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

[Sergo_PnL]

Интересно как будет без выходной катушки с резистором.

[оператор]

представлю амплитудно-фазовые характеристики усилителя в динамике на примере искажения реальной звуковой посылки - повторяющегося аккорда фортепиано.

У меня два вопроса:
- насколько адекватными и однозначными можно считать Ваши эмуляции с учетом, того, что усилитель правильно настроен и отрегулирован по токам, частотам, устойчивости и пр.?
Если он настроен и выжать больше ничего нельзя, значит данную схемотехнику можно считать неприемлемой?
- поясните пожалуйста суть Ваших эмуляций подробнее. Что такое амплитудно-фазовые характеристики и каким образом получен данный спектр на картинке. По виду, это обычный амплитудно частотный мощностной спектр?
Качество скана не позволяет увидеть настройки и цифры.

[wert]

- насколько адекватными и однозначными можно считать Ваши эмуляции

Благодарю за вопросы.
1. Эмуляцию однозначной и адекватной можно назвать относительно моделей и расчета относительно примененного схемотехнического решения
в остальных случаях эмуляцию можно рассматривать как элемент валидации и не более.
Такие измерения провожу на реальных обьектах, совпадение по Кг относительно стандартных методик полное, отклики относительно реактивных цепей совпадают с расчетными, потому у меня нет оснований не доверять результату по активным компонентам тракта.
Амплитудно-фазовые характеристики лучше измерять на финише, после полной настройки усилителя по названным Вами параметрам.
Приемлемость схемотехнического решения зависит от задачи, которую Вы решаете, рупор, сделанный из консервной банки тоже может быть решением при определенных условиях. Для видеоусилителей динамические искажения в виде дифференциального усиления и дифференциальной фазы 0,1% и 1градус - катастрофа,
для усилителей НЧ чем ниже амплитудно-фазовые и динамические искажения тем лучше, так как при взаимодействии с нагрузкой на резонансной частоте динамиков это преобразуется в динамические искажения с последствиями для звука.
2. Суть эмуляции в теме о "транзисторном ламповике" много раз пояснял.
Если коротко,
в стандартных методах измерения искажений используется амплитудный спектр для оценки нелинейных искажений.
в примененном разностном методе для анализа используется совмещенный амплитудный и фазовый спектр, что позволяет анализировать не только нелинейные искажения, но и линейные, динамические и прочие. Что позволяет видеть влияние реактивных составляющих активных и пассивных элементов усилителя на динамически изменяющиеся сигналы. Эти изменения при усилении приводят к девиации основных компонентов сигнала, уровень таких искажений зависит от уровня, частоты и плотности сигнала. На графиках отражаются искажения основных компонент сигнала и нелинейные искажения, полученные разностным методом, графики как правило в % либо дБ.

[hippo64]

Offтопик:
Ша́баш (от ивр. ‏שַׁבָּת‏‎, шаббат — суббота) — торжественные ночные собрания ковена (по христианской терминологии, ведьм и других лиц) для совместного проведения обрядов

---------- Сообщение добавлено 16:57 ---------- Предыдущее сообщение было 16:55 ----------

что позволяет анализировать не только нелинейные искажения, но и линейные, динамические и прочие. Что позволяет видеть влияние реактивных составляющих активных и пассивных элементов усилителя на динамически изменяющиеся сигналы. Эти изменения при усилении приводят к девиации основных компонентов сигнала, уровень таких искажений зависит от уровня, частоты и плотности сигнала. На графиках отражаются искажения основных компонент сигнала и нелинейные искажения, полученные разностным методом, графики как правило в % либо дБ.

Вот это так просто доставило.

---------- Сообщение добавлено 16:59 ---------- Предыдущее сообщение было 16:57 ----------

Offтопик:
До пресловутой "дымки над вуалью " остался один шаг

[wert]

Интересно как будет без выходной катушки с резистором.

На частотах до 1 кГц влияние мало заметно, с ростом частоты влияние сильное,
до RL цепи искажения на частоте 20 кГц достигают 1%,
после RL цепи искажения возрастают до 5%.
Важно, это или не важно.
Если общий уровень амплитудно фазовых искажений по всему диапазону начиная с 1 кГц резко возрастает, тогда в многополосной акустической системе каждый динамик на резонансной частоте преобразует это уровень в динамический. С одной стороны барьер сам по себе полезен для отсечки реактивного импеданса акустической системы от усилителя, но вреден, так как поднимает общий уровень амплитудно-фазовых искажений на участке усилитель- колонка-динамик.
Графики прикрепляю.

