Собираем сверхлинейный усилитель Сергея Агеева.

[Эзотехник]

Транзисторный усилитель с глубокой ООС и ОУ на входе. См. журнал "Радио" №10-12 за 1999 г. и №1,2,4-6,9-11 за 2000 г.

[sia_2]

1. Источником искажений в "мягком ограничителе" на ВЧ является не нагрузка ОУ (на выходе ОУ все хорошо), а нелинейная емкость диодов в сочетании с R20. Поэтому их и стоит по 2 или 3 штуки последовательно - для минимизации емкости, а R20 невелик (сильно меньше его делать нельзя во избежание перегрузки выхода ОУ). Лучший тип - КД512, но реальные измерения проводились с худшими, КД510/522. Потом, начало их открывания отстоит примерно на 2 дБ от максимума мощности. Разностного тона нелинейность емкости почти не образует, поэтому реально он не слышен.
2. Более жесткий ограничитель - в принципе нет проблем, в мощной версии он чуть "пожестче" - 2 диода вместо 3, просто это компромисс между неискаженной мощностью и резкостью, подобранный на слух. При большей мощности усилителя ограничение случается реже, соответственно можно его сделать немного пожестче. Это в принципе не имеет четкого критерия - кому как нравится.

[Karen]

Сергей, а какие импортные приборы являются аналогами для КТ818Г1 и КТ 819Г1 ? Спасибо.

[sia_2]

Наверное, BD911/912

Точным аналогом они не являются, но по совокупности свойств - заметно лучше, с учетом использования в 1,5 раза большего количества (корпус ТО-220, а не ТО-218). У них почти втрое меньше емкости при сходной ОБР.

[Эзотехник]

1) Какое типичное выходное напряжение на выходе усилителя (мв)

Постоянное? Симулятор должен его правильно считать - единицы мВ.
Кстати неплохо было бы поделиться своими моделями этого усилителя.

Хотелось бы точно знать в пересчет на мощность и токи какие должны быть обмотки, какой мощности трансформатор.

В первом сообщении темы присутствует ссылка, на той странице нажимаем Ctrl+F, пишем "трансф", Enter.
Читаем про 40 мА холостого хода и сопротивление обмотки 0,07 Ом. Можно поделить его на 2 для учета возросшей мощности.
Ещё полезна восьмая ссылка в списке литературы: Поляков В. Уменьшение поля рассеяния трансформаторов.
И эта ветка: https://forum.vegalab.ru/printthread.php?t=2108

[sia_2]

1. Постоянное - не более нескольких милливольт. Реально - сотни микровольт.
2. Что касается трансформатора, то при работе на выпрямитель ток в обмотках течет не все время, а только на "верхушках" синусоиды сети, большими импульсами. Поэтому лимитирущим фактором становится именно сопротивление обмоток (суммарно как вторичной, так и первичной, с учетом квадрата коэффициента трансформации). Поэтому-то и приходится брать трансформаторы с намного большей "габаритной" мощностью, так как она рассчитывается из условия чисто активной нагрузки, а не работы на выпрямитель.
Добавочные обмотки ("довески") для питания УН перенесены на другой трансформатор, маломощный, чтобы при "мягком пуске" УН сразу имел достаточное питание. К тому же это удобнее и дешевле.
3. В процессе. Дел куча - люди болеют...

[Tetragramaton]

Вопрос о реальной постоянке.. у меня вышло по моделированию 229 мкВ (наверное это как раз точность интегратора компаратора)
Модели для 7 го микрокепа... Старался более менее точно набрать, но есть некоторые нюансы, поэтому не все модели транзисторов соответствуют указанным (рекомендуемым) по схеме...Вобщем и так я думаю что-то можно разобрать. Больше добавлять элементов не советую, лично моя версия при этом начинает тормозить, и показывать явно неправильные значения по постоянному току.

