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.

[Mad optic]

Камней много, но может у вас есть идеи, как избавить звуковые цепи и сеть от этой чудовищной помехи?

Вот обычный сетевой трансформатор создает помехи в рабочей полосе частот усилителя (и их прекрасно видно при измерениях), а импульсный работает далеко за рабочим (слышимым) диапазоном частот, например. Помехи у ИП существенные в основном на ВЧ. Кроме того, изобретать велосипед не собираюсь и для решения задачи выбраны промышленные модульные преобразователи, у которых с ЭМС более-менее все в порядке. Четыре выходных изолированных напряжения формируют два AC/DC и два DC/DC преобразователя. Требуется, конечно, дополнительная фильтрация и ее необходимо проектировать с учетом применения источников питания.
Помехи не самая большая проблема. Работа с импульсной нагрузкой от двухтактного выхода УМ куда более сложная задача.

Однако есть и преимущества импульсных ИП. Например, усилители класса А с трансформаторным питанием рассчитывать приходится на диапазон входных напряжений как минимум 200...230В. Это значит, что на верхней границе напряжения питания тепловой режим системы на ТРЕТЬ более напряженный. С правильными импульсными ИП имеем на выходе практически стабилизированный выход и, как следствие, стабильные режимы независимо от питания.

При определенной настойчивости можно получить на выходе источника питания точно такой же отклик, как и в примененном в первой версии усилителя (Project A) "чисто аналоговом" решении.

Посмотрим, что получится в реальности. Усилитель будет иметь модульную конструкцию в формате плат PC/104 и если не понравится, то модули просто заменятся на традиционное (трансформаторное) решение.

[Prophetmaster]

Помехи у ИП существенные в основном на ВЧ.

Именно так, но это не мешает им гадить в звуковом диапазоне

Посмотрим, что получится в реальности. Усилитель будет иметь модульную конструкцию в формате плат PC/104 и если не понравится, то модули просто заменятся на традиционное (трансформаторное) решение.

Если в таком варианте, то только приветствуется

[Mad optic]

Именно так, но это не мешает им гадить в звуковом диапазоне

Вот пример спектра 100-ваттного 300кГц преобразователя:



(Это просто пример, не для обсуждения Radiated/Conductive emissions и Class A/B)

Можно увидеть пример спектра, где видно, что импульсный ИП "гадит" в звуковом диапазоне?

[Prophetmaster]

Можно увидеть пример спектра, где видно, что импульсный ИП "гадит" в звуковом диапазоне?

Сохраненных спектров УМ с ИБП у меня нет, но продукты ВЧ преобразования видны в любом месте звуковых цепей, а также в сети 220 В. Имел возможность посмотреть. Возможно, что имеют место детекторные свойства полупроводников. GSM сигналы частотой 900 МГц - 1.8 ГГц прекрасно наводят помехи в звуковом диапазоне.
УМ с ИБП и с приличным звуком не встречал пока - может у меня все впереди

[viktor8m]

Работа с импульсной нагрузкой от двухтактного выхода УМ куда более сложная задача.

Я в своём УМ класса А использовал виртуальную землю (см. примеры в усилителях Акулиничева), в итоге нет двуполярного питания, выпрямитель один с постоянными током и мощностью и от нагрузки не зависит (переменное звуковое напряжение там менее 0.1В при пост. напряжении 42В).

Возможно, что имеют место детекторные свойства полупроводников.

Именно и это в итоге значительно увеличивает интерм. и другие искажения на реальной нагрузке.

[Mad optic]

Возможно, что имеют место детекторные свойства полупроводников.

Не только это. Я бы даже сказал, что это не основное. Не надо забывать про PWM.

УМ с ИБП и с приличным звуком не встречал пока - может у меня все впереди

Посмотрим, как это у меня получится. Даешь Эксперимент!

---------- Добавлено в 21:00 ---------- Предыдущее сообщение в 20:57 ----------

Я в своём УМ класса А использовал виртуальную землю (см. примеры в усилителях Акулиничева), в итоге нет двуполярного питания, выпрямитель один с постоянными током и мощностью и от нагрузки не зависит (переменное звуковое напряжение там менее 0.1В при пост. напряжении 42В).

