Простой мощный УНЧ с использованием ОУ.

[Игоревичь]

Возникла неожиданно потребность сделать усилитель Ватт на 200, но простой, не очень дорогой, и чтобы было не противно слушать. Сделал макет и прежде чем оформлять в конструктив испытал и удивился результатом. Может такой подход еще кого заинтересует.

Схема до ужаса простая и особенностей в ней (по крайней мере такие решения редко встречаются) всего две:
1. В качестве драйвера используется ОРА454 которая при своей привлекательности за счет высокого выходного напряжения в качественной аппаратуре мне не встречалась, я полагаю ввиду высокого уровня собственных искажений.
2. Усилитель охвачен двухпетлевой ОС, одна петля обеспечивает усиление выходного каскада + ОУ ОРА454 около 4 раз. Другая петля охватывает весь УНЧ и позволяет скорректировать недостатки ОРА454 и выходного каскада.

Схема:
Результаты измерений в сравнении с собственными параметрами измерителя :
Гармонические искажения:
Интермодуляция (переменная частота):
Гармонические искажения (набор частот):

Из приведенных результатов измерений можно заметить, что сигнал на выходе УНЧ несущественно ухудшается по сравнению с сигналом на входе. Я позволил предположить, что амплитуды гармоник входного сигнала и собственных гармоник создаваемых УНЧ суммируются (возможно я неправ и суммируются мощности или как то иначе?) и посчитал разность параметров на входе и выходе, которая и является собственно параметрами усилителя:
Возможно я не прав в своих оценках. Хотелось бы выслушать мнение "крупных специалистов", только прошу ОБОСНОВАННОЕ. Уже не раз читал тупые отзывы типа "все не так, по пому, что не по моему"

Испытания проводились при питании +/-58 В, токе покоя выходного каскада 300мА, транзисторы установлены непосредственно на два довольно больших радиатора - около 1000 кв.см. каждый. Нагрузка - проволочный резистор 4 Ом 250Вт. Измерения проводились при амплитуде выходного напряжения 40 В. Ку=20.

[wert]

усилитель Ватт на 200

в покое пара выходных транзисторов рассеивает около 60 Вт, для таких транзисторов это крайне много,
в динамике там все за ОБР вылетает. Т.е. одно дело включить ради интереса глянуть, другое дело испытать или запустить такое решение в готовое изделие.

В качестве драйвера используется ОРА454 которая при своей привлекательности за счет высокого выходного напряжения в качественной аппаратуре мне не встречалась

И не может встретиться при таких параметрах ОРА454:
- Выходной импеданс микросхемки меняется в диапазоне частот 10 Гц - 1 кГц с 8 кОм до 100 Ом при усилении 1, т.е. при петлевом около 100 дБ.
- THD 0,04% при нагрузке 5 кОм и выходном напряжении 19 В и резкое возрастание искажений при увеличении Vout.
- При изменении емкости нагрузки значительно меняется усиление микросхемки.
Т.е. ОРА454 годится не более чем для экспериментов, но не для звукового приложения, а скорее для усиления синуса в звуковом диапазоне.
На дискрете можно собрать хороший УН с малыми искажениями и малыми инерционными свойствами.
А в данном схеме усилителя (первый пост) два операционника на пути сигнала, при суммарном петлевом около 200 дБ,
один из ОУ ОРА454 совсем не блещет качественными характеристиками для синус воздействия
тем более применить такое для импульсоподобных воздействий для получения малых искажений звука это ближе к утопии.
Результирующие искажения в первом посту не совсем корректно представлены.
Гармонические искажения усилителя имеют отклонения в 4 знаке после запятой от измерителя , но не в 7 знаке, посмотрите внимательнее расчет.
Корректно было бы иметь точностные параметры измерителя на порядок выше искажений измеряемого обьекта,
если этого нет, и искажения обьекта близки или ниже искажений измерителя,
в таком случае говорить о достоверности измерений мы не можем.
Обратите внимание на имеющиеся разработки на ВЕГАЛАБ, например
Y E S - 2 на LME 49810 / 49830,
это совершенно другой уровень буфера и усилителя в целом,
возможно это даст толчок к улучшению вами предложенного.

