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]

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

Я человек скучный, без фантазий Выходной фильтр на отдельной плате с наушниковым разъёмом, чтобы ближе к месту возникновения помех действовать.

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 ;)

Вот тоже смотрю — там аж 8нф, как оно работает По сути, если последовательно С7 поставить резистор, то можно даже оос брать с выхода без фильтров, эти 8нф всё сгладят?

[MAXIM_A]

Offтопик:

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

Хоть 10 раз, разброс в сотых %
У меня уже 2 года работает, не менял.
От сетевого не пробовал, зачем....

[BesPav]

Плавающий неинв вход

Тут будут свои приколы.
Имхо, на входе нужен отдельный входной буфер с хорошим подавлением синфазной помехи и уровнем искажений на уровне не выше предыдущего блока. После этого буфера РГ, рассчитанный на постоянную нагрузку номиналом со входное сопротивление рассматриваемого усилителя.

предыдущие блоки у всех разные, у кого-то -140дб, а у кого-то 100

Ну вот поэтому гейн сделан ~3, а входное сопротивление 2 кОма.
Компромисс, конечно, но куда без них.

и сходу так и не скажешь кого менять, из-за кого выброс появился

Скажешь, скажешь. Погоняйте номиналы на ~30-50%, сразу поймете кто, где и как влияет.

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

Ага, похожей, так я и поверил. Звучит хорошо, но вводит в заблуждение всех читателей.
Неужели сможете предложить метод приведения вот такого уравнения:

К такому виду:

не обнуляя ни один из тау?
Так, между нами, если к приведенным и выглядящим "на глаз" апериодическими характеристикам сильно-сильно приглядеться, то можно увидеть, что они содержат в себе элементы высших порядков.
Только очень маленькие.

Без выходного фильтра все же стремно..

Однозначно!

Чем так плоха синфазка на кабеле от наушников?

Надо бы это дело нарисовать.
На первый взгляд тем, что один конец нагрузки подключен к низкоимпедансной земле, а со второго снимается ООС неслабой глубины. Вот эта несимметричность вместе с R10 и должна приводить к преобразованию вполне себе безобидной синфазной помехи в очень даже вредную дифференциальную.

Ой.. по нынешним временам нагрузку в 0.6 - 1 кОм должен уметь тянуть любой ЦАП

Так вот он-то и ой. Это приблизительно как с усилителями, имеющими >80 дБ на 20 кГц - на пальцах одной руки.

Да, кривизна переходной - отчасти отражение кривизны петлевого,

Виктор, ну почему "отчасти"? Не просто отчасти, а вполне себе точный интеграл от обратного преобразования Фурье от АЧХи.

Выходной фильтр на отдельной плате с наушниковым разъёмом, чтобы ближе к месту возникновения помех действовать

Да, и от этой платки еще вернуть послефильтровую ООС на звуковых частотах.
Т.е. R10 на плате, после него замкнута ООС на мегагерцах, потом проводки к выходному фильтру и после него замкнута ООС на звуковых частотах, а потом еще синфазный фильтр и только после него собственно выход.

Вот тоже смотрю — там аж 8нф, как оно работает

А он не один работает. Тут С7 и С4 работают вместе, именно там и именно так, как надо.

По сути, если последовательно С7 поставить резистор, то можно даже оос брать с выхода без фильтров, эти 8нф всё сгладят?

Ну есть же у вас моделька-то...
Небольшой резистор можно, до 50 Ом и для собственного успокоения, а дальше карточный домик развалится.

[mellowman]

Тут будут свои приколы.
Имхо, на входе нужен отдельный входной буфер с хорошим подавлением синфазной помехи и уровнем искажений на уровне не выше предыдущего блока. После этого буфера РГ, рассчитанный на постоянную нагрузку номиналом со входное сопротивление рассматриваемого усилителя.

Это "двойной плавающий ин амп" (с) ViktKors?

Скажешь, скажешь. Погоняйте номиналы на ~30-50%, сразу поймете кто, где и как влияет.

Ну будем надеяться, что всё начнётся с такой же картины, а не какого-нибудь дикого возбуда

Надо бы это дело нарисовать.

Я только вот так умею:

Наушник с проводами позаимствован у Назара и Бегемота, и подключен к источнику тока I1


(это всё тот же разброс 10% симулировался)

Да, и от этой платки еще вернуть послефильтровую ООС на звуковых частотах.
Т.е. R10 на плате, после него замкнута ООС на мегагерцах, потом проводки к выходному фильтру и после него замкнута ООС на звуковых частотах, а потом еще синфазный фильтр и только после него собственно выход.

