Мой опыт создания идеальной послецаповой схемы

[misha88]

Эту тему, как и предыдущую (про УМ), посвящаю своему отцу, и она отражает мой личный опыт создания "идеальной" звуковой системы. В своих темах про усилители я рассказывал про свои усилители, которые реализованы по многополосной структуре (свой УМ для каждого динамика), а физически реализованы как моноблоки и расположены недалеко от колонок. Соответственно ЦАП расположен сравнительно далеко от усилителей, поэтому есть проблема качественной подачи сигнала с ЦАП на усилители. Ниже я привожу схематически моё решение данной проблемы. На рисунке слева это выход токового ЦАП с вытекающим током (показан один канал), где каждый ОУ поддерживает напряжение на выходе ЦАП близко к нулевому, но при этом к сигналу отношения не имеет и весь выходной ток проходит только через мосфеты, что обеспечивает идеальную (абсолютно без искажений) передачу тока от ЦАП в усилитель. Справа показана схема, находящаяся в каждом моноблоке, входные полевики обеспечивают низкое входное сопротивление и без потерь передают ток на резисторы.

Что даёт такая схема? Во-первых, полностью решена проблема межблокового соединения. Не требуются дорогущие провода и разъёмы, поскольку их качество не важно при подаче тока, в отличие от стандартной передачи напряжения. Во-вторых, получаются рекордно высокая точность и рекордно низкие искажения, поскольку только один ОУ (вычитатель Х5) участвует в получении нужного сигнала. Понятно, резисторы должны быть высокоточные, я использовал фольговые 0.01% точности, но можно взять и на 0.1% и отсортировать. Мосфеты на выходе ЦАП использовал 5LP01C (как и в своих усилителях) из-за их малой ёмкости переходов. Полевики на правой части любые с большой крутизной (для получения малого входного сопротивления) и малыми ёмкостями, я использовал CPH3910. Конденсаторы фольговые FKP-2 на 2.5% и отсортированы по пАрам. Выходной ОУ советую OPA828.

[jett]

misha88, обратил внимание, что вычитатель на Х5 (сх. из 1го поста) включен без буферов и поэтому отбирает в три раза отличающийся ток от каскадов на J1 и J2. По этой причине теряется смысл в подборе резисторов с точностью до 0,01%. О полноценном подавлении синфазки вряд ли можно говорить.

[Semigor]

misha88, обратил внимание, что вычитатель на Х5 (сх. из 1го поста) включен без буферов и поэтому отбирает в три раза отличающийся ток от каскадов на J1 и J2. По этой причине теряется смысл в подборе резисторов с точностью до 0,01%. О полноценном подавлении синфазки вряд ли можно говорить.

С чего это вдруг? В схеме все ОК.

[misha88]

misha88, обратил внимание, что вычитатель на Х5 (сх. из 1го поста) включен без буферов и поэтому отбирает в три раза отличающийся ток от каскадов на J1 и J2. По этой причине теряется смысл в подборе резисторов с точностью до 0,01%. О полноценном подавлении синфазки вряд ли можно говорить.

Прекрасно подавляет синфазку и без буферов. В симуляторе входы R3 и R5 соединил вместе и через резистор 250 Ом подал сигнал от генератора, на выходе для OPA827 получаем -130 дБ на 1 кГц и -110 дБ на 20 кГц. И вычитание получается правильным без буферов, хотя и ток через R3 и R5 разный. Например, когда ток через J1 равен 7 мА, а через J2 5 мА (т.е. +-1 мА относительно тока покоя 6 мА), тогда на выходе симулятор показывает 0.47619 В, а когда ток через J1 равен 10 мА, а через J2 2 мА (т.е. +-4 мА относительно тока покоя 6 мА), тогда на выходе симулятор показывает 1.90476 В, делим 1.90476 на 0.47619, получаем точно 4, что точно равно изменению разницы входного тока тоже в 4 раза.

[Semigor]

...хотя и ток через R3 и R5 разный

Ну вы даете! Конечно одинаковый. Правые выводы резисторов R3 и R5 подключены к эквипотенциальным входам ОУ, поэтому входные сопротивления по входам одинаковы. Соответственно, никакие буфера не нужны.

[jett]

Правые выводы резисторов R3 и R5 подключены к эквипотенциальным входам ОУ

Правильно. Только какой потенциал у этих входов в режиме сигнала? Не нулевой же.

---------- Сообщение добавлено 00:50 ---------- Предыдущее сообщение было 00:37 ----------

В симуляторе входы R3 и R5 соединил вместе и через резистор 250 Ом подал сигнал от генератора

Такой тест не соответсвует реальной ситуации, потому что у вас по плечам, на стоках, получаются слегка разные импедансы, а не точно и одинаково 250 ом. Поэтому и желательны высокоомные буферы, либо просто одинаковые входные сопротивления у вычитателя.

[Semigor]

Только какой потенциал у этих входов в режиме сигнала? Не нулевой же.

Не важно какой, главное одинаковый.

...на стоках, получаются слегка разные импедансы, а не точно и одинаково 250 ом

И насколько же разные?

Поэтому и желательны высокоомные буферы, либо просто одинаковые входные сопротивления у вычитателя.

Еще раз, входные сопротивления у вычитателя одинаковые. Это следует из принципа работы ОУ, охваченного ООС.

[misha88]

Такой тест не соответсвует реальной ситуации, потому что у вас по плечам, на стоках, получаются слегка разные импедансы, а не точно и одинаково 250 ом. Поэтому и желательны высокоомные буферы, либо просто одинаковые входные сопротивления у вычитателя.

