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.

[misha88]

Ок, подправил.

Большое спасибо за проделанную работу. Вы ту плохую схему сотрите, но зато она прекрасный пример, что Ваша проверка работает и очень полезна (несмотря на всех критиков), раз сравнительно небольшие изменения приводят к такому сильному ухудшению, хотя по проверке на гармоники результаты не намного хуже.

[wert]

Ваша проверка работает и очень полезна (несмотря на всех критиков)

Рад оказать содействие в поиске "идеального усилителя"
Конструктивная критика любая воспринимается,
но я пока не обнародовал разработанные методы оценки амплитудно-фазовых искажений, амплитудно-фазовой конверсии,
динамической и статической нелинейности при воздействии на усилитель сложными сигналами.
Потому критикой эти выпады сложно назвать.

Ниже графики искажений, дающих представление об инерционных свойствах ваших усилителей.
Графики представлены в частотном домене.
Под комплексными искажениями понимаются статические и динамические как линейные так и нелинейные искажения.
На графиках комплексных искажений полностью доминируют статические линейные искажения,
хотя нагрузка усилителя 4 Ом подключена без RL барьера.
Уровень динамической нелинейности двух вариантов усилителей отличается значительно,
данные искажения полностью определяются стабильностью импедансов активных элементов усилителя
и усилителя в целом как замкнутой динамической инерционной системы с ОС.
Тесты достаточно жесткие - воздействующие разнополярные импульсы Дирака с частотой повторения 4 кГц,
спектр импульсов ограничен частотой 160 кГц.
Динамические искажения имеют очень низкий уровень, на порядки ниже многих известных мне моделей усилителей.

[Zvuk.]

вёдра то выливали, чёт я не помню. Хотя вроде читаю.

уведомления не приходят, нечаянно заметил.
Жуковский помогал Ланзар "пилить", "разжёвывал" ошибки, ссылки на учебники и т.д. Бан прилетел от очкарика, в теме "ни разу не по схемотехнике", наверное, обиделся, что назвал Его контору "Шаражкой", намекал, что он там "Пуп Земли" и все не угодные (от недалёго Ума) - сразу в "Баню". Надо быть скромнее, чужие медали на груди.. а по морде получить за это? Короче, этот сайт - секта в одном Лице. )) Жаль, "обратную Связь" с Жуковским потерял, там и остальные инженеры нормальные (помогали и ещё как).
Извините, не по теме, не смог на вопрос не ответить.

[misha88]

Вам нужен престиж?

При чём тут престиж. Форум предназначен для обмена идеями. Я на этом форуме с 2006 года, очень много почерпнул для себя, настало время возвращать. Пока дошёл до данных схем, потратил кучу денег, так что моя цель, дать другим сэкономить, не тратить деньги на не стоящие варианты, если конечно хочется идеального звуковоспроизведения.

Так мне нужны платы для СЧ/ВЧ варианта УМ и BOM, лучше КИТ.

Коммерцией я не занимаюсь. С платами проблема, я их делал из экономии универсальными для разных вариантов и они не подходят для популярного метода крепления на радиатор, сегодня стОит делать иначе, тем более, что сегодня цены на платы намного меньше, чем когда делал я. Что касается деталей, то выбор велик, всегда отвечу на вопросы, ограничен только выбор полевых сборок (лучше всего конечно LS843 или LS844, но они очень дорогие, можно попробовать КПС104Г, отобранные по минимуму разницы напряжения затвор-исток при токе 1 мА, не более 5 мВ) и выходных транзисторов (латеральные мосфеты).

[Vinni]

При чём тут престиж.

Это был риторический вопрос.

Теория это хорошо.
Но многие, в т.ч. и я, не потянут разработку такого УМ. Жаль.
Буду довольствоваться старым сансуем, который почему-то звучит не плохо.

Но всё равно спасибо, за ваши разработки!

[misha88]

Но многие, в т.ч. и я, не потянут разработку такого УМ.

Как раз коллега с работы, который уже 2 года обещает собрать данные УМ и даже приобрёл все детали, обещал скоро начать сборку с моей помощью, так что я буду выкладывать результаты по мере готовности, включая платы.

[wert]

коллега с работы, который уже 2 года обещает собрать данные УМ и даже приобрёл все детали, обещал скоро начать сборку с моей помощью,

Вегалаб не исключение.
Вашими моделями интересуются, модернизируют с первых ваших сообщений
Если не возражаете,
По просьбе Nemool выкладываю его модернизацию модели усилителя Misha88.
Нагрузка 4 Ом подключена без RL барьера.
Во временном домене ошибка управления и отклик из-за инерционных свойств имеет очень низкий уровень,
низкий уровень ошибки управления также связан с высокой устойчивостью усилителя при импульсном воздействии (в данном случае).
В частотном домене искажения также очень низкие.
Особенно динамическая нелинейность отражающая высокую стабильность импедансов элементов схемы и усилителя в целом как системы с ОС.
Динамическая нелинейность определена при уровнях импульсного воздействия отличающихся в 100 раз.
Пока на ВЕГАЛАБ для модели усилителя Misha88 и его модификаций
нет конкурентов по динамическим характеристикам и сверх низким искажениям, связанным с инерционными свойствами.
Схему и графики искажений модернизированной модели усилителя,
по просьбе nemool выкладываю.

