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?.

[viktor8m]

В продолжение поста 23 о сильноточном питании в случае использования этого усилителя только для питания ВЧ головки (триампинг). При двухполярном питании для защиты ВЧ головки приходится ставить разделительный конденсатор, который должен быть высокого качества, т.к. он не охвачен ООС. Но есть старый метод питания с виртуальной землёй (напр., Акулиничев любил этот метод в своих усилителях). Для универсального УМ этот метод не очень хорош (басы не натуральные), а вот для УМ, подключенного только к ВЧ головке, он в самый раз, причём, хотя конденсаторы и тут должны быть достаточно качественные, но в значительно меньшей степени, т.к. охвачены ООС. Поэтому изменил схему сильноточного питания из поста 23 на новую (см. рисунок). Здесь С1 на 10000 мкФ 63 В (не ESR), а С3\4 на 3300 мкФ 50 В (подобрать на одинаковую ёмкость), лично я С3\4 поставлю Nichicon KG.

[audiomun]

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

Лучше для обоих случаев, поскольку ток драйверного каскада увеличивается - улучшается линейность, уменьшается его выходное сопротивление, выше частота усиления, легче управлять ВК, ниже Кг в итоге. Вячеслав

[SashaNetrusov]

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.

На вход усилителя естественно подаётся звуковая частота. Она и меняет текущую рабочую точку выходных каскадов. От минимума тока до максимума. Частотные характеристики транзисторов при этом сильно меняются. И не исключено , что условие самовозбуждения (180 гр.)в какой то точке и возникнут. Это явление случается очень часто и называется подвозбуд. Визуально иногда заметен в виде ВЧ вспышки на НЧ синусоиде в некоторых местах. А часто визуально на фоне НЧ сигнала даже и не заметен. Т.к. амплитуда вспышки может быть очень мала. Приходится всякие ухищрения применять...
Кстати в какихто случаях может возникать , а в каких то нет. Ещё зависит от того каким импедансом усилитель нагрузиш, температура ...
В общем в полосу охвата ООС частоты начала снижения бетты выходных транзисторов лучше не захватывать...

[viktor8m]

Это явление случается очень часто и называется подвозбуд. Визуально иногда заметен в виде ВЧ вспышки на НЧ синусоиде в некоторых местах.

Неужели Вы думаете, что я не проверял в разных режимах, причём с контролем ВЧ спектроанализатором (а там видно то, что ни один осциллограф не покажет). А нагрузка как раз у меня индуктивная - рупорная сирена от сигнализаций (8 Ом, 10 Вт) с отрезанным рупором (чтобы не кричала), т.е. только магнитная система (кстати всем советую, удобная вещь и малого объёма).

[SashaNetrusov]

viktor8m, Ну ВЧ спектроанализатор конечно не у каждого имеется...

[viktor8m]

viktor8m, Ну ВЧ спектроанализатор конечно не у каждого имеется...

И у меня нет, я на работе проверял. А советую сирену для проверки, там ход большой и без рупора.

[SashaNetrusov]

В общем дабы избежать проблемм с подвозбудами я бы даже для таких довольно высокочастотных вых. транзисторов порекомендовал глубину ООС на 20 кГц выше 30 дБ не делать. Далее искажения снижать чисто схемотехническими приёмами...

[audiomun]

причём с контролем ВЧ спектроанализатором

Виктор, теперь мне понятно, чем вызван твой выбор транзисторов ВК, а особенно драйверов 2SA1538/2SC3953 - очень высокая граничная частота и мизерная емкость Ск в несколько пФ, но думаю, они ограничивают перспективу на увеличение мощности твоей схемы(поэтому 15 Вт) из-за невысокого максимального тока коллектора. Среди драйверов по комплексу характеристик и невысокой стоимости есть очень хорошая пара - 2SA1249/2SC3117, попробуй обратить на неё внимание. Вячеслав

[В.М.Полесов]

Ну тогда у ж 2SC5172/2SA1930
Но 2 А ток колектора - это мало.