В данной схеме буферы не нужны. Вот ниже симуляция подавления синфазных помех точно по схеме, т.е. два генератора тока (заменяют полевики), получающие одинаковый сигнал. Для синфазного сигнала импедансы равны и без буфера.



cr2.cir

[Semigor]

Для синфазного сигнала импедансы равны и без буфера.

Для дифференциального сигнала тоже.

[antecom]

Для дифференциального сигнала тоже.

Токи по входам разные, а импедансы равны?

[jett]

Semigor, J1 нагружен на 250 ом||10ком, J2 - 250ом||3333ом. В первом приближении.

---------- Сообщение добавлено 12:55 ---------- Предыдущее сообщение было 12:41 ----------

misha88, у вас относительно длинная линия передачи сигнала, на неё наводятся помехи в виде синфазного напряжения на истоках J1 и J2. Далее, поскольку нагрузка в стоках неодинаковая, эта помеха превращается в дифференциальное напряжение на входах вычитателя.
Чтобы этого не происходило, нагрузки стоков должны быть одинаковыми.

[misha88]

Чтобы этого не происходило, нагрузки стоков должны быть одинаковыми.

Нагрузки и так практически одинаковы. Я же Вам дал файл симуляции, можете сами убедиться. Вот ниже пример, на одном синфазная помеха в виде двух одинаковых токов 6 мА, на втором 2 мА, как видите, напряжение на выходе отличается всего на 0.25 мкВ, а токи через резисторы во всех случаях отличаются всего на 13 нА, что означает практически одинаковый входной импеданс вычитателя для синфазной помехи (а если бы смещение ОУ было ноль, то и отличие бы было ноль, а входные импедансы абсолютно равными).

[Semigor]

Токи по входам разные, а импедансы равны?

Дифференциальное входное сопротивление измеряется при подаче входного сигнала между входами, а не относительно земли, как на Вашем рисунке.

[jett]

Semigor, речь о том, что с плеч в режиме сигнала отбираются разные , в три раза , токи.

---------- Сообщение добавлено 13:48 ---------- Предыдущее сообщение было 13:45 ----------

misha88, вы закладываете в симуляцию синфазные токи, и тут всё верно. Но помеха на вашу линию передачи приходит в виде напряжений на истоках. Попробуйте так.

[Semigor]

Semigor, речь о том, что с плеч в режиме сигнала отбираются разные , в три раза , токи.

Ну да, где то 0.3 и 0.1 мА при токе покоя через полевики 6 мА. И почему это плохо?
Впрочем, если речь идет об "идеальной" схеме, то претензии обоснованы

[misha88]

Но помеха на вашу линию передачи приходит в виде напряжений на истоках. Попробуйте так.

Напряжение на истоках не влияет на пост. токе и достаточно низких частотах, поскольку ток с истока практически без потерь поступает на стоки, а сам ток в истоки поступает от генераторов тока. Я в симуляцию ввёл полевики, результат не изменился.

[jett]

При одинаковых токах J1 и J2 (режим покоя) напряжение синфазной помехи V5 не проходит на R7, но при разных токах J1 и J2 (режим сигнала) на R7 появляется напряжение с V5, причем, чем больше разбаланс токов - тем больше это напряжение. Интересно, что это же напряжение появляется уже и на R8 даже без вычитателя на ОУ.

---------- Сообщение добавлено 13.11.2023 в 02:22 ---------- Предыдущее сообщение было 12.11.2023 в 23:32 ----------

Видимо, это связано с изменением крутизны полевиков в зависимости от их тока стока. Но тогда и разброс их параметров также будет влиять. А это приводит к мысли, что такой приемник-преобразователь тока вообще малопригоден для подавления синфазной помехи/наводки на линию передачи тока. А основной смысл его применения и был в этом, так же?

[Semigor]

jett, помехи с нулевым выходным сопротивлением не бывает. Чем меньше входное сопротивление полевиков с общим затвором относительно выходного сопротивления помехи, тем лучше будет подавление помехи в присутствие сигнала. Да, схема не "идеальная", но вполне имеет право на жизнь.
Кстати, почему бы не выбросить полевики из приемника и нагрузить передатчик просто на резисторы 250 Ом?

[jett]

Понятно, что не бывает, это для иллюстрации процесса. Но и по истокам не нулевое входное, несколько десятков Ом. Следовательно, делитель. При большом разбалансе токов схема превращается в усилитель синфазной наводки.
1794 - хорошо звучащий цап даже в самом простом дш варианте, вон, китайцы продают такое по 50 долл)) Поэтому я бы преобразователь/фильтр оставил рядом с цапом, по балансной линии передавал бы сигнал (напряжение), а сумматор/фильтр на оу оставил бы в усилителе. Сказки про невлияние (относительно длинного) кабеля и разъёмов при передаче тока оставил бы в стороне ). И фильтрация такая , как показана, тоже малоэффективна, как по мне.

[Semigor]

При большом разбалансе токов схема превращается в усилитель синфазной наводки.

Нет, выходное сопротивление наводки минимум десятки килоом. Поэтому, подавление синфазной помехи будет порядка 30...40 дБ. Но и это уже не плохо, если учесть, что при обычной передачи сигнала вообще никакого подавления наводок нет.

[jett]

Про вых сопротивление наводки ничего возразить не могу, не мерял )
Вообще, когда речь заходит об этих самых помехах ничего конкретного выяснить не удаётся)