяет от нее оторваться, это оператор РВС из ТРИЗа.

К тому же, "ООС до Р10"

Да давайте сразу вот так:

Угомоним?
[emoji6]

[ViktKors]

Давайте представим экстремальный случай?
R10=килоом.
В какой точке подключаться?

На мегагерцах - до "R10". Чтобы реактивность нагрузки не влияла на АФЧХ усиления в петле ОС.

На звуковых частотах - после "R10". Понятно, что это нужно, чтоб нейтрализовать при помощи ООС вклад "R10" в звук.

Тут есть один неочевидный момент. Такой "R10" и импеданс нагрузки образуют делитель напряжения в цепи ООС. В определенных условиях он вполне может навернуть фазу и петлевое так, что генерация (подвозбуд) может случиться на частотах куда ниже, чем частота замыкания ОС на активную нагрузку.
Выходной фильтр, как правило, помогает, но стоит все-же прикинуть чуть внимательнее.
Иногда очень полезным оказывается некоторое активное сопротивление последовательно с нагрузкой. Оно может быть неявным - например сопротивление провода выходной катушки или проводов до выходного разъема. При большом усилении в петле даже безобидных 0.1 Ома может хватить, чтоб не дать критически "проваливаться" усилению в петле ООС.
Т.е. образно говоря, даже если подключаться "после R10", определенную долю этого "R10" стоит оставить неохваченной ООС, т.е. в небольшой степени стоит подключаться и "до R10"

---------- Сообщение добавлено 22:14 ---------- Предыдущее сообщение было 22:08 ----------

для увеличения соотношения сигнал/шум я бы предпочел существенно уменьшить КУ.

Ниже единицы - едва ли имеет смысл. Универсальность теряется как вид, а прибавки С/Ш почти никакой.
Скажем Ку -0.3 - это на 10 дБ меньше усиления, а С/Ш лучше всего-то на 3.7 дБ.

При таком раскладе лучше наверное вдвое уменьшить номиналы в ООС.

[mellowman]

Выходной фильтр, как правило, помогает, но стоит все-же прикинуть чуть внимательнее.

Я ещё прикинул допуски, разбросал все конденсаторы по ±5% (с ±10 примерно так же):



Павел конечно фантастическую штуку собрал, непонятно как оно будет в деле, но симулятору очень нравится

ps. При нагрузке на модель наушника абсолютно ничего не меняется

[EDDiE]

Да, Грейсон Кинг и Тим Ваткинс задумывались

Не только они, ещё Данюк
Supply bootstrapping reduces distortion in op-amp circuits
https://www.researchgate.net/publica...p-amp_circuits
http://www.electronicdesign.com/anal...p-amp-circuits

[BesPav]

Offтопик:
Павел, а что за марка наушников?

Offтопик:
Эдуард, ответил в ЛС

На мегагерцах - до "R10". Чтобы реактивность нагрузки не влияла на АФЧХ усиления в петле ОС.
На звуковых частотах - после "R10". Понятно, что это нужно, чтоб нейтрализовать при помощи ООС вклад "R10" в звук.

Виктор, я бы предложил альтернативный вариант.
На мегагерцах - после R10 (его и правда можно увеличить до ~5 Ом), а на звуковых частотах - после выходного фильтра. Причем выходной фильтр должен обнспечивать не только развязку высокочастотного выходного каскада от приемо-передающей антенны провода до наушников, но и защиту от синфазной помехи с этого провода.
Для низкоомных наушников можно даже дооснастить компенсатором проводов.

Ниже единицы - едва ли имеет смысл.
При таком раскладе лучше наверное вдвое уменьшить номиналы в ООС.

Да тут опять выборы.
Уменьшаем noise-gain - выигрываем в N-составляющей SINAD.
Уменьшаем номиналы ООС (и входа) - растет нагрузка на ЦАП и практически наверняка растут его искажения, соответственно проигрываем по THD-составляющей SINAD.

Я ещё прикинул допуски, разбросал все конденсаторы по ±5% (с ±10 примерно так же)

Владимир, все как обычно - при заказе комплектующих нужно покупать несколько соседних номиналов и устаканивать итоговую конструкцию в реальном конструктиве.

штуку собрал

Да собрать-то несложно, вопрос в коррекции.

[mellowman]

Offтопик:

Уменьшаем номиналы ООС (и входа) - растет нагрузка на ЦАП и практически наверняка растут его искажения, соответственно проигрываем по THD-составляющей SINAD.

Цап uda1334? Может из-за него шум? У меня он тоже шумноват немного без аттенюатора

Владимир, все как обычно - при заказе комплектующих нужно покупать несколько соседних номиналов и устаканивать итоговую конструкцию в реальном конструктиве.

А есть какие-то удобные способы мерять смд ёмкости с точностью 1%? Я хотел себе мост сделать, но так и не придумал конструкцию

[MAXIM_A]

А есть какие-то удобные способы мерять смд ёмкости с точностью 1%?

Я не стал мучатся, чтобы сделать мост, нужны точные номиналы....
Купил универсальный мостовой измеритель LCR MASTECH MS5308
Отличная штука!