[Игорь Гапонов]

...Что позволяет видеть влияние реактивных составляющих активных и пассивных элементов усилителя на динамически изменяющиеся сигналы. Эти изменения при усилении приводят к девиации основных компонентов сигнала, уровень таких искажений зависит от уровня, частоты и плотности сигнала. На графиках отражаются искажения основных компонент сигнала и нелинейные искажения, полученные разностным методом, графики как правило в % либо дБ.

Если "динамически изменяющиеся сигналы", то проясните, пожалуйста, что такое для одного из таких сигналов (как я понял), "уровень, частота и плотность"?

[wert]

Если "динамически изменяющиеся сигналы", то проясните, пожалуйста, что такое для одного из таких сигналов (как я понял), "уровень, частота и плотность"?

Вы специалист, поправьте если звучит криво.
Имеется ввиду мощность сигнала на определенных частотных участках

[Игорь Гапонов]

"неизменяющийся сигнал" - это

а) сигнал, значение которого не изменяется во времени= постоянному току.
б) сигнал, спектр которого не изменяется во времени= чушь, так как спектр и время взаимоисключающие домены/пространства.
в) сигнал, мгновенный спектр которого НЕ изменяется во времени= понятие "мгновенный спектр" придумано специально давно тому назад, чтоб можно было аппарат спектрального анализа применять при рассмотрении потока искажений/ошибок сигналов за время их прохождении через каналы/объекты. Где-то так: http://peredacha-informacii.ru/mgnovennyj-spektr.html

Вывод: "динамически изменяющийся сигнал" - оксюморон.

Смею предположить (без учёта последнего Вашего сообщения), Вы имели в виду искажения сигналов с изменяющимся во времени МГНОВЕННЫМ спектром. Или как (с учётом Вашего последнего сообщения про "участки спектра")?

[hippo64]

Вывод: "динамически изменяющийся сигнал" - оксюморон.

"участки спектра"

Извините, оксюморон это очень вежливое слово (цитаты есст. к Игорю не имеют отношения, отсюда удобнее было) это откровенный околонаучный словесный понос.
Об исследовании разностного сигнала, т.е. в той области где численные методы наиболее уязвимы, я вообще молчу. Коллеги уже всё сказали - артефакты вычисления.
Хочется надеяться, что это невольное, а не преднамеренное. Т.е. обычная глупость.

и плотности сигнала.

к девиации основных компонентов сигнала,

---------- Сообщение добавлено 21:27 ---------- Предыдущее сообщение было 21:26 ----------

Тьфу, отовсюду цитат надергал, но первоисточник один

[оператор]

Эмуляцию однозначной и адекватной можно назвать относительно моделей и расчета относительно примененного схемотехнического решения

Я, правильно понимаю, что Вы не проверяли фазовую устойчивость и не смотрели влияния токовых режимов, предложенной схемы.
Т.Е. Вы взяли предложенную схему и ее моделировали.
А, смысл?
Симуляция имеет смысл если схема исследуется во всех допустимых регулировочных режимах работы.
Например, эмулировать и измерять ВК следует при различных токах покоя ВК с целью выбора оптимального тока.
Таким образом и с остальными каскадами.
Я, хочу сказать, что простая симуляция без регулирования ничего не стоит.
Можно пропустить, как грубые ошибки, так и не заметить "золотых" точек настройки и режимов.

По второму вопросу.
Все проще - для усилителей НЧ КНИ, что 0,01, что 0,001 никакой разницы в звуке такого уровня третьей гармоники не будет.
Ее просто не слышно.
Хотя звучание может и отличаться, что говорит только о том, что мы пытаемся косвенным образом нащупать другие факторы.
Эти факторы для системы УНЧ-динамик можно свести к одному - "оптимальное согласование".
Это действительно слышно, а ловля блох, фаз, долей градусов, нолей после запятой - это излишнее усложнение простой задачи.

[hippo64]

Offтопик:
С утра пробило на справедливость. Несмотря на неприятие позиция не могу не восхищаться, причем искренне, энергией и целеустремленностью Сергея и Александра (Петрова).

[fakel]

Offтопик:
С утра пробило на справедливость. Несмотря на неприятие позиция не могу не восхищаться, причем искренне, энергией и целеустремленностью Сергея и Александра (Петрова).

Offтопик:
Его бы энергию да в мирное русло...

Offтопик:
Гвозди бы делать из этих людей - не было б в мире тупее гвоздей!

[wert]

Симуляция имеет смысл если схема исследуется во всех допустимых регулировочных режимах работы.

