Проект А, rev.1

[Mad optic]

Усилители Проекта "А" ( https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=19325 ) отлично отработали четыре года и несмотря на это идея оптимизации все равно постоянно не давала покоя. Основные направления оптимизации:

- Переход к пассивной системе охлаждения

- Улучшение линейности за счет «скрытых резервов»

Первая задача вызвана доставляющим некоторое беспокойство небольшим шумом от вентиляторов. Для идеального усилителя это неприемлемо.

Предварительным этапом внедрения пассивной системы охлаждения стал переход на планарные выходные транзисторы вследствие заметного усиления их теплового режима. Вертикальные не так надежны при нагрузке постоянным током и высокой температуре кристалла. Наиболее близкими по нагрузочной способности взамен HUF76639P3 являются FQP50N06L. Хорошим вариантом также могут быть FQP33N10L. Положительным следствием такого перехода стало снижение паразитных емкостей, нагружающих предвыходные повторители, что также привело к небольшому росту скорости нарастания базовой схемы до 110V/uS, несмотря на рост корректирующих емкостей в УН.

Второе направление объясняется наличием заметного резерва в широкополосности усилителя, которое можно конвертировать в дополнительное усиление и увеличение ОС. С этой целью первый полюс сдвинут от 35KHz влево к 14KHz после увеличения выходного сопротивления источников тока на Q1, Q2 и нагрузочных резисторов R7, R8. Корректирующие емкости С9, С10 тоже были немного увеличены.

Результаты измерений THD приведены на сайте.

[Olegyurich]

А чем это обусловлено?

Глубина ОООС снижается.

[Orion33]

Глубина ОООС снижается.

Но ведь при этом местная ООС возрастает...

[viktor8m]

Да, это так, теоретически.

Это и практически так (правда не при таких малых сопротивлениях с точки зрения полевиков, как у Вас).

А чем это обусловлено?

Я уже в одной из тем это объяснял подробно и даже приводил сайт (сейчас трудно найти) с практическими измерениями искажений, показывающими это (даже отдельно по гармоникам). Без входа в теорию (хотя это и не так сложно, местной ООС уменьшаем искажения только одной части, но уменьшается глубина общей ООС для подавления искажений остальных частей, компенсировать же это уменьшение обычно не возможно из-за увеличения фазы местной ООС), для усилителя, имеющего общую ООС, при вводе местной ООС глубиной менее 20-26дБ при постоянстве всего другого практически всегда увеличиваются общие искажения (причём по спектру в первую очередь за счёт гармоник выше 3-ей), поэтому если нет выхода и небольшую местную ООС (резистор в эмиттере) приходится вводить для термостабильности, этот резистор стОит зашунтировать электролитом.

[Mad optic]

Согласен, завтра картинки вывешу, где четко указано как и для чего нужна привязка, и где без нее можно обойтись. Я думаю, этот вопрос интересен не только нам

Что-то картинки задержались...

[fakel]

дела, дела

[Olegyurich]

Но ведь при этом местная ООС возрастает...

Без входа в теорию (хотя это и не так сложно, местной ООС уменьшаем искажения только одной части, но уменьшается глубина общей ООС для подавления искажений остальных частей)

[Mad optic]

Интересный эффект наблюдается. Не только в данном усилителе, но и во многих других (см. тесты John Atkinson*а). С прогревом происходит небольшой рост измеряемых искажений.

НО ПРИ ЭТОМ КАЧЕСТВО ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ УЛУЧШАЕТСЯ!

Вот парадокс!

Есть идеи объяснить это?

[Olegyurich]

С прогревом происходит небольшой рост измеряемых искажений.

А на спектре это как отражается?

[Prophetmaster]

Интересный эффект наблюдается. Не только в данном усилителе, но и во многих других (см. тесты John Atkinson*а). С прогревом происходит небольшой рост измеряемых искажений.

НО ПРИ ЭТОМ КАЧЕСТВО ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ УЛУЧШАЕТСЯ!

Вот парадокс!

Есть идеи объяснить это?

