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

[wert]

А можно поподробнее что за методика? Есть ссылка на нее?

На сайте Марины и Сергея Амелиных этот вопрос обсуждался в конце 2007 года
Меня заинтересовала возможность автоматизации расчетов Кг ИМ в полосе частот и мощностей при помощи МС,
Марине и Сергею Амелиным я задавал в связи с этим вопросы (под ником qwer).
Методика расчета ИМ по CCIF была достаточна.
по SMPTE Сергеем представлен метод с недостатками.
В 2006 году в статье об усилителе со сверх низкими искажениями (РХ2006) я применил достаточные методики CCIF и SMPTE для расчета ИМ в МС, хотелось автоматизировать процесс. На мой взгляд с помощью Марины и Сергея это удалось сделать.
При автоматизации были учтены 6 гармоник для расчета ИМ по SMPTE с помощью функции perfomance и RMS.
И был найден способ оценки Кг в полосе частот, мной предложено решение по уменьшению ошибки с ростом частоты.
Эти способы были активно использованы для моделирования параметров усилителей в теме о "транзисторном ламповике" с выкладыванием моделей в МС.
Я рад что Александру Петрову удалось освоить оценку Кг в полосе частот по разработанной методике.
В последствии в МС10 и МС11 такие функции уже были прописаны как стандартные, очень легко это все использовать и получать результаты для КГ и ИМ (CCIF, SMPTE, DIN) в полосе частот , мощностей, вариации нагрузок, режимов схемы и прочего..., но есть ограничение, можно проводить расчеты только после 4-го периода нижней частоты воздействия.
По разработанной методике можно проводить расчет от любого выбранного периода, это иногда бывает полезным, например для оценки "возбуждения" проявления тау при сложных воздействиях на реактивные цепи при резких изменениях уровней сигналов, или были показаны верхние и нижние полюса УНЧ в режиме Transient.
Такие эксперименты (расчеты в МС) я показывал в теме "о транзисторном ламповике", другими методиками такие эффекты мне не удалось увидеть.
Рекомендую всем освоить такие инструменты для моделирования - просто, полезно, информативно и наглядно.

[Nick-nack]

Эх микрокап, микрокапушка... смущаешь ты неокрепшие умы статных мужей да пацанофф своими интегрированными функциями для расчета всех и вся!

Учится надо работать в голом спайсе, вот мой совет.
И настраивать все функции в ручную, без костылей.
Толк такого мероприятия будет несоизмеримо больше дрочения параметров в "готовых" измериловках

[wert]

Учится надо работать в голом спайсе, вот мой совет.
И настраивать все функции в ручную, без костылей.
Толк такого мероприятия будет несоизмеримо больше дрочения параметров в "готовых" измериловках

Согласен с тем, что готовая "измериловка" имеет явные ограничения при поиске и разработке, но последнее скорее нужно для проведения процедур НИОКР.
Для большинства вполне достаточно стандартных методов измерения и стандартных приборов.
Конечно, если на ВЕГЕ появятся специалисты, которые сами разрабатывают методы и методики измерения, адаптируют и программируют ЦАП и АЦП под такие нужды с помощью программных продуктов, например таких как LabView. Тогда скорее цель форума - приблизить молодежь к творчеству будет ближе, но такие специалисты предпочитают другие среды, где нет "дрочения", головомоек, хамства, оскорблений, плагиата и прочей мерзости.
мы сами создаем эти среды, в том и живем.

[begemot61]

Offтопик:

Личность она известная. http://www.eimt.ru/kontaktnaa-inform...rina-arkadevna. Изучайте на здоровье.

На сайте Марины и Сергея Амелиных

Спасибо за наводку. Ознакомился, оценил. Продолжаю настаивать, чем заниматься изучением математических артефактов вычислений симулятора, лучше бы она крестиком вышивала. Я думаю что Сергей не отказался бы ей помочь и достойно вышивал бы звёздочкой. Толку было бы значительно больше.
Кроме того я рекомендовал бы ей ознакомится с общепринятой международной научной терминологией, а не заниматься выдумыванием мало осмысленной собственной.Так, например, их нетленный труд <<Амелина М.А., Амелин С.А. Построение непрерывных моделей коммутируемых преобразователей напряжения / Устройства и системы энергетической электроники //Тез. докл. науч.-техн. конф. - М: НТФ ЭНЭЛ, 2002. – c. 49-52. >> на самом деле имеет ввиду то что принято называть "усредняющей" а не "непрерывной" моделью. Поскольку термин "усредняющий" обозначает те допущения и ограничения которые были приняты при построении модели.

