Усилитель неизвестного автора. Отладка.

[Axygen]

Однажды кто то из форумчан выложил вот эту схему усилка. Не помню что конкретно он про неё говорил, но запомнил я одно: звучит чудесно!
Недавно я всё-таки решил в этом убедиться. Для начала я собрал схему в Multisim 8. Синус повторяет идеально, прямоугольные импульсы тоже,
но чтобы сильно не заваливались фронты, ёмкость С2 надо уменьшить до 220...270пФ. Убедившись, что схема работоспособна, я развёл её в спринте, вытравил, собрал и ... столкнулся с такой проблемой: цепочка из трёх последовательных диодов приоткрывает выходники так, что ток покоя неуправляемо растёт. Если уменьшить смещение выходников (например два диода или три, но с меньшим падением), то на малой громкости появляется "ступенька". Есть мнение, что диоды смещения нужно посадить на радиатор выходников, но как? Корпуса диодов очень неудобны. Ещё один вариант (пробовал только в мультисиме) - вместо одного из диодов поставить подстроечник на 50 Ом и им установить минимальный ток покоя, при котором уже не видна ступенька, но ток покоя, как показывает мультисим, всё равно растёт, хоть и не так быстро.
Может кто-нибудь посоветует другую схему смещения, на транзисторе, например. Если у кого есть ещё предложения - давайте обсудим.
P.S. В схеме опечатка - R6 не 121 Ом, а 120 КИЛООМ.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Итак, с того момента схема претерпевала множество изменений и доработок (благодаря ИГВИНу) и вот представлен финальный девайс. Теперь, начиная с 84 поста будем обсуждать схему и называть элементы в соответствии с выложенной схемой.

[ИГВИН]

Offтопик:
В этом смысле, неправ конечно
Однако залез в Титце-Шенка, читаю:
"... напряжение на нагрузке приблизительно равно напряжению источника, независимо от нагрузки. (Тут они, конечно, погорячились )
Мощность в нагрузке обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки и не имеет экстремума (в отличие от однотактной схемы). Таким образом, в схеме не требуется согласования нагрузки, и максимальная мощность на выходе определяется лишь предельным током и максимальной мощностью рассеяния используемых транзисторов."
Скобки - мои.
Совершенно согласен в том, что источник, дабы реализовать теоретически правильную передачу мощности, должен быть приближен к идеальному.

[Axygen]

ИГВИН, спасибо, оставлю 47k.
Теперь про выходники. На сколько я помню, TIP142/147 - не для аудио применений. Будет ли лучше поискать другие дарлингтоны или вообще перейти на 2SA1943/2SC5200 ?

[ИГВИН]

Уйти с Дарлингтонов, конечно лучше. На 2SA1943/2SC5200.
Вообще-то я любитель полевиков

[AudioKiller]

Про равенство сопротивлений:

1. Если Rнагрузки = Rвнутр.источника (суммарному, т.е. сам источник, проводов и прочее), то в нагрузке мощность = макс. из всех возможных значений. Напряжение = 1/2 ЭДС источника, ток = 1/2 тока КЗ источника, КПД=50%, и т.д. Этот режим называется "согласованным" (по передаче мощности).

Применяется это широко, когда с пом. электричества передаются сигналы. Например, выходные трансформаторы в лампах. Или в "гавкальниках" на кухнях. Телефонии (раньше), настройкой передающих антенн.

В плане согласования "вход-выход" усилков не применяется, т.к. выходное сопротивление той же звуковухи мало (единицы ом), и для нее такая нагрузка будет КЗой. Кроме того, усилку для работы нужно напряжение (в идеале лампе и полевику). А входной ток - мизер. Поэтому входное сопротивление усилка делают намного больше выходного сопротивления источника. Это получается режим холостого хода (ХХ). При этом напряжение на нагрузке практически = ЭДС источника, что важно для точной передачи напряжения (не влияет сопротивление проводов, например). Естественно, что если сопротивление слишком велико - помехи лезут.

Работа на ХХ дает максимально возможное напряжение на нагрузке, что нам и нужно.

