Высококачественный маломощный УМ

[viktor8m]

Предлагаю на суд форумчан высококачественный маломощный (10-15 Вт) УМ для чувствительной акустики или для отдельного питания ВЧ головки в триампинге. Сначало о концепции (техническом задании), а потом о схеме:

1. Использование ООС. Лично мне искажения безосных схем слышны и мешают (слушал и довольно качественно сделанные изделия, в том числе ламповые).

2. ВК двухтактный (безосный однотактный не обеспечивает симметричную ПХ при реактивной нагрузке, коей является и динамик, а осный всё равно имеет бОльшие искажения, чем двухтактный при одной глубине ООС, плюс хуже по КПД). Так как на мосфетах симметрии не добился, использую самую высокочастотную комплементарную пару 2SA1186\2SC2837 (других не знаю с линейной бетой до нужных мне 2.5А).

3. Личный опыт прослушивания и многочисленные отзывы на разных форумах (в том числе и этом) показывают преимущество на слух в ВЧ области звукового диапазона осных усилителей с высокой (более 20 кГц) частоте среза, в том числе и при прослушивании стандартных (44 кГц) CD (но конечно оригинальных), которые наверняка записаны с помощью аппаратуры, построенной на ОУ типа NE5534 и т.п. Примеров этому много, хотя бы телефоные усилители на ВЧ ОУ на этом форуме. Тем более это верно с новыми более широкополосными форматами, которые через пару лет вытеснят стандартный CD. Объяснение этому факту вижу в особенности работы ООС при импульсном (как у музыки) характере усиливаемого сигнала.

4. Применение однокаскадного УН и широкополосного ВК обеспечивает апериодичную реакцию ООС (многие считают это условием применению ООС в звуковом усилителе).

5. Для уменьшения искажений и влияния нагрузки (ВЧ головки) при высокой частоте среза требуется применение высокочастотных транзисторов, чтобы при соблюдении устойчивости получить приемлемую глубину ООС. Но всё равно более 1000 глубину ООС на реально доставаемых деталях сделать затруднительно, поэтому ВК должен работать в классе А (поэтому и небольшая выходная мощность). Также по этой причине использована параллельная ООС (нет синфазных помех).

Эти соображения я привёл не для обсуждения (просто нет смысла спорить, это моё видение как получить реалистичный звук и здесь больше дело личного вкуса, поэтому каждый будет по своему прав), а для объяснения выбора схемы, которую и прошу обсуждать. В схеме нет никаких наворотов, кроме использования каскодных генераторов тока (Q5\6 и Q8\9), т.к. они здесь необходимы (требуется очень высокий выходной импеданс). Ещё может показаться ненужным применение в первом каскаде ВК параллельного повторителя, но такой первый каскад обеспечивает значительно более стабильный входной импеданс (что важно для получения малых искажений, глубина ООС ведь не большая), чем обычный (сначало хотел сделать плавающие коллекторы, но при ограничении появляется генерация, в тоже время и при постоянном питании коллекторов входной импеданс весьма стабилен, что показывает и симулятор и измерение искажений). В диф. каскаде использовал очень малошумящие и с большой бетой (для снижения токового шума) MPSA18. Схема собрана на макетке (один канал, выходные транзисторы пока также высокочастотные D44\D45, но заказаны Санкены), ток покоя выходных транзисторов 1.2 А. Теперь об измерениях в железе. Шум на выходе менее 10 мкВ эфф. (просто это предел имеющегося у меня измерителя с полосой среза 40 кГц, может там и меньше), т.е. при 10 В на выходе динамический диапазон не менее 120 дБ (это благодаря MPSA18 и низкоомной ООС). Частота среза без ООС примерно 25 кГц (по симулятору глубина ООС около 500), скор. нарастания не менее 200 В\мкс, усиление 5 (т.к. входное напряжение 2 В от фильтра), запас по усилению более 70 гр. (и с усилением 2 устойчив), искажения на 5 кГц при нагрузке резистором 8.2 Ом не видны (менее -110 дБ я не вижу, но делаю новый измеритель с пределом на -130 дБ). Детали не дефицитны, например, 2 пары 2SA1186\2SC2837 http://www.ebay.com/itm/2Pairs-New-O.../170665771189? , MPSA18 http://www.ebay.com/itm/10x-Transist.../250864796102? (как раз 10 на два канала), 10 пар 2SA1145\2SC2705 http://www.ebay.com/itm/10pairs-TOSH.../320848844497?.

[SashaNetrusov]

А где ток (перем.) на 15МГц? Входного сигнала же выше сотен кГц нет. Главное это напряжение (для устойчивости), а по напряжению АЧХ каскада с ОК простирается вплоть до граничной частоты транзистора (даже задираться может вверх).

