Усилитель Орион-Д

[Димитрий К]

Основная идея подсмотрена у Sansui, они использовали различные варианты в разных усилителях.
Мной идея была переосмыслена. На авторство естественно не претендую, но полностью такой схемы не встречал.

Название "Орион-Д" - не просто красивое слово и буква, оно в полной мере отражает основную "изюминку" схемы.

Почти всё, на что хватило фантазии, я уже испробовал. Результаты моделирования обнадеживают.
Однако перед тем, как заниматься трассировкой и реализовывать в железе, хочется услышать вагон критики.
Конструктивная критика и дельные предложения приветствуются. По возможности отвечу на все вопросы и проверю предложенные варианты.

Так как я моделирую в Мультисиме, основной можно считать схему в нем.
Для использующих Микрокап сделал модель, немножечко её покрутил, чтобы убедиться в соответствии моделей Мультисима и Микрокапа.
К сожалению в своем Микрокапе не нашел моделей IRF520/9520, поэтому заменил на IRF530/9530. Принципиальных отличий нет, но лучше всё-таки использовать пару IRF520/9520.

Модели Multisim 14 и Micro-Cap 12: Орион-Д.zip



На выход можно добавить индуктивность 2 мкГн || резистор 1-2 Ом, если есть опасения емкостной нагрузки.

[Димитрий К]

В общем концепция усилителя верная только не доведенная до нормального уровня.

Для того и создана тема - чтобы послушать критику и довести всё до нормального уровня.

Текущий ВК с мосфетами - это временное решение. В нашем ГФЗ купить пару IRF610/9610 (510-620-520) не так просто, поэтому поставить планируемый ВК пока просто не с чего.
Сделать ВК на тройке - посмотрю, как минимум в симуляторе.

Выше пост 67, там картинка анализа Stability из МС - вроде нет проблем с устойчивостью. И насколько я знаю, во всех усилителях устойчивость обеспечивается навешиванием конденсаторов (иногда дросселей).

не симметрия токов плеч полевиков на порядок отличается от биполярных

И зеркала не справляются?
Но их же как-то ставят,.. как минимум полно схем с джифетами в ДК.

[Hennady]

Но их же как-то ставят,.. как минимум полно схем с джифетами в ДК.

BS170 - это вертикальные D-MOSы...

[оператор]

Для того и создана тема - чтобы послушать критику и довести всё до нормального уровня.
Текущий ВК с мосфетами - это временное решение. В нашем ГФЗ купить пару IRF610/9610 (510-620-520) не так просто, поэтому поставить планируемый ВК пока просто не с чего.
Сделать ВК на тройке - посмотрю, как минимум в симуляторе.
Выше пост 67, там картинка анализа Stability из МС - вроде нет проблем с устойчивостью. И насколько я знаю, во всех усилителях устойчивость обеспечивается навешиванием конденсаторов (иногда дросселей).
И зеркала не справляются?
Но их же как-то ставят,.. как минимум полно схем с джифетами в ДК.

- По Вашим графикам не понятно сколько градусов у Вас запас по фазе?
- Навешивание конденсаторов, святое дело, весь форум забит борьбой с возбудами. Устойчивость нужно обеспечивать правильной концепцией и согласованием каскадов.
В нормальном усилителе таких проблем не должно быть.
- Ваши мосфеты в ВК имеют в худшем случае входные емкости до тысячи пик, и зависит крайне нелинейно от входного напряжения. Как Вы собираетесь решать эту проблему?
- Вы учитываете необходимость балансировки входного ДК и понимаете что нужно обеспечить тепловые связи в данном узле?

Хотите совет.
- симметричный ДК. С тепловой связью и балансировкой.
- повторитель - УН,
- драйвер - ВК.
Не более пары мосфетов на один драйвер. Лучше отдельный драйвер на каждый мосфет.
ВК даже для небольших мощностей 2, лучше 4 в плече.

И еще. Хотите равенства скоростей - балласт должен быть симметричный.