[audiomun]

Где там увидел общее петлевое 200 дБ ...? Массовая невнимательность продолжается, видимо данная схема большего и не заслуживает ...?

[Peredelkin1]

После микросхемы 454 - однотактный ЭП

[zoog]

Жалко, что на форуме одни атеисты. Никто не собрал, не перемерил...

[wert]

Где там увидел общее петлевое 200 дБ ...? Массовая невнимательность продолжается,

подправил на "суммарное" для уточнения,
от этого инерционные свойства схемки не изменились
сам то сколько получил
суммарного петлевого усиления от двух ОУ ...?
и общего коэффициента усиления усилителя?

[Игоревичь]

Прежде всего спасибо! Первый развернутый и обдуманный ответ.

К сожалению не со всем я согласен и попробую объяснить почему:

в покое пара выходных транзисторов рассеивает около 60 Вт, для таких транзисторов это крайне много,
в динамике там все за ОБР вылетает. Т.е. одно дело включить ради интереса глянуть, другое дело испытать или запустить такое решение в готовое изделие.

Действительно транзисторы используются практически в предельном режиме и если не обеспечить действительно хороший теплоотвод то долго не проживут.
Если кому нужна схема для серийного производства то нужно хорошенько испытать готовое устройство в экстремальных условиях. Я этим не занимаюсь.
Но для себя испытания все же провел: прогнал макет в течение 30 мин на синусе , а потом еще столько же на музыкальном сигнале. Результат - радиаторы горячие около 85 град, нагрузочный резистор дымиться ( не подумал о его свободной вентиляции ). Но ничего не сгорело. А вот когда попытался поднять выходное напряжение до 43 В ( подключил более мощный источник питания) выходные транзисторы перегрелись через 3 мин синуса. Дальше каждый может сделать выводы сам.

Т.е. ОРА454 годится не более чем для экспериментов, но не для звукового приложения, а скорее для усиления синуса в звуковом диапазоне.
На дискрете можно собрать хороший УН с малыми искажениями и малыми инерционными свойствами.
А в данном схеме усилителя (первый пост) два операционника на пути сигнала, при суммарном петлевом около 200 дБ,
один из ОУ ОРА454 совсем не блещет качественными характеристиками для синус воздействия
тем более применить такое для импульсоподобных воздействий для получения малых искажений звука это ближе к утопии.

Я как раз объяснял, что включил каскад на ОРА454 в петлю ООС, что бы компенсировать его недостатки и судя по измерениям это удалось.

Результирующие искажения в первом посту не совсем корректно представлены.
Гармонические искажения усилителя имеют отклонения в 4 знаке после запятой от измерителя , но не в 7 знаке, посмотрите внимательнее расчет.
Корректно было бы иметь точностные параметры измерителя на порядок выше искажений измеряемого обьекта,
если этого нет, и искажения обьекта близки или ниже искажений измерителя,
в таком случае говорить о достоверности измерений мы не можем.

Если вы обратили внимание, я как раз и интересовался мнением по поводу интерпретации результатов. Спасибо за замеченную опечатку конечно КНИ=0,0002%.
Но интересовало меня не желание показать всем, что сделал лучший в мире усилитель, а познакомить интересующихся и разобраться в том как в реальных условиях интерпретировать результаты измерений.

[zoog]

А вот когда попытался поднять выходное напряжение до 43 В ( подключил более мощный источник питания) выходные транзисторы перегрелись через 3 мин синуса. Дальше каждый может сделать выводы сам.

Тепловыделение на транзисторах при этом падает. Выводы уже давно сделаны)

[Игоревичь]

Жалко, что на форуме одни атеисты. Никто не собрал, не перемерил...

Целиком и полостью согласен! И даже не важно получиться хуже или лучше.

[vshv]

суммарного петлевого усиления от двух ОУ ...?

