Сверхлинейный усилитель по схемотипу Видерхольда 1977- 2021 (повтор и дополнение)

[belka]

2 ОУ +5 транзисторов в УН. Выходные каскады разные симулировал, биполяры-полевики, без проблем ноль 4-10 мег двигается, без потери усиления на 20-ти килогерцах.

Благодарности:
Евгению Букварёву и Со. - идея с интегратором прорывная, если ей правильно пользоваться.





Убедительная просьба - пишите ТОЛЬКО по делу. Никаких других комментариев здесь размещать не нужно!

После первой публикации многие резонно отметили, что 2 ОУ и такое огромное усиление явно избыточны. Согласен, поэтому схема была существенно упрощена, с некоторой потерей усиления, но не критической. Итого, к базовой схеме Видерхольда был добавлен 1 (один) транзистор и получено усиление не менее 170дБ!

Обратите внимание, как изящно получилось ввести в схему параллельный ВЧ канал, благодаря которому всё это работает. Вполне осознанно претендую на то, что мне удалось нарисовать самый простой сверхглубокоосник.

В соседней ветке я взял модель какого-то Парафина (смешная поделка) и дорисовал ей недостающие детальки. Модель и схема, базовая, прилагаются:



УМЗЧ ВВ 2021.CIR

Продолжение темы:

Кто желал общий эмиттер в УН?

Вложение 400855 Вложение 400857

Как вы понимаете, Q22 и R40 из схемы можно смело удалить и соединить эмиттер Q21 непосредственно с выходом ОУ. Диоды Вокруг ОУ также нужно убрать и добавить правильные цепи для антиклиппа, которые на схеме не нарисованы.

Итого. 1 ОУ + 4 транзистора в УН = полноценный сверхглубокоосник, до которого на RCL-электро нужно ещё очень долго думать)))

[bukvarev]

Сегодня собрали и проверили защиту, а также возможность установки конденсаторов меньшей емкости в низковольтной части усилителя.

Текущая схема, для режима "ВВ89" с защитой. От варианта исполнения схемы защита не меняется.
PDF с хорошим разрешением:
ВВ2021_Схема в процессе отладки_режим_ВВ89.pdf
В виде картинки:


Настроили срабатывание на 16 Ампер при нагрузке 0,5 Ом. При полной амплитуде усилитель сможет отдать порядка 20..23 Ампер тока. В общем, должен работать на резистивную нагрузку 2 Ома при питании +-63 В.
VT6, VT8 - ключи. VT29, VT30 - управляемый источник тока, DD1 - микросхема логики защиты.
Защита триггерного типа. Если все нормально, то горит светодиод оптрона U3 (выход оптрона на контактах X9 и X10 предназначен для подключения к внешней плате управления и защиты).


Еще попробовали (в очередной раз) проверить, есть ли эффект от введения межбазовых конденсаторов. На этой плате их очень удобно установить.
Но оказалось, что не нужно.

PS. Еще проверили работоспособность схемы во всех режимах в случае, если электролиты (С1..С4) полностью высохнут. Т.е. выпаяли их и все проверили. Все работает. На слух при этом слышна еле заметная деградация звука и то, лишь при удалении конденсаторов С1 и С2. Так что использование источников тока в системе низковольтного питания оправдано.

[Дмитрий Косачев]

Еще попробовали (в очередной раз) проверить, есть ли эффект от введения межбазовых конденсаторов. На этой плате их очень удобно установить.
Но оказалось, что не нужно.

А каким был критерий?

[singles123]

также возможность установки конденсаторов меньшей емкости в низковольтной части усилителя.

Попробуйте провести звуковую экспертизу с малой емкостью 220мкФ и с большой 2200мкФ.

Можно еще протестировать вариант с запиткой УН через отдельный диодный мост + емкости 3300-4700мкФ.

[ИГВИН]

Еще попробовали (в очередной раз) проверить, есть ли эффект от введения межбазовых конденсаторов.

Это про выходной каскад, Евгений?
Вопросы:
а) Параллельно каким резисторам, и
б) какова была емкость?

[bukvarev]

а) Параллельно каким резисторам, и
б) какова была емкость?

Параллельно базовой цепи второго каскада между базами VT17 и VT18 (1 мкФ) и параллельно базовой цепи третьего каскада (1 мкФ между базами VT21 и VT22). Как по отдельности, так и одновременно.
Этот эксперимент я проводил еще при разработке MW. Из-за большого тока второго каскада ВК, он всегда работает в режиме "А", и рассасывание зарядов происходит быстро.
Возможно, эффект улучшения можно было выловить, исследуя отдельно ВК, или измеряя искажения на ВЧ,
но субъективно разницы не было никакой. Причем, мы проводили эксперимент как с работой усилителя на легкую нагрузку (АС с номинальным импедансом 8 Ом), так и на очень тяжелую (параллельно АС был подключен резистор 0,4 Ома), при токе ВК, близком к предельному.