Мне интересно до каких частот работает ООС. И оценить устойчивость на предельных режимах . У каскада ОК на частоте начала спада бетты выходное сопротивление начинает расти. И носит индуктивный характер. Начинается рост фазовой задержки.

[SAPR]

Мне интересно до каких частот работает ООС.

До любых ()

У каскада ОК на частоте начала спада бетты выходное сопротивление начинает расти.

Ну и пусть себе растет - для каскада с ОК важна граничная частота (когда коэфф. передачи по току станет равным 1) - тогда начнется спад коэфф. передачи по напряжению - это и будет полюс. С примененными тр-ми он находится достаточно высоко - несколько десятков мГц.

[SashaNetrusov]

До любых ()

Ну и пусть себе растет - для каскада с ОК важна граничная частота (когда коэфф. передачи по току станет равным 1) - тогда начнется спад коэфф. передачи по напряжению - это и будет полюс. С примененными тр-ми он находится достаточно высоко - несколько десятков мГц.

Чем обоснована такая цифра? Поставте между источником сигнала и нагрузкой индуктивность и увидите когда начинается спад коэффициента передачи и рост фазового набега.

[viktor8m]

Мне интересно до каких частот работает ООС. И оценить устойчивость на предельных режимах.

В симуляторе и железе у меня всё устойчиво, проверял при всех режимах и запас по фазе аж 70 гр.

[SashaNetrusov]

В симуляторе и железе у меня всё устойчиво, проверял при всех режимах и запас по фазе аж 70 гр.

В симуляторе всё может быть куда радужнее, чем в жизни. Вряд ли модели адекватно отражают зависимость граничной частоты от тока и напряжения.
А в железе как проверяли?

[viktor8m]

А в железе как проверяли?

Очень просто, возбуждения нет и при усилении 2.

[SAPR]

Чем обоснована такая цифра?

Какая? 1?
(ерундой занимаемся, ну да ладно). Вот есть эмм. повторитель (ОК) - он почти повторяет входное напряжение (потому как 100% местная ОС).
С ростом частоты начинает падать коэфф. передачи по току транзистора - ну и что? Все равно эмм. повторитель повторяет сигнал, но с ростом частоты все хуже и хуже (глубина местной ОС уменьшается). Наконец наступает момент, когда коэфф. передачи по току становится равным 1 - соотв. петлевое усиление местной ОС = 0. Вот с этого момента можно считать, что коэфф. передачи по напр. эмм. повторителя начнет уменьшаться (хотя уже в этой точке он будет 0.707). С точки зрения всего УМ - это и будет полюс.
Само собой, уменьшение коэфф. передачи по напр. эмм повторителя начнется как только коэфф. передачи по току начнет уменьшаться - потому как будет падать петлевое усиление местной ОС - но критичное значение (критические дни ) наступает как раз на граничной частоте -это и будет полюс для ВК.

[SashaNetrusov]

SAPR, Если перед каскадом ОК стоит источник с нулевым выходным сопротивлением то утверждение , приведённое выше, имеет место быть. А если перед каскадом выходное сопротивление не равно нулю, то всё уже не так. Выходное сопротивление источника пересчитывается на выход каскада с ОК делением на частотозависимый коэфициент передачи транзистора по току. И полоса передачи уже значительно снижается. Зависит от соотношения вых. сопротивления источника перед каскадом и сопротивления нагрузки после каскада с ОК.

[SAPR]

Если перед каскадом ОК стоит источник с нулевым выходным сопротивлением

Так тут практически такой и стоит - параллельный повторитель.

[SashaNetrusov]

Так тут практически такой и стоит - параллельный повторитель.

А перед ним сопротивление источника 470 кОм.

[viktor8m]

А перед ним сопротивление источника 470 кОм.

Запараллеленный конденсатором. Сейчас в симуляторе снял зависимость выходного сопротивления предвыходного каскада (эмиттер Q15) без ООС: 25 Ом на НЧ, 18 Ом на 25 кГц и уменьшается (благодаря конденсатору коррекции) до минимума 3.4 Ом на 1 МГц, а потом начинает расти до 41 Ом на 60 МГц.

[derrik]

судя по схеме звучать должно хорошо. соберу на макетке, послушаю. автору респект

[audiomun]

У применённых 2SA1145\2SC2705 очень малая ёмкость

Отличные транзисторные пары, без сомнения, использую такие уже более 10 лет, причем обладают высокими параметрами в комплексе, и в отличие от отечественных КТ940, КТ9115 а также многих подобных импортных, сохраняют высокую линейность при достаточно малых напряжениях Uкэ.