[sia_2]

По поводу моделирования.
Исторически вычислительное ядро (т.е. кусок программы, который собственно выполняет расчеты) у большинства "моделяторов" взят из общедоступных исходников SPICE - Simulation Program for Integrated Circuit Electronics, обычно весии 3G6. Сам моделятор за более чем 30 лет своего существования отлажен очень прилично, но вот модели элементов и схем для него большинство "оболочек" (MC, OrCad и т.п.) формируют/редактируют по-своему. Исходно вся информация для моделирования задавалась в текстовом виде, выдача - в виде текта или наборов чисел. В версии для ПК (PSpice) далее это визуализировалось средствами probe (перенесенной с Unix-систем), а общее управление - оболочкой Pshell. Создание моделей "первого приближения" выполнялось при помощи Parts.
Учитывая, что истинные возможности ядра Spice очень широки (по сути - это универсальный решатель систем нелинейных интегродифференциальных уравнений), и большое число параметров моделей (штатная модель биполярного транзистора содержит более 40 параметров), практически все "оболочки" нещадно урезают доступные пользователю возможности ядра. Отсюда и все проблемы. Хотите получать достаточно точные результаты - работайте с аккуратными моделями.
Чтобы не быть голословным, я здесь выкладываю более-менее сносные модели некоторых транзисторов и диодов. Дописывал после Parts я их сам, так что "почувствуйте разницу"!

P.S. существенные для моделирования паразитные емкости на плате: на входе первого ОУ - порядка 6...8 пФ, в высокоомной точке УН (параллельно С46 R71) - порядка 15...20 пФ. АЧХ выходного каскада имеет характерный для составных эмиттерных повторителей "горб" (+6...8 дБ на 15-30 МГц), реально он значительно более плавный, чем при моделировании (сказывается частотная зависимость R баз, параметр rb).

[Анатолий_В]

У меня какой-то фирмовый Микрокеп. Им в отделе автоматизации одного завода пользуются без особых проблем. Моделирование УМЗЧ ВВ у меня получалось достаточно прилично. Процентов на 10 ошибка была. Если бы схемотехника была моей работой, то конечно бился бы за адекватность. А так меня больше моделирование в Матлабе интересует. А Вам, Женя, посоветую Микрокеп не бросать, а просто более внимательно с ним поработать, благо SIA помогает.

[sia_2]

SIA_2. Очень благодарен Вам за внятные ответы по конструкции. Вопросов у меня практически уже не осталось, а интерес к полноценной сборке возрастает с каждым посещением форума. Всетаки по реальной части проекта:
1)В платах, которые Вы заказываете для продаваемых комплектов(тот что заказали у Вас Silen и я). Какой толщины стеклотекстолит вместе с зеленкой?(примерно, а лучше и точно), металлизацие ВСЕХ отверстий, или только питание, и ВК?, всетаки уточните толщину слоя напыления (таки не понял 50 или 90 мКм)
2)Насколько понимаю выходные транзисторы конструктивно лежат под пластиной, которая их прежимает. Меня интерисует запланированое расстояние между платой и этой пластиной?, и какая общая высота зазора между радиатором и платой?
3)Простенький вопрос, лично о Вашем екземпляре. Какого размера получился корпус, какой вес?...В принципе все. Жду новостей
ВОПРОСЫ К ПОСЕТИТЕЛЯМ ФОРУМА
Несколько вопросов посетителям Форума. насколько понимаю я этот усилитель никто до конца не доводил. Были екземпляры "на фанере" а чтобы толком собрать??? Всетаки мне бы очень хотелось услышать любые коментарии об этой конструкции. Какие были сложности в процессе наладки, субъективные мнения о звуке....
2)Где и кто заказывал платы??? реально какого они качества?*
ВОПРОС К VADIK.
Вы утверждаете, что схема больная и капризная ( я успел прочитать тот пост, насколько понимаю сейчас его удалили). у Вас он всетаки заработал. Какие реальные ОБЪЕКТИВНЫЕ нарекания на конструкцию ( капризная, не широкопотребительская, это и так понятно и очевидно, меня интерисует все что произошло с Вашим екземпляром после момента окончательной наладки)
Спасибо.

1. Толщина плат должна быть около 2,3 мм (полная, с фольгой и зеленкой). Стеклотекстолит 1.9...2 мм. Металлизация, естественно, всех дырок, толщина меди должна быть порядка 70-80 мкм (обещают 75).
2. Между платой и радиатором 10...11 мм, от прижимной пластины до платы около 2 мм, так что там нелишне перестраховаться - положить изолирующую прокладку из тонкого текстолита или электрокартона (естественно, выводы деталей при пайке скусываются вровень с плоскостью платы).
3. 130х380х430, полный вес около 24 кГ.

[sia_2]

Сергей, а почему радиатор с обложки на 4\2000 не сходится с чертежом (я не про его зеркальное отображение ) ?