[Димитрий К]

Почитал вчера тему

Выходной каскад - Тройка эмиттерных повторителей

После 22 страниц обсуждения, моделирования, обмена личным опытом, признанные корифеи так и не пришли к общему мнению и единой идеальной схеме ВК с тройкой.
Такой ВК - мутное дело. Лучше оставить двойку... с мосфетами в качестве драйвера.

[оператор]

Что тут обсуждать?
Все давно понятно.
Мосфеты в качестве драйвера - крайне сомнительно.
А, зачем собственно? Что это дает?

Первое, что нужно понять - одна пара в ВК или есть варианты?
Второе - драйвера должны справиться с входной емкостью выходных транзисторов.
А, схемотехника драйвер-ВК должна обеспечить максимально плавное переключение без разрыва ОС.

И еще совет. Кто в танке.
Для равенства скоростей нарастания и спада нужна не только симметричная схемотехника, включая балласт.
Но, и симметричная топология платы - равенство длин сигнальных дорожек, включая симметрию емкостей, индуктивностей и межэлементного взаимодействия.
В противном случае - равенство скоростей в топку.

[Димитрий К]

Мосфеты в качестве драйвера - крайне сомнительно.
А, зачем собственно? Что это дает?

Использовалось многократно разными именитыми производителями.
Я использую чтобы развязать выход и УН. Многократно повышает допустимую емкостную нагрузку без использования дросселя на выходе.

ВК - одна пара SC5200-SA1943.

По поводу симметрии - не спорю. Идеальной симметрии сложно добиться.
Однако улучшить по сравнению с несимметричными схемами можно.
У Селфа в книге говориться, что в классической схеме УН разница скоростей нарастания может достигать 3 раз. То есть любое улучшение будет в тему.

[vladimir sim]

Mosfet для развязки, грит. А ничего, что нелинейная проходная емкость IRF9530, которая будет являться емкостной нагрузкой УН, будет болтаться в от 470 до 20 пф при полной амплитуде сигнала, что вызовет нелинейные и комбинационные искажения сигнала, кстати весьма противные на слух. Для сравнения - аналогичный драйвер на биполяре будет иметь такую же емкость от 60 до 4 пф. Вот тебе и именитые производители.

[оператор]

Mosfet для развязки, грит. А ничего, что нелинейная проходная емкость IRF9530, которая будет являться емкостной нагрузкой УН, будет болтаться в от 470 до 20 пф при полной амплитуде сигнала, что вызовет нелинейные и комбинационные искажения сигнала, кстати весьма противные на слух. Для сравнения - аналогичный драйвер на биполяре будет иметь такую же емкость от 60 до 4 пф. Вот тебе и именитые производители.

Все это нужно моделировать и смотреть, что это дает не нарушая критериев устойчивости.
Если именитые производители станут биться головой о стену, то мы то не дураки?
У мосфетов дикая входная емкость - это значит, что сложно получить критерии устойчивости и приемлемый запас по фазе.
Т.Е. если эта емкость не учитывается, то возбуд и динамические искажения по полной программе.

Если мосфет используется как драйвер - то УН должен и решить проблему с этой емкостью, а это дополнительный каскад, повторитель, как минимум...
Смысл, доктор?
Мосфеты есть смысл использовать только в ВК и то со всеми мерами мерами компенсации этой емкости.
Иначе никак.
Хотя если наплевать на устойчивость и навешать кондеров во все места - то играть будет, может даже и прикольно.

[vladimir sim]

Оператор, поменьше общих слов, это не возбуд , а паразитная фазовая модуляция. Убрать эту емкость можно только если использовать следящее питание. Вопрос- а нафига, 2ка или 3 ка ЭП во всех смыслах лучше.

[Димитрий К]

Все это нужно моделировать и смотреть, что это дает не нарушая критериев устойчивости.

Этим и займемся

Для начала - устойчивость. Одна схема, изменяется только драйвер ВК, все токи почти одинаковые:



Как видим, с точки зрения устойчивости приблизительный паритет: в одном случае выше запас фазы, в другом выше запас амплитуды, но в обоих случаях запасы кмк вполне приличные.

