Усилитель мощности ZD-50

[Nick]

В общем я думаю эта ветка будет для вопросов по конструкции и наладке данного усилителя (cтатья тут, схема тут).
Размер плат 57x190mm. Плата 4-х слойная, в целях уменьшения индуктивности цепей питания питания ВК и соответсвенно конструктивных искажений.

Замечания по сборке:

1. Резисторы R44, R45 необходимо устанавливать над платой, на расстоянии около 5...10мм, т.е. корпуса резисторов не должны касаться платы, и ближайших элементов тоже.
2. R71 не запаивается.
3. Блок питания должен быть отдельный на каждый канал, как например смотрите тут.
4. На схеме нет выходного фильтра - я использовал 18 витков на 8 мм оправе провод 1.5 мм и параллельно 10 ом резистор, они были размещены прямо на выходных клемах. Также параллельно выходным клемам желательно поставить последовательную цепочку из плёночного 0.1μF и 2Вт 10 Ohm резистора.

Ошибки:

1. В BOM-е: R4, C4 и R6 - не устанавливаются - их нет на схеме и плате; Q1, Q2, Q3 - MMBTA06; Q4, Q5, Q6 - MMBTA56.
2. В статье: подбирать по минимуму напряжения на выходе U2 нужно R23 (80k6), а не R22 как указано в статье.

Ссылки на другие ветки:

1. Как разрабатывался усилитель тут
2. Про сравнения с другими усилителями тут

Герберы можно взять тут

Платы возможно можно заказать тут

FAQ (спасибо ANHO) - тут

[dekko]

то как я уже и говорил вполне можно смотреть разницу между входом и выходом в звуковом диапазоне, на реальном сигнале, это будет более показательно, чем THD+N в полосе 1Мгц.

реально как и чем?

[Johny]

это будет более показательно, чем THD+N

...но, труднее интерпретировать!

[viktor8m]

На счёт специальных сигналов

Если это для теста влияния ВЧ частот, то я как раз против специальных сигналов, я продумываю, как эти эффекты проверить прямо на реальном музыкальном сигнале (видимо надо ФВЧ отсекать, но нужен с крутым спадом, не пришёл к чему-то конкретному).

то как я уже и говорил вполне можно смотреть разницу между входом и выходом в звуковом диапазоне, на реальном сигнале, это будет более показательно, чем THD+N в полосе 1Мгц.

Кто ж против такой проверки (в дополнению к другим), ещё важен сигнал между входами входного каскада (я имею ввиду усилители с ООС).

[Nick]

Собственно, различие THD и IMD заключается только в количестве продуктов НИ.

Это, грубо говоря, если рассматривать усилитель с разомкнутой ОС. С замкнутой ОС произойдёт подавление продуктов в зависимости от глубины ОС на частоте конкретного продукта. И если мы не знаем зависимость глубины ОС от частоты, то мы не сможем и пересчитать. Или другими словами, зная даже уровни каждой гармоники искажений для 20кГц сигнала, мы не сможем предположить какой уровень будет для 1кГц в 19+20кГц. Для усилителей с разной глубиной ОС на 1кГц и одинаковой на 20кГц и более, при абсолютно одинаковых искажениях на сигнале 20кГц, уровень 1кГц от сигнала 19+20 будет разный.

[viktor8m]

С замкнутой ОС произойдёт подавление продуктов в зависимости от глубины ОС на частоте конкретного продукта.

СтОит подчеркнуть, что это абсолютно верно только при отсутствии других сигналов, а так, как известно, ООС очень даже наоборот увеличивает количество и амплитуду разных продуктов по сравнению с исходными.

[Nick]

СтОит подчеркнуть, что это абсолютно верно только при отсутствии других сигналов, а так, как известно, ООС очень даже наоборот увеличивает количество и амплитуду разных продуктов по сравнению с исходными.

Нужно понимать, что ОС сама по себе ничего не увеличивает, только подавляет. Эти увеличения обусловлены нелинейностями самого усилителя, которые при введении ОС работают на (немного) другом сигнале.

[viktor8m]

Нужно понимать, что ОС сама по себе ничего не увеличивает, только подавляет.

С этим не согласен, Вы рассматриваете одиночный статический сигнал, но нельзя не учитывать побочные отрицательные свойства ООС, к примеру в посте 2303 описАл одно такое, повторю, ООС при наличии мешающих сигналов (тех же ВЧ или инфранизких), пытаясь подавить вредные сигналы на выходе (т.е. в точке, откуда снимаем сигнал для ООС), смещает амплитудную характеристику каскадов, что часто (при не учёте этого при расчёте режимов этих каскадов) резко увеличивает искажения. И отрицательных свойств могу ещё привести (а при большой добротности ООС и вообще молчу).