Ну да, можно еще однотактный выход в классе А использовать. Но схему УМ изменять не предполагаю.
Сейчас выложу.

[Mad optic]

Схема Project А2:



Примечание: Вместо FDC2512 планируется FDD7N20.

Схема БП будет выложена после окончания эксперимента.

[Orion33]

Что-то мне кажется, не в тех местах Вы транзисторы поубирали...
А нет желания выход сделать на Эксиконах?

[Mad optic]

Что-то мне кажется, не в тех местах Вы транзисторы поубирали...

Там или нет покажет сравнение звучания двух усилителей. В общем-то изменения преднамеренные, чтобы именно сравнить с "полным" вариантом.
В повторителе в данном случае нет необходимости, т.к. каскад усиления (УН) в новом УМ имеет в три с лишним раза больший ток и на порядок больший, чем в УН исходного варианта (почти 50мА вместо 5мА). Нагрузка УН преднамеренно оставлена чисто резистивной.

А нет желания выход сделать на Эксиконах?

Слов нет, интересные транзисторы. Только крутизна х-ки в несколько раз меньше, чем в примененных планарных FQP50N06L (или FQP33N10L), что нивелирует преимущество от их м.б. лучшей линейности, да стоят на порядок дороже. А уж со стабилизацией режимов все-таки можно справиться.

[Orion33]

Mad optic,
Я бы убирал второй диффкаскад, а не ГТ, которые сильно помогают в линейности. Необходимое усиление можно разогнать каскодом. АЧХ и ФЧХ моей модели получились схожие, в железе еще не делал.

да стоят на порядок дороже.

Странно, что Вас останавливает вопрос цены при таких затратах на печать и корпус, одна мраморная глыба чего только стоит)))
Как по мне, основное их преимущество - это корпус ТО-3. Все-таки корпус - это самый первый и основной термостат для кристалла, чем больше будет его теплоемкость, тем стабильнее параметры кристалла в микродинамике.
А спросил я к тому, что собираюсь их заказывать у производителя. При наличии компании почтовые расходы будут не такие страшные

[Mad optic]

Mad optic,

Странно, что Вас останавливает вопрос цены при таких затратах на печать и корпус, одна мраморная глыба чего только стоит)))

Останавливает совсем не цена на транзисторы, затраты на которые смехотворны на фоне общих, а то, что в рабочей точке у них крутизна в ПЯТЬ раз меньше, чем у FQP50N06L. Учитывая положение рабочей точки на переходной характеристике, говорить о в 5 раз большей линейности Exicon*ов не приходится. Т.е. в конечном счете более линейную систему с ними не получить.

Как по мне, основное их преимущество - это корпус ТО-3. Все-таки корпус - это самый первый и основной термостат для кристалла, чем больше будет его теплоемкость, тем стабильнее параметры кристалла в микродинамике.

Согласен, что корпус ТО3 выглядит предпочтительнее, но не проблема решить задачу удержания температуры кристалла ниже 100 град. и с корпусами ТО220. Т.е. корпус тоже в данном случае не может быть основной побудительной причиной их купить.

[Orion33]

но не проблема решить задачу удержания температуры кристалла ниже 100 град. и с корпусами ТО220.

В статике - да. А в динамике, когда мощность на кристалле за период меняется в 2 раза - маловероятно)

Учитывая положение рабочей точке на переходной характеристике, говорить о в 5 раз большей линейности Exicon*ов не приходится.

А какая разница, где эта точка находится и какой диапазон затворных напряжений охватывается, ежели характеристика как минимум квадратичная (в идеальном случае)?

[Mad optic]

В статике - да. А в динамике, когда мощность на кристалле за период меняется в 2 раза - маловероятно)

В динамике тоже особых проблем нет, хотя у ТО3 есть некоторое преимущество. Тут в конечном счете все решается в комплексе. Поставите ТО3 на неподходящую прокладку, или профиль радиатора будет не тот, и все преимущества его сразу растают.
Я все к тому, что задачу тепловой стабилизации кристалла оказалось можно решить для 20Вт усилителя и с ТО220.

