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]

на практике я столкнулся с неустойчивостью усилителя из-за целого ряда совокупных причин. Для повторений в таком виде усилитель не готов.

Могу помочь с запасами устойчивости, решение есть, не унывайте, труды Ваши не пропадут даром.
Вечером постараюсь найти время.

[Игорь Гапонов]

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

Offтопик:
Собственно, когда что-то критическое публикую, то публикую без задней мысли. Только, чтоб прояснить, во-первых, для себя тезисы и информацию, претендующую на факт, в сообщениях той или иной дискуссии. Во-вторых, считаю, что такое прояснение по большому счёту полезно всем, в особенности донорам тезисов и информации и их, оппонентам/адептам, т.е. "обеим сторонам". В данном конкретном случае, мои вопросы и аргументы следует воспринимать, как уточнения и попытка упорядочить рассуждения коллеги wert-а в моём собственном мозге, но не как издёвку какого-то специалиста над дилетантом.

Скрытый текст

Я вообще считаю, что "чистых специалистов" и "чистых дилетантов" не бывает, бывают те или иные проявления снобизма и вульгарности в виде элементов патологических чистоплюйства и косолапия в общении и мыслях.

[свернуть]

Если мои вопросы помогают wert-у в шлифовке его идей и их реализаций, я лишь буду рад.

[wert]

Что касается упоминаемых тут динамических искажений (суть - модуляций), то последнее, о чем я подумал бы при изучении вопроса это симулятор.

Вы правы.
В симуляторе значительно проще достичь минимума динамических искажений, в реальных схемах этот параметр зависит от великого множества реальных факторов, которых в симуляторе нет.
Например, для "транзисторного ламповика" в модели подбором режимов активных элементов за 5 минут можно найти несколько точек с минимумом по динамическим искажениям.
В реальной схеме мне пришлось пару часов подбирать режимы схемы, усиливать блок питания, менять провода по питанию, вешать на плату грозди пленочных конденсаторов и другим шаманством заниматься и все одно ожидаемого результата не получил.
Но, симулятор полезен первичной оценкой возможностей схемного решения, возможностью отладки режимов, валидации заданных, расчетных параметров. На этом этапе замену симулятору сложно подобрать.

[оператор]

На мой взгляд обьяснение этому феномену в амплитудно-фазовых искажениях компонент сигнала и генерации динамиком динамических и нелинейных искажений.

Ради справедливости выскажу свой взгляд.
Мы не учитываем и не можем моделировать обратное воздействие нагрузки на усилитель и не можем симулировать согласование.
Нагрузка в симуляторе к реальной АС имеет только теоретическое отношение и не учитывает множества других факторов.
Т.Е. не можем создать в симуляторе полный спектр всех условий реального усиления реального музыкального сигнала на реальный динамик или АС.
Для подтверждения данного факта привожу пример простой пример с которым сталкивается каждый конструктор усилителей, это когда усилитель идеально симулируется и даже физически дает неплохие показатели и реальные измерения на синусе, а на музыкальном сигнале - цыкает на ВЧ или не держит динамик.

Мне кажется, что основным направлением, при создании качественного усилителя следует считать - максимально правильное согласование с нагрузкой и максимальную развязку усилителя и АС для исключение обратного взаимодействия нагрузки на усилитель.
Это целый комплекс мер, включающий в себя факторы, начиная с БП, жгутов, экранировки, противопомеховых мер, выходного сопротивления, перегрузочной способности по току и тд.

---------- Сообщение добавлено 14:47 ---------- Предыдущее сообщение было 14:38 ----------

В реальной схеме мне пришлось пару часов подбирать режимы схемы, усиливать блок питания, менять провода по питанию, вешать на плату грозди пленочных конденсаторов и другим шаманством заниматься и все одно ожидаемого результата не получил.

Это обычная история, которая показывает, насколько симуляция далека от реальной физической модели.
Половина форума забита фактами по подбору конденсаторов, куда и как навесить, как добиться устойчивости, сорвать генерацию и тд.
Выход здесь прост - нужно правильно и с учетом всех факторов разрабатывать топологию, компоновку и конструктивы усилителей.
Невозможно учесть все факторы меж элементного взаимодействия на плате, узлов и жгутов между собой, внешней электромагнитной обстановки, чистоты питания и пр.

От себя добавлю, что любое навешивание внешних конденсаторов - действительно сорвет генерацию, но в итоге навешивание - это антенна, принимающая и передающая и к каким другим негативным последствиям оно может привести сложно предположить.

