Новый усилитель Петрова

[Petr-1951]

К вопросу о погрешности передачи сигнала со входа на выход и о чувствительности выхода к внешним воздействиям. Для такой проверки для ВК на латералах предыдущего поста без последовательного резистора на выходе (т.е. с выходным сопротивлением близким к нулевому) последовательно с нагрузкой был включен генератор с выходным напряжением 5 В и частотой 1 кГц. Анализ проведен для схемы с конденсаторной вольтодобавкой и с изолированными источниками питания. В обоих случаях практически полностью отсутствует восприимчивость к внешнему воздействию. Однако со следящим питанием в виде конденсаторов несколько хуже точность передачи, к тому же погрешность имеет фазовый сдвиг уже на частоте 200 Гц, на более низких частотах сдвиг будет еще больше. В любом случае точность передачи существенно выше, чем в двухтактных "тройках" Дарлингтона в классе А со счетверенными транзисторами. И третий тест проведен с ВК в котором использованы ГСТ между конденсаторами вольтодобавки и каскадом ОБ. Без комментариев.

[vladhv]

Александр.
Возможно ли использовать схем #1421 для усилителя наушников с отрицательным выходным сопротивлением , а также увеличить входное сопротивление хотя бы в 2 раза?

[Petr-1951]

Александр.
Возможно ли использовать схем #1421 для усилителя наушников с отрицательным выходным сопротивлением , а также увеличить входное сопротивление хотя бы в 2 раза?

Например, возьмем схему с изолированными источниками питания
обратите внимание на формулу выходного сопротивления внизу справа. Отрицательное выходное сопротивление пропорционально входным резисторам. Входное сопротивление благодаря ПОС достаточно высокое, около 1 МОм. Если на входе включить резистор 100 кОм, то коэффициент передачи снижается всего на 1 дБ, но полоса пропускания сужается до 8 кГц, что говорит о емкостном характере входного сопротивления, в данном случае эквивалентная емкость примерно 20 пФ. При сопротивлении 10 кОм полоса равна 70 кГц, а при 1 кОм - 500 кГц (реальное сопротивление определяющее частоту среза равно 1,5 кОм = Rin+R1/2).
Что касается выходного сопротивления, то оно также зависит от сопротивления источника сигнала, так как его выходное сопротивление будет добавляться к сопротивлениям входных резисторов и увеличивать отрицательный импеданс (см. формулу). Достоинством решения с изолированными источниками является стабильность выходного сопротивления до постоянного тока, чего не скажешь о схеме с конденсаторной вольтодобавкой. С ростом сопротивления источника сигнала полоса пропускания сужается с двух сторон даже при емкости конденсатора вольтодобавки равном 2200 мкФ.
Не думаю что выходное сопротивление источника сигнала может превышать 1 кОм, чаще всего не выше 100 Ом.
Что касается телефонов, то я их использую только для предварительного прослушивания. Прослушивание в телефонах лично мне не доставляет удовольствия ни уму ни телу. Поэтому я довольствуюсь штатным выходом со звуковой карты.
Надеюсь что на форуме уже есть испытавшие эффект отрицательного сопротивления и на наушниках и они с удовольствием поделятся с Вами впечатлениями и целесообразностью его использования.

[vladhv]

Александр.
Спасибо за полный , развернутый ответ. Еще вопрос: какие искажения будут для выходного напряжения 5 в rms при выходном сопротивлении -0,2 ом ?

[humbl]

И третий тест проведен с ВК в котором использованы ГСТ между конденсаторами вольтодобавки и каскадом ОБ. Без комментариев.

Вы можете конкретно эту схему привести?

[Petr-1951]

какие искажения будут для выходного напряжения 5 в rms при выходном сопротивлении -0,2 ом ?

минимальные искажения при нулевом выходном сопротивлении и уменьшаются с ростом сопротивления нагрузки и с уменьшением выходного напряжения. При выходном напряжении 5 В RMS (7 Vp) и импедансе минус 0,2 Ома искажения на нагрузке 8 Ом (не думаю что сопротивление наушников будет меньше) на частоте 1 кГц будут равны 0,002%, в основном 2-я гармоника. Разумеется, в реальном образце многое зависит от конкретной реализации, подбора компонентов, настройки режимов...

[Petr-1951]

Вы можете конкретно эту схему привести?

