Один из возможных путей создания идеального усилителя
После вчерашнего моего поста, где я высказался по поводу возможности создания усилителя, который по звучанию удовлетворяет практически всех (кроме, конечно, любителей усилителей, изменяющих звук) на любой музыке, у меня попросили схему, но хотя схема моя совершенно обычна, однако имеет некоторые дефицитные детали, да и важен весь тракт, а не только УМ, поэтому в этой теме я сначало пройдусь по некоторой теории, опишу тот комплекс мер, который мне помог получить нужный результат, чтобы была ясно, зачем такие решения и детали, и возможно многие смогут свои усилители сделать (у кого готовый, то переделкой) не хуже, а в конце я обещаю свою схему привести. Чтобы не делать огромный пост, он будет разбит на несколько. Только просьба. Эта тема не для обсуждения, а чисто передача опыта, и кому он не нужен, просьба просто пройти мимо и не засорять тему (кроме конечно, если вы видите грубые ошибки).
Сначало предистория. Созданием качественного звукового комплекса я начал заниматься более 30 лет назад и мешал мне закончить слишком развитый слух, в том числе высокая чувствительность (слышу мельчайшие звуки, что очень мешает заснуть...). Слушаю в основном музыку, написанную как раз в эти последние 30 лет (особенно люблю просто мелодии, без вокала), а это музыка эпохи компьютера, когда музыка создаётся сразу в цифровом виде (а если есть вокал, то его сразу оцифровывают, и весь монтаж идёт опять же в цифровой форме), так что спектр получается сложный, не сравнить с живыми инструментами, и большинство схем буксуют. Благодаря появлению интернета познакомился с теми, у кого та же проблема, когда не подходят ни промышленные ни просто найденные схемы. В итоге блуждания по форумам, чтения литературы и передачей опыта по прослушиваю разных аппаратов и схем со временем и сложился предлагаемый комплекс мер (безосные схемы отпали по причине слишкой индивидуальности, поэтому разговор только про осные схемы).
1)
Композиты, сколько я не повторил и чужих и своих, ни один не обеспечил универсальность, поэтому все используемые мною схемы имеют одну петлю ООС.
2)
В сигнале не используются ОУ. К сожалению среди такого разнообразия не нашлось ни одного достойного кандидата (причём до сих пор, вот только две недели назад послушали новейший OPA828 и забраковали), так что пришлось весь тракт, включая выхлоп ЦАП, делать на дискретах, а ОУ имеются только для поддержания "нуля".
3)
За исключением твиттера, отсутствие в тракте фильтров второго и выше порядка, в т.ч. после ЦАП, иначе многие сложные мелодии неидеальны (схема вычитателя должна иметь запас по стойкости к ВЧ составляющим, об этом ниже).
4)
Тракт максимально короткий (выхлоп ЦАП, регулятор громкости на усилителе с парал. ООС, УМ также с парал. ООС).
5)
Следующую меру очень много обсуждали на форуме, приведу немного теории для понимания её исключительной важности. На рисунке усилитель с парал. ООС, у которого для реальности показаны напряжение ошибки Ео и импеданс Z3 (он включает все паразитные ёмкости, дифф. и синф., а также возможные специально включаемые компоненты). Обозначим В=(Z1*Z2+Z1*Z3+Z2*Z3)/(Z1*Z3), тогда Vout=[Eo*B-Vin*(Z2/Z1)]/(1+B/A), где А-это внутреннее усиление схемы (все члены комплексные, так что рассматриваем мгновенные значения). Как видим из формулы, даже при А=бесконечность (т.е. максимально большой ООС) и идеальных Z1 и Z2 имеется член Eo*B, поэтому важно создать такой входной каскад, у которого максимально стабильны Eo и входные импедансы (Z3), и видимо именно недостаточная стабильность Eo и Z3 при усилении реальных звуковых сигналов портит многие схемы.
Сначало про Eo. На постоянном токе уменьшить Eo легко, для этого можно использовать прецизионный ОУ, поддерживающий "ноль", но как удержать это значение при подаче сигнала? Изменение Eo при подаче сигнала связано с мгновенным изменением режима входных транзисторов, т.е. тока через транзистор, а во многих схемах и напряжения переходов, в итоге меняется напряжение база-эмиттер или затвор-исток, а также рассеиваемая мощность, что ещё больше меняет напряжение база-эмиттер или затвор-исток, поэтому исключительно важно обеспечить малое изменение тока и напряжения в первом каскаде, но тут есть предел, в т.ч. из-за частотной коррекции, поэтому важно использовать симметричный входной каскад, и чем он симметричней, тем он больше компенсирует изменение режимов. В свою очередь симметричность требует идентичности как самих входных транзисторов, так и идентичности их нагрузок по токам, а значит и по импедансам. В итоге были забракованы все несимметричные схемы или условно симметричные, например, "комплементарные", так что у меня во всех усилителях (предварительных и УМ) на входе исключительно дифф. каскад на микросборках с хорошей тепловой связью у транзисторов и высокой идентичностью (это самые дорогие компоненты). Недостаточная стабильность Eo хорошо слышна от низких частот и как минимум до 3-4 кГц (проверялось на системе с отдельными УМ на полосу).
Теперь про Z3. Начнём с того, что ёмкостная часть Z3 должна быть как можно меньше, поскольку она уменьшает запас по фазе в петле ООС, а само изменение Z3 приводит к искажениям и даже к модуляции. К изменению Z3 приводит изменение напряжения переходов транзисторов, поэтому входной каскад обязательно должен быть по схеме каскода, заодно это делает невозможным возникновение эффекта Миллера при появлении сигнала и увеличение Z3.
На этом сегодня всё, надо идти спать.
Сообщение от _Сам_
, или все-же стоит признавать, что ситуация несколько сложнее?
Социальные закладки