Далее - нагрузочная способность. (моделировал в Мультисиме - мне так сподручнее)
Для драйвера мосфет: минимальная резистивная нагрузка 1,3 Ом с THD = 0,08% на 20 КГц; максимальная емкостная нагрузка 350 nF.
Для биполярного драйвера: 2,3 Om, THD = 0,083%; 20 nF.

И наконец - амплитудная и фазовая характеристики:



Что касается конских емкостей мосфетов: в моделировании МС использовались 530/9530 с 670pF/860pF, в моделировании Мальтисим 520/9520 с 360pF/350pF, в железе сегодня поставил 610/9610 с 140pF/170pF. Буду слушать.

[Hennady]

с точки зрения устойчивости приблизительный паритет

да, оба варианта устойчивы...

но в обоих случаях запасы кмк вполне приличные.

не вижу там приличного запаса, ни в первом ни во втором, с мосфетом чуть больше,но только чуть...

Далее - нагрузочная способность.

странная трактовка - у мосфета выходное сопротивление выше, поэтому и нагрузочное сопротивление меньше, у биполярного - выходное сопротивление меньше, поэтому и сопротивление нагрузку больше....)))
остается вопрос - как вы определили, видит или не видит УН комплексную нагрузку в ВК?

---------- Сообщение добавлено 26.01.2020 в 00:39 ---------- Предыдущее сообщение было 25.01.2020 в 23:38 ----------

Что касается конских емкостей мосфетов: в моделировании МС использовались 530/9530 с 670pF/860pF, в моделировании Мальтисим 520/9520 с 360pF/350pF, в железе сегодня поставил 610/9610 с 140pF/170pF. ....

о другом речь, эта емкость будет меняться в зависимости от тока, который будет протекать через мосфеты, ведь они работают в АВ классе, и изменение это емкости происходит в высокоомной точке.

Буду слушать.

[Димитрий К]

не вижу там приличного запаса, ни в первом ни во втором

20 - 26 дБ по амплитуде и 70 - 60 град. по фазе. Пусть будет неприлично. В любом случае это еще не финальный вариант и результат с худшими мосфетами.

странная трактовка - у мосфета выходное сопротивление выше, поэтому и нагрузочное сопротивление меньше, у биполярного - выходное сопротивление меньше, поэтому и сопротивление нагрузку больше....)))

Что странного? Таки да - следствие особенностей мосфета, на то и была ставка. С мосфетом допустимое сопротивление нагрузки ниже - никакой трактовки, голый факт.

как вы определили, видит или не видит УН комплексную нагрузку в ВК?

Не понимаю, о чем вы вообще.
Цепляю || емкость и получаю в одном случае 350 нФ, а в другом 20 нФ устойчивой работы с прямоугольными импульсами 20 КГц.
Если это "не то", то я уже спрашивал: что конкретно нужно прицепить на выход? Покажите пожалуйста схему, которую нужно прицепить, и какие параметры мне нужно снять - я все сделаю и выложу результат.
Или можете сами, в конце поста в архиве модели Микрокапа и Мультисима для актуальной версии.

о другом речь, эта емкость будет меняться в зависимости от тока

Я понимаю. Это расплата за полученные преимущества. Когда соберу 2 канала - буду сравнивать звучание мосфетов и биполяров в драйвере.
Но вот от вас я не ожидал вопросов по мосфетам... У вас в усилителе на выходе тоже мосфеты, и недавние цифры по искажениям (цитата из вашей темы):

IRF530/IRF9530 искажения 200Гц - 0,06%
IRFP240/IRFP9240 искажения 200Гц - 0,2%
IRF630/IRF9630 искажения 200Гц - 0,0002%
начальный ток одинаковый 180мА

Четко видно, что транзисторы с меньшими емкостями дают меньшие искажения.
Для IRF630 в даташите IR указана емкость 800 pF, в даташите ST - 540 pF. Любая из них гораздо больше 170 pF у 610-го. Соответственно, есть основания полагать, что картина с 610/9610 будет лучше.

[Hennady]

20 - 26 дБ по амплитуде и 70 - 60 град. по фазе.