Вот вариант ВК с регулируемым отрицательным импедансом в соответствии с приведенной на схеме формулой. Если исключить две добавленные RC-цепочки и последовательный резистор на выходе, то получим ВК почти с нулевым выходным сопротивлением, т.е. просто с высоким демпингфактором. Ноль на выходе можно выставлять подбором одного из резисторов R3 или R5, например, подпайкой параллельно более высокоомного резистора в противоположном плече.

[humbl]

Спасибо.

---------- Сообщение добавлено 15.45 ---------- Предыдущее сообщение было 15.29 ----------

Существует ли такой вариант с отличным демпфированием , но с нуля Герц?

[Petr-1951]

Существует ли такой вариант с отличным демпфированием, но с нуля Герц?

последний вариант без добавленных элементов для получения отрицательного импеданса как раз и имеет стабильное близкое к нулю выходное сопротивление практически от постоянного тока. В этом случает демпингфактор будет определяться в основном сопротивлением акустических проводов, сопротивлениями элементов кроссовера и проводов в самой АС от клемм до ДГ. Чтобы компенсировать сопротивления проводов и предназначен отрицательный импеданс. При полной компенсации получаем демпингфактор близкий к бесконечности. При перекомпенсации возникает опасность возникновения нестабильности, своего рода подвозбуда проявляющегося в виде "подгуживания" на участках с наименьшим сопротивлением импеданса АС. В случае работы усилителя непосредственно на головку это диапазон "седла" - участок между частотой резонанса подвижной системы и началом роста импеданса (около 150...200 Гц) если магнитная система без медных колец.
Отрицательное выходное сопротивление в разумных пределах (до минус 0,3...0,5 Ом) достаточно стабильно до 1 Гц, ниже 1 Гц (зависит от постоянной времени R8C4) стремится к нулю.

[humbl]

Наличие конденсаторов С4-С7 разве позволяет считать эту схему УПТ ?

[Petr-1951]

Наличие конденсаторов С4-С7 разве позволяет считать эту схему УПТ ?

на пути прохождения сигнала со входа до выхода нет переходных конденсаторов

об этом свидетельствует и диаграмма Боде без R19 (R19=0), коэффициент передачи равен 1 (0 дБ) от постоянного тока
как видите АЧХ и ФЧХ линейны от постоянного тока

[Petr-1951]

Бытует мнение, в том числе и Куросавы, о том, что системы серво недопустимы в усилителях высокой верности. Думаю что этот миф возник из-за неправильного ее применения. В большей степени это относится к глубокоОСным усилителям с высокой частотой среза интегратора. В результате неграмотного расчета элементов системы серво возникает выброс АЧХ в НЧ-диапазоне, в литературе этот эффект можно встретить как «колоколообразные» искажения. Причем на стационарных синусоидальных сигналах они мало проявляются, в большей степени проявляются на реальных музыкальных сигналах.

Систему серво можно рассматривать как частотнозависимый элемент многопетлевой ООС увеличивающий ее глубину по постоянному току.
Чтобы не было отрицательного влияния этой дополнительной петли, она не должна иметь фазового сдвига в звуковой полосе частот, т. е. выше 20 Гц. Известно что фазовращение сигнала начинается с частоты равной 1/10 fc (частоты среза) и заканчивается на частоте 10 fc.
Таким образом частота среза интегратора должна быть не выше 2 Гц. Если взять запас еще в несколько раз (т. е. доли Герца), то и подавно влияния системы серво на звук не будет.
В ряде усилителей именно система серво определяет частоту среза снизу, что считаю недопустимым. Для этой цели лучше использовать фильтр ВЧ на входе.
Вопрос системы серво поднимаю потому, что рассматриваемый вариант ВК по структуре ОБ-ОС (общая база-общий сток) может иметь температурный дрейф нуля на выходе из-за разных условий охлаждения активных элементов противоположных плеч, из-за неполной комплементарности транзисторов, отсюда и разного поведения с нагревом. Поэтому при всей ее привлекательности по параметрам схема ВК нуждается в системе серво.
Вариантов применения серво может быть два:

• охват системой серво усилителя в целом (УН вместе с ВК);
• охват системой серво каждого узла в отдельности.

В первом случае есть опасность перекоса нуля на выходе УН до нескольких сот мВ, а соответственно к несимметричному ограничению при питании УН и ВК от одного источника питания. В случае питания УН от отдельного источника с большим напряжением чем питание ВК такой опасности не существует.
Во втором случае даже при питании от одного источника питания нет опасности несимметричного ограничения сигнала.
Возможный вариант системы серво для второго варианта показан ниже.