Это да, прогретый хотя бы 30-40 минут усилитель звучит лучше, у меня такие же наблюдения. Причем, предварительные усилители и источники если и имеют такую же зависимость, то очень незначительную, по моему мнению - заметно там, где есть мощные выходные каскады.
Есть некоторые ненаучные мысли по этому поводу:
1. Многими замечено, что подогрев электролитических конденсаторов благотворно влияет на звучание, а температура в корпусе УМ становится выше и на кондерах она растет, соответственно. ESR электролитов уменьшается с прогревом - может с этим связано улучшение. В некоторых винтажных усилителях мне встечалось крепление основных электролитов БП прямо к радиаторам выходных транзисторов - Technics SE A5, например, из недавно копаных. Возможно, что это было сделано специально. В статье про усилитель Ульянова на подогрев электролитов тоже было обращено особое внимание.
2. Усилитель выходит на свои рабочие режимы по токам. Эти токи больше, чем у холодного усилителя - измеряемые искажения на меньших токах в каскадах ниже, а для звучания лучше, наверное, когда схема вышла на свои заданные режимы по току, которые зависят от температуры.
3. Возможно, что характер и уровень тепловых искажений в кристаллах оконечных транзисторов зависит от прогрева. Мгновенные значения температур в кристалле будут отличаться меньше, по идее, если кристалл уже набрал "крейсерскую" температуру.

---------- Добавлено в 16:48 ---------- Предыдущее сообщение в 16:43 ----------

что также привело к небольшому росту скорости нарастания базовой схемы до 77V/uS, несмотря на рост корректирующих емкостей в УН.

А какой безопасный предел для этой схемы по скорости внутри петли ООС?

[Mad optic]

Prophetmaster,

Относительно "ненаучных" мыслей:

Пункты 1 и 3 - очень интересно, над этим надо еще подумать.
Пункт 2 - не применим для Проекта А - первые 10-15 минут ток покоя выше номинального.

Безопасный предел для этой схемы - 44V/us.

---------- Добавлено в 23:08 ---------- Предыдущее сообщение в 23:05 ----------

А на спектре это как отражается?

Закономерный вопрос, но пока документально аргументировать не могу (нет точной привязки записанных спектрограмм ко времени работы усилителя). Однако не припоминаю, чтобы спектр сильно менялся при прогреве.

[Mad optic]

Prophetmaster,
(Дополнение)
Безопасный предел сверху для этой схемы - выше 100 V/uS (при соблюдении техтребований к элементной базе). При этом температура кристаллов выше моих критериев безопасности.

[Prophetmaster]

Пункт 2 - не применим для Проекта А - первые 10-15 минут ток покоя выше номинального.

Для ускорения выхода на рабочие режимы?

Безопасный предел сверху для этой схемы - выше 100 V/uS (при соблюдении техтребований к элементной базе). При этом температура кристаллов выше моих критериев безопасности.

Понятно, спасибо. Спросил, потому что, по моим наблюдениям, при скорости свыше 100 В/мкс (точный барьер не могу указать), заметно улучшение субъективного восприятия звучания. Хотел понять - я один это слышу или нет Вы пробовали его слушать в "более разогнанном" состоянии?

[Mad optic]

Для ускорения выхода на рабочие режимы?

... И для этого тоже. Просто это положительный, если можно считать таковым, результат действия ОС по температуре через тр-р Q8. В данном усилителе перерегулирование по пост. току достигает 30%, но усилитель в полностью термостабильное состояние приходит минут через 30 и через это же время звук его заметно улучшается.

Понятно, спасибо. Спросил, потому что, по моим наблюдениям, при скорости свыше 100 В/мкс (точный барьер не могу указать), заметно улучшение субъективного восприятия звучания. Хотел понять - я один это слышу или нет Вы пробовали его слушать в "более разогнанном" состоянии?

Честно говоря, я не придерживаюсь такой точки зрения, что именно определенная скорость нарастания, как параметр, может сказаться на улучшении звучания. Ключевое значение имеет совокупность параметров системы и их увязка между собой. Наиболее важно, чтобы несмотря на наличие вх. фильтров ВСЕ каскады усилителя обеспечивали скорость нарастания выходного сигнала больше, чем требуется для усилителя с ОС в режиме полного сигнала. И если полоса пропускания усилителя с ОС в режиме полного сигнала достаточна (ну хотя бы 40-50КГц), то выполнения этого требования вполне приемлемо для качественного воспроизведения и совершенно не имеет значения какая скорость нарастания "голого" усилителя (на сколько она превышает требуемую). Я стараюсь использовать запас/превышение скорости нарастания в 1.5-2 раза.
Если же вы сторонник воспроизводить аудио сигнал 20-ваттным усилителем с полосой пропускания 1МГц, то я не сторонник данного подхода.Моего воображения вполне хватает на 200 КГц.

[viktor8m]

Ключевое значение имеет совокупность параметров системы и их увязка между собой.