Таак... Тебе пары плат для этого хватит?

А он не один работает. Тут С7 и С4 работают вместе, именно там и именно так, как надо.

То что "как надо" — я уже оценил насколько ювелирно подобрано, но так когда смотришь по-отдельности местами шок

Ну есть же у вас моделька-то...
Небольшой резистор можно, до 50 Ом и для собственного успокоения, а дальше карточный домик развалится.

Не, я про другое. Что этот C4 такой большой, он вместе с R2 фильтрует все помехи с выхода. Но C7 ему в этом мешает. И если можно это "мешание C7" как-то ограничить, то и ООС можно брать откуда угодно, не боясь наводок?

---------- Сообщение добавлено 21.10.2017 в 00:41 ---------- Предыдущее сообщение было 20.10.2017 в 23:53 ----------

Говорят задержку в 10нс более-менее нормально переваривает, 3 меандра на входе 0.1v 1v 3v:

Дальше уже начинает корёжить. Я вот не знаю, у ad815 какой propagation delay, и вообще, есть он в активных элементах, или задержки только расстояний и ёмкостей?

[Teoretic]

Неужели сможете предложить метод приведения вот такого уравнения:
Нажмите на изображение для увеличения. Название: 6-order.png Просмотров: 2 Размер: 15,2 Кб ID: 303411
К такому виду:
Название: 1-order.png Просмотров: 32 Размер: 9,2 Кб
не обнуляя ни один из тау?

Я тут набросал цепь четвертого порядка, думаю, принцип ясен, порядок можно наращивать. Результирующую АЧХ закладываем в проект со спадом 6 дБ / окт как можно длиннее.


1-4ord.cir

Получаем прекрасную экспоненциальную переходную характеристику как у первого порядка.



Кто хочет еще более поупражняться, может спроектировать результирующую АЧХ по Бесселю нужного порядка. Ничто не мешает. Переходная будет наилучшей из возможных.

[begemot61]

Получаем прекрасную экспоненциальную переходную характеристику

А что, в этом кто-то сомневался? До тех пор пока всё работает в линейном режиме...

[ViktKors]

На первый взгляд тем, что один конец нагрузки подключен к низкоимпедансной земле, а со второго снимается ООС неслабой глубины. Вот эта несимметричность вместе с R10 и должна приводить к преобразованию вполне себе безобидной синфазной помехи в очень даже вредную дифференциальную.

Именно, дифференциальную
Ну а ее так или иначе нужно учитывать и множить на ноль

А он не один работает. Тут С7 и С4 работают вместе, именно там и именно так, как надо

Я вижу, что независимо от 15 пФ в ООС, 8 нФ на землю увеличивают нойзгейн на 20 кГц (там у него импеданс ~1 кОм) почти в два раза относительно СЧ (где входные резисторы дают 2 кОм) или случая кода этих 8 нФ нет (или коррекция просчитана чуть иначе).
Мы же про схему здесь?

Ну и стоит ли жаловаться на то, что ЦУП не тянут нагрузку в 1 кОм, коль тут на ровном месте можно увеличить входное почти вдвое (до 2 кОм) не теряя в шуме? ;)

не знаю, у ad815 какой propagation delay, и вообще, есть он в активных элементах, или задержки только расстояний и ёмкостей?

Когда как.
Чаще всего если существенные задержки и есть, это не совсем задержки, хотя и ведут себя похоже.
В принципе, если в датащите внимательно посмотреть на графики усиления и его фазы, часто можно подметить, что фаза крутится сильнее, чем была бы минимальная от усиления. Такую задержку можно и прикинуть. Для быстрых ОУ едва ли наберется более 1 нс.

*********
Но если посмотреть на картинку для AD815 можно увидеть просто шикарный график:

"Трансимпеданс" - это то-же самое, что и петлевое, только для ТОС. Привычное петлевое получается умножением на импеданс на инв входе.

Тут самое веселое - это фаза.
Я не буду тут касаться вопроса, насколько этот график корректен, просто это как раз отличная иллюстрация именно что проблем с "задержками" в УНЧ.

Рисуем простейшие схемки:

Внизу справа - "какая-то" AD815 из имевшихся в симуляторе.
Для нее красным слева построена АЧХ и ФЧХ петлевого. Ну не так как в датащите, зато выглядит привычно/нормально.

