Вариант идеального усилителя мощности для средних частот

[misha88]

Эта тема является продолжением моих двух предыдущих тем, но если те темы были общие, то эта тема связана с конкретной схемой, и эту тему и схему я посвящаю моему отцу, который умер месяц назад. Эта тема только для тех, кому важен звук, а не экономия транзисторов.

Целью схемы было получение пренебрежимо малых искажений без потерь в быстродействии и без кривой исходной ФЧХ. Если посмотреть на исходную ФЧХ усилителей с большой глубиной ООС в единственной или главной (при нескольких петлях) петле ООС, то видим её резкое изменение в самой важной части звукового диапазона с дальнейшим заходом за 180 градусов (особенно этим отличился Жуковский и его компания). Обойти это можно только применяя несколько петель ООС, но обычные методы (это видно по множеству схем за последние лет 50) не на много уменьшают искажения выше нескольких кГц и зачастую ухудшают быстродействие. Но есть метод (Nested Miller Compensation, патент US4243943, см. первый рисунок), который позволяет решить все проблемы. В предыдущих темах я приводил схему своего усилителя для твиттера по данному методу (преобразователь напряжение-ток, нагруженный на мощный интегратор) с постоянной 90 дБ глубиной ООС вплоть до 20 кГц и очень малой задержкой (70 нс) в петле ООС. Но данный метод, как видно из рисунка, позволяет наращивать количество преобразователей напряжение-ток и интеграторов, при этом, что интересно, устойчивость мало страдает, а значит и быстродействие падает не намного.

Итак, в схему от твиттера (на горизонтальных мосфетах) были введены ещё один каскад (см. второй рисунок, в середине полевик J8 и дальнейшие транзисторы) и ещё одна петля ООС (конденсатор С6), в итоге задержка в петле ООС увеличилась всего в 2 раза (до 130 нс) из-за увеличения коррекции, но глубина ООС с 90 дБ увеличилась до 130 дБ и постоянна до 10 кГц (см. третий рисунок), при этом исходная ФЧХ (см. 4-й рисунок) в главной петле ООС постоянна. Если сложить ФЧХ всех 3-х петель ООС, то суммарная ФЧХ будет с заходом за 180 градусов, ведь законы физики не обойти при такой глубине ООС, но фокус в том, что внутри каждой петли ФЧХ соответствует ФЧХ цепи со спадом -6 дБ/октава, в этом и достоинство деления одной глубокой петли на несколько меньших. На пятом рисунке показаны гармонические искажения.

[Ageres]

ЦАП может воспроизвести что угодно (в нём ООС нет), но даже ЦАП-ы бывает плохие.
Именно хороший, а не те, которые клепают на рцл.

ЦАП не может воспроизвести что угодно. Есть некие ограничения которые он перешагнуть никак не может. Во первых теорема Котельникова(не будем её жевать, все и так знают) во вторых как ни странно у ЦАПов на выходе стоят ОУ.
Мало того цапы состоят из транзисторов , частотные свойства которых тоже ограничены. Так что нет, не всё что угодно. Могут кое что, да. Почитайте Вадима Могильного, он всё про цапы рассказывает что нет смысла делать усилки круче , ибо цапы не поспевают. В общем примем равенство- цап не быстрее усилителя, а если быстрее то несопоставимо дороже, и тут мы приходим к экономике. А кто его купит тогда?
Про усилители которые клепают на рцл.. А вы про какие? Там гибридные, и безоосные есть и на ОУ и дискрете. То есть вы всех победили, я так понимаю?))

[nemoli]

а рцл.. А вы про какие? Там гибридные, и безоосные есть

Offтопик:
По моему за лампы и безосники там сразу банят. Или мы про разные рцл?

[Ageres]

Offтопик:
По моему за лампы и безосники там сразу банят. Или мы про разные рцл?

https://rcl-electro.ru/threads/%D0%A...%B5-%D0%90.30/
Вроде не банят. Или, может, не сразу?)

[mellowman]

Если бы при этом с фазой не происходили ужасные вещи, то кто был бы против. Именно из-за фазы и весь сыр-бор и усложнение схемы. За последний десяток лет я уже огромную статистику набрал (в т.ч. от неизвестных мне людей в их переписке с другими, которые передавали мне), что общая петля ООС должна быть однополюсная (-6 дБ/октава) для качественного звуковоспроизведения и ФЧХ до ООС должна быть ровная как минимум в частотной зоне максимальной чувствительности ушей, так что спорить мне смысла нет, делать ли одну петлю, портя ФЧХ, или усложнять схему (причём за счёт копеечных маломощных деталей) и наслаждаться звуком.