Выходное напряжение повторяет входное со смещением ОУ. Таким образом за ноль на выходе будет отвечать УН.
В конструкции платы на выходе ОУ должна быть предусмотрена перемычка. Постоянка на выходе ВК должна быть убрана тщательным подбором элементов и настройкой еще до охвата системой серво. В качестве стабилизаторов +-15 В могут быть использованы маломощные стабилизаторы в корпусе ТО-92. Желательно чтобы напряжение на выходе ОУ интегратора не превышало половины напряжения питания во всех режимах работы усилителя. Глубина ОС интегратора должна быть минимально необходимой. Для исключения аварийных ситуаций желательно проверить поведение усилителя при управляющих напряжениях +-13 В имитирующих максимальное выходное напряжение интегратора при "заклинивании".

[Petr-1951]

Вариант ВК с ГСТ без дополнительных изолированных источников питания +-15 В

Если нет необходимости в отрицательном выходном импедансе, элементы R11, R12, R21, C4 и C5 следует исключить из схемы
модификация ВК из Радиомир 2014 №5

[IDDQD]

А как посчитать выходное сопротивление вот в такой схеме:
(от номиналов каких резисторов оно зависит?)

[Nick-nack]

А как посчитать выходное сопротивление вот в такой схеме:
(от номиналов каких резисторов оно зависит?)

LTSpice ффсё покажет

Уберите нагрузку - всё что прaвее точки "OUT"
Поставьте там "voltage source" ,+ в "out", - на землю, и сопротивление ему 4 Ома сделать
скажем это будет V3... поставить у неё "1" в графу "small signal AC analysis" . Только у неё, больше нигде
Ставьте "AC Analysis" и давите Run"... щупом по точке "оут" - должно показать ровную прямую линию по 0дБ
В окне графика (.raw) правой кнопкой мышки по v(out), откроется "expression editor" , там изменить tak: V(out)/i(v3) т.е. напряжение в этой точке делить на ток через V3

Получите частотнозависимый выходной импеданс. Пока в дБ
Если нажать левой мышкой на правую ось - (ординату, там где числа в дБ), можно поменять на "linear" - будет показывать в Омах

[Petr-1951]

А как посчитать выходное сопротивление вот в такой схеме:
(от номиналов каких резисторов оно зависит?)

арифметика та же

меня спрашивают: можно ли упростить ВК с корректором Хаксфорда?
и можно ли использовать в нем следящее питание?
можно, возможный вариант показан ниже


такое решение позволяет отказаться от генераторов тока, снизить нагрузку на входные транзисторы и лучше использовать источник питания, т.е. повысить выходную мощность при том же источнике питания или снизить рассеиваемую мощность на транзисторах при снижении напряжения питания до +-35 В при сохранении той же максимальной выходной мощности. Искажения минимальны при нулевом выходном сопротивлении и существенно ниже при нагрузке 8 Ом. Резисторы R1, R2 можно заменить токостабилизирующими диодами типа Е-452

с наилучшими пожеланиями,
Александр Петров

[Petr-1951]

igmar: Подскажите пожалуйста, а с 2SK1529/1530 и пары к ним 2SJ200/201 не моделировали. Если не сложно прошу проработать.

с этими транзисторами получается больше входная емкость. Результаты моделирования при токе покоя около 300 мА.

Если отказаться от отрицательного импеданса выше 1 кГц и зашунтировать входные резисторы конденсаторами 0,1 мкФ, то полоса пропускания расширяется и искажения на частоте 20 кГц снижаются ниже 0,01%

с уважением, Александр Петров

[igmar]

Спасибо за оперативность. Предлагаю заменить в BIAS Q11 (допустим) на MJE350. И обеспечить непосредственный тепловой контакт с Q9(10). R6 уменьшить до1к, R7 прим. 4к7.

[Petr-1951]

Предлагаю заменить в BIAS Q11 (допустим) на MJE350. И обеспечить непосредственный тепловой контакт с Q9(10). R6 уменьшить до1к, R7 прим. 4к7.

для удобства крепления на теплоотвод? В таком случае лучше использовать ПТ в корпусе ТО220 с логическим уровнем управления (IRL620N, IRL630N, 2N6661, 2N88AFD...). А с такими номиналами резисторов будет очень грубая регулировка тока покоя

[igmar]

для удобства крепления на теплоотвод?

Да. непосредственно крепление на транзисторе. Одним винтом к теплоотводу.
И ещё вопрос. Возможно увеличение истоковых R24,R25 до 0,22ом.