[Nick]

пытаясь подавить вредные сигналы на выходе (т.е. в точке, откуда снимаем сигнал для ООС), смещает амплитудную характеристику каскадов, что часто (при не учёте этого при расчёте режимов этих каскадов) резко увеличивает искажения.

Это как раз абсолютно не противоречит тому, что я написал. Даже наоборот. В вашем примере увеличение происходит из-за нелинейности входного каскада, которая с введением ОС работает на другом сигнале. Сама по себе ОС ничего не увеличивает.

[Валет]

Если меняется амплитудная хар-ка входного каскада, то это будет видно и в звуковом диапазоне. Тот же IMD 19+20 тест это должен прекрасно показать.

Усилители с нелинейностями высокого порядка (такими являются глубокооссники класса АВ) неудобны для принятых методов испытаний. Они создают неправильное впечатление о качестве усиления. Действительно, измерение КНИ в наиболее часто применяемой полосе регистрируют незначительную часть мощности гармоник. Измерение КИИ при подаче двух частот звукового диапазона затрудняет регистрацию продуктов интермодуляции вследствие их малого уровня (но большого количества). Все это создает впечатление лучшего качества усиления, чем есть на самом деле. Объясняется это тем, что заметные на слух искажения в таких усилителях создаются при усилении реального, т.е. многочастотного сигнала, создавая в нем шумоподобное напряжение, коррелированное с сигналом. Это, при достаточном его уровне, ухудшает разборчивость сигнала, т.е. создает эффект транзисторного звука.
Измерить реально качество усилителя с очень глубокой ООС можно только измерением КНИ в широкой полосе, перекрывающей весь спектр гармоник. Другой способ - измерения шумовой полки на многочастотном сигнале (например, 120 частот), как здесь .

как известно, ООС очень даже наоборот увеличивает количество и амплитуду разных продуктов по сравнению с исходными.

ООС создает новые частоты в спектре искажений, но амплитуда их очень мала. Такие искажения учитывают в радиоприемниках, но не в УМЗЧ

[Nick]

Объясняется это тем, что заметные на слух искажения в таких усилителях создаются при усилении реального, т.е. многочастотного сигнала, создавая в нем шумоподобное напряжение, коррелированное с сигналом.

В моём случае это не подтверждается измерениями разностного сигнала, на реальном сигнале и даже реальной нагрузке. Шумоподобного напряжения корреллированного с сигналом не появляется.
Зато я так нашё корреллированные с сигналом наводки от тр-ра, по уровню -95дБ (в максимуме), пришлось трансы выносить подальше .

[Валет]

Шумоподобного напряжения корреллированного с сигналом не появляется.

Я считаю Ваш усилитель лучшим усилителем класса АВ (и не только) из тех, что я видел в сети.

[dekko]

Я считаю Ваш усилитель лучшим усилителем класса АВ (и не только) из тех, что я видел в сети

а слушали его?

[Валет]

а слушали его?

Не слушал. Но я считаю, что не бывает искажений, которые нельзя измерить, или даже оценить по СхЭ. Естественно, если УМЗЧ не испорчен неправильным монтажом. Я не эзотерик.

[Валет]

О каком порядке нелинейности Вы говорите? 3-ем, 4-ом, 5-ом ...? Почему "глубокооссники класса АВ" ими являются?

В ZD-50 это, по крайней мере, 13-й порядок. В моем - 75-й.
В глубокооссниках эффективно подавляются только относительно низкочастотные гармоники. И чем ниже скорость нарастания, тем более низкочастотные.
О причине появления ВЧ гармоник в УМЗЧ класса АВ см. здесь

Незначительную, по-сравнению с чем и почему незначительную?

Незначительную по сравнению со всей мощностью гармоник. Например, в ZD-50 регистрируется при измерении КНИ порядка сотых долей процента всей мощности искажений или даже меньше.

Что является источником создания "шумоподобного напряжения"

Источником является огромное количество продуктов интермодуляции.

В каком элементе ООС возникают "новые" частоты?

В ОК.

[viktor8m]

Сама по себе ОС ничего не увеличивает.