[dekko]

Продолжаю настаивать

думаешь, от этого что-то изменится?

[hippo64]

думаешь, от этого что-то изменится

Ничего не изменится.

мы сами создаем эти среды, в том и живем.

Вот вы и создали свою среду, в которой рука руку моет, в которой придумывают мудреные термины, опираясь на свои же и своих сосредников постулаты ими же, постулатами, их же и доказывая. Есть правила ведения научно-исследовательской деятельности. Они выработаны веками для исключения шарлатанства.
Обычно их нарушают шарлатаны.

---------- Сообщение добавлено 10:01 ---------- Предыдущее сообщение было 09:59 ----------

чем заниматься изучением математических артефактов вычислений симулятора,

Коллега Бегемот

[EDDiE]

Offтопик:

Учится надо работать в голом спайсе, вот мой совет.
И настраивать все функции в ручную, без костылей.

Сагги примерно такой совет и даёт ))) http://forum.rcl-radio.ru/index.php?topic=498.120

[wert]

Offтопик:

Вот вы и создали свою среду, в которой рука руку моет, в которой придумывают мудреные термины, опираясь на свои же и своих сосредников постулаты ими же, постулатами, их же и доказывая. Есть правила ведения научно-исследовательской деятельности. Они выработаны веками для исключения шарлатанства.
Обычно их нарушают шарлатаны.

Думаю Вы слишком высоко задираете планку - научно-исследовательской деятельностью на ВЕГЕ вряд ли кто занимается, хотя если для Вас именно такое представление об исследованиях и науке, тогда вопросы отпадают.
Говоря о таких категориях Вы хорошо должны понимать - принципы определяют научно-исследовательскую деятельность, а принципы формируются исходя из общего уровня развития общества, образования, науки, социально-экономических, производственных отношений, и прочего. Даже если Вы догадываетесь о главном принципе научно-исследовательской деятельности, то все одно, ВЕГА это не площадка для такой дискуссии. хотя фыркнуть в чей то адрес - это норма... но иметь представление о предмете, это не обязательно

[hippo64]

но иметь представление о предмете, это не обязательно

Offтопик:
Опять быдло мешает гениям, хоть бы что новое придумали.

[SAPR]

Offтопик:

в которой придумывают мудреные термины,

Моск сломал, все равно не понял, совсем тупой стал

для оценки "возбуждения" проявления тау при сложных воздействиях на реактивные цепи при резких изменениях уровней сигналов

[hippo64]

Offтопик:
Коллега SAPR, я алкаш а не наркоман. Алкоголя не хватает для понимания этого. Может Сергей объяснит?

[wert]

... хоть бы что новое придумали.

Автор представил характеристики усилителя, полученные стандартными методиками, об этом много на ВЕГЕ говорено, стандартные методики дают не полное представление о качественных характеристиках усилителя.
Выше писал, МС11 дает простейшую возможность оценить Кг в полосе частот, стандартные вкладки имеются в МС11.
Ниже график Кг в полосе частот от 10 Гц до 100 кГц.
Видим внизу диапазона горб искажений максимум 0,3% на частоте около 40 Гц, горб спадает вплоть до 1 кГц, далее с ростом частоты подьем искажений.
Расчет искажений проводился после 5-го периода частоты воздействия.
До 20 периода искажения внизу диапазона заметны, это влияние линейных искажений на форму сигнала.
Можно посоветовать опустить частоту среза входной RC цепи до 0,1-1 Гц, тогда горб искажений будет не заметен и реальные сложные сигналы не будут заметно искажены внизу звукового диапазона.