куда вы вообще смотрите? какие 70-60 град?

следствие особенностей мосфета, на то и была ставка

не анализируйте что с него "выходит" ))), анализируйте что в него "входит"....
мосфет управляется мощностью,
у вас походу "космически" мощный УН?
их работа в АВ для нагрузки УН во многом определяет звучание...

Цепляю || емкость и получаю в одном случае 350 нФ, а в другом 20 нФ

это не комплексная нагрузка...

Но вот от вас я не ожидал вопросов по мосфетам...

в чужой теме какие от могут быть ответы? ))))

Четко видно, что транзисторы с меньшими емкостями дают меньшие искажения.

еще раз посмотрите внимательнее даташиты )))...

Соответственно, есть основания полагать... будет лучше.

вы посты форумчан как бы читаете? все "основания" были расписаны/прописаны и выложены... зачем фантазировать?

[variator]

Димитрий К, поясните, как Вы строите графики АЧХ и ФЧХ без обратной связи. Это к вопросу

куда вы вообще смотрите? какие 70-60 град?

Offтопик:
Я установил 14-й мультисим, сложно разобраться. То есть, куда смотреть?

[Димитрий К]

куда вы вообще смотрите? какие 70-60 град?

Gain Margin = 20.12 (26.87)
Phase Margin = 70.26 (61.85)
Разве это не запасы по амплитуде в дБ и по фазе в градусах?

мосфет управляется мощностью,
у вас походу "космически" мощный УН?

Я полагал, что полевики управляются электрическим полем, которое возникает от приложенной разности потенциалов. То есть полевики управляются напряжением, а потребляемый со стороны затвора ток минимален.
Как раз УН и создает это напряжение.

Насколько мощный УН можно косвенно судить по тому, что он до этого спокойно управлял IRFP240/9240. ТП УН при этом был 5,2 мА. Планируется, что в конечном итоге ТП УН будет около 10 мА. Думаете, будет мало мощности?

это не комплексная нагрузка

Может все-таки скажете, какая нагрузка будет комплексной?
(я все-таки не имею профильного образования и занимаюсь этим в качестве увлечения)

еще раз посмотрите внимательнее даташиты

Смотрю по графе "типичное"
IRF530/IRF9530 - 670/860 пФ (Вишай); 790/500 (Фаирчилд)
IRFP240/IRFP9240 - 1300/1200 пФ (Вишай)
IRF630/IRF9630 - 800/700 пФ (Вишай); 500/550 (Фаирчилд)
530/9530 и 630/9630 хоть и неоднозначно, но в среднем меньше у 630/9630.

все "основания" были расписаны/прописаны и выложены... зачем фантазировать?

Все основания справедливы, и они строились на величине и нелинейности емкости. Соответственно, чем меньше эта емкость - тем меньшее отрицательное влияние. Разве не так?

в чужой теме какие от могут быть ответы?

То есть в одной теме вы "за", а в другой - "против". Хотелось бы больше конструктива, ну да ладно, и на том спасибо

---------- Сообщение добавлено 17:02 ---------- Предыдущее сообщение было 16:40 ----------

поясните, как Вы строите графики АЧХ и ФЧХ без обратной связи

В МикроКапе использую инструмент LoopGain - на схеме он обозначен как Probe5.
Далее Analysis -> Stability -> Run. Затем в настройках отображения Scope включить отображение Margin Text.

Я установил 14-й мультисим, сложно разобраться. То есть, куда смотреть?

В Мультисиме такого инструмента нет.
Здесь я делаю так.
Входом усилителя является разность сигналов на положительном и отрицательном входах дифкаскада. Его можно получить либо разностным пробником (в схеме обозначен как "ДКвход"), либо потом в формуле прописать вычитание.
Конец петли - это делитель ООС, в моей схеме R8-R13, пробник обозначен как "Петля".
Выбираем "Анализ на АС" -> "Переменные", и там пишем формулу V(Петля)/V(ДКвход).
Как я понимаю, получим графики не разорванной петли.