Убедительно бы было ткнуть носом, вот ЛТСпайс/Найквист/Фурье/кто-то ещё не учитывает такое влияние и кто-то в модели это игнорирует, а оно есть. Можно даже с осциллограммой/тхд для примера на хорошем и плохом усилителе. Без этого получается вопрос веры — в Мишу88 или Сагги, либо слуховых предпочтений: кто слушает шумовой набор прямоугольных импульсов, а кто сумму синусов не быстрее 20кгц

Спрашивайте у форумчанина с ником Wert. У него есть разные динамические тесты, в т.ч. на фазу.

Ох, этого бы хотелось избежать, а то я где-то даже сохранял один перлов что-то в духе спектра фазы розового шума

[waso]

Почитайте Вадима Могильного, он всё про цапы рассказывает что нет смысла делать усилки круче , ибо цапы не поспевают.

Говорил и буду говорить это: минимум искажений у ЦАПов достигается при максимально возможном выходном уровне, что и задокументировано в ДШ, со снижением же уровня искажения начинают расти-меньшее число отсчётов понижает точность передачи мгновенного значения сигнала, в то время как у усилителей наоборот-чем меньше сигнал, тем меньше искажений. Но не все слушают 100-300Вт усилитель дома на всю дурь, верно?

Offтопик:
ЗЫ. Спортивный интерес, как и многое другое, очень легко довести до маразма и не выходить из этого состояния, что и наблюдаем на "форуме" жучилы.

[alexcp]

у усилителей наоборот-чем меньше сигнал, тем меньше искажений

Обычно минимальные искажения получаются как раз перед входом в клип:

[waso]

Обычно минимальные искажения получаются как раз перед входом в клип:

Это графики искажения+шум.

[alexcp]

Просматривается пара более-менее знакомых тем.

Во-первых, известное психоакустическое наблюдение, что если петлевого усиления мало, то для лучшего звучания его должно быть равномерно мало (а искажений - равномерно много) в рабочем диапазоне частот:

если полюс выбрать 20 кГц, то во всём звуковом диапазоне глубина ООС будет всего 50 (на самом деле 50-70, поскольку полюс меряется на уровне -3 дБ), а если полюс выбрать 20 Гц, то глубина ООС только на 20 кГц будет та же, но на 2 кГц уже 500, а на 200 Гц уже 5000.

Эту идею, кстати, поддерживают разные более и менее известные люди, от Шушурина-Ламма до Бруно Путзейс. Они говорят, что рост петлевого усиления на НЧ дает характерное и не самое приятное звучание.

Во-вторых, желание иметь хорошую переходную характеристику (=отклик на импульсное воздействие):

звуковой сигнал импульсный и составной, т.е. ООС должна в импульсе сохранить все сдвиги фаз между составляющими звукового сигнала

Остается непонятным, почему этих двух благородных целей можно достичь исключительно миллеровской коррекцией, непременно заплатив линейностью.

Пример равномерно низкого петлевого усиления без помощи Миллера:
- этот, кстати, звучит отменно.

В качестве примера усилителя с превосходной переходной характеристикой при большом петлевом усилении и с многополюсной коррекцией см., например, "современный любительский" ViktKors-а.

---------- Сообщение добавлено 08:39 ---------- Предыдущее сообщение было 08:20 ----------

Это графики искажения+шум.

Если "+шум" смущает, то можно порассуждать, почему искажения+шум в классе А меньше, чем в классе Б, хотя так же падают с ростом уровня сигнала:

[Zvuk.]

Или, может, не сразу?)

по троллят, ведра Г. выльют, а когда ответить не чем объявляют "неадекватным" и отправляют в вечный бан. Это форум одного человека, остальные лишь ... нюхают. По мне, сайт для сектантов.

[Ageres]

по троллят, ведра Г. выльют, а когда ответить не чем объявляют "неадекватным" и отправляют в вечный бан. Это форум одного человека, остальные лишь ... нюхают. По мне, сайт для сектантов.

Что-то много людей обиженных на злого Жуковского я встречаю повсюду. Ну так он там даже не модератор, уж про админа я молчу.
А где там на вас, Сергей, вёдра то выливали, чёт я не помню. Хотя вроде читаю.

[misha88]

во вторых как ни странно у ЦАПов на выходе стоят ОУ

Я имел ввиду чистый ЦАП, без учёта выходной схемы и без ОУ внутри микросхемы ЦАП (это ширпотребные ЦАП и для таких сложные усилители нет смысла делать, для меня качественные ЦАП могут быть только с токовым выходом).

Про усилители которые клепают на рцл.. А вы про какие?

Только про те, где накручена глубина ООС без учёта последствий для ФЧХ, а таких там большинство.

Без этого получается вопрос веры

В моём случае основано на статистике прослушивания разных вариантов множеством людей, включая личное прослушивание.