Попробуйте провести звуковую экспертизу с малой емкостью 220мкФ и с большой 2200мкФ.

Так мы ее и проводили. Взяли два канала, в одном из которых в позиции C1-C4 стояли штатные LO ESR 1000uFx16V, а в другом C1-C4 были выпаяны. Сравнили по звуку. Потом послушали, что изменится, если установить емкости 100 мкФ в позиции С3, С4. Ничего не изменилось. Тогда поставили 100 мкФ в позиции С1, С2. Каналы выровнялись по звуку.
В финале мы оставили емкости С1-С4 номиналом 220 мкФ ("двойной запас").

Можно еще протестировать вариант с запиткой УН через отдельный диодный мост + емкости 3300-4700мкФ.

Это все я тоже проходил много лет назад.
В этой схеме раздельное питание УН не планировалось изначально. В нем нет необходимости.
Обычно раздельное питание делают там, где нужно полнее использовать ОБР выходных транзисторов одновременно с повышением линейности УН на большом сигнале.
Если делать раздельное питание УН, то нужно реализовать специфическую схему запитки, никак не банки с выпрямителем.
Качественный вариант простыми средствами можно попробовать реализовать, используя вольтдобавку.
Но все это усложнит схему, не давая значимых преимуществ.

[ИГВИН]

Параллельно базовой цепи второго каскада между базами VT17 и VT18 (1 мкФ) и параллельно базовой цепи третьего каскада (1 мкФ между базами VT21 и VT22). Как по отдельности, так и одновременно.
Этот эксперимент я проводил еще при разработке MW. Из-за большого тока второго каскада ВК, он всегда работает в режиме "А", и рассасывание зарядов происходит быстро.
Возможно, эффект улучшения можно было выловить, исследуя отдельно ВК, или измеряя искажения на ВЧ,
но субъективно разницы не было никакой. Причем, мы проводили эксперимент как с работой усилителя на легкую нагрузку (АС с номинальным импедансом 8 Ом), так и на очень тяжелую (параллельно АС был подключен резистор 0,4 Ома), при токе ВК, близком к предельному.

Спасибо за точный и подробный ответ.

Обычно раздельное питание делают там, где нужно полнее использовать ОБР выходных транзисторов одновременно с повышением линейности УН на большом сигнале.

+1
С полевиками в ВК так делаю.

[audiomun]

Обычно раздельное питание делают там, где нужно полнее использовать ОБР выходных транзисторов одновременно с повышением линейности УН на большом сигнале.
Если делать раздельное питание УН, то нужно реализовать специфическую схему запитки

Имхо, в первую очередь, раздельное питание УН и ВК делается для улучшения PSRR, достаточно - при воспроизведении музыкального сигнала под нагрузкой, сравнить осциллограммы на их шинах питания ... В каких-либо специфических схемах запитки УН нет необходимости.

[bukvarev]

Offтопик:

Имхо, в первую очередь, раздельное питание УН и ВК делается для улучшения PSRR

Да, в этом плане раздельное питание тоже помогает, но это - совсем не основное его назначение.
Лучше иметь изначально хороший PSRR. При плохом PSRR чаще ставят RС фильтры или стабилизаторы.

[bukvarev]

Сегодня сделали эксперимент по максимальному уменьшению петлевого усиления: выкинули лед-лаг коррекцию, и вместо нее установили местную коррекцию с частотой нуля ~530 кГц.


Оценили спектры при тех же условиях, что и раньше. 80 Vp-p, без нагрузки, с нагрузкой 4 Ом и 2 Ом.
Теперь искажения в области ВЧ (гармоники частот 19 и 20 кГц и компоненты вблизи несущих) стали заметны, и появилась их зависимость от нагрузки.
Но искажения в звуковой полосе частот по прежнему зарегистрировать не удалось.

Затем, как и в предыдущем опыте (https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2950037),
для снижения шумовой полки мы увеличили напряжение на входе АЦП.
В результате, на частотах 1, 2 и т.д. кГц компонентов искажений увидеть на уровне -140 дБ все равно не получилось.


Далее проверили искажения при уровне -10 дБ от максимума (без нагрузки, 4 Ом, 2 Ом):


Вывод. Снижение петлевого еще на 20 дБ все же привело к тому, что компоненты искажений в области ВЧ (особенно третья гармоника) оказались заметны. С другой стороны, компоненты в области максимальной чувствительности слуха все равно ослабляются очень хорошо.

На слух этот вариант схемы оказался самым лучшим из всех проверенных. Хотя общая разница все равно небольшая.
Мы еще послушаем этот усилитель в стерео, в разных вариантах исполнения. Также попробуем подключить на вход преобразователь "баланс-небаланс", и заменить разъемы RCA на XLR.
Также в планах настроить схему с транзисторами KSA1381 и KSC3503 от ONSemi. Они заказаны, и придут через 2 недели.

