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]

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

См. пост 3.

[audiomun]

LED3 можно тоже зашунтировать кондером

Светодиоды имеют собственную емкость 50-100пФ, особой надобности в их шунтировании конденсатором нет, более того, это может привести к самовозбуждению схемы в некоторых случаях. Вячеслав

[shkal]

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

Обрати внимание, что ёмкость они измерили при 80В на коллекторном переходе. Фокусники

[viktor8m]

Обрати внимание, что ёмкость они измерили при 80В на коллекторном переходе.

Действительно. Судя по значениям и графикам ёмкости у других транзисторов подобной мощности, да и теории (изменение ёмкости обратно пропорционально корню напряжения, вернее несколько меньше корня), можно с увереностью утверждать, что при 10 В у 2SA1186 типовая ёмкость 300 пФ, а у 2SC2837 130 пФ (что типично для такой мощности). В любом случае это самые высокочастотные мощные комплементарные транзисторы на рынке, так что выхода нет. Единственное что ещё нашёл - ещё более высокочастотную пару 2SA1292\2SC3256, но там PNP подкачал по току (мне нужна линейность до 2-2.5 А) и не указана ёмкость, да и дороже.

[shkal]

Посмотри ещё эту пару 2sa2099 2sc5888 http://semicon.sanyo.com/en/ds_e/EN7331A.pdf
И то-же самое в СМД исполнении http://semicon.sanyo.com/en/ds_e/ENN8275.pdf
Вот ещё неплохая пара http://semicon.sanyo.com/en/ds_e/ENN2085B.pdf
Обрати внимание, что зависимость Ft от Ic значительно слабее, чем у санкенов

[Витюшка]

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.

Или подобрать параметры этих цепей прямо на макете или в готовом УМЗЧ.

[audiomun]

Посмотри ещё эту пару 2sa2099 2sc5888

Здесь и далее, транзисторы, что ты предложил, будут на пределе либо с превышением по рассеиваемой мощности и Vceo.

Единственное что ещё нашёл - ещё более высокочастотную пару 2SA1292\2SC3256

Вот эта пара хорошо должна работать, комплексно очень высокие параметры, лучше 2SA1186/2SC2837, единственно, с таким Vceo в выходной каскад с напряжениями питания больше 25 вольт на плечо ставить опасно, но здесь в самый раз будет. Виктор, а чем обусловлен твой выбор ВК, думается, традиционная тройка ОК лучше по нагрузочной способности? Вячеслав

[viktor8m]

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

Я прокрутил схему в симуляторе на разных режимах, без диодов защиты есть ситуации, когда на переходах база-эмиттер драйверов Q12\13 появляется обратное напряжение 30 В, так что лучше всё таки диоды поставить. Кстати, для понижения дополнительной ёмкости от этих диодов я хотел применить последовательно PIN диод и обычный 1N4448, а сейчас подумал, а что если вместо PIN диода использовать переход база-коллектор ВЧ транзистора (там менее 0.5 пФ и их у меня много)? Как-то видел такой приём у Lynx-а, но потом он почему-то отказался.

а чем обусловлен твой выбор ВК, думается, традиционная тройка ОК лучше по нагрузочной способности?

В симуляторе искажения у традиционной тройки ОК значительно больше, чем у параллельного повторителя (напр., вторая гармоника почти в три раза больше при тех же транзисторах и с теми же режимами по току).

За эти дни попробывал одно усовершенствование схемы (впервые этот патент привёл sia_2, и его усиленно продвигает SAPR), которое значительно снижает искажения (в симуляторе в 5 раз на второй гармонике). Для этого в исходную схему введены элементы R36-38, Q19, J1, D2 и изменены номиналы R13\14 (см. рисунок). Транзистор Q19 собственно и реализует патент (нужен с малыми ёмкостями, я поставил 2N5089), полевик J1 образует стабильный генератор тока (здесь подходят BF244 или BF245 с любой буквой, резистором R37 устанавливают ток 1 мА, т.к. это термостабильный ток для BF244\245, цепочка R38-D2 уменьшают напряжение на J1 меньше разрешённого 30 В), причём этот ГТ подключен не к земле, а к Q8, чтобы не нарушить симметрию токов. Была боязнь генерации, но вроде всё тихо. Кстати, в симуляторе при этой добавке на АЧХ появляется небольшой подъём, если в ВК в первых двух каскадах применены транзисторы с частотой менее 200 МГц (в т.ч. 2SA1380\2SC3502 и 2SA1249/2SC3117), так что выбор указанных на схеме транзисторов себя оправдал.

