Универсальный УМЗЧ со стабилизацией режима

[asgladd]

Универсальный УМЗЧ со стабилизацией режима.

Схема усилителя представлена на рис.1 и 2.
Универсальным усилитель назван потому, что в выходном каскаде можно использовать любые мощные транзисторы (биполярные или полевые) без изменения схемы, причем глубокая ООС, действующая в нем, автоматически выводит каскад на режим супер-А ( с невыключаемым током выходных транзисторов) с параметрами 40 мА- ток минимума и 90 мА- ток покоя ( на каждый транзистор)- (смотри эпюры на рис.3) и поддерживает такой режим при любой температуре выходных транзисторов (нет термодатчиков!).В выходном каскаде применена схема вольтдобавки (на R19-R22,C6,C7,VD3, VD4), которая дает питание +/- 9 V усилителям обратной связи на VT15-VT32 и позволяет полностью использовать напряжение питания всего усилителя (даже для выхода на полевых транзисторах с напряжением затвор-исток более 4B).
Параметры выходного каскада : Кусил = 0,87, Rвх - более 700 кОм, Rвых = 0,17 Ома, полоса частот более 1 МГц, коэффициент гармоник 0,015 % - 0,03 % для 8 и 4-х Ом.
Добавляем к этому усилитель напряжения с усилением более 70 дБ, заводим общую обратную связь и получаем почти идеальный усилитель. Тестирование макета подтверждает получение неплохих параметров :
Коэффициент гармоник 0,01% / на частоте 20 кГц при номинальной мощности
На частотах ниже 5 кГц гармоники менее 0,001 %
Выходное сопротивление около 0,005 Ом (измерено до индуктивности L1).
Полоса усиления 5 Гц – 360 кГц/560 кГц (по уровню -3 дБ с входным фильтром и без )
Скорость нарастания выходного напряжения 50 В/мкС с входным фильтром на R3-C2.
Интересны и другие свойства усилителя :
Питание от нестабилизированного источника +/- 20 – 50 В.
Амплитуда выходного напряжения равна напряжению питания минус 2,5-3 В.
АЧХ не имеет выбросов, ограничение сигнала тоже без выбросов.
Выход защищен от короткого замыкания ограничением тока на уровне 10 А на каждый выходной транзистор.
Выходная мощность определяется фактически количеством параллельно включенных выходных транзисторов и мощностью блока питания. Например для блока питания
+/- 45 В-4А ( 40 В под нагрузкой) и двух транзисторах в плече (как на схеме) номинальная мощность не менее 90/140 Вт при 8/4 Ом нагрузки.
Универсальность схемы подтверждается ее абсолютной симметричностью (при включении питания отсутствуют щелчки) и возможностью использования усилителя в инвертирующем и неинвертирующем режиме и даже в режиме мощного ОУ без емкостей на входе и в цепи ОС ( при такой схеме входа и таких транзисторах с h21 более 500 входные токи усилителя менее 10 нА).
Усилитель стабильно работает даже при установке в цепях питания резисторов 5-10 Ом или при подключении к выходу емкости в несколько микрофарад (при полном сигнале)!!!
Универсальность схемы заключается и в том, что с её помощью может быть доработан почти любой имеющийся в наличии УМЗЧ (подходящей мощности и с любыми, даже не очень качественными, выходными транзисторами). Как говорится в известном фильме "легким движением руки брюки превращаются...". В нашем случае - это звучит так : "при наличии нескольких часов свободного времени на пайку схемы,(выделенной пунктиром), на монтажную плату размером 4х5 см (стоимость деталей – менее 250 руб) Ваш усилитель превращается ...
Во вложении представлены схемы в формате Микрокап-9 для желающих поэкспериментировать...При разработке печатной платы нужно учитывать, что "абсолютный ноль" на выходе устанавливается с помощью одного из резисторов R14 и R15, а ток покоя,при желании, может быть изменен с помощью резисторов R28 - R29.
Желающие сделать усилители с отрицательным выходным сопротивлением или с регулируемыми токами режима супер-А могут прочитать мою статью "Схемотехника УМЗЧ со стабилизацией режима" на сайте "Паяльник" http://cxem.net/sound/amps/amp225.php
Александр Гладкий

[Валет]

В случаях тока покоя 0.6ма и 30-60 ма при переходе через ноль излома нет,а от 1,5ма до 10 есть! Вот как это можно интерпретировать ?