[SAPR]

Для универсального УМ этот метод не очень хорош (басы не натуральные)

Вполне хороший метод для любого усилителя. Просто УМ с автономным питанием представляет собой ФВЧ 2 - го порядка. И неправильный выбор постоянных времени по входной цепи и по выходу как раз и приводит к "ненатуральности" баса. Если все посчитать правильно - никаких проблем на НЧ.
Кстати, если этот усилитель будет применяться на ВЧ (в триампинге), то фильтр 2 - го порядка для ВЧ головы легко организовывается без всяких кроссоверов: номинал С1 (в блоке питания) выбирается исходя из уровня пульсаций и т.д. и т.п. (ну, с соблюдением всех требований к БП), а вот С3, С4 и входная разделительная емкость рассчитываются исходя из необходимой частоты раздела и добротности ФВЧ.
Я эту формулу выкладывал, но если есть необходимость - пороюсь в компе и найду.

[dekko]

Я эту формулу выкладывал, но если есть необходимость - пороюсь в компе и найду

Есть такое дело, хочу попробовать на ЛМ3886 такое дело

[SAPR]

Offтопик:

Есть такое дело, хочу попробовать на ЛМ3886 такое дело

Можно не сегодня?

[audiomun]

Ну тогда у ж 2SC5172

Ну, тогда уж 2SC5171. Только они гораздо дороже, да и некоторые характеристики их хуже.

Но 2 А ток колектора - это мало.

Почему мало, это ведь драйверы, у примененных автором темы вообще 0,2 А. Вячеслав

[viktor8m]

Думаю не добавить ли стабилизатор нуля смещения. Обычно сигнал на схему поддержания нуля берётся с выхода схемы, и полезный сигнал даже с учётом сильного усреднения в интеграторе влияет на усиление. Но в схеме с параллельной ООС главное это обеспечить как можно ближе к нулю напряжение в точке суммирования ООС, и чем это ближе, тем точнее усиление равно отношению резисторов ООС и меньше влияние характеристик входной цепи усилителя (смещение и входное сопротивление), и для параллельной ООС можно просто организовать дополнительный параллельный низкочастотный канал усиления, в котором сигнал на схему поддержания нуля (интегратор) берётся именно с точки суммирования ООС (к примеру см. даташит на OPA380, у неё внутри именно такой канал). Сделал также и для своей схемы (см. рисунок), в симуляторе работает (R40\41 ограничивает сигнал на входе Q2 до 0.3 В, где диф. каскад ещё не насыщается, да и устойчивость обеспечивается). ОУ Х1 с полевиками на входе и малым смещением (менее 1 мВ), Х2 любой (или использовать сдвоенный ОУ).

[dekko]

SAPR,

Offтопик:
можно, давай после выборов?

[.Васильев]

вот такие транзисторы кто пробовал ? Мощные с весьма небольшой емкостью коллектора ,драйверы тоже под стать.

[audiomun]

защита ВК от перенапряжения по входу (ограничительные диоды с выхода УН на питание ВК). Так как в этой схеме нужна малая ёмкость и ток утечки этих защитных цепей, то решил каждую цепь (на + и на -) составить из двух последовательно соединённых диодов

Правильное решение, раньше так-же делал, потом вообще от них отказался с целью минимизации ёмкости нагрузки УН, поскольку перегрузка не наступает ввиду малого усиления схемы по напряжению - чуть более 1дБ.

Но в схеме с параллельной ООС главное это обеспечить как можно ближе к нулю напряжение в точке суммирования ООС, и чем это ближе, тем точнее усиление равно отношению резисторов ООС и меньше влияние характеристик входной цепи усилителя (смещение и входное сопротивление).

В симметричной по входу схеме такой проблемы практически не возникает. Вячеслав

[viktor8m]

поскольку перегрузка не наступает ввиду малого усиления схемы по напряжению - чуть более 1дБ.

Я хочу ввести из-за наличия разного питания УН и ВК (при включении\выключении всякое может произойти, жалко будет Санкены).

вот такие транзисторы кто пробовал ? Мощные с весьма небольшой емкостью коллектора

Так именно эту пару Санкенов я и хочу поставить, посмотрите мой первый пост.

[audiomun]

Я хочу ввести из-за наличия разного питания УН и ВК (при включении\выключении всякое может произойти, жалко будет Санкены).

Поскольку выходной каскад работает в режиме А с достаточно большим током покоя, напряжения питания его спадают/нарастают гораздо раньше/позже с момента выключения/включения усилителя, чем напряжения питания каскадов УН, поэтому опасных переходных процессов для ВК не происходит, извини за словесный каламбур, думаю, осмыслишь, читай по очередности. Вячеслав

[fakel]

viktor8m, не пробовал поставить еще один ОБ, а зеркало перенести на выход УН, как в AD797?