---------- Сообщение добавлено 11:48 ---------- Предыдущее сообщение было 11:23 ----------

Offтопик:

я алкаш а не наркоман. Алкоголя не хватает для понимания этого. Может Сергей объяснит

Предлагаю в будущем отказаться от ректификата.
только сбалансированное содержание сивухи в теле может дать осознание новизны. Подойдут виски, бренди, коньяк, но все же лучше наш родной правильный самогон, и печень включает вовремя, и привыкания не дает, похмельные синдромы отсутствуют и осознание в сознании периодически проявляется.

---------- Сообщение добавлено 17:39 ---------- Предыдущее сообщение было 11:48 ----------

На рис.2 сверху общий график Кг и ниже графики 2,3,4,5-й гармоник, выделены цветами
На рис.3 график Кг при частоте среза входной RC цепи около 0,2 Гц.

Если линейные искажения гнут синус в районе полюса на 5-м периоде до искажений в 0,3%,
тогда что происходит с сигналом вначале посылки?
И речь уже идет не о синусе - стационарном сигнале, требующем определенных условий для корректного разложения FFT,
речь идет о нестационарном случайном сигнале, который не имеет возможности для периодичного повторения бесконечное число раз,
есть только один проход случайного изменения напряжения в определенной частотной области
и такие линейные искажения для случайных сигналов в районе полюса могут достигать десятки процентов (измерено без частотного разложения).
Сколько нужно выпить бренди или других драгоценных напитков дабы озарение посетило, у каждого своя норма,
но вряд ли кто будет утверждать (даже в трезвом состоянии), что линейные искажения (искажение формы сигнала) не оказывает влияние на слуховые ощущения.
Но раньше мы это только слышали, но на синусе не могли измерить, теперь спокойно измеряем на сложных сигналах как при помощи частотного разложения для псевдослучайных сигналов, так и для шумоподобных сигналов без частотного разложения.

[Sergo_PnL]

А чего так много методологическо-научно-патентных тем повсплывало? Кто кому чего придумал и подсказал... Похоже, таки нашли что-то выдающееся в этом усилителе, а теперь надо понять чьи тапки, не иначе.
Господа, во всем мире интеллектуальные права закрепляются наиболее ранними публикациями, а не прятаньем в столе гениальных, но никому не нужных творений.
Ветка про измерения есть, мало - сделайте еще одну про измерение измерений, а здесь бы про усилитель автора продолжить...

[wert]

а здесь бы про усилитель автора продолжить...

Вы правы.
Автор видно специально предложил cir файлики моделей усилителя, для того чтобы не пальцем в небо,
а как то ближе к моделям, параметрам, особенностям и недостаткам, и если все Ок, тогда переход к железу.
последние три графика наводят на мысль о проблемах входной RC цепи и частотозависимой (в НЧ диапазоне) ООС.
Возможно Вы сможете оценить ИМ SMPTE в диапазоне нагрузок, стабильность УНЧ, запасы устойчивости, динамические искажения, амплитудные искажения, оценить коммутационные искажения и прочее. Уже 25 страниц по теме и основные параметры модели пока не определены.
Ведь без таких параметров усилитель просто картинка на бумажке.

[Sergo_PnL]

Я не против самых разых измерений схемы ТС. Еще бы хорошо выбрать некий эталон реализации Супер А и с ним сравнивать, а пока это как в анекдоте про Петьку, ВасильИваныча и прибор... - сложно оценить. Новое должно быть либо лучше либо дешевле предыдущих поколений разработок, а иначе какой в нем смысл?

[wert]

Новое должно быть либо лучше либо дешевле предыдущих поколений разработок, а иначе какой в нем смысл?

то что мы ожидаем лучшего, это называется развитием в соответствии с принятыми в сообществе парадигмами.
То что дешевле, ну это не всегда так, зависит от цены достижения критериев лучшего...