[wert]

...любое навешивание внешних конденсаторов - действительно сорвет генерацию, но в итоге навешивание - это антенна, принимающая и передающая и к каким другим негативным последствиям оно может привести сложно предположить.

Уточню
генерация и динамические искажения, это разные искажения по природе и по воздействию на слушателя.
Вы все правильно написали и все перечисленные меры влияют на устойчивость и динамические искажения,
но я написал не о ВЧ вспышках и подвозбудах, а о низкочастотной модуляции компонент сигнала под действием самого сигнала
на реактивные составляющие активных элементов (их изменение под действием сигнала) это модулирует фазовую компоненту сигнала
и изменение усилительных свойств элементов от тока, частоты воздействия и проч., что дает амплитудную модуляцию компонент усиленного сигнала.
Измерение динамических искажений соответственно направлено на выявление девиации компонент усиленного сигнала под действием самого сигнала на усилительный тракт.

[Rova]

Уточню
генерация и динамические искажения, это разные искажения по природе и по воздействию на слушателя.
Вы все правильно написали и все перечисленные меры влияют на устойчивость и динамические искажения,
но я написал не о ВЧ вспышках и подвозбудах, а о низкочастотной модуляции компонент сигнала под действием самого сигнала
на реактивные составляющие активных элементов (их изменение под действием сигнала) это модулирует фазовую компоненту сигнала
и изменение усилительных свойств элементов от тока, частоты воздействия и проч., что дает амплитудную модуляцию компонент усиленного сигнала.
Измерение динамических искажений соответственно направлено на выявление девиации компонент усиленного сигнала под действием самого сигнала на усилительный тракт.

Собственно, это есть интермодуляции. В случае нелинейности реактивностей - интермодуляция фазовая, в случае статической нелинейности - амплитудная. Но источники модуляции могут быть и другие - например тепловая и пульсация потребления (и та и другая являются по сути источником уже реактивной нелинейности, приводящей к фазовым девиациям).

[wert]

Собственно, это есть интермодуляции.

В своих измерениях динамических искажений я не ориентируюсь на НИ - новые гармоники, рожденные вследствие взаимодействия компонент сигнала.
Как Вы видели на графиках динамические искажения определяю несколькими способами, один из них в этой теме об усилителе.
Есть амплитудно-фазовое искажение компоненты сигнала - на графике искажение нот в аккорде,
анализируется амплитудно-фазовое искажение компоненты при двух уровнях входного сигнала - максимальном и 1/10 от максимального, при этом разница искажений усиленной компоненты сигнала и есть динамическое искажение. Т.е. анализируется изменение искажений усиленной компоненты сигнала в зависимости от мощности воздействия, а не интермодуляционные искажения.
Искажения компонент сигнала выражены в относительных единицах.

[Rova]

В своих измерениях динамических искажений я не ориентируюсь на НИ - новые гармоники, рожденные вследствие взаимодействия компонент сигнала.
Как Вы видели на графиках динамические искажения определяю несколькими способами, один из них в этой теме об усилителе.
Есть амплитудно-фазовое искажение компоненты сигнала - на графике искажение нот в аккорде,
анализируется амплитудно-фазовое искажение компоненты при двух уровнях входного сигнала - максимальном и 1/10 от максимального, при этом разница искажений усиленной компоненты сигнала и есть динамическое искажение. Т.е. анализируется изменение усиленной компоненты сигнала в зависимости от мощности воздействия, а не интермодуляционные искажения.

Так ведь интермодуляции и не характеризуются гармониками (составляющими кратными частотам сигнала) - это разностные составляющие. В случае фазовой это расширение "юбки" у основания гармоник.
p.s. А вообще трудно говорить о предмете когда не определены дефиниции. Я не знаю, что подразумевается под амплитудно-фазовыми искажениями если это не "субгармоники" (как некратные составляющие спектра) как непонятны и другие термины...

[wert]

Я не знаю, что подразумевается под амплитудно-фазовыми искажениями если это не субгармоники как непонятны и другие термины...

Есть идеальный комплексный коэффициент передачи, любое отклонение от идеального КП и есть искажение.
В амплитудно-фазовом спектре отклонение амплитуды 1-й гармоники сигнала от идеального КП даст прирост/уменьшение составляющей на частоте 1-й гармоники, это есть искажение по амплитуде. По фазе аналогично.
Так как применен разностный метод, то на месте 1-й гармоники на графике в случае идеального КП мы получим ноль искажений, так как разницу входного и выходного напряжения мы получаем с учетом КП.
В случае не идеальности КП на частоте 1-й гармоники увидим искажение. Уровень искажений можно выразить как в абсолютных так и относительных единицах.
О субгармониках пока нет речи.

