Сложный композит

[Сергей Кор]

Представляю усилитель для наушников и предварительный усилитель высокого качества(разрешающей способности). При написании темы и схемотехнического решения опирался на материалы Уолта Юнга(Walt Jung): http://waltjung.org/PDFs/ADI_2002_Se..._Drivers_I.pdf


Устройство представляет из себя усилитель для наушников и предварительный усилитель(как законченное решение для УМЗЧ), на основе двойной(или тройной) композитной схемы из 4 ОУ и с четырьмя ООС.Так как похожих схемных решений я не видел,дал название "сложный композит" В качестве буфера для наушников использовался LT1210..В случае использования наушников импедансом ниже 50 Ом,чтоб выход LT1210 не переходил в класс АВ схема умощнена зеркалами на транзисторах.Буфер для предварительного усилителя(способного работать на комплексную нагрузку до 150-200 Ом) сделан на AD811, один из лучших ОУ с ТОС. При его применении нужно хорошо блокировать питание и не допускать большой емкости между выходом и инв. входом, при разводке и монтаже печатной платы.Точка съема сигнала была специально выбрана с выхода LT1210 т.к.точка неискаженного напряжения находится на выходе усилителя.
Думаю заложенная концепция сложных композитов(на 3 и более ОУ с тремя и более взаимосвязанными ООС,в том числе частотозависимыми)имеет большое будущее и перспективное направление в аудио и приборостроении.
Отдельная благодарность за участие и поддержку по многим вопросам в теме Максиму Васильеву.По мере развития схемного решения, будут выкладываться
новые материалы. Если по этой схеме(и не только по ней), будут по включению ООС другие предложения, буду рад.


Примерные предположительные тех. характеристики:
Некоторые по данным Micro-Cap.
1. Скорость нарастания выходного напряжения(т.к. это композитное
решение зависит от примененных на входе ОУ)
для выхода на наушники и предварительного усилителя ,
В/мкс, - 100-800
2. Уровень гармонических искажений при выходном напряжении
~ 2В, на частоте 10кГц и нагрузке 50Ом(для выхода на наушники и
выхода предварительного усилителя),
дБ, менее -200
3. Уровень шумов (помех), дБ, менее -120
4. Выходное сопротивление (для выхода на наушники),
Ом- 5
(для выхода предварительного усилителя),
Ом- 50

В результате имеем самый не искажающий усилитель в мире(возможно есть подобные, но я таких не видел).
К окончательным тех.параметрам подойдем в будущем.Представлены схемы и графики измерений с не-инвертирующем и инвертирующем включением.

[.Васильев]

Нужно модель в микрокапе или в ЛТспайсе,тогда яснее виден будет замысел.а так видна попытка создать высокоскоростной и устойчивый композитный телефонный усилитель .Вещь по сути нетривиальная.

[Сергей Кор]

Нужно модель в микрокапе или в ЛТспайсе,тогда яснее виден будет замысел.а так видна попытка создать высокоскоростной и устойчивый композитный телефонный усилитель .Вещь по сути нетривиальная.

Спасибо на добром слове Максим, в ближайшее время постараюсь выложить модель(возможно и правда придется немного подкорректировать ООС).

[Shurik]

Перевести бы все это хозяйство в более читабельный вариант, а то шея устанет, пока от начала до конца дойдешь.

[Prophetmaster]

2. Скорость нарастания выходного напряжения(т.к. это композитное
решение зависит от примененного на входе ОУ,скорость
нарастания AD811-2500 В/мкс)

Результирующее быстродействие зависит от многих факторов. Скорости высокой Вы тут не получите, скорее всего. Быстродействие схемы в сложном композите должно увеличиваться от входа к выходу, иначе, в железе это будет "сложный" генератор на десятках МГц, если входной ОУ взять быстродействующий.
С теми номиналами резисторов, что у Вас в обвеске AD811, он засвистит сразу, скорее всего. В даташите указаны рекомендуемые сопротивления и отклоняться от них вредно, как показала практика. Я использовал 680 Ом.
Прикидывая режимы, чтобы AD811 из класса А не выходил, ток покоя оконечного каскада нужно считать не 15 мА - не менее половины общего тока потребления уходит на остальные каскады, иначе, они не будут нормально работать в такой широкой полосе.

Зачем цепочка С3 (470 пФ), R11, R12?

Ссылки на pdf у меня не открываются. Ошибка 404.