Конденсаторы С2, С6 и С7 обязательно полипропилен. С5 лучше всего полистироловые

Виктор, из своего опыта могу сказать, что конденсаторы номинала до 2000пФ лучше керамические с малым ТКЕ, тем более 6,8пФ - не проблема найти П33, М47. Полипропилен тоже неоднозначен по звучанию - несколько лет назад специально проводил сравнительное прослушивание различных типов конденсаторов в выходной RC цепи усилителя, как ни странно, он мне не понравился, хотя это может быть и субъективно, лучше выбрать по звучанию, на слух. Вячеслав

[SashaNetrusov]

Запараллеленный конденсатором. Сейчас в симуляторе снял зависимость выходного сопротивления предвыходного каскада (эмиттер Q15) без ООС: 25 Ом на НЧ, 18 Ом на 25 кГц и уменьшается (благодаря конденсатору коррекции) до минимума 3.4 Ом на 1 МГц, а потом начинает расти до 41 Ом на 60 МГц.

Ну вот, картина выглядит не столь уж радостная. Выходит что оконечники управляются источником с выходным сопротивлением в виде последовательного колебательного контура с резонансом на 1 МГц. И это в нулевой точке. При прокачке по всему диапазону токов и напряжений предвыходников этот резонанс ещё может смещаться вниз в разы. Потом на это накладываются ещё частоторежимозависимые параметры выходников и в итоге , даже применяя самые высокочасотные на сегодняшний день ширпотребовские транзисторы , загнать полюса высших порядков в десятки мегагерц реально во всём диапазоне выходных токов очень затруднительно. Не всё так просто в этом мире. Термин граничная частота 60 МГц в табличке параметров ещё ни о чём не говорит...
ООС не такая уж панацея...

[sia_2]

Ну вот, картина выглядит не столь уж радостная. Выходит что оконечники управляются источником с выходным сопротивлением в виде последовательного колебательного контура с резонансом на 1 МГц. И это в нулевой точке. При прокачке по всему диапазону токов и напряжений предвыходников этот резонанс ещё может смещаться вниз в разы. Потом на это накладываются ещё частоторежимозависимые параметры выходников и в итоге , даже применяя самые высокочасотные на сегодняшний день ширпотребовские транзисторы , загнать полюса высших порядков в десятки мегагерц реально во всём диапазоне выходных токов очень затруднительно. Не всё так просто в этом мире. Термин граничная частота 60 МГц в табличке параметров ещё ни о чём не говорит...
ООС не такая уж панацея...

Offтопик:
Ребята, вы страдаете "компьютерным оптимизмом". В реальности частотные свойства сильноточных цепей определяются не столько "схемотехникой", сколько конструктивными факторами, в первую очередь - паразитными индуктивностями силовых цепей, они влияют на характеристики выходного каскада гораздо сильнее, чем "паспортные" Ft выходных транзисторов. Далее, "однополюсная" модель для транзисторов с достаточно большой геометрически структурой, в которой распределение плотности тока зависит от режима, в принципе некорректна, как для биполярных, так и для полевых транзисторов. Ну и явление квазинасыщения никто не отменял.
Все это в принципе поддается моделированию, НО только после детального обмера "в железе" и самостоятельного создания и верификации "поведенческих" моделей. Без этого - все разговоры про модели/расчеты - "ниочем".

[audiomun]

Ну вот, картина выглядит не столь уж радостная. даже применяя самые высокочасотные на сегодняшний день ширпотребовские транзисторы , загнать полюса высших порядков в десятки мегагерц реально во всём диапазоне выходных токов очень затруднительно. Не всё так просто в этом мире. Термин граничная частота 60 МГц в табличке параметров ещё ни о чём не говорит...
ООС не такая уж панацея...

Кроме ООС есть ещё и грамотная коррекция, даже низкочастотные транзисторы КТ818/КТ819 достойно работают в ВК.

Ребята, вы страдаете "компьютерным оптимизмом".

Никакого оптимизма не видно, всё как-раз наоборот, судя по высказыванию.

Ну и явление квазинасыщения никто не отменял.

Не понятно, где здесь квазинасыщение, если напряжения питания УН больше соответствующих напряжений питания ВК на 15 вольт на плечо? Транзисторы 2SA1145/2SC2705 нормально работают при Uкэ 5 вольт.

Все это в принципе поддается моделированию, НО только после детального обмера "в железе" и самостоятельного создания и верификации "поведенческих" моделей. Без этого - все разговоры про модели/расчеты - "ниочем".