"Я его слепила из того, что было"

[sia_2]

SIA пока Вы еще здесь.. скажите, а усилок Ваш в обе стороны одинаково "скорострельный"... Я про симметрию скорости полуволн... какая быстрее положительная или отрицательная, почему?

По моим измерениям, симметрия практически идеальная (лучше 5%), не только по скорости, но и по виду переходного процесса (что гораздо существеннее). Посмотри фото в #6 за 2000 год. Если надо, выложу электронный оригинал (надо откопать).

[sia_2]

У меня вопрос по поводу несимметрии. У меня не получилось добиться симметрии в УМЗЧ ВВ. При нарастании, под нагрузкой, идет небольшое искривление фронта в районе нуля (в районе от 100нс до 200нс). Без нагрузки практически все симметрично. Грешу на косость ОУ при большом сигнале (выбросы 4В на выходе ОУ).
Боролся смещая ОУ в + (+7.2В), поставил по три диода в ИТ и в УН 2SA1380E/2SC5202E. Межбазовые емкости и емкости на термодатчик.

Замена плат УН и блока ВК ничего не изменяет.

Возможно, я чего-то не понял, но при чем здесь УМЗЧ ВВ ??

Когда Вы свой УМЗЧ разрабатывали, то проверяли многие варианты. Вы писали и об AD744. Мне показалось, что отсутствие симметрии и не очень высокая скорость нарастания стали одними из причин выбора именно того варианта к которому пришли Вы. В этом вопросе мне ник-то не помог пока. Вот и обратился к Вам как к специалисту работавшему с такими усилителями. Правильней конечно в личку было написать, а не в ветку про Ваш усилитель. Извините.

Простите, а вопрос-то какой? Если про 744, то он "не прошел" из-за меньшего произведения усиления на полосу и большей входной емкости (она сильно влияет на устойчивость системы в целом), к тому же линейность его входного каскада по измерениям ниже. Или Вас интересует что-то другое?

[sia_2]

1) В полной мощной версии в качестве DA1 и DA3 используются насколько я понимаю LM 318 я про них спрашивал, они есть от разных производителей, и не исключена подделка ( или ненаилучший вариант) хотел спросить к140уд1101 по распиновке туда подойдет? Что лучше туда поставить?
2)Диоды в ограничитель и на место VD26 VD27 - 1n4148 это нормально? или есть лучше вариант ?

1.
DA1 - или LM318 (К140УД11), или LM6171
DA3 - LM318P (Техаs Instruments), (К)140УД11.

2. В ограничитель - КД512, а для VD26,27 прекрасно проходят 1N4148, но при повышенном питании их надо отбирать или ставить высоковольтные, например (если не ошибаюсь, надо посмотреть справочник!) BAS16.

[Анатолий_В]

Или Вас интересует что-то другое?

На меандре 20кГц при подключени АС в районе нуля идет небольшой прогиб. Это наблюдается только на нарастающем фронте сигнала (это без входного ФНЧ. С ФНЧ - 1.1кОм 470пФ влияние еле заметно). Спадающий фронт не прогибается совершенно. Менял уже и УН и блок выходников. На звуке в наушниках Градо 225 не ощущаю разницы в звучании с подключенными и отключенными АС. Т.е. делаю вывод, что влияние на звук мало. Но всеже что происходит?

[Tetragramaton]

SIA_2... Сегодня прикрепил я к своей модели Сверхлинейного усилителя Ваши компоненты... (ВК 12шт кт818\9;ПредВК 4шт кт850\1, остальные 2n5401\5551)..... Картина изменилась в лучшую сторону, но остаются вопросы.
1) Штатные модели LM318 (LT NS TI 318s8_lt) при их замене на месте DA3 давали общий вклад в глубину ООС на частоте 22 кГц от 60 дб до 88 ( при том точка пересечения АЧХ с разомкнутой и подключеной ООС всевремя оставалась на уровне 6.9 ... 6.5 мГц).. Наилучший вариант получился с LM318LT. Хотел спросить, есть ли у Вас нормальная модель этой микросхемы... Можно было бы ее поместить на форум?(LM318, K140уд11)
2) LM6171 не работает вообще, диоды на оконечный результат влияют мало в случае замены 1n4148 на КД522 из Вашей библиотеки. Хотел спросить ( Вы когда то говорили о паразитной емкости монтажа, которую нужно учесть при моделировании.... Какой ее номинал, и где ее ставить?)
3) Самый сложный вопрос по устойчивости. По данным моделирования фазовый сдвиг с разомкнутой петлей всегда получается на частоте 1.6 мГц более 180 град, а частота петлевого усиления 6...7 мГц. В тоже время с замкнутой петлей ФЧХ имеет странную форму, но не заходит за - 150 град до частоты 10 мГц, а - 180 град соответствует 50 мГц.... подозрительно это все. Собственно хотелось бы подробнее узнать критерии устойчивости по Найквисту, которые применялись при разработке этого усилителя. И еще очень бы хотелось увидеть графики АЧХ\ФЧХ из Вашей модели, для подключеной и отключеной ООС, чтобы ориентируясь по Вашей модели свою довести до лада.
Спасибо