[оператор]

В случае фазовой это расширение "юбки" у основания гармоник.

Дополню.
Расширение "юбки" это следствие паразитной фазовой модуляции основного сигнала.
Насколько это влияет на качество звука в цифрах уровня фазовых шумов, я сказать не возьмусь.
В части терминологии "юбку" принято описывать следующими терминами:
- фликкер,
- джиттер,
- фазовый шум в дБ/Гц,
- динамический диапазон при отстройке в дБ.

На слух, фазовый шум даже в уровнях в -70 дБ хорошо слышен, как плавающий тон, а вот например 3-я гармоника КНИ в - 70 дБ совершенно не слышна... И, что важнее?
Кроме того - фазовый шум, он как правило проявляется в совокупности с паразитной амплитудной модуляцией.
Т.Е, кроме плавающего тона мы будем слышать и амплитудную манипуляцию по уровню.
Все это в совокупности и дает основной вклад в чистоту ВЧ области полосы усиления.

Эти измерения можно провести физически, например подав на усилитель одновременно меандр в НЧ области, для симуляции импульсных НЧ звуков с резкими фронтами и чистого тона, например 10 кГц.
По оценке амплитудной и фазовой стабильности контрольного тона можно судить качестве усиления нестационарного широкополосного сигнала в грубом приближении к реальному музыкальному.

[wert]

Расширение "юбки" это следствие паразитной фазовой модуляции основного сигнала.

В амплитудном спектре именно так все и выглядит.
Но, по определению амплитудный спектр не чувствителен к фазе, так как в формуле расчета исключена реактивная составляющая,
в фазовом спектре наоборот, исключена активная составляющая из расчета.
Возможно юбки это ничто иное как проявление конвертационных эффектов.
Амплитуда и фаза связаны по природе и их искусственное разделение при расчетах не полностью исключает взаимосвязь амплитуды и фазы.
А иначе как фазовые юбки появляются в амплитудных спектрах?
Встречал описание эффектов конвертации амплитудных и фазовых спектров, жаль не сохранил ссылки.
Цифирами и расчетами предлагалось пояснение конвертации и не возможности полностью разделить амплитудный и фазовый спектр.
Так что это разделение искусственное и не полное, потому фазовые юбки в амплитудных спектрах наблюдаются.
Возможно есть иные пояснения таким эффектам.
Полноценные амплитудно-фазовые спектры с учетом активной и реактивной составляющих не содержат юбок, а дают совместный уровень амплитуды и фазы на частоте воздействия.

---------- Сообщение добавлено 20:36 ---------- Предыдущее сообщение было 20:21 ----------

Эти измерения можно провести физически

Да это возможно и нужно проводить такие измерения.
Я предлагал вниманию живое измерение двух усилителей LM3886 и композита.
У композита фазовая характеристика была размыта в диапазоне частот, искажения составляющих достигали 10-15 градусов вверху диапазона.
У LM3886 искажения фазовой характеристики были значительно меньше, искажения достигали 1-2 градуса, размытости практически не наблюдалось.
Испытания были проведены участником форума ВЕГИ, я провел пост обработку входных и выходных сигналов, графики в теме "о транзисторном ламповике"
выкладывал.
Очень информативны графики искажений фазы, амплитуды, амплитудно-фазовых искажений и ГВЗ.

[Rova]

Фазовая модуляция - она же частотная. Ордината в амплитудном спектре - частота, так что тут все понятно. Другое дело, что амплитудный спектр неудобен для оценки фазовых проблем. Жалкие следы на амплитудном спектре могут оказаться серьезной фазовой проблемой.

Я уже не говорю о том, что, похоже, фазовые проблемы для уха намного слышнее. Все же локация как одна из функций уха - это фаза. К тому же этот тип искажений необратим. А вот статическая нелинейность обратима нелинейностью обратного характера - ухо может адаптироваться (пять процентов статической нелинейности первых порядков не приводит ни к порче низа, ни к искажению сибилянтов и воспринимаются совершенно нормально).

[fagos]

Встречал описание эффектов конвертации амплитудных и фазовых спектров, жаль не сохранил ссылки.