В идеале, теоретически, каскады в классе А и В не имеют изломов (и связанных с ними КИ). В учебниках именно классом В иллюстрируют сложение напряжений в пушпуле. Промежуточный класс – АВ – КИ имеет. Именно это Вы и показали своим экспериментом. В реале класс В имеет КИ, но они малы и Вы их не зарегистрировали.

[.Васильев]

Вообще то это эксперимент Александра ,а не мой . я лишь воспользовался им.
Ладно с КИ понятно ! А вот что нам иголки на третьем графики показывают !

[Валет]

А вот что нам иголки на третьем графики показывают !

Ссылку дайте.

[.Васильев]

Да на девятой странице мой пост внизу , третий график с искажениями на порядок меньшими

[Валет]

Ничего необычного на третьем графике не вижу - просто такие искажения. А на порядок меньше только по сравнению с первым графиком. Но там больше не искажения, а некомпенсированная полностью первая гармоника и что-то похожее на возбуждение или ВЧ помеху.

[.Васильев]

Не похоже на возбуд,я растягивал волну ,там просто изломы, вот и думаю что это ? Вк мощная тройка (4 пары выходников) .КИ не должно быть . В спектре только резко деградирующие нечетные гармоники.
Я потому и в сомнениях что это значит!

[Валет]

Возбуд я вижу только на первом графике, а на 3-м такой вид искажений может объясняться, имхо, изменением частотных свойств плеч ВК от тока, т.е искажениями типа "дифференциальная фаза", которые в соседней ветке называются АФИ.

[.Васильев]

Там два графика одного и того же усилителя Гумеля,переработанного ,а третий график от стандартного ав_шника с четырьмя парами выходников.оба вся глубокоосные с одной петлей оос.

[Валет]

Это ничего не меняет. А глубокоосные они только относительно. В глубокоосных амплитуды низкочастотных компонентов искажений меньше, а ВЧ - заметнее на их фоне. Например, на выходе селектора искажений в ZD-50 хорошо видны ВЧ компоненты НИ, а НЧ практически не видно.

[Petr-1951]

Не похоже на возбуд,я растягивал волну ,там просто изломы, вот и думаю что это ? Вк мощная тройка (4 пары выходников) .КИ не должно быть . В спектре только резко деградирующие нечетные гармоники.
Я потому и в сомнениях что это значит!

как я понимаю в спектре действительно преобладающая 3-я гармоника сдвинутая по фазе фильтром, поэтому ее положительные полуволны не совпадают с отрицательными полуволнами выходного сигнала и наоборот. Коммутационные искажения есть, но они смазанные, а поэтому также имеют сдвиг по фазе. Только резкие коммутационные искажения как более высокочастотные имеют минимальное ГВЗ и практически совпадают на графиках с переходами через ноль.
Чтобы синхронизировать 3-ю гармонику с выходным сигналом попробуйте включить на выходе фильтра задержку (delay) на 36,5 мкс, что будет эквивалентно опережению примерно на 13,5 мкс. При этом коммутационные искажения также сдвинутся, но зато 3-я гармоника должна стать на место.

[.Васильев]

Насколько я понял КИ на этом графике ниже уровня третьей гармоники и ниже порога слышимости!

---------- Сообщение добавлено 21.03.2017 в 07:47 ---------- Предыдущее сообщение было 20.03.2017 в 22:59 ----------

Чтобы синхронизировать 3-ю гармонику с выходным сигналом попробуйте включить на выходе фильтра задержку (delay) на 36,5 мкс, что будет эквивалентно опережению примерно на 13,5 мкс. При этом коммутационные искажения также сдвинутся, но зато 3-я гармоника должна стать на место.

Получилось.Чистая синусоида в результате

[Petr-1951]

Максим, в результате сдвига должен получиться примерно такой вид

[bukvarev]

Для уменьшения возможной неточности моделирования, перед "измерительным" ФВЧ очень желательно поставить вычислитель разности выходного сигнала УМ и входного, умноженного на коэффициент передачи УМ (или сумматор, если УМ инвертирующий). Он уменьшит напряжение, подаваемое на ФВЧ в несколько десятков раз (предел зависит от фазового сдвига, вносимого усилителем на верхней частоте). Можно при желании и фазу скорректировать (естественно, у ветви "вычитателя", подключенного к источнику сигнала, а не к выходу УМ).
В зависимости от сложности схемы и настроек симулятора можно получить разницу в результатах (с "вычитателем" и без него), хотя на уровень коммутационных искажений вычитатель влиять не должен. Во всяком случае, у меня так получилось в Multisim, несмотря на "ковыряние" в настройках параметров моделирования. В Микрокапе не пробовал.