Prophetmaster имеет ввиду в первую очередь скорость в петле ООС, т.е. насколько быстро ООС исправит возмущение на выходе усилителя (от реакции колонки), соответственно, чем колонка создаёт меньше возмущений (изменение импеданса, противоэдс) и чем меньше выходное сопротивление усилителя (до охвата ООС) вплоть до сотен кГц, тем меньше и порог минимально необходимой скорости в петле ООС. Измеряется скорость в петле ООС очень просто, заземляем вход усилителя, а на выход через резистор скажем 8 Ом подаём меандр от генератора (нужен умощнитель, имеющий собственную скорость хотя бы 200В\мкс, что совершенно не трудно сделать), и смотрим время установления на выходе усилителя.

[Prophetmaster]

Честно говоря, я не придерживаюсь такой точки зрения, что именно определенная скорость нарастания, как параметр, может сказаться на улучшении звучания. Ключевое значение имеет совокупность параметров системы и их увязка между собой.

Я не имел в виду, что это панацея для любой схемы - естественно, что другие параметры тоже имеют значение и звучание является результатом комплекса принятых разработчиком мер.

Наиболее важно, чтобы несмотря на наличие вх. фильтров ВСЕ каскады усилителя обеспечивали скорость нарастания выходного сигнала больше, чем требуется для усилителя с ОС в режиме полного сигнала. И если полоса пропускания усилителя с ОС в режиме полного сигнала достаточна (ну хотя бы 40-50КГц), то выполнения этого требования вполне приемлемо для качественного воспроизведения и совершенно не имеет значения какая скорость нарастания "голого" усилителя (на сколько она превышает требуемую). Я стараюсь использовать запас/превышение скорости нарастания в 1.5-2 раза.

А что делать с некомпенсированным ОС "мусором", который вращается внутри петли? Источником такого "мусора" может быть сигнал обратной ЭДС динамиков, собственная нелинейность элементов ООС, например. В быстродействующей петле ОООС периоды затухания амплитуды этого "мусора" меньше по времени, поэтому, возможно, что при достижении определенного значения скорости нарастания выходного напряжения, работу ОООС становится просто не слышно.
Может у меня неправильные представления о работе ОООС с такими сигналами, которых нет на входе УМ? Я просто пытаюсь подвести какую-то теорию под то, что слышу ушами

Если же вы сторонник воспроизводить аудио сигнал 20-ваттным усилителем с полосой пропускания 1МГц, то я не сторонник данного подхода.Моего воображения вполне хватает на 200 КГц.

Полоса еще шире - 5 МГц

---------- Добавлено в 06:02 ---------- Предыдущее сообщение в 05:49 ----------

Prophetmaster имеет ввиду в первую очередь скорость в петле ООС, т.е. насколько быстро ООС исправит возмущение на выходе усилителя (от реакции колонки), соответственно, чем колонка создаёт меньше возмущений (изменение импеданса, противоэдс) и чем меньше выходное сопротивление усилителя (до охвата ООС) вплоть до сотен кГц, тем меньше и порог минимально необходимой скорости в петле ООС.

Именно это и имел в виду. Сообщение мое провисело незаконченное всю ночь, дописал и отправил утром, поэтому Вашего поста не видел

[.Васильев]

Чтобы ограничить полосу частот ,может стоит вводить вложенную частотозависимуюООС ?

[Mad optic]

viktor8m,
Prophetmaster,

Вопрос изначально был поставлен весьма конкретно - о скорости нарастания 100 В/мкс. На него и отвечал. Если речь идет о скорости в петле ОС, то об этом и надо конкретно говорить. Я не умею догадываться.

Давайте не будем смешивать эти два понятия - скорость нарастания и широкополосность. Скорость нарастания является также функцией амплитуды выходного сигнала, поэтому для, например, 200W/8Ohm усилителя 100В/мкс уже достигаются при полосе пропускания 280КГц (-3dB) и о широкополосном усилителе (5МГц, без ) речь уже не идет. Хотя, он конечно может считаться широкополосным среди усилителей данной мощности. Однако, мы работаем/слушаем на совершенно других уровнях сигнала и для этих уровней такая полоса пропускания уже не может считаться широкой.

Теперь понятно, что имелось в виду. Я говорил о проблеме как бы "изнутри" усилителя. Вы смотрите на нее "снаружи". То, что вы замеряете (viktor8m) и описываете (Prophetmaster, о некомпенсированным ОС "мусором") решается действительно широкополосностью ОС и повышением площади усиления усилителя (что более важно) при строгом соблюдении критериев устойчивости. Поэтому, усилитель Проекта А имеет усиление почти 60 dB на 1МГц. Но увеличивать скорость нарастания в нем выше 60-80В/мкс не имеет никакого смысла, по описанным мной ранее причинам. Фраза "при достижении определенного значения скорости нарастания выходного напряжения, работу ОООС становится просто не слышно.", все-таки, некорректна. Речь может идти о широкополосности ОС и ее глубине в зависимости от частоты, а скорость нарастания вторична и должна просто соответствовать требуемой широкополосности.