2. На переменном токе нагрузка с источником должна согласовываться еще и по реактивному сопротивлению. Но это не наш вариант - мы зе работаем на ХХ. Все, что там "недосогласовано" - по барабану, это ни на что не влияет (выше 10-го знака после запятой). Если конечно не делать слишком больших входных емкостей. Здесь уже будут не проблемы согласования (они возникают при емкости большей на 3...5 порядков), а проблемы устойчивой работы ОУ звуковухи на такую емкость.

3. На очень высоких частотах (когда длинна проводов >0,01...0,05 длины волны, для звука с макс. частотой 20 кГц это >200 метров кабеля) начинают сказываться волновые свойства при распространении сигнала. Там нужно согласование волновых сопротивлений, иначе будут отражения, которые а) уменьшают амплитуду на нагрузке; б) создают что-то типа "эха". Причем тут важно согласование сразу 3-х устройств: источника, кабеля, нагрузки (см. напр. телевизоры). Но на таких малых расстояниях (до 1км) даже если и попрут отражения, их влияния незаметно (мы и в TV вместо согласованного антенного кабеля вставляем кусок провода, и все показывает!). Т.е. это не наша проблема.

[Axygen]

AudioKiller, спасибо за дополнительную инфу.
ИГВИН, а чем хуже Дарлингтоны? Есть ведь и для аудио применений, mj11015/mj11016 от Мотороллы (только корпус дурацкий ТО-3 ).

[ИГВИН]

ИГВИН, а чем хуже Дарлингтоны? Есть ведь и для аудио применений, mj11015/mj11016 от Мотороллы

Видимо, их можно применять, фирма хорошая.
В целом же - заданные внутренние резисторы дают меньше гибкости в выборе режимов.
Захочешь резистор с эмиттера предоконечного на другой эмиттер - ан не выходит.
В общем, это решение для удешевления несложных и не очень мощных схем.

[Axygen]

Ещё вопрос. Плата разведена таким образом, что транзисторы первого диффкаскада не соприкасаются. Насколько это плохо и к чему это ещё может привести, кроме появления постоянки на выходе? Каким ещё транзисторам нужно обеспечить тепловой контакт между собой?

Добавлено через 7 часов 20 минут
Заметил ещё одну особенность(в мультисиме): если в ДК сделать только один общий эмиттерный резистор, то запаздывание выходного сигнала относительно входного будет заметно меньше. Посмотрите на снимках осциллограм. Зелёным - входной сигнал, красным - выходной.
PS: сигнал в данном случае - промодулированная синусоида, так что не подумайте, что это синус такой кривой!

[ИГВИН]

транзисторы первого диффкаскада не соприкасаются. Насколько это плохо

Они в подавляющем большинстве усилителей не соприкасаются. В очень сходных схемах. То, что у тебя смещение по базовым токам разное, возможно, будет играть бОльшую роль. Но в любом случае постоянка на выходе не будет слишком большой.
Лично я не считаю это очень важным, особенно при использовании обычной, а не сверхчувствительной акустики.

если в ДК сделать только один общий эмиттерный резистор

Это как? и в каком месте?
R7 один общий - это источник тока для второго ДК.

[Axygen]

Я имел ввиду в первом ДК. R2 убрать, а эмиттер VT3 соединить с эмиттером VT2.

[ИГВИН]

Я имел ввиду в первом ДК. R2 убрать, а эмиттер VT3 соединить с эмиттером VT2.

При этом получается ДК без местной ООС. Один остающийся резистор прибавляет к свое сопротивление к очень большому выходному сопротивлению источника тока, т.е. его влиянием можно пренебречь.
Такое включение увеличивает искажения ДК, это не раз обсуждалось. Ку ДК растет, глубина ОООС увеличивается, в данной схеме ненамного, т.к. ток покоя каждого транзистора ДК около 1 мА, крутизна не высока.
Не знаю, что там со скоростью, по теории с резисторами она выше. Включение ДК без местной ООС нежелательно. Эмиттерные резисторы в нём имеют определенный оптимум, его и нужно определить.
Нужна бОльшая скорость, нужно увеличить ток покоя ДК, при этом пересчитать дальнейшие цепи.

[Axygen]

Понятно. Тогда может быть лучше и во втором ДК сделать два эмиттерных резистора или источник тока на транзисторе, или всё вместе?