Финальный результат на тесте - 100 мкв ампл. сигнала, похожего на шумовой при 40 В ампл. выходного и нагрузке УМ 2,5 Ом. 112 дБ отношения - хорошо увязывается с обычным Кг на 20 кГц.

[fagos]

.Васильев, что-то я запутался в вашем посте с графиками искажений на 9 странице. Можете еще раз вернуться к этому моменту и пояснить - какие к каким схемам относятся? Я так понял Гумеля это 2 последних графика с "гладкими искажениями" - со "ступенечкой" я так понимаю это как раз ТП 2мА? А самый первый это

стандартного ав_шника с четырьмя парами выходников

Я все правильно понял? Просто лучше сразу прояснить, извините за тугодумие)

[audiomun]

двойной тмост режет вторую и частично третью гармоники и не столь информации .имхо наверно и неправильно рассуждение.

А какой фильтр их не режет, ФВЧ в примере Петрова ?? Вдобавок, в сравнении с двойным Т-мостом - какая там у него ФЧХ и ГВЗ ? Смотри - картинки АЧХ и ФЧХ двойного Т- моста. Применительно к данному случаю, никакой другой фильтр при равной простоте не обладает столь оптимальными, для измерения, характеристиками и подобной информативностью.

[Petr-1951]

А какой фильтр их не режет, ФВЧ в примере Петрова ?? Вдобавок, в сравнении с двойным Т-мостом - какая там у него ФЧХ и ГВЗ ? Смотри - картинки АЧХ и ФЧХ двойного Т- моста. Применительно к данному случаю, никакой другой фильтр при равной простоте не обладает столь оптимальными, для измерения, характеристиками и подобной информативностью.

Приведите реальные характеристики, а не картинки из букваря, а лучше измерьте им хоть какие нибудь искажения на любой моделе, это же по вашим словам гораздо проще сделать чем этим фильтром

p.s. вот тогда и оценим оптимализм, информативность и прочие прелести двойного Т-моста

[audiomun]

а лучше измерьте им хоть какие нибудь искажения на любой моделе

Зачем фантазировать, когда практика - лучшее доказательство, более 35 лет двойным Т-мостом(собран в корпусе делителя 1:10 осциллографа) измеряю Кг практически.

[Petr-1951]

Зачем фантазировать, когда практика - лучшее доказательство, более 35 лет двойным Т-мостом(собран в корпусе делителя 1:10 осциллографа) измеряю Кг практически.

мои дети в детстве тоже делали вот такое баловство, но это баловство, не более

[.Васильев]

Тут на 2 ома нагрузки прогнал с линией задержки.Режим выбрал первого ватта. Вариация тока покоя 27/43/82/130ма на пару. Результат впечатлил На 90 и выше все чисто ниже 82 начинается нечто.
задержка 36,5NS или 36,5u .
добавил график стандартный Кг на 1ватте
схема гумелеобразный усилитель со стандартной тройкой и 3-4 пары выходников .

[bukvarev]

Результат впечатлил На 90 и выше все чисто ниже 82 начинается нечто.

Максим, нет гарантии, что подобное поведение и именно при таких значениях тока проявится на практике. Возможно, многое зависит от модели, среды и настроек.
Например, у меня, при моделировании счетверенного ВК при токе 30 мА на пару и "первом ватте" (4 в ампл), 2,5 Ом нагрузки, "иглы" сильно размазаны и имеют 10 мкВ ампл..
Сильные "иглы" (4 мВ ампл.) появляются лишь при работе ВК в режиме отсечки (нулевой ток покоя). Иначе говоря, поведение модели примерно такое, как обычно описывается в литературе.

Практически измеренные искажения могут быть совсем другого уровня. Но там есть свои сложности - нужно иметь возможность в пределе измерить несколько микровольт. Это достаточно сложная задача, осциллограф без дополнительного "обвеса" не поможет .