[misha88]

По просьбе Nemool выкладываю его модернизацию модели усилителя Misha88

Есть 2 замечания по схеме. Генератор тока входного диф. каскада лучше сделать как в моей схеме, где используется каскод с полевиком в качестве ГТ, поскольку такой ГТ имеет очень малые шумы (значительно меньше, чем у ГТ на биполярах, независимо от источника смещения, а тем более стабилитрона). Посмотрите на рисунке подавление шумов источника тока входного диф. каскада, оно не такое значительное (и так во всех схемах на диф. каскадах), многие это не проверяют и ставят шумящие ГТ, ухудшая микродинамику. Второе замечание касается ВК. В данной схеме внутренняя ООС 100%-я, поэтому требования к стабильности выше, а тут 4-х каскадный ВК, я советую посмотреть на ВК от моей схемы УМ для мидбаса (тут https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2963089 ), там первый каскад ВК на мосфете с каскодом и такой вариант позволяет при нужном токе покоя (даже 10-20 мА при маломощном и низковольтном мосфете с малыми ёмкостями) иметь высокое входное сопротивление, в итоге хватает 3 каскада в ВК.

[wert]

Есть 2 замечания по схеме.

надеюсь nemool включится в обсуждение тонкостей бытия.

лучше сделать как в моей схеме, где используется каскод с полевиком в качестве ГТ

Посмотрел отношение сигнал/шум в полосе частот 1 кГц - 100 кГц
при амплитуде напряжения 25 В на нагрузке 4 Ом
ваша модель имеет SNR 113 дБ
модель nemool SNR 111,4 дБ
у вас выигрыш по шумам 1,6 дБ.

[Vinni]

wert, не корысти ради, токма истины для.
Если вас не затруднит, пожалуйста, не могли бы Вы промоделировать искажухи маво сансуЯ.
Дабы разницу узреть с Мишиными разработками и может быть истину уразуметь, чаво он падла звучит.
За Ваш комент из опыта сравнения измерений, тоже буду благодарен.

[wert]

wert, не корысти ради, токма истины для.

Вместе спросим у Misha88.
Если не против, почему бы и нет?
Можно и музыкальные фрагменты через модели усилителей пропустить и послушать разницу,
было бы желание сравнивать.

[nemool]

многие это не проверяют и ставят шумящие ГТ

При выборе источника тока в ДК, ориентировался на ГТ в фонокорректоре Корделла. На шум он не жаловался, у него где-то было в районе - 110дБ.

По ВК. У меня не 4-ка, а 3-ка, а точнее 2-ка, с однотактным каскадом с ОК после УН нагруженным на источник тока. 1hn04ch здесь выполняет больше развязывающую роль между УН и ВК.
Так что стабильность в таком виде выше, чем с предложенным вами варианте на БТ. Все-таки не хватает промежуточного каскада для раскачки. Сравнил оба ВК. Перый график - мой пример, второй - ваш.

[misha88]

Вместе спросим у Misha88

Конечно не против. Понятно, что моя схема не единственно верная и понятно существуют и другие хорошие схемы. Конечно один показатель не определяет сходство звучания, но сравнить интересно, даже просто, чтобы оценить метод проверки. Я свою схему за эти годы сравнивал на слух со многими промышленными японскими аппаратами, и их хозяева пока что признавали первенство за моей схемой, но из-за сложности её повторили единицы, так что если найдётся более простой достойный конкурент, то будет великолепно, я ратую не за свою схему, а за идеальное воспроизведение.

На шум он не жаловался, у него где-то было в районе - 110дБ

Да, это близко к правде с транзисторным ГТ, я же хотел добиться не хуже 120 дБ (симулятор неправильно оценивает шумы полевиков, видел статьи по этому поводу, но измерения показывают явно меньшие шумы у хороших полевиков).

[wert]

симулятор неправильно оценивает шумы полевиков, видел статьи по этому поводу, но измерения показывают явно меньшие шумы у хороших полевиков

Моя модель усилителя с LS843 на входе
дает под 120 дБ отношения сигнал шум
при 25 В амплитудного на нагрузке 4 Ом.
Другие модели полевиков дают по шумам явно хуже результат.
LS843 пока лидирует по многим характеристикам.

[Vinni]

Конечно не против.

wert, У моего сансуя переходной процесс где-то 200ms апасля включения.
Не стоит идеализировать модель.
Обычные THD, THDN, IMD чуть лучше паспортных.
Паспортные 0,03%.

[wert]

У моего сансуя переходной процесс где-то 200ms апасля включения.

Для железа это не мало.
Модель усилителя находится на грани устойчивости.
Реакция на одиночный перепад напряжения в точке сьема общей ОС
имеет ярко выраженный колебательный процесс во временном домене.
Модель усилителя в таком состоянии не имеет адекватной оценки по инерционным свойствам.
После приведения модели в устойчивое состояние можно будет провести тесты на уровень динамической нелинейности.

Всех форумчан с наступающим Новым Годом,
успехов, здоровья, творческих находок в нашем любимом хобби.

[Vinni]

Offтопик:
wert, Спасибо!

[audiomun]

Здесь используется схема DC Servo - X3.

Собственно, в симуляторе вполне возможно оценить это влияние на ПП - сравнением картинок, для случаев - с подключённой схемой серво DC, либо - без неё ...

[misha88]

Рад оказать содействие в поиске "идеального усилителя"

По просьбе одного товарища для его деталей поменял немного схему (см. ниже cir), просьба проверить нелинейную ошибку управления и динамические искажения, чтобы знать, не станет ли хуже от этих изменений.

am7.cir

[wert]

не станет ли хуже от этих изменений

Да конечно оценю модель.
Если не затруднит ноль выхода подстройте ближе к долям мВ, что то моделька сопротивляется