Я не делал аудио усилителей с полосой пропускания 5МГц (-3dB), поэтому, уважаемый Prophetmaster, не могу дать ответ, будет ли лучше звук, если полоса пропускания (-3dB) Проекта А увеличится с 410КГц до 5-7 МГц (Теоретически это возможно).
Думаю, что решение вопроса запаса устойчивости и линейности ГВЗ намного-намного важнее, чем иметь "подзванивающий" очень широкополосный усилитель.

Может я и не прав, но звучит Проект А чертовски хорошо.

---------- Добавлено в 11:28 ---------- Предыдущее сообщение в 11:04 ----------

Чтобы ограничить полосу частот ,может стоит вводить вложенную частотозависимуюООС ?

Не совсем понятен вопрос, но для ограничения полосы частот усилителя я предпочитаю пассивный фильтр на входе с полосой в 2 раза меньшей полосы усилителя, а "частотнозависимость" ООС определяется только параметрами устойчивости.

[Prophetmaster]

Вопрос изначально был поставлен весьма конкретно - о скорости нарастания 100 В/мкс. На него и отвечал. Если речь идет о скорости в петле ОС, то об этом и надо конкретно говорить. Я не умею догадываться.

Извиняюсь, что немного неясно выразился - просто мой вопрос был в продолжение этого:

А какой безопасный предел для этой схемы по скорости внутри петли ООС?

Поэтому я и решил, что все будет и так понятно

Фраза "при достижении определенного значения скорости нарастания выходного напряжения, работу ОООС становится просто не слышно.", все-таки, некорректна. Речь может идти о широкополосности ОС и ее глубине в зависимости от частоты, а скорость нарастания вторична и должна просто соответствовать требуемой широкополосности.

Во время проведения экспериментов, я работал внутри одной топологии и с одинаковыми напряжениями питания, а быстрее посмотреть ВЧ импульсный сигнал, чем каждый раз измерять полосу пропускания макета, поэтому оценивалась скорость нарастания и мои выводы больше получились связаны именно с ней. В любом случае, между СН и широкополосностью УМ имеется устойчивая связь.

Думаю, что решение вопроса запаса устойчивости и линейности ГВЗ намного-намного важнее, чем иметь "подзванивающий" очень широкополосный усилитель.

Усилитель мой устойчив и не "подзванивает", несмотря на то, что не имеет входных и выходных фильтров и вообще свободен от коррекции. Но без многолетнего опыта работы в области СВЧ устройств у меня ничего не вышло бы, скорее всего Осциллограммы в моей ветке были сняты с УМ в самом начале, после первых запусков и уже позднее были немного изменены разводка земли и цепи шунтирования по питанию (поймал и уничтожил как класс небольшую по амплитуде генерацию на частоте около 30 МГц, возникающую при определенных условиях), что позволило увеличить запас устойчивости и легко отказаться от Цобеля на выходе. Все никак не соберусь сделать новые фото осциллограмм и заменить ими уже опубликованные.

Может я и не прав, но звучит Проект А чертовски хорошо.

Мне было бы очень интересно его послушать в своей системе. Может ближе к лету устроим прослушивание? Прямо сейчас это сделать затруднительно - дома памперсы и распашонки

[.Васильев]

Сообщение от .Васильев
Чтобы ограничить полосу частот ,может стоит вводить вложенную частотозависимуюООС ?
Не совсем понятен вопрос, но для ограничения полосы частот усилителя я предпочитаю пассивный фильтр на входе с полосой в 2 раза меньшей полосы усилителя, а "частотнозависимость" ООС определяется только параметрами устойчивости.

грамотно построенная она только повышает устойчивость.

[Mad optic]

Уважаемый Prophetmaster,

"Усилитель мой устойчив и не "подзванивает"

Прошу прощения, если неверно был понят. Никаких намеков на ваш усилитель! Это было общее замечание , т.к. в широкополосной системе получить хороший запас по устойчивости бывает сложно.

...что позволило увеличить запас устойчивости...

Посмотрел в вашу ветку - там действительно заметное перерегулирование на 20КГц меандре. Интересно увидеть что получилось в финале.

"Мне было бы очень интересно его послушать в своей системе. Может ближе к лету устроим прослушивание?"

Спасибо за предложение! Летом (или даже в мае) это будет более удобно, чем сейчас.
Кстати, какое окружение предполагается? (АС, CD, пред.)