Это не композит, второй оу слишком медленный для этого. От него в петлевом усилении только 17.7дБ.

Действительно транзисторы используются практически в предельном режиме

Все таки в запредельном.

[wert]

От него в петлевом усилении только 17.7дБ.

По определению петлевое усиление это усиление усилителя с разомкнутой ОС.
Коэффициент петлевого усиления это произведение коэффициента обратной связи на усиление.
На низких частотах
для ОРА454 Open-Loop Voltage Gain 130 дБ
для LM4562 140 дБ соответственно.
Суммарное петлевое усиление не сложно рассчитать.
Коэффициент усиления всего усилителя (с замкнутой ОС) составляет около 26 дБ.
Глубину обратной связи усилителя также не сложно рассчитать.
И когда эта суммарная глубина ОС имеет значение 8 дБ,
тогда в ламповых усилителях происходит эффект "перерождения" звука в сторону "транзисторного" звучания.
Но в данном усилителе суммарная глубина ОС значительно более 100 дБ что неизбежно порождает
инерционные эффекты и нелинейности из-за инерционных свойств усилителя,
с вытекающими для звука последствиями.

[Johny]

И когда эта суммарная глубина ОС имеет значение 8 дБ, тогда в ламповых усилителях происходит эффект "перерождения" звука в сторону "транзисторного" звучания.

Да Вы не умеете её, ООС, готовить. Даже при 40 дБ глубины ООС "ламповость" никуда не исчезает.

[vshv]

инерционные эффекты и нелинейности из-за инерционных свойств усилителя,
с вытекающими для звука последствиями.

Это что-то слишком сложное. Не наблюдаю в нормальных глубокоосниках последствий. А на счет 17.7дБ я не прав. Выходной каскад таки в петле ос второго оу.

[wert]

Да Вы не умеете её, ООС, готовить. Даже при 40 дБ глубины ООС "ламповость" никуда не исчезает.

Это адресуй армии спецов 50-60-х годов прошлого столетия, в те времена огромное количество любителей и профессионалов об этом писали.
Я воспитан на том звуке и все ламповые усилители для домашнего использования не имеют общих ОС и звучат как мне надо.
Но тема то о другом...

[audiomun]

А на счет 17.7дБ я не прав. Выходной каскад таки в петле ос второго оу.

Глубина этой ООС невысока - согласно даташита, на частоте 20 кГц она равна всего ~22 дБ .

[Johny]

Offтопик:

Я воспитан на том звуке

50-60-х годов прошлого столетия?

все ламповые усилители ... не имеют общих ОС и звучат как мне надо.

Старикам везде у нас почет - "Песня о Родине" (Время СССР).

[vshv]

Глубина этой ООС невысока - согласно даташита, на частоте 20 кГц она равна всего ~22 дБ .

Ну это понятно. Тормознутая дрянь, скорректированная под единичное усиление. Тем не менее усиление распределилось и на компенсацию кривизны выходного каскада. Вообще странно, что вся эта погремушка не свистит в том виде как она есть.

[audiomun]

Ну это понятно. Тормознутая дрянь, скорректированная под единичное усиление.

Я бы не стал сразу ругать этот ОУ, нужно просто облегчить ему работу, снизив нагрузку, например - рассмотреть его применение с ВК тройкой ЭП вместо полевиков. Имхо.

[Verki]

Из высоковольтных LT6090 поинтереснее будет.
https://www.analog.com/media/en/tech...ets/6090fe.pdf

[Tuvalu]

По определению петлевое усиление это усиление усилителя с разомкнутой ОС.

Ой!

[Игоревичь]

Уважаемые Johny,vshv, wert, было очень интересно познакомиться с вашим обсуждением, обоснованном исключительно на чтении даташитов и ваших расчетах.
Меня жизнь научила больше доверять измерениям и результатам экспериментов. В качестве материала для обоснования ваших позиций хочу предложить несколько осциллограмм:

Клип 40 В 1 кГц
Меандр 40 В 30 кГц
Синус 40 В 100 кГц