[fakel]

впервые этот патент привёл sia_2

Ссылочку пожалуйста? А то получается, что я - первый
https://forum.vegalab.ru/showthread....l=1#post494471

---------- Добавлено в 09:20 ---------- Предыдущее сообщение в 09:20 ----------

этот пост и далее

[SAPR]

А то получается, что я - первый

Впервые о таком включении прочитал в журнале Радио конца 70 начало 80 гг (точно не помню). Называлась заметка усилитель класса S.

[fakel]

Впервые о таком включении прочитал в журнале Радио конца 70 начало 80 гг (точно не помню). Называлась заметка усилитель класса S.

Вообще-то это патент Ларрсена-еще_кого-то, начала 50х, перепатентованный Хауксфордом в начале 80х

[audiomun]

В симуляторе искажения у традиционной тройки ОК значительно больше, чем у параллельного повторителя (напр., вторая гармоника почти в три раза больше при тех же транзисторах и с теми же режимами по току).

Понятно, из этих же соображений когда-то сам был увлечен параллельным повторителем в качестве ВК(реально Кг у него был в 1,5-2 раза меньше, в зависимости от частоты сигнала, чем у традиционного ОК), потом отказался, поняв, что у него есть существенный недостаток, заключающийся в ограничении максимального тока базы транзисторов драйверов(Q15, Q16), определяемый током ИТ(Q14, Q11), в данном случае равным 4,5мА, поэтому и максимальный выходной ток ВК будет ограничен(хотя так в некоторых случаях бывает полезно), в отличие от обычной тройки ЭП, где этого ограничения нет(кроме максимального тока по даташиту). Поэтому, если при малых и средних мощностях ПП выигрышнее обычного по Кг, то при работе на реальную нагрузку, имеющую реактивный характер и, тем более, низкоомную - обычный выходной каскад работает лучше, поскольку выше нагрузочная способность, вдобавок, проще в реализации и настройке. Применение ПП во входных каскадах УН действительно представляется очень удачным в силу хорошей линейности, большой широкополосности и высокого Rвх, при относительной простоте реализации - достойная альтернатива традиционным схемам с ДК на входе. Вячеслав

[SashaNetrusov]

Посмотри ещё эту пару 2sa2099 2sc5888 http://semicon.sanyo.com/en/ds_e/EN7331A.pdf
И то-же самое в СМД исполнении http://semicon.sanyo.com/en/ds_e/ENN8275.pdf
Вот ещё неплохая пара http://semicon.sanyo.com/en/ds_e/ENN2085B.pdf
Обрати внимание, что зависимость Ft от Ic значительно слабее, чем у санкенов

Кто нить пробовал транзисторы для High Current Switching Applications в усилителях? Номенклатура достаточно большая . Ft большие...

[shkal]

Здесь и далее, транзисторы, что ты предложил, будут на пределе либо с превышением по рассеиваемой мощности и Vceo.

