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]

Offтопик:

А насыщение? Или просто срыв режима (усиления и фазы) - разве для условно-устойчивых схем это не самое страшное?

Наверное, все таки не насыщение, а ограничение. Да, для условно-устойчивых систем это явление неприятное. В каждом случае решается индивидуально. Ведь при ограничении фаза сигнала в этом каскаде сохраняется, и все зависит от поведения тех каскадов, которые еще остались в линейном режиме, формируя реакцию системы, а также от их параметров в нелинейном режиме (времена перезарядов емкостей и т.п.).

[minimalman]

Offтопик:

Наверное, все таки не насыщение, а ограничение.

Там на глаз половина каскадов насыщается, не?

Ведь при ограничении фаза сигнала в этом каскаде сохраняется,

В нелинейном режиме трудно вообще говорить о фазе, афаик теория нелинейных цепей работает только до 5..10% искажений.

[bukvarev]

Offтопик:

В нелинейном режиме трудно вообще говорить о фазе

Есть такое. Это вопрос терминологии. Например, у фазо-модулированного сигнала эфирного вещания, после прохождения через усилитель-ограничитель, "фаза" сохраняется.

[minimalman]

Offтопик:
Мне кажется, фаза сигнала и фаза к-та усиления - разные вещи.

[wert]

Лопнет всё при включении. Думать ещё надо.

Вадим в правильном направлении пошел.
Немного покрутив коррекции и режимы доп каскада коррекции
удалось получить уменьшение
динамических линейных искажений с 0,3% до 0,2%
динамическая нелинейность амплитуды и фазы уменьшена на порядок до 0,002-0,003% (близко к результату УМЗЧ ВВ 89).
При этом время регулирования (ИХ) достигло 160 нсек, ошибка регулирования очень низка, ее максимум при времени 64 нсек.
Амплитуда первого полюса меньше единицы, что дает уверенность в пассивной реакции полюса на воздействие коммутационных и других помех.
Модель усилителя belka вправе претендовать на сверхлинейность.
Поздравляю.

[belka]

Поздравляю.

Спасибо, за высокую оценку, но я ещё подумаю - очень хочется удержаться в минимальном количестве активных компонентов и сделать всё железобетонно надёжным, как у авторов прототипов.

[begemot61]

Вадик а скажи мне как художник художнику, как меняется петлевое при постоянке на выходе около 0, близко к максимальному + и -. Не в насыщении, в ещё активном режиме.
Меня терзают смутные сомнения по поводу реализации "изюминки". Скорее всего беспочвенные.

[wert]

чень хочется удержаться в минимальном количестве активных компонентов и сделать всё железобетонно надёжным, как у авторов прототипов.

Данная топология имеет очень большие возможности.
Вариантов настройки коррекции и режимов,
компромиссов между устойчивостью к импедансу нагрузки, добротности и амплитуды первого полюса
и динамическими искажениями,
вариантов привеликое множество.
Один из вариантов представлен на рис.,
при устойчивости к емкостной нагрузке 10 нФ (без RL барьера),
динамическая нелинейность снижена на порядок.
Амплитуда первого полюса немного выше единицы, но
если использовать антиклипп и супер А в ВК,
тогда усилитель будет очень хорош в плане звука.
Вадим, творческих успехов.

---------- Сообщение добавлено 10:50 ---------- Предыдущее сообщение было 10:15 ----------

как меняется петлевое при постоянке на выходе около 0, близко к максимальному + и -. Не в насыщении, в ещё активном режиме.

Пока модель включена
представлю графики изменения коэффициента усиления при кусочных воздействиях на постоянном токе (это все же результирующий параметр)
при двух температурах 10⁰ и 50⁰ С.
Изменения коэффициента усиления в диапазоне воздействия отражается в 5 знаке после запятой.

[Валет]

"палки" привязаны к моментам перехода сигнала через "0", то их мощность в среднем небольшая, особенно учитывая, что при введении ОООС в усилитель, полоса "палок" расширяется, а мощность (и та, продетектированная часть, тоже) уменьшается. Тем не менее, мы проводили эксперименты по их выявлению "на слух". Да, они заментны, но при адекватном конструктиве и правильном токе покоя не являются главными среди искажений, определяющих характер звучания усилителя в режиме АБ. Естественно, если речь идет об некотором "сверхлинейнике", то эти искажения нужно по возможности минимизировать.
…
Совместно (а над проектом работало 4 человека) мы пытались выловить субъективно значимые продукты искажений. Как раз те "шумовые полки", и другие продукты, порождаемые в том числе и переходными процессами.