[ИГВИН]

Тогда может быть лучше и во втором ДК сделать два эмиттерных резистора или источник тока на транзисторе, или всё вместе?

Эмиттерные резисторы во втором каскаде обычно не ставят, потому что он дает основное усиление. Здесь это усиление довольно велико, потому что снизу хорошее токовое зеркало, со сниженным эффектом Эрли, т.е. с высоким выходным сопротивлением. На усиление здесь существенно повлияет входное сопротивление повторителя, и его зависимость от выходного тока в нагрузку. В данной схеме можно и попробовать, на искажения раскачки скажется положительно.
Источник тока ставить просто некуда, и так коэффициент использования питания не слишком высок. Если применить повышенное питание раскачки (можно и первого каскада повторителя), это имеет смысл. Конечно, R7 некудышний источник тока, и работа второго ДК отчасти похожа на простое включение с ОЭ. Иногда так и делают, ставят два независимых резистора в эмиттеры вдвое бОльшей величины.

Но впрямую источник тока ставить нельзя, т.к. смещение на базах второго ДК определяется падением на R4 R5 и током R7 (а также падением напряжения на нём), потребуется пересчёт. Возможно, потребуется некая схема сдвига уровня.

[Axygen]

Ладно, к ДК ещё вернёмся.
Столкнулся с такой сложностью: при включении регулятора громкости по стандартной схеме (пока всё делаю в мультисиме), на базе VT2 и, естественно, на выходе всего уся вцелом получаю завал фронтов импульсов.
Видимо в этом виноваты переменное (в зависимости от положения регулятора) вх. сопротивление и интегрирующие R-C цепи. Как быть в этом случае? Во всех других усилках с регуляторами громкости на входе происходит то же самое

[ИГВИН]

Во всех других усилках с регуляторами громкости на входе происходит то же самое

Да, так и происходит.
Если считать выходное сопротивление предыдущего каскада нулевым, выходное сопротивление РГ в среднем положении наибольшее и составляет четверть его номинала. В этом положении и получается наибольший завал.

[Axygen]

То есть регулятором громкости мы портим скоростные характеристики всего усилителя, хотя сам он обладает очень хорошей скоростью нарастания выходного напряжения даже с ёмкостью С8 = 470пФ. А с РГ получается, что фронт ВСЕГДА растянут на ~4мкс НЕЗАВИСИМО от амплитуды вых. сигнала. А значит на малых громкостях усилитель очень медленный (может получиться и 0,5 В/мкс )

[ИГВИН]

То есть регулятором громкости мы портим скоростные характеристики всего усилителя, хотя сам он обладает очень хорошей скоростью нарастания выходного напряжения даже с ёмкостью С8 = 470пФ. А с РГ получается, что фронт ВСЕГДА растянут на ~4мкс НЕЗАВИСИМО от амплитуды вых. сигнала. А значит на малых громкостях усилитель очень медленный (может получиться и 0,5 В/мкс )

Ну, усилитель, понятно, не портится. А фронты таки да, вся система передаёт гораздо хуже, чем могла бы. Но не всё так трагично
Наибольшее влияние получается при среднем положении РГ, это обычно более чем громко.

Часто усилители имеют завышенную чувствительность. Например, Маранц 60100 в сравнении с моим двухтактом:
Чутьё 0,25/0,67
Коэф.ус 112/42
Макс. неиск. вых. напр-е 25/28 Vrms.

Можно поставить фильтр до РГ.

Насколько медленный получился усилитель, можно посчитать для худшего случая, выше я приводил формулу.

[PSV]

выходное сопротивление РГ в среднем положении наибольшее и составляет четверть его номинала.

Игорь,почему четверть?Наверное половину.

[ИГВИН]

Игорь, почему четверть? Наверное половину.

Потому что...

Выходное сопротивление РГ получается из двух параллельно соединенных его половинок
Не вводи мя в сомнение , щас моделировать буду

Добавлено через 8 минут

Игорь, почему четверть?

Змей-искуситель, ввёл в сомнение таки

Пришлось промоделировать, выходное 12,5 кОм! (при делителе 25+25 кОм)

[PSV]

Выходное сопротивление РГ получается из двух параллельно соединенных его половинок

Да правильно. .К концу дня уже

[ИГВИН]

Да правильно. .К концу дня уже