[Сергей Кор]

Результирующее быстродействие зависит от многих факторов. Скорости высокой Вы тут не получите, скорее всего. Быстродействие схемы в сложном композите должно увеличиваться от входа к выходу, иначе, в железе это будет "сложный" генератор на десятках МГц, если входной ОУ взять быстродействующий.
С теми номиналами резисторов, что у Вас в обвеске AD811, он засвистит сразу, скорее всего. В даташите указаны рекомендуемые сопротивления и отклоняться от них вредно, как показала практика. Я использовал 680 Ом.
Прикидывая режимы, чтобы AD811 из класса А не выходил, ток покоя оконечного каскада нужно считать не 15 мА - не менее половины общего тока потребления уходит на остальные каскады, иначе, они не будут нормально работать в такой широкой полосе.
Зачем цепочка С3 (470 пФ), R11, R12?
Ссылки на pdf у меня не открываются. Ошибка 404.

Спасибо за замечание на ссылки-поправил(открывается).R11 нужен для постоянного входного сопротивления, с емкостью входная коррекция(фильтр),R12-регулятор громкости.На stalker-lab.ru : "Строим усилитель с начала" все описано и обсуждено.Не было задачи чтоб AD811 из класса А не выходил. По обвязке AD811 лучше у Уолта Юнга почитайте(ссылки открываются).По поводу быстродействия, из практики Пряника с его композитом(можете почитать, я читал) AD845(100В/мкс) с LT1210(900В/мск) получил на выходе 250В/мск.В прямом сравнении можете сделать выводы сами, даже без приборов(т.е. в приблизительных тех.характеристиках цифры немного занижены).Первый композит AD845+AD811 должен на выходе давать около 300В/мск +LT1210.Это тоже обсуждалось.

[EDDiE]

AD845(100В/мкс) с LT1210(900В/мск) получил на выходе 250В/мск. В прямом сравнении можете сделать выводы сами, даже без приборов(т.е. в приблизительных тех.характеристиках цифры немного занижены).

И как это должно отразиться на звуке?

[Prophetmaster]

R11 нужен для постоянного входного сопротивления, с емкостью входная коррекция(фильтр),R12-регулятор громкости

R11 и R12 образуют РГ вместе, типа L-Pad, только АЧХ его зависит от частоты, так как R12 шунтирован емкостью 470 пФ. Мне интересно, зачем так сделано?

По обвязке AD811 лучше у Уолта Юнга почитайте

Почитал, он тоже, видимо, даташита на AD811 не открывал.

Первый композит AD845+AD811 должен на выходе давать около 300В/мск +LT1210.Это тоже обсуждалось.

С какой радости? У AD811 Ку = 2. В идеале 200 В\мкс, а реально - до 150 В\мкс, где-то, если не использовать указанную на схеме коррекцию. Остальное сожрут паразитные емкости конструктива и резистор R17 (100 Ом), который образует RC цепь с входной емкостью AD811.

[Сергей Кор]

R11 и R12 образуют РГ вместе, типа L-Pad, только АЧХ его зависит от частоты, так как R12 шунтирован емкостью 470 пФ. Мне интересно, зачем так сделано?
У AD811 Ку = 2. В идеале 200 В\мкс, а реально - до 150 В\мкс, где-то, если не использовать указанную на схеме коррекцию. Остальное сожрут паразитные емкости конструктива и резистор R17 (100 Ом), который образует RC цепь с входной емкостью AD811.

Замечания со смыслом-думать можно, если будут конкретные конструктивные предложения буду рад.Возможно и еще кто то заинтересуется

[.Васильев]

Вот что у нас в результате получилось.

[dekko]

И как это должно отразиться на звуке?

лучше цифры - лучше звук!

[.Васильев]

Я за цифрами не гонюсь,главное сшить все связи ,чтобы чистенько было.тогда возможно и звук будет.Ну и скорость немного возросла

[Сергей Кор]

Почитал, он тоже, видимо, даташита на AD811 не открывал.

Пропустил Ваш комментарий,но как я понял это была шутка, с учетом того что Walt Jung был долгое время консультантом в Analog Devices,и думаю даташиты были составлены не без его помощи.Член Общества инженеров-звукотехников, является авторитетом в области разработки усилителей звуковой частоты и операционных усилителей. Создатель Electronic Design. В 2002 г. был увековечен в галерее славы электронного проектирования.