"Палки", "шумовые полки", «переходные» искажения» и другие продукты искажений, порождаемые в том числе и переходными процессами, являются следствием нелинейностей ПФ УМЗЧ. Других причин для этого нет. Проявляются эти нелинейности в том, что усиленный сигнал перестает соответствовать исходному. Разница между ними и является мерой искажений. При измерениях эта разница, согласно стандартам, измеряется на синусоидальных сигналах. Для сигналов произвольной формы также нет никаких проблем с выделением этой разницы. Анализ разницы (в т.ч. с применением БПФ), изменение параметров (в т.ч. напряжения) отдельных компонентов разницы с введением их в исходный (неискаженный) сигнал и дало бы возможность выловить субъективно значимые продукты искажений. Но даже если такие результаты были бы получены, практическое значение их при разработке УМЗЧ сомнительно. Для повышения качества усиления просто надо всеми способами, в т.ч. расширением полосы эффективной работы ОООС, добиваться максимальной линейности ПФ.
А пока ваши исследования больше похожи на поиск черной кошки в темной комнате.

ИМХО

Offтопик:
Хорошо бы, если wert рассказал по каким признакам из общих НИ УМЗЧ нужно выделять те, о которых он давно говорит. Может быть, появилась бы относительно них хоть какая-то ясность.

С переходными искажениями все несколько иначе. Если полностью их убрать не получается, то лучше их вынести максимально выше по частоте, чтобы они оказали меньшее влияние на остальные каскады устройства. При этом остаток, попадающий в звуковую полосу и слышимый при работе аппарата будет меньше, хотя по осциллографу общий уровень искажений может при этом не измениться.

Переходными искажениями называют искажения прямоугольных импульсов. Реальный звуковой сигнал их не содержит. Если в усилителях очень невысокого качества такие искажения и влияют на качество усиления, то учитываются при измерениях НИ в рабочей полосе частот.

Именно поэтому звучание усилителей, обладающих глубокой ОООС и показывающих близкие метрологические результаты, различается, а проектирование сопровождается значительной долей непредсказуемости.

Это свидетельствует только о несоответствии метрологического обеспечения обозначенным целям.

[bukvarev]

Переходными искажениями называют искажения прямоугольных импульсов. Реальный звуковой сигнал их не содержит. Если в усилителях очень невысокого качества такие искажения и влияют на качество усиления, то учитываются при измерениях НИ в рабочей полосе частот.

Шкритек. Справочное руководство по звуковой схемотехнике.

[Игорь Гапонов]

Любое отличие от заранее заданной функции объекта является искажением. И отдавать это всё вот так: "Палки", "шумовые полки", «переходные» искажения» и другие продукты искажений, порождаемые в том числе и переходными процессами, являются следствием нелинейностей ПФ УМЗЧ. Других причин для этого нет. [конец цитаты] на откуп детерминированной нелинейности объекта в лучшем для оппонента случае наивно.

[Валет]

Любое отличие от заранее заданной функции объекта является искажением. И отдавать это всё вот так: "Палки", "шумовые полки", «переходные» искажения» и другие продукты искажений, порождаемые в том числе и переходными процессами, являются следствием нелинейностей ПФ УМЗЧ. Других причин для этого нет. [конец цитаты] на откуп детерминированной нелинейности объекта в лучшем для оппонента случае наивно.

Попроще, для недоучек, можно изложить? Ну, не все же академиев кончали.

[Игорь Гапонов]

Offтопик:
рефрэн:Позолоти ручку, косатик.

[Валет]

Шкритек. Справочное руководство по звуковой схемотехнике.

Не заметил сразу вашего поста.

Вот определение переходных искажений из 2-х источников.

Определение. Искажения выходного импульса по сравнению с входным прямоугольным импульсом называются переходными искажениями

Переходным искажением называют искажение прямоугольного импульса, которое подается на вход усилителя. На выходе такой импульс будет иметь уже другую форму, вызванную искажением сигнала внутри самого усилителя

Но прямоугольных импульсов в звуковом сигнале нет. Что касается ваших цитат, то они относятся к древним УМЗЧ, для некоторых из которых быстродействия не хватает уже на (верхних) ЗЧ. Искажения УМЗЧ в этом случае мало отличаются от искажений прямоугольного импульса. Для современных УМЗЧ это не характерно. Но

Если в усилителях очень невысокого качества такие искажения и влияют на качество усиления, то учитываются при измерениях НИ в рабочей полосе частот

Больше замечаний по моему посту нет?

Offтопик:

рефрэн:Позолоти ручку, косатик.

кагбэ про белого бычках.

[belka]

Женя, график, на входе смещение -1в,0в,+1в.:

[bukvarev]

Offтопик:

Но прямоугольных импульсов в звуковом сигнале нет. Что касается ваших цитат, то они относятся к древним УМЗЧ, для некоторых из которых быстродействия не хватает уже на (верхних) ЗЧ. Искажения УМЗЧ в этом случае мало отличаются от искажений прямоугольного импульса.