По предварительному итогу испытаний могу написать следующее. В процессе экспериментов мы изменяли глубину ОООС в диапазоне более 70 дБ !
В реальности разница по оцененным искажения в звуковой полосе оказалась за пределами возможности наших измерений.
Разница по субъективному восприятию также была совсем незначительной, но в пользу меньшей глубины ОООС, даже несмотря на появление заметных компонентов искажений на ВЧ при двухтональном сигнале.
К лучшему субъективному результату в конечном счете привел отказ от ППК и общей коррекции по опережению, и их замены на местную пропорционально-интегрирующую цепь ООС в первом каскаде усилителя.

[minimalman]

К лучшему субъективному результату в конечном счете привел отказ от ППК и общей коррекции по опережению

При этом 4-хполюсная коррекция (С16, С23) была отключена?

[bukvarev]

При этом 4-хполюсная коррекция (С16, С23) была отключена?

Да, отключена. Схема же была приведена в предыдущем посте.

[belka]

Offтопик:
- ППК! ППК! Матрица коррекции мной овладевает!
Слышите? Где-то далеко, где-то в темноте ночи Витька бьётся в истерике... не плачь, Витька, ты не виноват, что таким родился.

[minimalman]

Да, я просто хотел уточнить.
Получается, этот интегратор и +100500дБ не нужны - реальные параметры в зв. диапазоне практически не улучшаются.

[sia_2]

Ну да.. См. https://www.vegalab.ru/content/view/45/52/, в конце

Offтопик:
Структура типа Видерхольда имеет преимущества (как по звуку, так и по формальным параметрам) перед другими только при обеспечении широкополосности, то есть не очень резкого спада петлевого усиления с частотой за счет высокой частоты единичного усиления. Собственно, именно в этой структуре легче всего обеспечить широкополосность и минимальную задержку сигнала в "дискретной" части (задержка сигнала в монолитной ИС ОУ на практике всегда меньше, чем у дискретного аналога с аналогичным усилением). Попытки же сделать на основе этой структуры "простой" усилитель, агрессивно скорректированный по Найквисту с одновременно большим петлевым усилением и умеренной частотой единичного усиления - как правило, не дают хороших результатов. Несмотря на формально огромную глубину ООС.

[Ageres]

Картинка вспомнилась , после прочтения измерений. Я так понял древний ВВ-89 всех побил и дальше ничего проектировать уже и ненадо.
Надо ещё схему Видерхольда 1977 года было бы в прослушивание добавить. У которой ОУ суперский 153уд1. Вот она точно лучше всех будет.

[maxssau]

Offтопик:

Теперь искажения в области ВЧ (гармоники частот 19 и 20 кГц и компоненты вблизи несущих) стали заметны, и появилась их зависимость от нагрузки.

не совсем понимаю, зачем смотреть на "юбку" 19к+20к и то что после неё, если общепринятые тесты IMD смотрят совсем в другое место

как пример картинки с Ар (сигнал с опции IMD, внизу, и то что непосредственно измеряется, вверху).

[bukvarev]

Я так понял древний ВВ-89 всех побил и дальше ничего проектировать уже и не надо.

Надо. Только с учетом опыта, а не отвергая его. Тогда и результат будет.
Иначе получится "сверхлинейник обыкновенный":


---------- Сообщение добавлено 10:28 ---------- Предыдущее сообщение было 10:26 ----------

не совсем понимаю, зачем смотреть на "юбку" 19к+20к и то что после неё, если тесты ощепринятые тесты IMD смотрят совсем в другое место

Вы правы. Близлежащие компоненты попадают в полосы маскировки слуха.
Только об этом редко вспоминают.
В данном случае мне ничего внятного в звуковом диапазоне увидеть не удалось, поэтому и упомянул про ВЧ компоненты.
А так мы будем делать широкий режектор на 19+20, или ФНЧ с частотой среза 18 кГц.

[ОРорин]

Разница по субъективному восприятию также была совсем незначительной, но в пользу меньшей глубины ОООС, даже несмотря на появление заметных компонентов искажений на ВЧ при двухтональном сигнале.
К лучшему субъективному результату в конечном счете привел отказ от ППК и общей коррекции по опережению, и их замены на местную пропорционально-интегрирующую цепь ООС в первом каскаде усилителя.

Евгений, если не затруднит, исключите из работы транзисторы ВК на плате VT27, VT28 (ближние к выходным клеммам). Как изменится на слух звучание? Спасибо.

[Mexap]

Евгений, если не затруднит, исключите из работы транзисторы ВК на плате VT27, VT28 (ближние к выходным клеммам). Как изменится на слух звучание? Спасибо.

Сегодня провели такой тест в двух режимах:
1 - штатная нагрузка - трёхполосная напольная акустика с сопротивлением 8Ом
2 - параллельно этой акустике подключался резистор сопротивлением 0,5Ом.

Никакие приборные измерения не производили, а на слух значимой разницы мы не уловили.

[Dinosaurus]

Сегодня провели такой тест

Работа на низкоомную активную нагрузку (с контрольным прослушиванием). Можно прослушивать и на наушники с делителем напряжения.