[krulfa]

Сергей,

1. Выходы предварительного усилителя и усилителя наушников неравноценны в вашей схеме: на выходе предварительного усилителя присутствуют приведенные искажения каскада на U4.
2. Выходной резистор R24 лучше шунтировать дросселем с малым активным сопротивлением, иначе нелинейность сопротивления наушников последовательно с этим резистором исказит сигнал на выходных клеммах усилителя.
3. По композиту, сверхмалые искажения достигаются только тогда, когда на первом ОУ и входное напряжение, и выходное стремятся к нулю, т.е. он усиливает только сверхмалое напряжение ошибки. В предложенной вами топологии и входное синфазное, и выходное напряжение первого ОУ имеют большие конечные величины. Поэтому, кроме низкого выходного сопротивления, по линейности такой композит будет иметь мало преимуществ перед одиночным ОУ.

[Сергей Кор]

Сергей,

1. Выходы предварительного усилителя и усилителя наушников неравноценны в вашей схеме: на выходе предварительного усилителя присутствуют приведенные искажения каскада на U4.
2. Выходной резистор R24 лучше шунтировать дросселем с малым активным сопротивлением, иначе нелинейность сопротивления наушников последовательно с этим резистором исказит сигнал на выходных клеммах усилителя.
3. По композиту, сверхмалые искажения достигаются только тогда, когда на первом ОУ и входное напряжение, и выходное стремятся к нулю, т.е. он усиливает только сверхмалое напряжение ошибки. В предложенной вами топологии и входное синфазное, и выходное напряжение первого ОУ имеют большие конечные величины. Поэтому, кроме низкого выходного сопротивления, по линейности такой композит будет иметь мало преимуществ перед одиночным ОУ.

Спасибо за Ваши замечания.Как понял смотрели на рисунок из первого поста.Это сырое решение для примера концепции.
1. Да, это так.Так как схемные построения будут меняться над выходом на УМЗЧ, подумаем после завершения.
2. Вероятно так и сделаем.
3. Режим повторителя будет не лучшим для входа первого ОУ из-за большой величины синфазного сигнала на его входе, что приводит к появлению дополнительных искажений.Потому для буферного усилителя был выбран коэффициент усиления 10дБ, что понизило синфазное напряжение и обеспечило ровную переходную характеристику.
В любом случае приятно общаться когда видно что человек разбирается и знает что говорит.
Что скажете о развитии сложного композита из поста 11?

[КоАП]

А можно и так посмотреть, что на мой взгляд точнее отображает качество звука.

[.Васильев]

Ну а что один период нам показывает?Вот вопрос!
А может 2периода нуно? А скоко модель известного ,промерянного в железе уся при таком некорректном использовании капа покажет?
офф хотите на одном периоде мерить и смотреть.пользуйтесь МС10

---------- Сообщение добавлено 21.04 ---------- Предыдущее сообщение было 20.05 ----------

интермодуляционные искажения

[Prophetmaster]

Пропустил Ваш комментарий,но как я понял это была шутка

Шутка, естественно, но в железе, резисторы ООС по 680 Ом у меня действительно лучше работали

[.Васильев]

Шутка, естественно, но в железе, резисторы ООС по 680 Ом у меня действительно лучше работали

Ну можно уменьшить соответственно эту пару резисторов до 680 и 1000ом ,хуже не будет.А в остальном что еще критического добавить можешь?Может что проглядели?

[krulfa]

Что скажете о развитии сложного композита из поста 11?

В первую очередь, было бы интересно убрать из схемы С6. Не моделируя детально, не знаю, насколько он критичен для обеспечения устойчивости.
Формально он создает петлю ПОС для выходного каскада, но очень небольшую, вреда быть не должно. Но если выходной ОУ начнет создавать коммутационные искажения, то они будут плохо давиться петлей ООС, так как точка неискаженного напряжения находится не на выходе усилителя, а в точке соединения C5 С6 R7 R11.

Если его убрать нельзя, то можно попробовать минимизировать его влияние на ЗЧ. Для этого нужно попытаться отбалансировать мост R11/(R7+R4) = R16/R13. Тогда искажения не будут сокращать путь через C6.

Если С6 убрать можно, тогда напрашиваются конденсаторы последовательно с R10 и R16 и тогда и второй ОУ можно перевести в режим малого сигнала на ЗЧ. Здесь могут появиться сложности с выходом из перегрузки, нужно проверять.

Выходной каскад со снятием сигнала с шин питания я не люблю, слишком много неизвестных. Можно просто умощнить повторителем. Ток покоя имеет разброс в 2 раза и сильно дрейфует от напряжения питания, это может повлиять на повторяемость звуковых характеристик от экземпляра к экземпляру.