Полностью согласен, скорее автор должен был сделать такие исследования, на основании которых родилась статья и выложены отработанные модели усилителя.
Обсуждается не идея, а готовое решение. Естественно открывший модель скорее проверит на предмет основных характеристик, затем и результатами поделится.

Можно пропустить, как грубые ошибки, так и не заметить "золотых" точек настройки и режимов.

На форуме обсуждается не мало схемотехнических решений усилителей,
есть простые усилители, где модели дают
ИМ ниже -120дБ, коммутационные искажения отсутствуют,
устойчивость обеспечивается без выходной RL,
амплитудно-фазовые искажения на уровне тысячных долей%,
динамические искажения отсутствуют.
Есть с чем сравнивать.
Каждый усилитель имеет право на жизнь, главное чтобы он удовлетворял запросы слушателя.

КНИ, что 0,01, что 0,001 никакой разницы в звуке такого уровня третьей гармоники не будет.
Ее просто не слышно.
Хотя звучание может и отличаться,

Для этого и показал графики амплитудно-фазовых и динамических искажений.
Нелинейные искажения на уровне -80 дБ в рассматриваемом усилителе вряд ли кто услышит, а разницу в звучании усилителей слышат все.
На мой взгляд обьяснение этому феномену в амплитудно-фазовых искажениях компонент сигнала и генерации динамиком динамических и нелинейных искажений.
В этом случае согласование усилитель -динамик, уровень амплитудно-фазовых искажений усилителя и звукового кабеля, характеристики динамика становятся определяющими для получения заданных характеристик звука.

[Sergo_PnL]

1. На форуме обсуждается не мало схемотехнических решений усилителей,
есть простые усилители, где модели дают
ИМ ниже -120дБ, коммутационные искажения отсутствуют,
устойчивость обеспечивается без выходной RL,
амплитудно-фазовые искажения на уровне тысячных долей%,
динамические искажения отсутствуют.


2. В этом случае согласование усилитель -динамик, уровень амплитудно-фазовых искажений усилителя и звукового кабеля, и характеристик динамика на резонансных частотах становятся определяющими для получения заданных характеристик звука.

Спасибо за развернутые ответы, в т.ч. о поведении рассматриваемого усилителя при работе без выходной LR.

1. Можете привести конкретные примеры схем (ссылки на форуме), которые удовлетворяют Вашему описанию?

2. Именно в данное согласование все и уперлось, по-моему. Решения есть, но их стоимость чаще всего останавливает разработчиков. Какие пути кажутся Вам наиболее эффективными в рамках УМЗЧ?

Существует ли подобная методика для оценки качества питания УМЗЧ? Мне кажется, одним из способов решения задачи в п2 может стать применение ИИП для питания ВК. Но не все ИИП пригодны для этого, есть ли наработки, исследования в этом направлении?

[wert]

Если он настроен и выжать больше ничего нельзя, значит данную схемотехнику можно считать неприемлемой?

Усилитель имеет интересные схемотехнические решения, не все ново, но сочетание решений интересно.
Автору можно выразить благодарность за разработку и описание усилителя
и не останавливаться на стандартных способах эмуляции параметров и измерений,
это даст возможность провести доработки и получить новые качественные характеристики усилителя, потенциал для улучшений есть не малый.

Можете привести конкретные примеры схем (ссылки на форуме), которые удовлетворяют Вашему описанию?

Скорее это уже другая тема, могу в переписке показать примеры.

[MAXIM_A]

asgladd, а заводскую ПП собираетесь делать?
Я бы взял пару...

[Sergo_PnL]

могу в переписке показать примеры.

Да, пожалуйста, если не сложно, можно в личку.

[Rova]

Что касается упоминаемых тут динамических искажений (суть - модуляций), то последнее, о чем я подумал бы при изучении вопроса это симулятор. Но... если в модели реализовать "реальный" источник питания, если модель учитывает нелинейность всех видов реактивностей, если заложены тепловые модели, то было бы уже весьма интересно. А так... имхо, в лучшем случае для отладки режимов, в худшем - продвинутый вариант ковыряния в носу.

[orsenty]

По моему автор умер от радости, что освоил МикроКап. В личку не отвечает, на форуме не появляется, фото макетов не выкладывает. А на практике я столкнулся с неустойчивостью усилителя из-за целого ряда совокупных причин. Для повторений в таком виде усилитель не готов. Может у меня и руки кривые, но с другими собранными усилителями проблем не было.

[Sergo_PnL]

asgladd, а заводскую ПП собираетесь делать?
Я бы взял пару...

И я, после доработки схемы.