[sia_2]

https://www.vegalab.ruforum/showthread.php?t=6391
Извините за офтоп,взгляните в веточку разобраться с ёмкостями транзисторов хотелось бы Что то туда ход не доходит,весь народ больше в усилителях тусуется.

По емкостям полупроводниковых приборов.
Во-первых, в них существует два типа емкостей: барьерная (как у варикапа) и т.н. диффузионная (никакого отношения к диффузионной технологии не имеющая). Барьерная емкость - это емкость обратносмещенного p-n перехода. К примеру, это переход коллектор-база у биполярного транзистора (не находящегося в режиме квазинасыщения или просто насыщения), переход коллектор-подложка в ИМС, емкость обратносмещенного диода, емкость сток-исток у DMOS/HEXFET, а также проходные емкости МОП-транзисторов. Барьерная емкость зависит от размеров структуры и величины обратного смещения, всегда уменьшаясь при увеличении обратного смещения. Именно начальные значения этих емкостей (при нулевом напряжении) и указываются в SPICE-моделях. Закон изменения этой емкости от напряжения зависит от профиля распределения примесей в полупроводнике и может меняться от примерно 1/U^2 (гиперрезкий p-n переход, варикапы с кратностью более 50) до 1/U^0.15 (коллекторно-базовый переход ультралинейного ВЧ транзистора, работающего в режиме полного обеднения коллекторного слоя, когда его емкость практически не зависит от напряжения).
Диффузионная же емкость - это условное понятие, т.к. это модель внешнего проявления накопления носителей при инжекции в прямосмещенном p-n переходе. Поскольку для накопления носителей нужно некоторое время, эта емкость оказывается частотно-зависимой (уменьшаясь на ВЧ), а ее величина очень сильно зависит от времени жизни носителей (чем больше, тем она выше). Этот эффект используется в коммутационных ВЧ диодах, таких, как КД409 - при установившемся прямом токе в 1-2 мА их сопротивление высокочастотному сигналу не превышает 5...7 Ом (вместо 15-26 ом без учета дифф. емкости). У биполярного транзистора диффузионной является емкость база-эмиттер, что на практике исключает появление заметного фазового сдвига между базой и эмиттером в биполярном эмиттерном повторителе независимо от граничной частоты транзистора.

Поищите книжки по физике полупроводниковых приборов под редакцией Я.А.Федотова - этот человек очень много писал сам и, главное, понимал, что писал, поэтому там все гораздо доходчивее, чем в нынешних наукообразных многословиях. Книжки старые, 60-х годов.

[sia_2]

На меандре 20кГц при подключени АС в районе нуля идет небольшой прогиб. Это наблюдается только на нарастающем фронте сигнала (это без входного ФНЧ. С ФНЧ - 1.1кОм 470пФ влияние еле заметно). Спадающий фронт не прогибается совершенно. Менял уже и УН и блок выходников. На звуке в наушниках Градо 225 не ощущаю разницы в звучании с подключенными и отключенными АС. Т.е. делаю вывод, что влияние на звук мало. Но всеже что происходит?

Если я с Ваших слов правильно понял ситуацию, то Вами описана банальная динамическая нелинейность из-за асимметрии схемы и наличия форсирующей емкости чрезмерного номинала без резистора последовательно с ней. Суть дела (опять-таки, если я Вас правильно понял!) - на фронте запираются транзисторы, между эмиттерами которых включена эта форсирующая емкость, разрывая прохождение сигнала и создавая кратковременный срыв слежения в петле ООС. Характерный признак - явно нелинейные (несимметричные, иголкообразные в одну из сторон) "выбросы" на выходе ОУ, могущие сопровождаться "звоном".

