Симметричный повторитель и его искажения в микрокапе и предельные возможности для класса А без ООС.
Здравствуйте, давно тут не был.
Заходил в 2017 году с темой симметричного усилителя-цирклотрона
который в таком виде с того года непрерывно использовался у меня в
качестве домашней озвучки.
Это проверенный и рабочий вариант, разве что в нём имеются дополнительные
меры борьбы с самовозбуждением - подобранные резисторы и ёмкости несколько других номиналов и их местоположение в конструкции.
Это усилитель тока, он на основе параллельного усилителя.
Он не усиливает синхронный сигнал, для такого сигнала его входное
сопротивление порядка 235 Ом.
Последнее относится к ВЧ и импульсным помехам значение которых и так будет малым при высокой симметрии конструктивного исполнения.
То есть, теоретически и на практике импульсная помеха и наводка через
гальваническую развязку и её емкостную связь может быть приложена между
входом и выходом несколько изменяя на мизерное значение параметр настройки тока покоя если всё же такое произойдёт, что в реальности ни как
себя не обнаруживало десятками лет эксплуатации такого повторителя в разных вариациях.
Для асинхронного, нормально противофазного сигнала, его входное сопротивление порядка 10 кОм и его он усиливает.
Этот усилитель является полностью симметричным, для себя я его называю "Суперсимметрия".
Данный вариант работает с мощностью 20 ватт на 8 Ом.
Реализует возможность слышать -112 дБ на 1 кГц при прямом включении
в качестве нагрузки наушников, меньше сигнала лично я услышать не могу.
Фона и шума при этом не слышно вообще.
Замечу, что тут так же применён метод, который запатентовал недавно Н. Сухов в
своей инкарнации усилителя ВВ класса АВВА, то есть тут реализован метод
многоуровневого усиления тока с целью улучшить групповую характеристику составного транзистора на выходе.
Эта схема по своей сути не самая оптимальная из возможных вариантов, хотя обладает очень
неплохими показателями.
Но многие достоинства такой архитектуры попросту недооценённые.
Начну загибать пальцы.
Оба плеча полностью симметричны, тут нет неустранимой проблемы разницы комплементарных пар.
Обычно оба плеча на усилитель напряжения подключены параллельно, это означает что выходной
каскад усилителя напряжения нагружает усилитель удвоенной ёмкостью входных транзисторов.
В данном случае всё наоборот - входные ёмкости подключены последовательно и благодаря этому ёмкостная нагрузка от такого каскада ниже в 4-ре раза!
Далее по параллельному усилителю - половина верхняя или нижняя на самом деле и есть таким усилителем.
Его достоинства известны, но освежу всё же эту информацию.
Первым достоинством есть термостабильность тока покоя.
В данном варианте он равен 240 мА, где последний транзистор уже начинает открываться, и основной ток покоя даёт предпоследний транзистор.
Плюс в достоинства можно записать высокую пропускную способность параллельного усилителя по частоте и его линейность даже без ООС выход-вход поскольку есть 100% местная ООС и это очень
хорошо подходит для безОсных реализаций усилителей. Этому так же способствует зеркальная работа первого и второго каскада когда один закрывается, а второй открывается.
Такая манера работы даёт не только термостабильность но и линейность совместной работы каскадов.
Уверен, что известный показатель искажений параллельного усилителя 0,1% по Агееву связан совсем не с его структурой, а именно с тем, что использовались комплиментарные пары транзисторов.
Добавлю от себя - это по сути непреодолимая проблема, которая требует особых мер если поставлена цель по заметному снижению искажений.
Далее следует обсудить номиналы резисторов R3,R6 1 Om.
Такой номинал позволяет быстро разряжать ёмкость базы последующего транзистора в неправильном Дарлингтоне, где обычно он имеет значение 120 Ом и выше, до 1 кОм!, чего совсем не достаточно для качественного закрытия транзистора, и тем быстрого и точного звука.
Моделирование показывает хорошие результаты при номиналах 1-20 Ом, оптимально выглядит номинал 2-5 Ом. Такой простой шаг позволяет не только повысить быстродействие повторителя и закрывать выходной транзистор быстро, но и открывает новый
плюс работы схемы с такими номиналами.
Теперь об многоуровневом усилении тока выходным каскадом.
По сути это речь о частичном А классе в области тока покоя. Не плохо об этом тут же на форуме выложено обсуждение патента Н.Сухова.
В области пересечения характеристик усилений транзисторов происходит рост комплексного усиления и как следствие более жесткий контроль искажений местной ООС. То есть способность качественно отыгрывать уровни напряжений с значениями 0,032 мВ которые не утонули в фоне и шуме говорит само за себя, этому не мало способствует то, что у параллельного усилителя никогда не исчезает ток покоя полностью и он не переходит в чистый класс В.
То есть я в курсе, что некоторые специалисты многоуровневое усиление относят к способу размыть коммутационную ступеньку, в данном случае речь не об этом.
Так же большим плюсом многоуровневого усиления тока есть смешение пиков усиления двух выходных транзисторов одного относительно другого с перемножением их усиления друг на друга и с образованием из двух горбатых кривых одной групповой и более ровной и линейной кривой.
Это в свою очередь приводит к тому, что комплексное усиление пары выходных транзисторов остаётся высоким на больших мощностях и на этих мощностях искажения растут гораздо медленнее. Пиковые всплески громкостей звучат более красиво и точно.
Ещё у этой архитектуры имеется дополнительное достоинство о котором практически нормально ни кто не знает.