Верхняя схема справа - двухполюсная модель ОУ с аналогичным петлевым.
Графики для нее -зеленые. Все +/- то же самое.

Особенность модели - в явном виде отрисован усилительный каскад на "G2" - это что-то вроде УН на ОЭ - подобная структура как правило имеется почти в любом ООСном УНЧ.

А теперь добавим маленький штрих - модель слева посередине - впаяем паразитный конденсатор в красном кружочке. Это то, что все знают как "миллеровскую емкость" - удобный способ скорректировать УНЧ ;)

Графики для такой модельки - слева синие.
Видно, что АЧХ почти не изменилась - +/- то же самое, что и у AD815.
А вот ФЧХ.. .. Ну да.. то, что у AD815 в датащите.

А че.. запас по фазе - ого-го какой.
Только вот это все равно генератор:


Если совсем на пальцах, каскад с ОЭ (или что-там есть) инвертирует фазу и усиливает напряжение. Только вот на ВЧ усиления у него уже немного даже поменьше единицы (из-за инерционности), а вот паразитная емкость еще вполне себе есть. Через нее на выход и свищет сигнал со входа, но чсх, не проинвертированный. Вот и получаем вместо ООС в чистом виде ПОС на ВЧ.
С этим можно бороться, но можно и нарваться.
А в случае когда эффект задавлен, тем не менее, часть сигнала может таки прорываться, и ее воздействие на УНЧ может быть эквивалентно задержке в цепи сигнала.


П.С. Это конечно небольшое передергивание. Ситуация генерации не обязательна. И моделька не означает, что AD815 плохой ОУ. Просто очень уж характерный график ей нарисовали.

[mellowman]

Именно, дифференциальную
Ну а ее так или иначе нужно учитывать и множить на ноль

Это получится контур с маленьким сопротивлением, и вся наводка "выделится" на наушнике, а синфазник = большое (> 0 ) сопротивление, ток плохо течёт.

Offтопик:

Мы же про схему здесь?

Я перерисовывал по возможности с сохранением нумерации, чтобы все более менее об одном говорили

Чаще всего если существенные задержки и есть, это не совсем задержки, хотя и ведут себя похоже.
В принципе, если в датащите внимательно посмотреть на графики усиления и его фазы, часто можно подметить, что фаза крутится сильнее, чем была бы минимальная от усиления. Такую задержку можно и прикинуть. Для быстрых ОУ едва ли наберется более 1 нс.

Спасибо! Мне кажется кручение фазы — это скорее всего ёмкости, от непосредственной задержки с ростом частоты фаза крутится всё больше и больше.

Но если посмотреть на картинку для AD815 можно увидеть просто шикарный график:

"Трансимпеданс" - это то-же самое, что и петлевое, только для ТОС. Привычное петлевое получается умножением на импеданс на инв входе.

Ну не совсем, это зависимость от втекающого тока, может как-нибудь на деле всё не так плохо из-за того что у нас он будет втекать с выхода ad815, где на вч импеданс растёт, а в модели идеальный E84?

Особенность модели - в явном виде отрисован усилительный каскад на "G2" - это что-то вроде УН на ОЭ - подобная структура как правило имеется почти в любом ООСном УНЧ.

В ТОС-ных вроде стандартно 2 зеркала, т.е. 2 ОЭ

А теперь добавим маленький штрих - модель слева посередине - впаяем паразитный конденсатор в красном кружочке. Это то, что все знают как "миллеровскую емкость" - удобный способ скорректировать УНЧ ;)

http://nooooooooooooooo.com

С этим можно бороться, но можно и нарваться.

А как тут бороться, если оно внутри кристалла?

[EDDiE]

Offтопик:

Хоть 10 раз, разброс в сотых %
У меня уже 2 года работает, не менял.
От сетевого не пробовал, зачем....

https://forum.vegalab.ru/showthread....MASTECH+MS5308

[BesPav]

Это "двойной плавающий ин амп"

Это уже второй том Камасутры, а мы еще в первом путаемся...

То что "как надо" — я уже оценил насколько ювелирно подобрано

Это так красиво написано, что вот прямо представляется десяток фиксиков не то. юных дев опять не то. мудрых и опытных эльфиек с грустными взглядами (то, что надо!), которые сидели и подбирали...
А тут всего-лишь суровый математический расчет.

Я тут набросал цепь четвертого порядка

Неинтересно.
Точно таким же образом в приведенных схемах можно включить входной фильтр с частотой среза порядка 100 кГц и получить апериодическую реакцию на любое воздействие в пределах расчетного входного напряжения.

