Бессмысленный и беспощадный. Телефонный усилитель для начинающих.
По случаю просматривал винчестер, обнаружил несколько забавных проектов разной степени недоделанности. Оказалось, что для некоторых готовы и схемы и герберы, а для нескольких даже платы отпечатаны. В том числе и плата из поста в одиозной лузловой ветке.
Чтоб добру не пропадать, запаял детальки, покрутил чуток, послушал, померил, поржал, ну и выкладываю тут.
Мотивация:Скрытый текст
Для тех кто не помнит, все началось с "шедевра" одного мастера. Он несколько раз регистрировался на нашем форуме, но (полагаю, что в силу стеснительности натуры) всякий раз неизменно прилагал усилия для эффектного самовыпиливания. Обычно я стараюсь воздерживаться от комментариев по УНЧ, поскольку не очень понимаю форумный дискурс, нередко затрудняюсь угадать, что, зачем, и почему хотели сделать коллеги. К счастью, в упомянутом случае с критериями была полная ясность - заявлялась повышенная линейность, а способом разработки была выбрано перетаскивание деталек в симуляторе. Ни особой линейности, ни простоты, ни даже работоспособности (в нормальном смысле) так и не случилось. Белка это отметил, Эдди открыл ветку, ну и я отметился тем, что если уж перетыкать в симуляторе, то хотя бы стоит делать это с огоньком. По моему мнению, сколько-нибудь хорошо для симулятора - это искажения менее -200 дБ, что и было показано на предлагаемой оппонентом модели, путем ее упрощения до степени рафинированного идиотизма.
Поскольку глупо оспаривать справедливость тезиса "критикуя - предлагай", я конечно не хотел бы остаться голословным охаивателем. С другой стороны, элементарность задачи вызывала недоумение. Понятно, что усилители для послушать/попользоваться строятся несколько иначе, чем для симулятора, но имхо это как-бы не та проблема, над которой нужно сушить мозг.
Ну я и сваял наскоро схемку/платку. По приколу решил довести тезис "несколько иначе" до абсурда, сделав схему максимально "наоборот" относительно от того, что предлагал "мастер".[свернуть]
Тезисы:
Скрытый текст
Не уверен, что понял все верно, но основные посылки "от обратного" таковы:
* диффкаскады (ежели таковые случатся) - "ломанные";
* УН (да и вообще все каскады) - без какой-либо линеаризации (Хауксфорды, Баскандалы и иные умники идут лесом);
* выходной повторитель не тройка, а вызывающая оскому у оппонента двойка - "бриллиантовый буфер";
* обратная связь, естественно, многопетлевая. Поскольку Белка примерно в то время приложил некоторое количество усилий в привлечения внимания к определенной топологии, в качестве алеверды именно ее и заложил для коррекции усилителя;
* сама обратная связь, относительно глубокая, но за рекордами (как обычно) не гнался, только чтобы было функционально достаточно;
* ну и отдельная тема - перегрузка. Никаких проблем тут я не вижу, но это явно больная мозоль кое для кого, поэтому этой теме уделено чуть больше времени. Если я правильно понял, на практике дискурс не предлагает вообще никаких методов кроме "антиклипповых диодов". Чтоб немного исправить недостаток доступных примеров, в схему введено антиклиповое звено (то, что иногда упоминается как "нелинейный корректор"). В данной схеме оно несколько избыточно (хотя и был введен заход фазы за 180°), и призвано, главным образом, притушить истерику по поводу того, что клип способен повредить тестикулы (уж не знаю, свидетельством чего является столь замысловатый ход мысли, но именно на них концентрировалось внимание оппонентов довольно долгое время).
[свернуть]
По поводу того, как именно прикидывалась схема напишу отдельный пост чуть позже.
Могу отметить несколько моментов:
1. В сабже все просчитывается на клочке бумаги. Симулятор не особо нужен, а в некоторых аспектах (например, для прикидки коррекции и реальной оценки искажений) скорее даже вреден;
2. Схема сделана на деталях из 60-тых годов, и, вообще говоря, могла появиться у любого профильного студента еще до сексуальной революции. Почему за истекшие с тех пор пол-века тот же журнал "радио" ничего подобного не публиковал - для меня загадка. Особенно учитывая, что модуль построен тупо по начальным главам учебников;
3. В полемическом запале не ставилось задачи сделать полноценный усилитель, скорее хотелось поиграться, поэтому на плате предусмотрены неиспользуемые футпринты, а некоторым "мелочам", вроде интегратора постоянки, нормальных цепей и развязок питания, регулятора громкости и т.п. не уделялось должного внимания. Все это может быть реализовано на базовой несущей плате, делать которую я не стал, ограничившись макеткой;
4. Постыдное ощущение полной бессмысленности происходящего не покидало меня на протяжении всего процесса. В конце концов, студенты из 68-го года уже давно пенсионеры, и нынче актуальны иные песни. Поэтому заранее прошу прощения за возможно несколько нервный стиль изложения.