Имелось в виду параллелить

[audiomun]

Имелось в виду параллелить

Как компромиссный вариант, да, только при этом пропорционально увеличивается ёмкость каскада с ухудшением характеристик, в том числе и скоростных, и возрастает стоимость - и то и другое неправильно и неграмотно, на мой взгляд, лучше поставить хорошие транзисторы. Вячеслав

[viktor8m]

В дополнение поста 88 о защите. Как я уже писАл, без диодов защиты при ограничении на переходах база-эмиттер Q12\13 появляется опасное обратное напряжение. В обычной двойке-тройке для защиты ставят диоды с базы первых транзисторов ВК на напряжение сильноточного питания, чтобы не пробить база-коллекторные переходы, и эти диоды влияют на сигнал (особенно при высоком сопротивлении выхода УН). В схеме из первого поста благодаря входному параллельному повторителю в ВК пробоя база-коллекторных переходов не может быть, т.к. при перегрузке база-коллекторные переходы Q15\16 не пробиваются (макс. ток этих переходов здесь равен сумме тока драйвера Q4\9 и генератора тока Q11\14 и не превышает 9 мА в отличие от обычной двойки-тройки), а образуют автоматические диоды защиты, поэтому включать дополнительные диоды на шины питания нет необходимости. Единственное остаётся только зашунтировать база-эмиттерные переходы Q12\13 (они здесь при перегрузке смещаются в обратном направлении) обратно включенными диодами (1N4448), причём они практически не влияют на сигнал, т.к. переменная составляющая на база-эмиттерных переходах практически равна нулю. Чтобы этот принцип работал и при сильноточном питании с виртуальной землёй (см. пост 61), надо, чтобы коллекторы Q15\16 были зашунтированы на землю резисторами не более 2к (менее 20В\9мА), поэтому надо уменьшить номиналы R3\4 из поста 61.

Кстати ещё о сильноточном питании с виртуальной землёй. В симуляторе проверил PSRR сильноточного питания при двухполярном питании и с виртуальной землёй, оказалось, что с виртуальной землёй PSRR лучше на 13 дБ.

[viktor8m]

В дополнение к посту 61. 3300-4700uF NICHICON KG должны быть очень хороши для С3\4.

[audiomun]

В дополнение к посту 61.

При использовании усилителя для ВЧ канала нет необходимости в очень больших номиналах электролитических конденсаторов в блоке питания, поэтому при емкости С3/С4 по 4700мкФ, С1 можно вообще исключить, тем более в таком включении. Вячеслав

[viktor8m]

При использовании усилителя для ВЧ канала нет необходимости в очень больших номиналах электролитических конденсаторов в блоке питания

С этим я согласен и сам это отмечал в своих постах.

поэтому при емкости С3/С4 по 4700мкФ, С1 можно вообще исключить, тем более в таком включении.

Всё упирается в допустимый фон и подавление более высоких частот. У меня цель, чтобы фон\помехи от питания были менее 10 мкВ (а лучше менее 1 мкВ) на выходе (иначе какой смысл в низком шуме и искажениях усилителя). Соответственно, при питании 20Вх2 или одном 40В PSRR нужен не хуже 140 дБ (суммарный усилителя и электролитов БП) до полосы 100 кГц. На самом левом графике показан PSRR при С3/С4 1000 мкФ и заземлённом входе на землю, здесь на НЧ подавление -103 дБ, но т.к. есть ещё С1, который уменьшает пульсации до десятков мВ, то общий PSRR лучше 140 дБ, поэтому для С3/С4 хватает и 1000 мкФ. На среднем графике показан PSRR при С3/С4 4700 мкФ и заземлённом входе на землю, как видим здесь на НЧ подавление те же -103 дБ и без С1 не обойтись. А вот если на вход усилителя поставить конденсатор 0.1 мкФ (см. самый правый график), то и без С1 подавление на НЧ -150 дБ, и С1 действительно можно исключить. Таким образом, если этот УМ использовать только для питания ВЧ головки и на вход поставить конденсатор не более 0.1 мкФ (причём он может быть частью входного ФВЧ, образуя первый или третий порядок), то можно использовать С3/С4 по 4700 мкФ без необходимости в С1.

[Hennady]

Впервые о таком включении прочитал в журнале Радио конца 70 начало 80 гг (точно не помню). Называлась заметка усилитель класса S.

SAPR, можешь дать ссылку на эту статью ....

Offтопик:
Ааа, где ты ALEX?