Важно в усилителе заявление о Супер А, то есть ожидается отсутствие коммутационных искажений в ВК.
С учетом исправляющей способности ОС коммутационные искажения вообще не должны быть заметны.
Ниже график искажений амплитудной характеристики в %, снятой на частоте 20 кГц,
В формуле расчета искажений применен оператор дифференцирования, фактически равносильно ВЧ фильтру второго порядка на выходе УНЧ.
На графике видим всплески искажений в районе +/- 4,5В, это переключения верхнего и нижнего плеча, которые сдвинуты от нуля в стороны.
График искажений имеет существенные неравномерности со значительным уровнем искажений.
Очень много усилителей на ВЕГЕ, не претендующих на звание Супер А, и имеющих искажение амплитудной характеристики в виде прямой линии без коммутаций и значительных амплитудных искажений.
Думаю по этому параметру усилитель тест не прошел, в железе должно быть хуже.
Sergo_PnL это не тема для измерений и эмуляции, но как без параметров то? или просто на слово автору поверим?
Может предложите тест на выбор, говорящий о сильной либо слабой стороне усилителя?

---------- Сообщение добавлено 22:24 ---------- Предыдущее сообщение было 20:56 ----------

Интермодуляционные искажения усилителя по стандарту SMPTE ниже посредственных.
При выходной мощности около 100 Вт IM2 IM3 имеют уровень около -80 дБ, это в модели! в железе нельзя лучше ожидать.

---------- Сообщение добавлено 27.04.2017 в 08:16 ---------- Предыдущее сообщение было 26.04.2017 в 22:24 ----------

Ветка про измерения есть, мало - сделайте еще одну про измерение измерений, а здесь бы про усилитель автора продолжить...

Анализ усилителя можно провести только на основе расчета, эмуляции и живых измерений. Затем как интегральная результирующая - слушаем и получаем/не получаем удовольствие.
Автор целую статью написал о создании усилителя, кроме общего описания режима Супер А другие характеристики не представлены в обьеме, необходимом для анализа.
Есть модели усилителя и за это автору благодарность.
но на форуме большинство не владеют расчетами, эмуляцией, возможно доступны измерения в обьеме вольтметра и амперметра, в лучшем случае простейшая звуковушка для индикации наличия спектра и формы синуса...
Не многие способны работать с моделями и любая попытка представить расчетные характеристики усилителя упирается в стенку.
Sergo_PnL, что Вы подразумеваете под продолжить, если анализ усилителя не возможно сделать без расчета, эмуляции и замера характеристик?
А представление графиков характеристик вызывает реакцию - "...создай ветку про измерение измерений...и никому это не нужно"?

[Sergo_PnL]

Вот только не надо ловить камни, которые летят не в Вас. Все, что по теме развития схем ТС - все приветствуется. Остальное, хоть и дюже интересно, не дает развиваться главному предмету темы - я об этом, если Вы не поняли.

[wert]

Вот только не надо...я об этом, если Вы не поняли.

Sergo_PnL
представлю амплитудно-фазовые характеристики усилителя в динамике на примере искажения реальной звуковой посылки - повторяющегося аккорда фортепиано.
Этот тест показывает все искажения, на которые реагирует слух.
Сложность теста в том, что используется прием стаккато, т.е. резкое, ударное нарастание звука, с медленным спадом.
В этом случае активно проявляются динамические нелинейности.
Зафиксировать динамические искажения удается при повторении звуковой посылки с разным уровнем примерно в 10 раз.
Тогда разница в искажениях отдельных нот характеризует динамическую нелинейность.
Усилитель в диапазоне до 1 кГц имеет амплитудно-фазовые искажения основных компонентов звуковой посылки до 1%.
Динамические искажения около 0,02%.
Если по амплитудно-фазовым искажениям усилитель можно отнести к посредственным,
то по динамическим искажениям 0,02% результат слабый, многие безосники имеют такие искажения на порядки ниже.
Общие ООС исправляют ошибки, в том числе динамические,
данный усилитель по динамическим искажениям имеет проблемы, требует анализа схемотехники и выбранных режимов для дальнейшей доработки и улучшения параметров.

[Sergo_PnL]

Такой тест хорошо проводить с питанием от модели реального БП, а не от идеального источника - многое будет зависить от выходного реактивного сопротивления БП.

[wert]

Такой тест хорошо проводить с питанием от модели реального БП

Автор предложил вниманию усилитель.
Такой тест хорош для всего усилительного тракта вплоть до клемм динамиков,
Вы не подозреваете сколько нового и неожиданного дает такой анализ для каждого конкретного тракта, особенно по динамическим искажениям.
Если удастся найти время, покажу пример исследования и измерения полного усилительного тракта.