[mellowman]

Я не стал мучатся, чтобы сделать мост, нужны точные номиналы....
Купил универсальный мостовой измеритель LCR MASTECH MS5308
Отличная штука!

Да неплохо выглядит, спасибо!

[EDDiE]

Offтопик:

Я не стал мучатся, чтобы сделать мост, нужны точные номиналы....
Купил универсальный мостовой измеритель LCR MASTECH MS5308
Отличная штука!

А вы попробуйте им один и тот же конденсатор померить 2 раза

12 пальчиковых батареек съедает на ура, после него другие приборы работают на этих батарейках езё пару-другую месяцев. От сетевого БП врет как как бомж после 3- бутылок водки

[BesPav]

Offтопик:
Цап uda1334? Может из-за него шум? У меня он тоже шумноват немного без аттенюатора

Не, тут не в ЦАПе дело.
Включение инвертирующее и у него есть такая штука как noise gain.

И тут варианта два:
1. Уменьшить входной резистор, это именно его noise умножается на gain.
2. Уменьшить gain, ведь шум входного резистора умножается на него.

Но есть следствия:
1. Уменьшая резистор мы увеличиваем нагрузку на ВК предыдущего девайса, у него растут искажения и в итоге мы выиграем в шумах, но проиграем в нелинейных искажениях.
2. Уменьшая gain мы требуем бОльшего уровня сигнала от предыдущего девайса, опять натыкаясь на рост его искажений и нуждаясь в более крутой коррекции.


Итого, мы опять блуждаем в трех соснах.
1. Необходимо иметь низкий THD, это вообще круто и мастхэв. Ок, накручиваем усиление в петле.
Но!
При большом усилении и простой коррекции нужна огроменная полоса.
Ок, вкорячиваем еще три полюса и два нуля.
Получаем систему N-го порядка с кривой переходной характеристикой.

2. Необходимо иметь возможно меньший шум, ведь это именно от него будут считаться SINAD и именно шум определяет тот уровень THD, которого мы будем добиваться накручиванием усиления в петле.

3. А ведь у нас есть и предыдущий блок, со своими оптимальными диапазонами сопротивления нагрузки и некими выходными шумами. Вот от него и можно оттолкнуться для оценки необходимой величины параметров по предыдущим двум пунктам.

А есть какие-то удобные способы мерять смд ёмкости с точностью 1%?

А здесь этого и не надо.
Запаиваешь номинал, смотришь на ПХ.

[mellowman]

И тут варианта два:
1. Уменьшить входной резистор, это именно его noise умножается на gain.
2. Уменьшить gain, ведь шум входного резистора умножается на него.

3. Плавающий неинв вход

3. А ведь у нас есть и предыдущий блок, со своими оптимальными диапазонами сопротивления нагрузки и некими выходными шумами. Вот от него и можно оттолкнуться для оценки необходимой величины параметров по предыдущим двум пунктам.

Вот я о них и говорю, предыдущие блоки у всех разные, у кого-то -140дб, а у кого-то 100

А здесь этого и не надо.
Запаиваешь номинал, смотришь на ПХ.

Так я ж их не по-одному буду запаивать, а сразу оптом, и сходу так и не скажешь кого менять, из-за кого выброс появился

[Teoretic]

При большом усилении и простой коррекции нужна огроменная полоса.
Ок, вкорячиваем еще три полюса и два нуля.
Получаем систему N-го порядка с кривой переходной характеристикой.

Можно и с не кривой. Достаточно итоговую АЧХ сделать похожей на первый порядок. И будет вам экспоненциальная переходная характеристика.

[begemot61]

Кто-нибудь задумывался

Не только задумывался но собрал и померил: http://www.audio-perfection.com/foru...ad.php?tid=383

[ViktKors]

При нагрузке на модель наушника абсолютно ничего не меняется

А если нагружать не на модель, а на неиссякаемую фантазию потенциальных пользователей?
Без выходного фильтра все же стремно..

но и защиту от синфазной помехи с этого провода.

А зачем? Чем так плоха синфазка на кабеле от наушников?

Уменьшаем noise-gain - выигрываем в N-составляющей SINAD.

Кстати, стоит внимательнее следить за импедансом от инв входа входного ОУ на землю - цепи коррекции с большими емкостями могут нагнать этот самый нойзгейн даже в звуковой полосе ;)

Уменьшаем номиналы ООС (и входа) - растет нагрузка на ЦАП и практически наверняка растут его искажения, соответственно проигрываем по THD-составляющей SINAD.

Ой.. по нынешним временам нагрузку в 0.6 - 1 кОм должен уметь тянуть любой ЦАП, а это практически снимает вопрос с шумами.

Можно и с не кривой. Достаточно...

Да, кривизна переходной - отчасти отражение кривизны петлевого, но кривизны, деленной на Ку в петле. Т.е. просто нужно делать Ку "кривым" в той частотной области, где усиление в петле уже высоко.
Да, коррекцию чуть хлопотнее организовывать, но и про переходную х-ку можно просто забыть.