непременно заплатив линейностью

Непонятное утверждение. Линейность каскадов зависит исключительно от их схемотехники (у меня все каскады очень линейны за счёт применения полевиков, каскодов, диф. включения, нужного режима по токам и напряжениям), при чём тут эффект Миллера? Зато эффект Миллера упрощает получение нужного быстродействия при одинаковых частотах полюсов (частот среза), т.к. позволяет резко уменьшать ёмкости коррекций по сравнению с другими вариантами коррекций.

Пример равномерно низкого петлевого усиления без помощи Миллера

Если на АЧХ петлевого усиления и на АЧХ усиления схемы после охвата ООС имеется даже минимальный подъём, то о качественном воспроизведении можно забыть, это всегда приводит к сильному перерегулированию на импульсном сигнале.

с многополюсной коррекцией

Если это ещё как-то работает в схемах на ОУ (когда на выходе быстродействующий и широкополосный ОУ), то в УМ с ВК на мощных транзисторах очень редко, особенно в них плоха двухполюсная Миллеровская коррекция (с двумя конденсаторами), убивает динамичную музыку (затягивает фронты и спады).

[Hennady]

рост петлевого усиления на НЧ дает характерное и не самое приятное звучание.

есть такое - тоже при прослушивании отдавалось предпочтение именно росту значение полюса, который свыше 5кГц у же не так значительно воспринимался, но увеличение петлевого на НЧ, как правило, в ущерб значения полюса все таки не воспринимался как прирост качества...

[misha88]

Они говорят, что рост петлевого усиления на НЧ дает характерное и не самое приятное звучание

Подозреваю, что это связано с малым петлевым усилением в их усилителях, особенно на частотах выше пары кГц, т.е. получается, что выше пары кГц у них искажения слышны, а с понижением частоты меньше, вот и дисбаланс. Если же в усилителе во всём рабочем диапазоне искажения ничтожны, то изменение петлевого усиления не может быть заметным. В моём усилителе, кстати, суммарная глубина ООС постоянна во всём рабочем диапазоне (график в первом посте). И, кстати, во всех "звуковых" ОУ, да и в большинстве обычных, петлевое усиление растёт на НЧ, но никто не жалуется, а потому что, в отличие от УМ, для нормальных ОУ получаются малые искажения даже при простой однополюсной АЧХ.

[Корень]

Мои соболезнования!
Схема - классная.

[misha88]

Спасибо всем за соболезнования. По просьбам выкладываю схему защиты (см. рисунок). Поскольку использованный метод коррекции требует минимальных индуктивностей между цепями ООС и ВК, не использовано реле на выходе усилителя. Для защиты использован метод отключения силового питания (на рисунке мосфеты, могут быть любыми с малым сопротивлением канала, менее 0.1 Ом), которыми управляет триггерная схема (применены 2N5551 и 2N5401). Для защиты динамиков применяется обычная схема выделения пост. напряжения и задержки при включении (здесь не показана), только на её выходе вместо реле стоИт оптрон (на схеме Х1), который разрешает включение мосфетов только после некоторой задержки, а также закрывает их при появлении пост. напряжения на выходе. При этом через резисторы R24 и R25 всегда подаётся напряжение, но оно безопасно для динамиков (ток менее 0.5 А) и позволяет вывести усилитель в рабочий режим при включении (номинал этих резисторов определяется так, чтобы при токе покоя ВК на стоках ВК было напряжение 5-10 В) до включения мосфетов.

[wert]

Спасибо всем за соболезнования.

если имеете желание оценить динамическую нелинейность вашей новой схемы относительно предыдущего варианта,
выложите в МС модели двух усилителей,
результаты оценки представлю.

[misha88]

если имеете желание оценить динамическую нелинейность вашей новой схемы относительно предыдущего варианта,
выложите в МС модели двух усилителей,
результаты оценки выложу.

Выкладываю модель данного усилителя, но напомню, что он предназначен для СЧ диапазона, так что быстродействие хуже, чем у усилителя для твиттера, который Вы проверяли ранее, но сравнить интересно.

am12с.cir

[wert]

быстродействие хуже, чем у усилителя для твиттера, который Вы проверяли ранее, но сравнить интересно.

Как правило динамические нелинейности определяются не быстродействием
а стабильностью импедансов активных и пассивных элементов схемы
при динамических воздействиях.
ну Вы часто пишите в своих постах об этом
и связываете это с качеством звука
и это бесспорно.

На графиках нелинейная ошибка управления замкнутой системы (усилителя с ОС),
представлен отклик на импульсное воздействие во временном домене.
Ошибка представлена в процентах.
Модели усилителей имеют соизмеримую ошибку управления.
В частотном домене динамическую нелинейность оценю позже.

[misha88]

Ваша новая схема с многопетлевой ОС явно выигрывает.

Вы не с той схемой сравниваете, ниже старая схема, а ту, что Вы взяли, была просто как иллюстрация для одного обсуждения, она не рабочая.

am11_old.cir

[wert]

выкладываю старую схему

Ок, подправил.