Симуляторы и моделирование - это просто мода сейчас такая, скоро это пройдет, надеюсь, и останется игрушкой для начинающих и дилетантов от конструирования электронных схем. Безусловно, согласен с тем, что основная цель - создание схемы в "железе", очевидность в том, что после этого само моделирование теряет смысл, раз всё уже работает, остаётся измерить характеристики. Вячеслав

[SashaNetrusov]

...Да даже без моделирования на пальцах глядя на графики характеристик транзисторов можно многое понять. Умеючи , конечно.
Возбуждать каскад ОК источником с индуктивным выходным импедансом в зоне до частоты единичного усиления по току транзистора вообще чревато. Т.к. может дать выходное сопротивление с отрицательным знаком. Может легко возбудиться и без ООС. Каскад ОК вообще потенциально не устойчив...
В радиочастотной аппаратуре вообще редко применяется...

[audiomun]

.Да даже без моделирования на пальцах глядя на графики характеристик транзисторов можно многое понять. Умеючи , конечно.

На том и стоим.

Возбуждать каскад ОК источником с индуктивным выходным импедансом в зоне до частоты единичного усиления по току транзистора вообще чревато. Т.к. может дать выходное сопротивление с отрицательным знаком. Может легко возбудиться и без ООС. Каскад ОК вообще потенциально не устойчив...

Пессимизм никогда не являлся двигателем прогресса.

В радиочастотной аппаратуре вообще редко применяется...

В радиочастотной аппаратуре решаются совершенно другие задачи, поэтому и схемотехника другая.

железе у меня всё устойчиво, проверял при всех режимах

Вот ответ на вопросы. Виктор, для улучшения переключательных процессов транзисторов ВК грамотнее и лучше будет уменьшить номинал R27 до 36 Ом. Вячеслав

[AS79]

для улучшения переключательных процессов транзисторов ВК грамотнее и лучше будет уменьшить номинал R27 до 36 Ом

А тут в А режиме, или на случай захода в АВ?

---------- Добавлено в 14:40 ---------- Предыдущее сообщение в 14:38 ----------

Симуляторы и моделирование - это просто мода сейчас такая, скоро это пройдет, надеюсь, и останется игрушкой для начинающих и дилетантов от конструирования электронных схем.

Да ладно, вещь нужная, если конечно с умом

А,кстати , есть .cir с моделями транзисторов.

[viktor8m]

Offтопик:
В реальности частотные свойства сильноточных цепей определяются не столько "схемотехникой", сколько конструктивными факторами, в первую очередь - паразитными индуктивностями силовых цепей, они влияют на характеристики выходного каскада гораздо сильнее, чем "паспортные" Ft выходных транзисторов.

Совершенно верно и в одном из постов уже отмечал, что ВК этого усилителя должен быть компактен и рядом с радиаторами, а коллекторы предвыходных и выходных транзисторов зашунтированы плёнкой 1-10 нФ (как в Вашем усилителе).

Выходит что оконечники управляются источником с выходным сопротивлением в виде последовательного колебательного контура с резонансом на 1 МГц. И это в нулевой точке. При прокачке по всему диапазону токов и напряжений предвыходников этот резонанс ещё может смещаться вниз в разы.

Возбуждать каскад ОК источником с индуктивным выходным импедансом в зоне до частоты единичного усиления по току транзистора вообще чревато. Т.к. может дать выходное сопротивление с отрицательным знаком. Может легко возбудиться и без ООС. Каскад ОК вообще потенциально не устойчив...

Так во всех усилителях, где применяют двойки\тройки, такой эффект, и как-то миллионы усилителей по всему миру работают. Главное выбрать правильно транзисторы (посмотрите на теорию каскада ОК, индуктивная часть его выходного сопротивления обратно пропорциональна его граничной частоте, т.е. чем высокочастотней транзистор, тем меньше индуктивная часть его выходного сопротивления) и коррекцию, плюс для гарантии ставят на выход RC цепочку для подавления возможных резонансов с ёмкостью нагрузки\кабеля. Кроме того, и я и SAPR уже несколько раз обращали внимание на Вашу фундаментальную ошибку подсчёта токов и напряжений на частотах выше 1 МГц - их там нет, ведь на вход усилителя такие сигналы не поступают и они могут возникнуть только при генерации, а она возникнет, как всем известно, только при единичном петлевом усилении и общем сдвиге фазы 180 гр., поэтому если сдвиг фазы меньше (или больше, но для ВЧ усилителя это лучше не делать), то какая разница, что у каскада ОК индуктивный характер выходного сопротивления. Я уж не говорю, что в моём случае выходное сопротивление предвыходного каскада составляет всего лишь пару десятков Ом вплоть до единичного усиления.