Чтобы получить графики разорванной петли нужно в петлю поместить огромную индуктивность и источник сигнала... Но мне проще посмотреть в МикроКапе

[Hennady]

Разве это не запасы по амплитуде в дБ и по фазе в градусах?

нет.

Я полагал, что полевики управляются электрическим полем, которое возникает от приложенной разности потенциалов. То есть полевики управляются напряжением, а потребляемый со стороны затвора ток минимален.
Как раз УН и создает это напряжение.

так полевики, а не мосфеты ))), у вас что установлено?

Все основания справедливы, и они строились на величине и нелинейности емкости. Соответственно, чем меньше эта емкость - тем меньшее отрицательное влияние...

Входной или проходной?

То есть в одной теме вы "за", а в другой - "против".

в разных темах, разные топологии, разный подход , разные решения - переубеждать кого в чем то дело не благодарное, это не значит что можно не высказывать своего мнения...практика все уравняет...

[variator]

Спасибо.

Чтобы получить графики разорванной петли нужно в петлю поместить огромную индуктивность и источник сигнала...

Ставлю прибор "Плоттер Боде" на вход и выход. На входе обязан быть генератор, но может быть отключен.
Индуктивность 1МГн и иногда требуется максимальная емкость.
После "пуск-стоп" смотреть на плоттере и на кнопке "просмотр графиков".
Это в 12-м, 14-й я, похоже, не потяну и компьютер тормозит.
Я не утверждаю, что это правильно, но... такую ФЧХ я вижу впервые.

Схема у Вас сильно перегружена, конечно.

---------- Сообщение добавлено 17:25 ---------- Предыдущее сообщение было 17:24 ----------

Но мне проще посмотреть в МикроКапе

Это понятно. Сложно сопоставлять. И думают все по своему.

И наконец - амплитудная и фазовая характеристики:

АЧХ без ОС - синяя пересекает 0дБ на 100Мгц.
Какая ей соответствует, синяя тонкая? Надо бы статичную с маркерами...

[audiomun]

То есть полевики управляются напряжением, а потребляемый со стороны затвора ток минимален.

Это справедливо для НЧ, а на средних и выше входной импеданс затвора значительно снижается - например, при входной суммарной ёмкости ВК в 2000 пФ на частоте 20 кГц он будет всего 4 кОм, поэтому потребляемый со стороны затворов ПТ ток увеличится на несколько порядков, а петлевое усиление при отсутствии драйвера уменьшится, соответственно .

[Димитрий К]

нет.

А что же это в таком случае?

так полевики, а не мосфеты

А мосфеты уже перестали быть полевыми транзисторами?.. Вам, конечно, виднее.
Но в тех материалах, которые я читал, управление полевыми транзисторами разбиралось без разделения на мосфеты и джифеты. А потом указывалось, что всё это - разновидности полевых транзисторов.

Входной или проходной?

В даташите указаны три емкости, я смотрю на самую большую, она же - входная.
А надо было на самую маленькую Reverse Transfer (обратного переноса)? В 610/9610 там по 15 пФ.

разные топологии, разный подход , разные решения

Таки да.
Но емкость одна и та же

---------- Сообщение добавлено 17:58 ---------- Предыдущее сообщение было 17:37 ----------

Я не утверждаю, что это правильно, но... такую ФЧХ я вижу впервые.

Такой вид ФЧХ, как получилась у вас, будет при разрыве цепи C3-R18 между входами ДК.

АЧХ без ОС - синяя пересекает 0дБ на 100Мгц.
Какая ей соответствует, синяя тонкая? Надо бы статичную с маркерами...

Если точно - на 95,5МГц, чему соответствует на ФЧХ -83,6 град. Но смысл в том, что ФЧХ не уходит на -180 град. Её можно туда "увести" если на вход подключить емкость.

[Hennady]

Но емкость одна и та же

она не постоянна и зависит от режима работы...

---------- Сообщение добавлено 17:04 ---------- Предыдущее сообщение было 17:03 ----------

А мосфеты уже перестали быть полевыми транзисторами?

какой отличительный принцип управления JFET и MOSFET?