Я вижу, что независимо от 15 пФ в ООС, 8 нФ на землю увеличивают нойзгейн на 20 кГц

А я не видел у нас ни одного модельного случая с анализом шума.
Надо же хоть с чего-то начинать?

или коррекция просчитана чуть иначе

Очень уж она тут лаконичная и эффективная.

[Ломатель]

BesPav, ViktKors,
Павел, Виктор, и все другие умные и уважаемые камрады, посоветуйте пожалуйста грамотную литературу по ТАУ, можно на английском. От простого к сложному. Курс в институте прошел несколько мимо. Обрывки помню, но хочу от и до понимать то, о чем вы тут пишете. Заранее спасибо!

[SAPR]

грамотную литературу

У. М. Сиберт. Цепи, сигналы, системы.

[BesPav]

посоветуйте пожалуйста грамотную литературу по ТАУ

Так выложено же:
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=76328

Offтопик:
Будут вопросы - пишите тут или в "Трехполюсной коррекции".

[Ломатель]

BesPav, SAPR, спасибо!

[BesPav]

Я вижу, что независимо от 15 пФ в ООС, 8 нФ на землю увеличивают нойзгейн на 20 кГц (там у него импеданс ~1 кОм) почти в два раза относительно СЧ (где входные резисторы дают 2 кОм) или случая кода этих 8 нФ нет (или коррекция просчитана чуть иначе).
Мы же про схему здесь?

Да, можно сделать чуть иначе.



Для красоты не хватает полюса в районе 100 МГц, ну и с красивым меандром тут сложнее
Надо бы повыбирать входной ОУ с биполярным входом.

[mellowman]

Ну началось:


Только не совсем понятно когда теперь продолжится, к следующим выходным наверно

Полная схема: https://forum.vegalab.ru/attachment....3&d=1512577167 все номиналы случайные, просто чтобы было понятно как соединяются элементы на плате

[MAXIM_A]

А усиление увеличить можно? К=10

[BesPav]

А усиление увеличить можно?

Можно, но придется пересчитать ВСЕ номиналы.

Константиныч, объясни, зачем нужно КУ=10?
На входе усилителя сигнал ЦАПа, обычно это не больше 2,8 Вольта в пике.
Безопасный уровень выходного сигнала для подобных усилителей порядка 10-11 Вольт.

Соответственно КУ выбран равным ~3,5.

Зачем делать КУ таким, что усилитель из-за непреднамеренных действий пользователя может оказаться перегружен?
Зачем долго и упорно лечить поведение усилителя в клипе, если можно исключить этот режим достаточно простыми мерами?

[MAXIM_A]

На входе усилителя сигнал ЦАПа, обычно это не больше 2,8 Вольта в пике.

А если он меньше, и не хватает усиления чтобы включить на полную мощность...
У моего усилка К=12, ели хватает.

---------- Сообщение добавлено 11:29 ---------- Предыдущее сообщение было 11:26 ----------

На входе усилителя сигнал ЦАПа, обычно это не больше 2,8 Вольта в пике.

Это двойной размах, а эфф. 1 вольт.

---------- Сообщение добавлено 11:58 ---------- Предыдущее сообщение было 11:29 ----------

Для красоты не хватает полюса в районе 100 МГц, ну и с красивым меандром тут сложнее

Покажи меандр

[BesPav]

Это двойной размах, а эфф. 1 вольт.

Константиныч, для предотвращения перегрузки необходимо учитывать амплитудное значение, а не действующее/эффективное.

Покажи на осциллографе картинку с выхода ЦАПа 1 кГц, пик-ту-пик.

А если он меньше, и не хватает усиления чтобы включить на полную мощность...
У моего усилка К=12, ели хватает.

Ок, посчитаю. Сфотографируй максимальный уровень на выходе ЦАПа.
Может тебе проще увеличить выходной сигнал ЦАПа?

Покажи меандр

Да плохой он здесь. Выброс на фронте до 100%. Пятого полюса нет и ВЧ составляющих слишком много.
500 кГц.


Другой разговор, что в реальной конструкции меандр будет однозначно определяться входным фильтром на 100-200 кГц, а сам усилитель где-то на 2 порядка быстрее.



Ориентируйся на эти картинки:
https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2394501

---------- Сообщение добавлено 22:10 ---------- Предыдущее сообщение было 21:40 ----------

Вот вариант с КУ=10.


ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ.
Нельзя доводить до клипа.