Составные усилители

[BesPav]

Создать новую тему побудило большое количество сообщений и схем, опубликованных в разных ветках, а то и даже на разных форумах.

Итак, предмет обсуждения - глубокоООСные усилители, так называемые "композиты", состоящие из первого малосигнального/маломощного ОУ и второго сильноточного ОУ в специализированном корпусе с повышенным теплорассеянием.

В качестве "подопытных" на роль первых ОУ выбраны следующие:
AD8065/66/67
THS4021/22+4011/12
LM6171/7171
LT1222
OPA1611/12+1641/42
AD797
Из предвыборной гонки потихоньку выбывают отличные ОУ LME49710 и LME49990.

Основные критерии выбора:
1. Возможно больший GBP
2. Возможно более высокая частота основного полюса (точка перегиба на кривой open-loop gain в даташите и/или модели)
3. Возможно меньшее произведение шума на усиление в начале аудиодиапазона
4. Наличие достоверной модели, более-менее совпадающей с графиками официального даташита.

На роль "вторых" народной молвой выбраны AD815, THS6012/TPA6120 и LT1210. Пожалуйста, не надо LM3886 сегодня...

Основные критерии выбора:
1. Достаточная мощность в качестве усилителя для наушников
2. Возможно более широкая полоса
3. Возможно меньший уровень шумов
4. Возможно большее петлевое усиление

Для начала обсуждения пара несложных схем с непривычно большой глубиной ООС:

Скрытый текст

[свернуть]

Условия устойчивости выполнены формально, номиналы коррекции подлежат алгоритмическому или ручному уточнению по переходной характеристике, а также в реальной конструкции с учетом паразитных параметров платы.

Основные недостатки подобных схем:
1. Сравнительно большой уровень шума на выходе, первый ОУ работает со своим полным усилением на НЧ и все его входные шумы усилены в Aol раз. ВНИМАНИЕ, не все SPICE-модели ОУ корректно воспроизводят даташитные графики шума.
2. Очень плохие последствия при перегрузке.
3. Необходимость плотного монтажа, частота единичного усиления порядка 20-30 МГц и сантиметры проводников уже вносят заметную задержку фазы на частоте замыкания характеристики.

Пример печатной платы, заботливо нарисованной форумчанином mellowman:

Скрытый текст

[свернуть]

Продолжение следует...

[mellowman]

Плата рисовалась для прямого сравнения 3х вариантов композитов:

1) ОУ + (почти) ед. буфер.
2) ОУ + усилитель с ку ~ 100.
3) ОУ + усилитель в ~ open loop.
4) "Раздельные" цепи ООС, по идее ViktKors:
Вложение 285861

[BesPav]

Прямое сравнение трех вариантов.

1. LME49710+AD815, КУ=3
2. THS4021+AD815, КУ=5
3. AD8065+AD815, КУ=3

График петлевого усиления, реакция на меандр 1 МГц с отключенным входным фильтром, плотность шума на выходе.

[mellowman]

Прямое сравнение трех вариантов.

Смущает меня, что вот тут аж капс локом пишут:

DONOT PUT A SMALL CAPACITOR FROM THE INVERTING INPUT OF A CURRENT FEEDBACK AMPLIFIER TO ANYWHERE, ESPECIALLY NOT TO THE OUTPUT

[Gena_KM]

Хм,все это хорошо но, что мешает посмотреть в сторону усилителей Г. Брагина YES ?
По тех. условиям почти все совпадает. А, главное работает и хорошо работает.
Зачем изобретать велосипед, хотя дело ваше.

[BesPav]

Смущает меня

Это ж писали без малого 30 лет назад...
Как раз где-то в те годы Интел представил процессор 486 с частотой работы ядра, приблизительно равной частоте единичного усиления представленных моделей.
Вот и повод проверить, насколько далеко шагнули симуляторы.
Впрочем без этого конденсатора стабильность и вид переходной характеристики сохраняются, просто частота замыкания петли будет существенно выше.