Прямоугольность импульсов здесь совсем не при чем.
Это просто особенности перевода слов "transition" и "crossover". Вот пример из современной литературы. Все там написано и про искажения, и про методы борьбы с ними.

Дальше по тексту он оценивает возникновение этих искажений, подавая на вход усилителя синусоидальный сигнал.

Больше замечаний по моему посту нет?

Конечно есть, только не вижу смысла что-либо доказывать, поскольку критерий истины - практика.
А на практике "усилитель из папки", построенный "по всем правилам", оказался, мягко сказать, не лучше конкурирующего аппарата.

[begemot61]

Женя, график, на входе смещение -1в,0в,+1в.:

Спасибо. Отлично. Т.е. никаких практических проблем с "изюминкой" не наблюдается.

[Валет]

Прямоугольность импульсов здесь совсем не при чем.
Это просто особенности перевода слов "transition" и "crossover". Вот пример из современной литературы. Все там написано и про искажения, и про методы борьбы с ними.

Давайте не будем зацикливаться на терминологии и будем просто говорить о искажениях, как отличиях усиленного сигнала от исходного. Причины эти отличий разнообразны. Не претендуя на точность определения я назову некоторые:
1 - Центральная отсечка (ступенька) – резкое изменения усиления вблизи нулевого уровня сигнала
2 - Ограничение - то же для большого сигнала
3 - Динамические искажения – искажения, возникающие при неспособности УМЗЧ отработать быстрые изменения сигнала
4 - Искажения при коммутации плеч ВК.
5 - Дифференциально-амплитудные искажения – искажения из-за зависимости усиления от напряжения и тока на выходе
6 - Дифференциально-фазовые искажения - искажения из-за зависимости частотных свойств от напряжения и тока на выходе
Перечень не полный (может, и wert что-то добавит ), но можно упомянуть и переходные искажения (переходные процессы), возникающие из-за быстрых изменений сигнала по п.п. 1,2,3, хотя нельзя считать их значимыми для УМЗЧ (даже не слишком высокого качества) на современных транзисторах. Вы можете привести примеры подобных искажений (кроме ограничения по п.2 из-за перегрузки) в современных УМЗЧ? А вообще, я бы не относился к книге Селфа слишком серьезно. С технической точки зрения - это не более чем букварь, причем самого начального уровня

Совместно (а над проектом работало 4 человека) мы пытались выловить субъективно значимые продукты искажений.

Для выполнения поставленной Вами задачи надо прежде всего определить признаки, по которым можно выделить из искажений УМЗЧ эти субъективно значимые продукты искажений. Как вы пытаетесь без этого провести анализ их значимости не понятно, а по-моему просто не возможно.

не вижу смысла что-либо доказывать, поскольку критерий истины - практика.

В чем тогда смысл ваших исследований?

[bukvarev]

Offтопик:

надо прежде всего определить признаки, по которым можно выделить из искажений УМЗЧ эти субъективно значимые продукты искажений

Часть искажений синтезировалась на модели, а затем прослушивалась. Часть (та же регулировка тока покоя) изменялась на макете усилителя. Поэтому особых проблем с определением того, как звучат "ступеньки", "гармоники" при разном виде нелинейности, "случайное изменение коэффициента передачи" или "ограничение" у нас не возникло. Как не возникло особых затруднений и с выделением среди них наиболее неприятных на слух.

В чем тогда смысл ваших исследований?

В создании хороших усилителей (и не только). Потому что часто случается, что усилитель "А", который заявлен как имеющий исчезающе малые искажения какого-то вида или вообще всех видов (), при сравнении с усилителем "В", в котором никаких особых вундервафлей не заявлено, субъективно не только не выигрывает, но даже сливает. И это является поводом для проведения исследований в разных странах, поскольку все же основное предназначение усилителя - воспроизведение музыкальных фонограмм.

[hippo64]

В создании хороших усилителей (и не только). Потому что часто случается, что усилитель "А", который заявлен как имеющий исчезающе малые искажения какого-то вида или вообще всех видов (), при сравнении с усилителем "В", в котором никаких особых вундервафлей не заявлено, субъективно не только не выигрывает, но даже сливает. И это является поводом для проведения исследований в разных странах, поскольку все же основное предназначение усилителя - воспроизведение музыкальных фонограмм.

Любой хороший повар прекрасно знает, что при взгляде на процесс готовки знакомого ему блюда на мониторе, он может ощущать запахи, это человеческий мозг. Поэтому вашим исследованиям грош цена всем, кроме вас. Это только ваш опыт.