А какая разница, где эта точка находится и какой диапазон затворных напряжений охватывается, ежели характеристика как минимум квадратичная (в идеальном случае)?

Вот именно, что в "идеальном случае". У Exicon*ов точка обратного перегиба в районе от 2 до 6А в зависимости от модели. Слишком близко к рабочей точке, чтобы говорить о приемлемости квадратичной модели.

[Orion33]

У Exicon*ов точка обратного перегиба в районе от 2 до 6А в зависимости от модели. Слишком близко к рабочей точке, чтобы говорить о приемлемости квадратичной модели.

Ну, как мне кажется, использовать на выходе только одну пару - дурной тон. Слишком агрессивно. Лучше нагрузку распараллелить, оно и кристаллам проще будет, и ток получится далеко до этого перегиба. А еще и крутизна увеличится

Offтопик:
Вы не планируете участвовать в выставке "Российский Высокий Конец 2013"?)

[Mad optic]

Ну, как мне кажется, использовать на выходе только одну пару - дурной тон. Слишком агрессивно. Лучше нагрузку распараллелить, оно и кристаллам проще будет, и ток получится далеко до этого перегиба. А еще и крутизна увеличится

Ну, насчет дурности тона с одной парой тут не все так очевидно. Распараллеливая выходные тр-ры пропопционально (в разы) увеличиваются/ухудшаются емкостные параметры выходного каскада со всеми вытекающими последствиями воздействия на предварительный каскад и частотные характеристики. Еще раз обращаю внимание, что усилитель проекта А имеет усиление 60 дБ на 1 МГц, что позволило решить многие проблемы.
Что касается увеличения крутизны, то и тут не все так гладко. Со снижением тока рабочей точки снижается и крутизна характеристики. Поэтому выгода здесь не столь велика. Хорошо, если в 1.4 раза всего при удвоении количества тр-ров. Так что, представьте сколько Exicon*ов надо поставить чтобы дотянуть до крутизны FQP50N06L и какая при этом входная емкость будет...

Offтопик:
Вы не планируете участвовать в выставке "Российский Высокий Конец 2013"?)

Нет, слишком занят.

[Prophetmaster]

Посмотрим, как это у меня получится. Даешь Эксперимент!

Это и есть самое интересное для инженера Иначе, жить скучно Я двумя руками за эксперименты, даже за самые безнадежные, на первый взгляд

[SAPR]

даже за самые безнадежные, на первый взгляд

Это не безнадежно . Лично я уже три схемы (два однотакта и один двутакт в А) с ИБП потестил. Результат впечатляет.

[Orion33]

Еще раз обращаю внимание, что усилитель проекта А имеет усиление 60 дБ на 1 МГц, что позволило решить многие проблемы.

Я не сторонник большого усиления и глубокой ООС. Лучше избежать нелинейности, чем потом героически ее преодолевать

Так что, представьте сколько Exicon*ов надо поставить чтобы дотянуть до крутизны FQP50N06L и какая при этом входная емкость будет...

Опять же я не понимаю, зачем стремиться к увеличению крутизны, если даже при небольшом изменении напряжения ЗИ все равно характеристика будет квадратичная, и то только в идеале?...

[Prophetmaster]

Это не безнадежно . Лично я уже три схемы (два однотакта и один двутакт в А) с ИБП потестил. Результат впечатляет.

Про "безнадежно" я в общем сказал, не имея в виду какую-то конкретную разработку.
Результат может впечатлять, но вопрос сразу возникает - по сравнению с чем и в каком сетапе?

[SAPR]

Про "безнадежно" я в общем сказал,

Зт я понимаю По поводу впечатляет - пока инструментально. Далее - нужно подготовиться - все домерять до конца и сравнить вживую (на слух) с ИБП и обычным БП.