Хм,все это хорошо но, что мешает посмотреть в сторону усилителей Г. Брагина YES ?

Зачем же Геннадий изобретал свои усилители, когда с 1956 года существуют усилители по схеме Лина?
;)

Зачем изобретать велосипед, хотя дело ваше.

Ну попробуйте, ради интереса, не устанавливать конденсаторы локальной ООС первых ОУ в усилителе Геннадия.
Сверим идентичность велосипедов, так сказать.

[anatol0]

Не упомянута практическая конструкция на 5 х LT1210 и ADA4637-1 "Мощный сверхбыстрый композит МАХ" . Я повторял в варианте 2 х LT1210 и ADA4898-1.

[mellowman]

Это ж писали без малого 30 лет назад...
Как раз где-то в те годы Интел представил процессор 486 с частотой работы ядра, приблизительно равной частоте единичного усиления представленных моделей.
Вот и повод проверить, насколько далеко шагнули симуляторы.

В симуляторе транзисторная модель ths3001 работает с ёмкостью на землю зашунтированной резистором, так что может и не так страшно это

Не упомянута практическая конструкция на 5 х LT1210 и ADA4637-1 "Мощный сверхбыстрый композит МАХ"

Это ОУ + почти ед. буфер. Но в той теме было насимулировано много схем, которые хотелось бы проверить на практике

[anatol0]

Но в той теме было насимулировано много схем, которые хотелось бы проверить на практике

Не знаю по поводу симулирования, а схема в железе была измерена с хорошими результатами.

[BesPav]

Не упомянута практическая конструкция на 5 х LT1210 и ADA4637-1

Не упомянута совершенно осознанно.
Там а) - неинверт, б) - локальная коррекция первого ОУ и в) - КУ 2-го каскада изрядно другой.

Скрытый текст

Справедливости ради надо заметить, что ближайший родственник показанных здесь моделей был опубликован и в той теме, вот здесь:
https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2309868
Впрочем там 120 дБ на 20 кГц, но и полгода уже прошло.

[свернуть]

В симуляторе транзисторная модель ths3001 работает с ёмкостью на землю зашунтированной резистором, так что может и не так страшно это

Ну я ж там еще предлагал в последнем предложении вот этого сообщения:
https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2306633

А получается вот такая штука:


И та самая "токовая" ООС ибо выход ВК с общим истоком будет высокоомным, а инвертирующий вход здесь низкоомный, и пуще того - запретный кондер в цепи этой токовой ООС.

Offтопик:

Кстати, пост Виктора вот здесь:
https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2306744

[MAXIM_A]

Не упомянута совершенно осознанно.
Там а) - неинверт, б) - локальная коррекция первого ОУ и в) - КУ 2-го каскада изрядно другой.

Но такое распределение Кус межу каскадами дало максимальную устойчивость и наименьшие гармоники.
В железе, а не в симулятарах!

[BesPav]

Но такое распределение Кус межу каскадами дало максимальную устойчивость и наименьшие гармоники.

Какое распределение Кус, Константиныч, в этих схемах общее - только названия ОУ.
Эдак получается, что крокодил больше зубастый, чем зеленый. А все потому, что зубастый он только спереди, а зеленый - и сверху, и снизу.

[dekko]

а зеленый - и сверху, и снизу.

та не зелёный он с низу

[EDDiE]

Offтопик:

крокодил

есть такой, Сагги, зовется, между прочим, большой Ваш поклонник
http://forum.rcl-radio.ru/index.php?topic=498.135

Таки Сагги признал свою немощь перед Виктором Корсаковым
http://forum.rcl-radio.ru/index.php?topic=498.135

[mellowman]

И та самая "токовая" ООС ибо выход ВК с общим истоком будет высокоомным, а инвертирующий вход здесь низкоомный, и пуще того - запретный кондер в цепи этой токовой ООС.