У комплементарных пар есть не только разброс усилений тока но и разная зависимость его на разных положениях характеристики. То есть даже при попытке сохранить ток покоя для типичной архитектуры по всей амплитуде усиления будет возникать колебание токов покоя, где по сути идёт своеобразный конфликт токов покоя при попытке отследить его по всему диапазону. То есть зона генерации тока покоя при получении сигнала от одного и того же источника работает всегда в разных направлениях на противоположных плечах, не на общий результат, а каждая в один и тот же провод! Результатом такой работы есть генерация гармоник на выходе для дальнейшего их исправления петлею ООС выход-вход, что изначально выглядит атавизмом по принципу "создай себе проблему и воюй с ней со всех сил".
Это тот момент который многим окажется трудным для понимания - настолько такие традиции укоренились в конструировании.
В данном усилителе такого конфликта токов покоя нет поскольку нет общего провода относительно которого происходит всё это, и нарушение симметрии усиления плеч. В усилителе по сути имеется плавающая виртуальная средняя точка.
То есть область токов покоя выступает неким запасным энергетическим резервом в случае если одно плечо несколько хуже усиливает сигнал, то противоположное плечо начинает его усиливать больше,
и это происходит с противоположным знаком, но при этом совместным результатом есть сумма напряжений от обеих плеч. То есть не конфликт, а совместная работа на один результат поскольку так и происходит если у вас два провода, то по одному у вас плюс, а по другому минус и это нормально.
А вот типичную комплементарную архитектуру как раз следует рассматривать как эквивалент трёхпроводной линии. Одна - это общий провод, и две со знаком плюс и знаком минус, если одна из полуволн совмещается с другою в области токов покоя, то на проводе - носителе сигнала остаётся результат борьбы не равных из-за разного усиления токов покоя, а не их совместная работа с разных сторон двухпроводной линии! Не спешите ругаться по этому поводу, просто хорошенько представьте всю картину.
В любом случае есть симуляторы электронных схем и они мои слова подтверждают.
При прочих равных условиях комплементарные схемы безнадёжно проигрывают на порядки в безосных системах.
Вот ссылка на конкретный разбор ситуации.
http://tornado.ucoz.de/forum/7-1141-1
Теперь о том зачем я всё это делаю, я когда то обещал вернуться на этот форум, это было когда я как раз испытывал эту схемотехнику разработанную мною ещё 1988 году и благополучно используемую
до сей поры. Наступило время реализовать идею на современных комплектующих.
И для этого я применил микрокап, а он показал некие теоретические и реальные приделы этой схемотехники, думаю такое вам покажется интересным и необычным.
Это гармоники повторителя с током покоя примерно 300 мА по схеме которая будет ниже.
Это искажения.
Это всё та же схема, но без избытка питания плеч
(300 мА и 35 вольт на плечо и 18 вольт амплитуды на выходе 20 ват на 8 Ом.)
И сама схема.
Файл микрокапа.
moj_povtoritel_dvojnoj_voltodo.cir
И немного о потенциале схемы в классе А с очень большими токами покоя
где наблюдается аномальное снижение искажений на определённой мощности.
Нужно отметить что на схеме самый продвинутый вариант с вольтодобавкой
и очень точной настройкой.
Вольтодобавка работает эффективно только на больших мощностях вблизи токов отсечки, на
малых мощностях она бессмысленная и даже немного портит картину.
Плюс тут применён ещё один приём - параллельное включение транзисторов, что не всегда нужно, но немного снижает искажения.
На самом деле это только часть концепции из общей картины, сам по себе повторитель можно запросто
подключить к выходу DVD или СD проигрывателю, как и к ЦАПу, особенно хорошо к ЦАПу с балансным выходом и индуктивным фильтром вместо операционного усилителя.
Это только фрагмент того с чем используется повторитель, на измерениях видно как эта схема работает с первыми ваттами мощности и как она хорошо с этим режимом совместима, но и в области большой мощности она так же работает интересно и парадоксально местами. Сами судите.
В данный момент я занимаюсь работой по реализации потенциала этой схемы на современной элементной базе с транзисторами VL035DN и 2SA1220A-Y, думаю будет ещё лучше чем было.
У этой схемы почти как у Сухова есть возможность переноса точки контроля демпингфактора
на АС в виде тонкой дополнительной двухпроводной линии до самого НЧ динамика или АС без применения активной "кабелечистки".
Хотя демпинг-фактор у схемы не очень высокий при старых реализациях разного формата,
это 0,6 Ом до 0,018 Ом. Но там не всё так просто, демпинг фактор имеет свойство зависеть от тока покоя и нагрузки на выходные транзисторы, собственно от самого тока через транзисторы на разных мощностях, и этот параметр здорово сочетается с реальной громкостью музыки которую вы слушаете, то есть кабель с толщиною сварочного рукава во многих случаях никакого смысла не имеет если резонансы слух человека ещё не слышит. А для любителей такого можно и ввести общую ООС, ходя тут работают несколько другие принципы.
В частности ноль на выходе обеспечивает короткое замыкание по входу по постоянному току, или собственно ноль на входе, с выходным сопротивлением картина может быть аналогичной и сильно зависит от усиления тока этим каскадом. На новых транзисторах усиление повторителя может быть порядка 50 000 и это скажется на демпфировании, особенно при работе с большими сигналами, где тот же эмиттерный резистор выходного транзистора его ухудшает, и в классической схемотехнике такую потерю компенсируют глубокой ООС выход-вход которая всегда опаздывает, что либо исправить, кроме демпигнфактора, сама генерирует искажения другого типа в области ВЧ.
Ответить с цитированием
Сообщение от Sbaranov
Очень наглядное объяснение. Для моста берём две одинаковые обмотки впослед, для удвоителя - их же в параллель. Кондёры для удвоителя удвоенной ёмкости против моста, и - вуаля. Нагрузочная хар.-ка, пульсации, и требуемая мощность обмотки - одинаковы. Что и написано в учебниках.
Социальные закладки