Немного конкретики.
В согласии с заданной концепцией предполагался транзисторный усилителя для обычных наушников.
Схема сделана в виде модулей (своего рода "дискретных ОУ") для установки на базовую несущую плату.
Модули выполнены на смд-деталях, платы четырехслойные, заодно используются в качестве радиаторов.
Предусматривается преимущественная работа в классе А с током покоя порядка 50 мА.
На картинке два таких модуля установлены на мелкую макетную плату:
Схема в актуальной конфигурации:
Спектры сигнала амплитудой 12 вольт пик-пик на нагрузку 94 Ома (это ~190 мВт, что обыкновенно соответствует звуковым давлениям порядка 120 дБ):
Поскольку макетка весьма условна, подключалась к АЦП неэкранированными проводами, а плата валялась на столе с кучей разной электроники, закономерен высокий уровень наведенных помех.
Но характерно, что гармоники и продукты интермодуляции практически отсутствуют.
Некоторые сомнения остаются относительно разностного тона 1 кГц (разность 18 и 19 кГц), наличие интенсивных помех не позволяет сделать определенного вывода, кроме того, что его уровень не выше -140 дБ.
Чтоб получить четко различимые гармоники, сопротивление нагрузки было уменьшено до 32 Ом без уменьшения выходной амплитуды. Это соответствует разрушительной для большинства наушников мощности в 560 мВт, и кроме того, выводит выходной каскад в класс АВ (амплитуда тока в таком режиме - до 190 мА, при максимальном токе в классе А ~ 95 мА):
Видно, что на гармоническом спектре стала заметна вторая гармоника по уровню -147 дБ (0.000 005 %).
На спектре интермодуляции чуть изменился рисунок помех, что допускает вывод о наличии заметного разностного тона.
Шумовым свойствам не уделялось практически никакого внимания (едва ли шум будет критичным при чувствительности ~2 вольта). Но для контроля снят спектр шума с АЦП в режиме замкнутого накоротко входа и с выхода усилителя (размер fft = 2^20, fs = 44.1 кГц) (нижние графики - АЦП, верхние - АЦП+УНЧ):
Видно, что кроме наводок от неэкранированных проводов к АЦП, на шумовой полке не появилось никаких аномалий. Справа приведены увеличенные участки "полок" АЦП и УНЧ (отнормированные к рабочему уровню на выходе усилителя), которые позволяют оценить относительный невзвешенный уровень шума усилителя в ~ -108 дБ, что должно соответствовать десятку-пару мкВ на выходе.
Естественно, замер производился с подключением на вход усилителя аналога источника сигнала (резистор на 100 Ом), так что указанные значения отображает шум при актуальном коэффициенте шумового усиления (~3.3). При снижении коэффициента усиления шум соответственно снизится.
Картинка меандра довольно скучна. Некоторое оживление на ультразвуке вносит только выходной LR(C) фильтр. За счет него на частоте 50 кГц заметна некоторая волнистость:
Картинка поведения усилителя в клипе приведена для случая положительной и отрицательной полуволн для небольшой и значительной (но все еще реальной) перегрузки на частоте 1 кГц:
На выходе из клипа присутствует закономерная "загогулина", но такая мелкая, что даже если ее получится рассмотреть, едва-ли она способна огорчить.
***
Субъективное прослушивание показало очень высокое качество звука. По характеру подачи схема больше походит на "взрослый" наушниковский усилитель чем на "любительский". Слушая наушники сложно избавиться от впечатления, что играет не "аналог операционника", а большая схема с существенным энергетическим потенциалом.
Должен добавить, что то, что хотя схема задумывалось отчасти как прикол, и даже не оптимизировалась, она очень удивила взрослым звуком. Модули явно достойны не только полноценной несущей базовой платы, но и "чистовой" ревизии плат модулей, без пустующих футпринтов и рассчитанных на повторение.
Сообщение от tomtit
Социальные закладки