[sia_2]

1. По модели LM318. Техническим директором и совладельцем Linear Technology является автор LM318. Угадайте с трех раз, где модель правильнее Нюанс: я запитал ОУ повышенным (но допустимым!) напряжением для уменьшения их внутренних емкостей, а стандартные модели рассчитаны на 12...15В. Поэтому реально произведение усиления на полосу и частота единичного усиления для этих ОУ у меня оказываются немного (процентов на 10) выше, чем в штатной модели.
2. Под 6171 приходится перебирать всю коррекцию, без этого она действительно работать не будет. То, что есть - доведено строго под 318.
3. Паразитные емкости, существенные для моделирования: около 7 пФ на инвертирующем входе ОУ и около 20 пФ параллельно R71 C46.
АФЧХ петлевого усиления есть в основном экспериментальные, на модели довольно трудно получить точное соответствие (точность получается около 1-2 дБ и 10-15 градусов). Точнее всего получается, если "забить" в SPICE не настоящую схему выходной части после ОУ, а условный блок с АЧХ/ФЧХ, заданной по экспериментально снятым точкам.

[Tetragramaton]

Так.. так.... Перечитав в особо популярном понятии статьи в Радио про моделирование PSpice и последние Ваши посты, оказывается, что высокочастотные тесты вообще сложно считать объективными. Емкость переходов имеет свои графики зависимости, а вводится изначальная величина, что в области сверхвысоких частот и отражает всю картину неточности. Отсюдова вопросы......
Используя Ваши модели транзисторов я промоделировал еще и ко всему схему ВВ89. К сожалению при всем доверии к Вашим моделям, ВВ89 отказался с ними работать напрочь. Не выполнялись примитивные условия устойчивости. Тоесть фазовый сдвиг на частоте петлевого усиления с разомкнутой ООС был более 180 град. Возбуд очевиден. Модель генерила на синусе и на меандре( естественно она правильная, и модели подсунуты в прогу тоже были правильно). С Вашим усилителем происходит все с точностью до наоборот. Первая моя модель его вообще отказывалась работать, а в этой Ачх / Фчх имеют что-то отдаленно-общее с указаными данными в статье. Я долго по мере своих скудных возможностей изучал литературу, и пытался всетаки выяснить основные критерии устойчивости схемы. Но нигде ( я ненашел ) не описывалась теория устойчивости с 2х полюсной и более коррекции. в Сверхлинейном усилителе, насколько понимаю я на устойчивость влияют 3 коррекции.
1) На опережение, это R42 C28 R43 C29 R37 C24 R39 C26. ЕЕ влияние можно рассматривать с отключеной ООС ( я смотрел выкорачивая резистор R20 R22 значительной емкостью.
2) коррекция на запаздывание, это R27 R28 C17 C18... Вот толком что она делает, я и не знаю, к сожалению хотел об этом у Вас подробно спросить. Теоретически я думаю, что эта цепочка для особо высоких частот увеличивает глубину ООС, но как привязать ее к теории устойчивости я не знаю ( возможно во многом не прав, прошу поправить)
3) Корекция нулем. Это R25 C16. Как она толком работает я не знаю. Мои предположения - эта цепочка для некоторых частот ( особо высоких) будет иметь определенно ( ограниченое резистором) низкое сопротивление. Она как бы "выкорачивает для них ООС" . Как привязать ее к теории устойчивости тоже не знаю.

Это все уже законы петли ООС. Могли бы Вы прокоментировать написаное, и рассказать про основные критерии устойчивости Вашей схемы, и особенно 2.. и 3 пункт корекций

[Анатолий_В]

Суть дела (опять-таки, если я Вас правильно понял!) - на фронте запираются транзисторы, между эмиттерами которых включена эта форсирующая емкость, разрывая прохождение сигнала и создавая кратковременный срыв слежения в петле ООС. Характерный признак - явно нелинейные (несимметричные, иголкообразные в одну из сторон) "выбросы" на выходе ОУ, могущие сопровождаться "звоном".

Вы имеете в виду цепь коррекции на опережение? Попробую там последовательно с емкостью поставить сопротивление. Мне казалось, что такая ситуация была у меня и при 6пф и при 96пф. Странно. На выходе ОУ при нарастании иголок не наблюдал, а вот вершина выброса немного как бы заваливалась, слизывалась. Очень хочется понять, что происходит.

А динамическая нелинейность видна в общем и на нарастающем и на спадающем фронте. Вот только на спадающем при подключении нагрузки ничего не изменяется практически.