Где-то кто-то из участников обсуждения уже давал отсылку на амплитудно-фазовую конверсию, пожалуй приведу ссылку
http://sci.sernam.ru/book_tnec.php?id=37

[Rova]

Где-то кто-то из участников обсуждения уже давал отсылку на амплитудно-фазовую конверсию, пожалуй приведу ссылку
http://sci.sernam.ru/book_tnec.php?id=37

Это несколько иное - фазовая модуляция в силу конверсии создает и некоторую амплитудную и наоборот.
Тут есть смысл найти все потенциальные причины возникновения в аналоговом тракте фазовых модуляций как таковых.

[Ясен Пень]

Уважаемый Konkere, Саша, пожалуйста, забаньте навечно wert-а прибейте эту ветку в "Отстойник". Жалко, конечно, топик-стартер хорошо очень начал, но пропал с концами по неизвестным причинам... Все, что после - на 85% полный "шлак", который, судя по всему, не прекратить разумной дискуссией. И не следует смущать им неокрепшие умы незарегестрированных посетителей сайта...

[fagos]

Offтопик:
Ясен Пень, вместо жалоб лучше бы что-то сами по теме сказали лучше. Автор молчит, что прискорбно и волнительно, но зачем тему сливать? Если можно в порядке разумной дискуссии поставьте нам здесь жирную точку в споре, ознакомив со своей авторитетной и аргументированной истинной картиной мира. А то Wert пытается что-то нащупать и измерить, делится своими результатами и выводами, а вы в него веником кидаете.

[Hennady]

Все великолепно, но без нормальной платы можно только болтологией на 2000 страниц настрочить.

как "в воду глядел - номер поста 9...

....Круг 9. Обманувшие доверившихся....(с) Данте

[Nick-nack]

по теме сказали лучше...

По теме нужно просто почитать первоисточник:
http://www.edn.com/design/consumer/4...stage--Part-2-
И продолжения.
Там все написано, автор все математически четко изложил.
Так же изложены недостатки такой реализации - необходимая точная подборка элементов, входящие в ограничение входные транзисторы (сильно плавающий входной импеданс и нелинейные входные токи)

Собственно проблема перенесена с выхода на вход, на более быстрые транзисторы.

Реализация в этой теме - хромает.

[wert]

Искажения фазового спектра усилителя как правило возрастают с ростом частоты в звуковом диапазоне.
Модель усилителя находится в "тепличных" условиях, не смотря на это тест модели на фазовые искажения провести необходимо.

На вход усилителя подан девятичастотный синус сигнал.
На рис.1 обозначены компоненты сигнала их фазовые искажения в градусах, зашумленность фазового спектра высока.
На рис.2 график фазовых искажений, входной сигнал 1/6, фазовая зашумленность резко снизилась, на верхних частотах показана разность уровней искажений при разных уровнях воздействия.
При изменении входного напряжения искажения фазы вверху диапазона уменьшились на тысячные доли градуса, говоря о фактическом отсутствии фазовых динамических искажений.
как бороться с фазовой зашумленностью, методов не мало, для начала нужно научиться фиксировать такие аномалии.

[оператор]

Модель усилителя находится в "тепличных" условиях, не смотря на это тест модели на фазовые искажения провести необходимо.

Личное мнение.
Реально увидеть и услышать паразитную АМ-ФМ модуляцию можно если воздействовать низкочастотным меандром, в качестве мешающей помехи, при измерениях контрольного тона в ВЧ области.
Таким образом в реальной физической модели проявят себя все те вещи, которые не поддаются симуляции.
А, именно - БП, токовй потенциал, выходное сопротивление, жгуты, топология платы в части питания и выхода - словом:
Если "долбить" мощной импульсной НЧ помехой контрольный тон - вот, тут то все чудеса и вылезают.
Просадки питания и выходное сопротивление БП - это АМ модуляция и все прелести в комплекте.

Кажется, что простая методика измерения АМ модуляции в физической модели сразу все поставит на свои места.
Как измерить АМ модуляцию?

---------- Сообщение добавлено 02:20 ---------- Предыдущее сообщение было 02:16 ----------

прибейте эту ветку в "Отстойник"

Лично я не понимаю, кому мешает нормальная конструктивная дискуссия и не понимаю стремления устанавливать никому не нужные порядки, даже если имеется отклонение от заявленной темы.
Ну наведете порядок - все разбегутся, тема зоглохнет у участников пропадет желание обсуждать - кому это нужно? Проходили уже...
Не нравится - не читайте, а порядки следует наводить у себя дома на кухне.