Кондёр на землю в эмиттере = КЗ на ВЧ. Т.е. радикально повышает усиление, рисково всё-таки это по-моему. Может и удастся застабилизировать, но пик то останется

[BesPav]

Offтопик:
большой Ваш поклонник

Offтопик:

Эдуард, лично мне приятно поговорить с умным человеком.
;)

Кондёр на землю в эмиттере = КЗ на ВЧ.

Владимир, можно чуть больше подробностей, я не понял о чем речь.
Кондеры тут с коллекторов в истоки и работают они вместе с истоковыми резисторами по 10 Ом.

[mellowman]

Владимир, можно чуть больше подробностей, я не понял о чем речь.
Кондеры тут с коллекторов в истоки и работают они вместе с истоковыми резисторами по 10 Ом.

Я про -вход ТОС-ового усилителя Туда смотрят 2 коллектора Q2 Q4, хотя в ad815 и неизвестно точно, но будем считать что ±так же:



А теперь, на схеме https://uploads.tapatalk-cdn.com/201...6e93b331ec.jpg — C1 (47пф в районе R3-R4) закорачивает коллекторы Q2 Q4 на землю на (С)ВЧ. Не хорошо это, я считаю. Резистором бы отделить.

[BesPav]

Я про -вход ТОС-ового усилителя

А, понял.

Вот смотри:


Что это такое?
Параллельный повторитель как входной буфер, правильно?
С плеч его питания стоят full-Wilson токовые зеркала. Вот, кстати, красивое и внятное описание:
https://en.m.wikibooks.org/wiki/Circ...s_the_currents

Эти два зеркала включены "встречно", соответственно весь "лишний" ток пойдет в R6, что приведет к преобразованию тока в напряжение.

А вот какой ток у нас будет "лишним"?

Отвечаю - ток параллельного повторителя через R4. Это именно он отражается в токовых зеркалах.

Т.е. показанная схема работает как V/I на R4, зеркало, I/V на R6.

Ну и чего плохого в нагружании первого повторителя на кондер? Это фактически полюс в первом каскаде, уменьшающий коэффициент преобразования V/I с частоты 1/(2пиRC).


Кстати, сами преобразования на параллельном повторителе и зеркалах весьма линейны, можно обойтись и без ООС:
http://www.diyaudio.com/forums/solid...ml#post5203486

[mellowman]

Параллельный повторитель как входной буфер, правильно?
С плеч его питания стоят full-Wilson токовые зеркала.

Это в THS3001 — зеркала, а в AD815 — неизвестно. В LT1210 например простые параллельные повторители, безо всяких зеркал.

Отвечаю - ток параллельного повторителя через R4. Это именно он отражается в токовых зеркалах.

А ты вместо R4 ставишь 0 — конд на землю

Кстати, сами преобразования на параллельном повторителе и зеркалах весьма линейны, можно обойтись и без ООС:
http://www.diyaudio.com/forums/solid...ml#post5203486

Да, неплохо

[BesPav]

В LT1210 например простые параллельные повторители, безо всяких зеркал.

Да дурят они нас, похоже. В любом техпроцессе гораздо проще сделать зеркало на 4 транзисторах, чем один резистор.

А ты вместо R4 ставишь 0 — конд на землю

Ага, в безООСном случае будет качественный ноль, а повторитель выйдет из нашего любимого класса А, но у нас-то ООС.
Причем на неинвертирующем входе сигнал ООС будет в полный гейн предыдущего ОУ.

Для оценки проблемности этого тока необходимо сравнение с чем нибудь. Например, сравнение тока через кондер с током инвертирующего входа и резисторов делителя ООС.
Посмотрим на 1 МГц с крутыми фронтами:


ОУ потребляет/отдает ~40 мкА, через кондер проходит ~8 мкА.
Внимание, вопрос - какой порядок величин тока, протекающего через резисторы делителя?
[emoji6]

А теперь вспоминаем про входной фильтр, подключаем и пробуем вывести эту парочку из равновесия.


Кстати, в даташите на LT1210 ЛТ-шники, таки, позицию смягчили: