К вопросу о сравнении выходных каскадов.

[BesPav]

В этом профильном разделе форума обсуждается огромное количество различных конструкций усилителей мощности и телефонных усилителей, между тем вопросы оптимизации различных составляющих их блоков остаются в тени цельных конструкций. С учетом этого обстоятельства авторы и комментаторы иногда пользуются отсутствием подробностей об особенностях работы конкретных реализаций выходных каскадов, а также вольно или невольно вводят форумчан в заблуждение.
Для наведения ясности в этом вопросе и предназначена эта пополняемая тема.
Итак, какие же параметры требуются от выходного каскада? Ответ на этот вопрос позволит нам сформировать различные рейтинги и разработчики при формировании своих усилителей получат достаточно удобный инструмент анализа и библиотеку типовых решений.
1. Так как выходной каскад непосредственно работает на достаточно низкоомную нагрузку от него требуется иметь низкое выходное сопротивление, доли Ома. Пока опустим тот момент, что выходное сопротивление снижается также и за счет действия ООС, оставим его для дальнейших рассуждений.
2. Так как выходной каскад в подавляющем большинстве случаев охвачен обратной связью, то от него требуется иметь полосу работы бОльшую, нежели полоса работы этой ООС. Здесь есть важная оговорка и важное следствие. Оговорка – так как выходной каскад непосредственно связан с нагрузкой, а нагрузка в общем случае неизвестна, то полоса работы выходного каскада учитывается для наихудшего случая. Следствие – полоса работы ВК не должна использоваться в схеме коррекции условно устойчивого усилителя так как нагрузка в общем случае неизвестна.
3. Область безопасных режимов, т.е. возможности конкретной реализации ВК отдавать в нагрузку соответствующую сигналу мощность и рассеивать выделяющееся при этом тепло.
4. Высокое (или, в более общем случае управляемое) входное сопротивление и по возможности малую (или опять управляемую) емкость. Этот параметр напрямую определяет особенности сопряжения ВК с предыдущим узлом типового усилителя – усилителем напряжения, УНом.
Для начала достаточно, а по ходу дискуссии и необходимости дополним.
Приступим, как наглядно оценить комплексную величину выходного сопротивления? В симуляторе – достаточно просто, подключаем к выходу выходного каскада идеальный источник тока и измеряем величину напряжения на выходе ВК. Если полученное напряжение разделить на ток подключенного источника тока и включить линейный режим отображения, то получим график непосредственно в Омах.
Пример:


Следующее, как наглядно оценить комплексную величину полосы работы ВК? И снова, в симуляторе – несложно, подключим на вход нашего ВК источник напряжения с паразитными параметрами порядка типовых величин нагрузки ВК (для примера 1 МегОм и 22 пФ) и посмотрим, что же у него получится на выходе.
Пример:



По результатам подобных вычислений весьма наглядно отображаются различия в работе выходных каскадов, вот например:

Думаю всем любопытствующим будет очевидны преимущества ВК с графиком зеленого цвета перед ВК с графиком красного цвета.

Замечания и комментарии приветствуются, первое сообщение будет дополняться по мере развития дискуссии и если тема окажется интересной для сообщества.

Крупное продолжение вот здесь.

[eksaedr]

Конеч которые пробовали собирать разные УНЧ из журнала "Коневодство" - они обычно в курсе ...

Вот здесь. это противный язык ведомого.

---------- Сообщение добавлено 06:20 ---------- Предыдущее сообщение было 04:53 ----------

Самый лучший выходной(и не только) каскад , который прозрачный во всех отношениях. Прозрачность достигается идентичностью условий, и всё. Каскад должен быть прозрачным, настолько, чтоб его не было видно вообще, даже в микроскоп.

[-UST-]

Offтопик:

я могу например рассказать забавную историю , как в 1990 году пробовал опубликовать там одну схему

Просим!
Завтра потрете, если что.

[deemon]

Offтопик:


Просим!
Завтра потрете, если что.

Да про это я как-то упоминал , вот тут ( посты 982 и 991 ) - https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=18783&page=50

Offтопик:
Главное , что противнее всего - сначала этот редактор ихний показался таким культурным дядечкой , говорили с ним наверно полчаса ... а потом всё как обычно Мне уже после опытные люди говорили , что скорее всего написали они там сами статейку , да отправили "куда надо" , а может быть , и авторское свидетельство на себя оформили . Всё происходящее тут описывается исчерпывающе известным анекдотом , там где "это наша родина , сынок" ... а почему это запросто могло быть - в том транскодере было одно оригинальное схемное решение , в блоке коммутации цветоразностных сигналов , что позволяло сильно упростить схему без потери качества ... ну как бы там ни было , а с тех пор я это ихнее "коневодство" просто видеть не могу .

[vladimir sim]

Причем здесь тетины галоши? Транскодеры, передатчики какие-то, Коневодство. Я вам больше скажу- сама Заратустра неинтересна более чем полностью, ну не может нормальный человек мусолить схему из трех деталей десятилетиями, да еще и с посредственными характеристиками. Была еще такая же попытка рекламировать в пару к заратустре самодельные колонки на дешевых про-динамиках, сделанные совершенно без знания дела , с кучей косяков, формата шифанер. Но мы там ему быстро насовали полную панаму. Еще раз- тема о выходных каскадах и их полезных практических разновидностях, двойках и тройках,купировании резонансов и оптимальном сопряжении с реальными разновидностями УН.

---------- Сообщение добавлено 14:57 ---------- Предыдущее сообщение было 14:25 ----------

BesPav немножко торопится, нужно учесть тот факт, что почти все усилители верхнего эшелона имеют выхлоп на относительно медленных транзисторах MJ15022-15025, MJ21193-21196 с Ft 4-7 МГц, этому много причин -реальная ОБР, лучшие низкочастотные усилительные характеристики, а конкретно меньшая внутренняя паразитная обратная связь. Музыка вовсе не состоит из одних составляющих 0дб/20 кГц, и зацикливание только на этом приводит к неминуемому проигрышу в реальном ,слышимом качестве звучания. К тому же, эти транзисторы имеют относительно стабильную Ft, в отличие от LAPT вроде MJL1302/3281 или 2SA1294/2SC3263, у которых она пляшет от 3 до 80 МГц в рабочем диапазоне токов. Это тоже нуждается в детальном рассмотрении.

[deemon]

Причем здесь тетины галоши? Транскодеры, передатчики какие-то, Коневодство. Я вам больше скажу- сама Заратустра неинтересна более чем полностью, ну не может нормальный человек мусолить схему из трех деталей десятилетиями, да еще и с посредственными характеристиками. Была еще такая же попытка рекламировать в пару к заратустре самодельные колонки на дешевых про-динамиках, сделанные совершенно без знания дела , с кучей косяков, формата шифанер. Но мы там ему быстро насовали полную панаму. Еще раз- тема о выходных каскадах и их полезных практических разновидностях, двойках и тройках,купировании резонансов и оптимальном сопряжении с реальными разновидностями УН.

Ну видишь ли , ты в своём яростном "обличительном порыве" упускаешь из виду один момент А именно - что требуется от нормального усилителя ? Требуются , честно говоря - две вещи . Во-первых , чтобы он играл нормально , давал хороший звук . А во-вторых - чтобы не ломался . Ещё есть третье требование - не столь уже обязательное - чтобы стоил поменьше . Я понятно объясняю ? Ну так вот , Заратустра удовлетворяет всем этим требованиям с запасом , потому его и собирают . Потому и в теме там уже 600 страниц с гаком . Но здесь в теме , кстати , речь ведь шла не про весь усилок , а только про его выходной каскад ( ПКПС ) - так что это вовсе никакой не оффтоп , странно , что ты на это так возбудился

Потом ты заметь ещё такой момент - сколько лет известен выходной каскад типа Дарлингтона ? Лет 70 уже , наверно , то же и каскад типа Шиклаи . И также есть ещё схема Баксандала ( квазикомплетентарный каскад ) - и тоже из тех же древних времён . А вот каскад типа ПКПС - сделан был в конце 1999 года , опубликован в 2010 году ... то есть , постарайся понять - по сравнению с теми , прежними - это как раз есть самый "свежак" . Так что же ты не бесишься от того , что дарлингтоновские каскады "мусолят" уже 70 лет ? Почему тебя это не напрягает , спрашивается ?

Offтопик:
P.S. А насчёт тех колонок "из дешёвых динамиков" , гы-гы , так опять же - я же не один их слушаю . Их разные люди слушали . И ты знаешь что - всем их звук нравится . Тебя может быть это бесит , а они говорят , что звук очень хороший . И не только наши местные - один человек с форума был тут по делам , и тоже заехал послушать - он тоже остался очень доволен . И вот что получается - ты говоришь , что усилок плохой - а люди его собирают . Ты говоришь , что колонки плохие - а их звук тоже всем нравится ... так может быть , это вот у тебя знаний не хватает , чтобы правильно оценивать технические решения ? Подумай над этим ...

[BesPav]

Так то да, но как средний график помогает получить нижний?

Отлично, Владимир, это именно тот вопрос, ради которого в целом и создана эта тема!

BesPav немножко торопится

Форум - птица, как говорится, гордая...

К тому же, эти транзисторы имеют относительно стабильную Ft, в отличие от LAPT вроде MJL1302/3281 или 2SA1294/2SC3263, у которых она пляшет от 3 до 80 МГц в рабочем диапазоне токов. Это тоже нуждается в детальном рассмотрении.

Время напихивать некоторым разработчикам полную панамку и за это ещё не пришло, но мы очень уверенно движемся к этому моменту.

[misha88]

хотя звуковой сигнал туда конечно никак не добирается

Дело не в сигнале. Главным источником для начала генерации является шум, всегда имеющийся в электронных деталях, особенно в полупроводниковых. Этот шум простирается как минимум до десятков мегагерц, а в более высокочастотных приборах и до гигагерц, соответственно и возникает высокочастотная генерация при возникновении известных условий фазы для обратной связи, а в любом каскаде при любом включении транзистора есть своя местная обратная связь через внутренние области транзистора, вот эту местную обратную связь и надо подавлять для опасных частот даже в низкочастотном усилителе.

[BesPav]

вот эту местную обратную связь и надо подавлять для опасных частот даже в низкочастотном усилителе.

Михаил, используя термин "подавлять" вы резко ограничиваете пространство для манёвра и изобретательности разработчиков.

[vladimir sim]

Нащот колонок из дешевых динамиков- никто за язык не тянул про 300литров и 27 Гц, это физически невозможно для таких штампованных ведер, тут совсем другие затраты требуются. Вон, у JBL в DD-66000 с двумя кастомными 15шками, огромные размеры и цену в 66000 долл и усилия целого дивизиона канструхтаров- видимо таких же ,из Пятигорска ,из СеуВ-КавТВ, все равно лучше, чем 55Гц по-3 Дб не получается, так что это еще надо посмотреть, у кого знания.

[misha88]

Михаил, используя термин "подавлять" вы резко ограничиваете пространство для манёвра и изобретательности разработчиков.

Это не я, а законы физики. Например, для каскада с ОК или ОБ практически единственный способ подавить внутренний резонанс это добавить базовый резистор. Для ОЭ наилучший способ это каскод.

[deemon]

Нащот колонок из дешевых динамиков- никто за язык не тянул про 300литров и 27 Гц, это физически невозможно для таких штампованных ведер, тут совсем другие затраты требуются. Вон, у JBL в DD-66000 с двумя кастомными 15шками, огромные размеры и цену в 66000 долл и усилия целого дивизиона канструхтаров- видимо таких же ,из Пятигорска ,из СеуВ-КавТВ, все равно лучше, чем 55Гц по-3 Дб не получается, Так что это еще надо посмотреть, у кого знания.

Offтопик:
Знания у того , кто разрабатывает технику , пригодную для работы . А вовсе не у того , кто в интернетах "критикует" - постарайся это понять И кстати врать не надо - я говорил про 30 герц ровно , и 27 герц - с завалом примерно 2 дБ . И я могу любому это показать - прямо вот с генератором , да . А ты ничего не можешь показать , кроме болтовни на форуме Что-то я ни одной твоей схемы здесь не видел ... как-то неприлично получается , разве нет ?

[vladimir sim]

Отчего, же, АДЗ. Альтернативный драйвер Заратустры, конструкция выходного дня, по просьбам трудящихся. Домашний усь- сверхглубокоосник, 130 дб, 600Вт/2Ом, более 20 лет. Акустики же всякой понаделано десятки тонн ,вплоть до 3500Вт в одном ящике и на приличном среднемировом уровне.

[BesPav]

Это не я, а законы физики. Например, для каскада с ОК или ОБ практически единственный способ подавить внутренний резонанс это добавить базовый резистор. Для ОЭ наилучший способ это каскод.

Не соглашусь.
ВК по зеленой линии - это как раз почти классическая дарлигтоновская тройка без подавления этого самого внутреннего резонанса базовыми резисторами и без торможения любой из ступеней конденсаторами Б-К.
Зацикливаясь на "подавлении", т.е. устранении резонанса, вы ограничиваете себя в изобретении путей наиболее эффективного использования этого резонанса.

[vladimir sim]

ВеsPav, конденсаторы б-к- лобовой путь, и неэффективный. Рациональнее разделять каскады RL- цепями- классический прием из техники широкополосного усиления, тем самым максимизируется полоса и одновременно достигается изоляция выхода ЭП от емкостной нагрузки, которая собственно и провоцирует появление на входе ЭП отрицательной составляющей входного сопротивления.

[misha88]

Зацикливаясь на "подавлении", т.е. устранении резонанса, вы ограничиваете себя в изобретении путей наиболее эффективного использования этого резонанса.

Без подавления внутреннего резонанса в реальной конструкции (с реальными проводниками от электродов транзистора) можно нарваться на генерацию. Не всегда возможно сделать компактную конструкцию, в первую очередь из-за тепла.

[audiomun]

можно нарваться на генерацию. Не всегда возможно сделать компактную конструкцию

Не факт, зачастую именно компактность конструкции и является причиной возникновения самовозбуждения(генерации) устройства ...

[vladimir sim]

BesPav, а где обещанное сравнение выходных каскадов? И это, про просачивание ВЧ через б-э переходы BD911 не стоит, реальная практика выводит на первые места совсем другие приоритеты. Особенно с появлением российских VL035 и их четвертинок VL037, которые оказались- и те и другие, вне конкуренции с любыми фирменными, очень хороши как драйвера в двойках и тройках ЭП.

[Andrey Orloff]

Особенно с появлением российских VL035 и их четвертинок VL037, которые оказались- и те и другие, вне конкуренции с любыми фирменными, очень хороши как драйвера в двойках и тройках ЭП.

vladimir sim, как понял, вы их уже реально пробовали применять в усилителях? Поподробнее можете пару слов про них, их "+" и "-" (если есть, конечно). Присматриваюсь к этим транзисторам, про 37 впервые слышу, интересно мнение практика.

[vladimir sim]

Конечно пробовал, писал об этом в теме " Выходные транзисторы". Хорошие приборы , и звучат прекрасно, просто есть ряд особенностей , это нуждается в обдумывании. А поскольку я клал на страшилки о больших входных емкостях, и ложил на то, что надо использовать всякое гамно для хайрез -ЭЛТ мониторов, то я даже VL 035 преспокойно использую как драйвера в ЭП-двойке. Сами же емкости соответствуют одноклассникам Санкен и Онсеми в классе 15А/ 230 В приборов, а так и должно быть , физику не обманешь. Технологический разброс емкостей и напряжения Uве очень маленький, что говорит о отлаженном техпроцессе. Относительно невысокая бета=90 на самом деле является плюсом, в чем я полностью согласен с главным конструктором предприятия ЛЕФИ. У НЧ транзисторов MJ2119х бета еще ниже, но эти транзисторы тоже весьма хороши. Давать же какие-то рекомендации по VL035 рано, нужна SPICE- модель.

[BesPav]

BesPav, а где обещанное сравнение выходных каскадов?

Ок.
Для наглядности сравнения выбраны три разных выходных каскада.
1. Двойка биполяры + латералы

2. Типовая тройка

3. Быстрая Тройка


Относительно первого поста темы изменена точка подачи сигнала.
Графики стали горизонтальными, просто удобнее и нагляднее (баз завала от ~10 кГц за счет шунта источника сигнала).
Допущения по "великолепным" номиналам индуктивностей в цепях питания принимаются, пробуйте оценить свои и показать другие картинки.

Для начала сравним Двойку BJT+LAT и Быструю Тройку.

Вполне ожидаемо у Двойки происходит "мягкое" ограничение полосы с ~десятка мегагерц так как сравнительно слабенькие биполяры оказываются нагружены на ~сотню пик входной емкости выходной пары полевиков. Затворные резисторы выходников могут использоваться как эффективный метод ограничения полосы всего каскада. Аргументы насчет "биполяры можно поставить помощнее" не принимаются, ничего особенно не изменится. Входная емкость всего ВК несколько пФ позволяет использовать большой номинал резистора нагрузки УНа и аккуратно устанавливать как общее усиление, так и выходной полюс УНа в достаточно широких пределах.
Быстрая Тройка - ну быстрая и есть. На всю котлету как из пушки. Обращаем внимание на диапазон "вращения" фазы, вот где раздолье для выбора схемы коррекции усилителя в целом и установки частоты единичного усиления. Главная фишка такого каскада - это использование принципиально медленных выходников, после десятка МГц они фактически превращаются в короткое замыкание, работу с нагрузкой обеспечивает драйверный каскад и вся выходная Тройка предельно аккуратно превращается в Двойку.

Теперь сравним Быструю Тройку и Типовую Тройку.

Ну собственно сколько раз говорено, что Типовая Тройка требует особых мер для обеспечения своей стабильности.
Собственно теперь вы знаете как именно это выглядит.
Обращаем внимание на AC 1, т.е. оценки в малосигнальной области, принимается.
По мере увеличения размаха сигнала это моделируется плохо и ненаглядно, поэтому попробую описать словами. Вы включаете усилитель, выставляете ток покоя и проводите первичные измерения.
Все выглядит чин-чинарём, чистенько и аккуратно. Осмелев, начинающий разработчик решается навалить сигнала на резюк. Выходной ток растет, в зависимости от выходников fT начинает сначала расти (до ~ампера), потом снижаться более или менее резко, а в этом же месте этого разработчика поджидает красивый бабах.
Как только ток достигнет величины снижения fT до ~десятка Мег, а помогает в этом процессе еще и замечательная зависимость fT от напряжения коллектор-эмиттер, то происходит либо самовозбуждение ВК отдельно, либо срыв управления в петле ООС всего усилителя (если по наивности разработчик повпихивал невпихуемое).

Учитывая изложенное VL-ки могут быть совершенно замечательными, но сама по себе Типовая Тройка не позволяет раскрыть их сильные стороны.
Вы будете просто таки вынуждены выбирать из следующих вариантов:
1. Ограничить полосу работы второго каскада Типовой Тройки путем установки RC фильтра (резистор 100-150 Ом в базе драйвера + конденсатор 180-330 пФ база-коллектор после резистора)
2. Замыкать петлю ООС на ~полоктавы ниже наихудшего случая fT выходников и ограничивать уровень их насыщения запасом напряжения коллектор-эмиттер не менее 5-7 Вольт

Оба варианта нехорошие по отличающимся причинам.

---------- Сообщение добавлено 16:04 ---------- Предыдущее сообщение было 15:58 ----------

нужна SPICE- модель

Представитель разработчиков очень изящно игнорирует этот вопрос в основной теме.

А вот качественная Spice модель очень пригодится когда действительно начнется использование в новых конструкциях с использованием важнейшего преимущества этих транзисторов в виде одновременных большой мощности и высокой fT.