Понятно, что сама цепь ООС добавляет мало искажений (если только не использовать некачественные резисторы или без запаса мощности в несколько раз), я имел ввиду, что она может являться причиной увеличения искажений активных каскадов (и не только входного каскада, изменение его режима смещает и последующие каскады). Кстати, а что если измерить искажения на одной частоте, а потом тоже самое, но добавив небольшой ВЧ сигнал (не постоянный, проверить во всём диапазоне скажем от 1 до 10 МГц, т.е. где влияние может быть) с амплитудой, чтобы на входах входного каскада не превысить 10 мВ (вряд ли, если не рассматривать конечно генерацию всего усилителя, побочные сигналы могут быть сильнее), и затем сравнить результаты, если искажения практически не изменились, значит усилитель устойчив к побочным сигналам.

не подтверждается измерениями разностного сигнала

Так как Вы этот тест делали? Смотрели точку ООС? Или просто суммировали сигналы входа и выхода (учитывая, что усилитель инвер.), а может и с учётом задержки\сдвига фазы? Если последнее или вообще иначе, то можно схему?

[anatol0]

Подолью масла в огонь
Без корреляции с субъективными характеристиками измерения КНИ, ИМИ, шумовые - это абстракция. Например, какой уровень и спектр искажений достаточен?
Кроме того, очередной раз, убеждаюсь, что измеряют там, где легко (УНЧ), а не там, где искажения на порядки больше...
Только просьба не расценивать это, как отрицание инструментальных методов.

[Nick]

Кроме того, очередной раз, убеждаюсь, что измеряют там, где легко (УНЧ), а не там, где искажения на порядки больше...

Многие устройства в наше время будут показывать большие THD+N на полосах выходящих за звуковой диапазон, взять например дельта-сигма-вские ЦАПы. Но все помоему понимают, что нам важен только диапазон который мы можем слышать. Тут как я вижу нет разногласий. Разногласия начинаются в том, как оценить какие будут искажения в реальных условиях в звуковом диапазоне. Кто-то предлагает смотреть энергию искажений и шума в очень широком диапазоне (1МГц или больше) и по этому каким то образом оценивать вносимые искажения в звуковой диапазон. Как я уже написал, я не сторонник этого метода, т.к. без учёта глубины ОС, он мало что даёт. В принципе если сравнивать усилители с однополюсной коррекцией, которых наверное большинство, то можно найти корреляцию, но сравнение усилителей с разных спадом глубины ОС, уже не будет давать такой зависимости.
В ZD-50 спад 3-го порядка (так не часто делают), поэтому продукты искажений, которые лежат выше звукового диапазона, давятся значительно слабее чем в звуковом. Вообще говоря на продукты выше 200кГц дополнительная петля ОС вообще имеет мало влияния (это видно по графикам глубины ОС). Весь смысл этой петли был как раз в уменьшении энергии любых искажений именно в звуковом диапазоне. Искажения же от 20кГц в практически неограниченной полосе, можно прикинуть по графику сигнала, на выходе U2 (он есть в "статье"). По нашим с Валет-ом подсчётам, на сколько я помню, они около -80дБ (что по моим замерам близко к реальности, -81дБ). Причём в полосе 100кГц, искажения от 20кГц ~-100дБ (на 4ома и макс. нагрузке) и -110дБ от 10кГц.

Так как Вы этот тест делали? Смотрели точку ООС? Или просто суммировали сигналы входа и выхода (учитывая, что усилитель инвер.), а может и с учётом задержки\сдвига фазы? Если последнее или вообще иначе, то можно схему?

По разному, т.к. это меня интересовало больше всего. Всё делалось конечно с учётом АФЧХ усилителя, т.е. за вычетом линейных искажений. Как будет время и желание, возможно напишу подробно.

[viktor8m]

Какие-такие "побочные" сигналы?

Относительно полезного сигнала все другие частоты "побочны" (сбоку припёку).

[anatol0]

Многие устройства в наше время будут показывать большие THD+N на полосах выходящих за звуковой диапазон, взять например дельта-сигма-вские ЦАПы. Но все помоему понимают, что нам важен только диапазон который мы можем слышать.

Я имел ввиду акустические системы.

[Johny]

Без корреляции с субъективными характеристиками измерения КНИ, ИМИ, шумовые - это абстракция.

Назовите, по крайней мере одну субъективную характеристику, пожалуйста.

...Например, какой уровень и спектр искажений достаточен?

В далекие времена, "золотую эру аудио" любили говорить: "Искажения ниже уровня шумов, шумы ниже уровня слышимости"!