NativEA - выходной каскад в классе А (экономичном)

[Teoretic]

Экономичность получается благодаря экспоненциальной входной характеристике биполярного транзистора по схеме ОЭ или ОБ.




Файл симуляции (немножко причесан по коррекции по сравнению с макетом).
nativeA8.cir

пояснения к схеме

Схема пока что собрана на макете. К сожалению, первоначально спроектированная слаботочка не показала симуляторных параметров по частотке (все оказалось гораздо хуже), поэтому была безжалостно урезана до работоспособности. По идее, в слаботочную часть можно поставить ОУ, способный отдавать ток до нескольких миллиампер при выходном напряжении до 1 В.
Выходной/предвыходной двухтактный каскад - q8..q16.
Транзисторы q9-q11 (q8-q10) - каскод, работающий на входной экспоненциальной характеристике, раскачивает выходные дарлингтоны q14-q16 (q13-15).
Начальное смещение (порядка 10..30 мА) выходных транзисторов обеспечивает источник тока q1-q2-R1. Этот ток выбирается порядка 0.2 от рабочего тока покоя. Рабочий ток покоя задает обычная схема термостабилизации R13-R16-q12 (q12 установлен на радиаторе вблизи выходных транзисторов).

[свернуть]

Страшный макет

[свернуть]

Испытания на синусе 1 кГц

Начальный ток смещения установлен 60 мА с помощью R1, затем доведен до 300 мА резистором R15.
Эквивалент нагрузки 8 Ом.

Ток через q16 при различной амплитуде выхода (сплошная линия на одну клеточку от низа экрана - уровень нуля).



Максимальный неискаженный сигнал на выходе.



Легкий клип.



В процессе испытаний ток покоя колебался в пределах 290-310 мА. Термостабильность неплохая.

К сожалению, каникулы кончились. Надо бы собрать селектор искажений и измерить. Но мне не нравится слаботочка... И когда теперь время найдется? Но будем надеяться.

[свернуть]

[теоретизирующий практик]

Начальное смещение (порядка 10..30 мА) выходных транзисторов обеспечивает источник тока q1-q2-R1. Этот ток выбирается порядка 0.2 от рабочего тока покоя. Рабочий ток покоя задает обычная схема термостабилизации R13-R16-q12 (q12 установлен на радиаторе вблизи выходных транзисторов).

Не совсем понятно назначение источника тока q1,q2,R1. Начальное смещение и рабочий ток покоя...?
___Ну если только для предупреждения отсечки? Как я полагаю, этот источник нужен в связи с наличием R18, R19?

И ещё. При достаточно большом входном/выходном сигнале не происходит ли выпрямление тока и изменение напряжения на С4, С5? В том смысле, что с увеличением сигнала смещения снижается?

[Teoretic]

назначение источника тока q1,q2,R1

Вы все правильно поняли. Источник тока компенсирует потери тока раскачки через базовые резисторы выходных/предвыходных транзисторов.
Уменьшения рабочего смещения не замечено. Токи баз с избытком обеспечивают резисторы R14,R17 (да и применяется эта схема смещения с незапамятных времен, жалоб не было ;) )

[теоретизирующий практик]

Экономичность получается благодаря экспоненциальной входной характеристике биполярного транзистора по схеме ОЭ или ОБ.

Можно заметить, что аналогичными свойствами экономичности должны бы обладать большинство схем ВК с повторителем на выходе (полумостовая схема). Тот же "Заратустра". Другое дело, что в предложенной схеме в экспоненциальной области ВАХ работает драйверный каскад, а выходные транзисторы работают как УТ.
___В мощной полумостовой двойке/тройке ВАХ выходных транзисторов далёк от экспоненты, кроме того - эмиттерные резисторы...
___Для выявления преимуществ предлагаемой схемы полезно было бы сравнить её с обычной полумостовой схемой, но без принудительного режима "ЭкономА". Наверное достаточно отключить источник тока q2-q3. Хотя и без этого источника схема не совсем обычная.

[Teoretic]

Главное достоинство схемы - чистый класс А (без всяких "принудительных элементов") с кпд класса АВ.
Все транзисторы всегда в активном режиме.

[Hennady]

Хотя и без этого источника схема не совсем обычная.

Offтопик:
ну как то вспомнил свою аналогичную собранную в 1989 году схему еще на советской элементной базе...))), но термостабилизацию сделал иначе , недавно нашел патент такого решения начала 80-хх )))) - схема ВК у меня была полным усилителем, хотя сначала пристраивал ОУ , но потом убрал его...
тема интересная - подписался...

[wert]

Главное достоинство схемы - чистый класс А

А как THD в полосе частот, интермодуляция, искажения меандра! Ведь это стандартно измеряемые искажения.
Коль представили модель в МС могу дать искажения фазы и искажения формы сигнала в МС. Это будут параметры максимально достижимые в модели, на практике может быть на порядок хуже.
Даете добро? представлю стандартные и экзотические параметры модели.

[Teoretic]

могу дать искажения фазы и искажения формы сигнала в М

Да пожалуйста! Для того и выложена модель, чтобы любой желающий мог покрутить.
Макет пока что мерить нечем. В планах собрать селектор искажений, улучшить слаботочную часть. Проектировалась глубина ОС более 70 дБ на 20 кГц, но видимо, элементная база макета подкачала. Вообще напрашивается ОУ. Посоветуйте доступные распространенные ОУ с полосой от 20 МГц и выше, подходящие для звука. Я в современной номенклатуре дуб нуб(?).

Симуляторная ценка интермодуляционных искажений:



Сигнал - имитация периодической импульсной функции с ограниченным спектром (до 20 кГц).

Спектр синуса 10 кГц:

[wert]

Главное достоинство схемы - чистый класс А (без всяких "принудительных элементов") с кпд класса АВ.
Все транзисторы всегда в активном режиме.

Пропавшие за два дня сообщения из-за падения БД форума нужно восстановить.
С разрешения топикстартера проверил девиацию фазы модели усилителя.
Судя по искажениям фазы данное регулирование тока можно назвать "модулятором" фазы.
В тоже время жесткие (широкополосные) коммутационные искажения фактически отсутствуют как и презентовано.

На рис. 1 графики THD в полосе частот, IM2, IM3 по стандарту SMPTE,
правый график - нелинейные искажения фазы в полосе частот и диапазоне выходных мощностей.
Судя по нелинейным искажениям фазы данный усилитель можно отнести к категории "модуляторов" фазы.

На рис.2 график искажений фазы меандра 4 кГц, спектр меандра ограничен полосой 20 кГц.
По графику фазы видно изменение уровня фазы на 1,2 градуса при переходах от нижней к верхней полке меандра.
Обычная тройка ЭП ВК дает искажение фазы меандра тысячные доли градуса.

Видно дело в регулировании тока ВК, которое спасает от коммутации плеч и жестких коммутационных искажений, но превращает ВК в "модулятор" фазы.

[теоретизирующий практик]

Teoretic, стратегия требует линейность суммарной переходной ВАХ. Тактика требует плавность перераспределения токов между плечами. Обе будут удовлетворены, если ваш оконечный каскад будет раскачиваться источником тока. Внутренняя петля корректирующей обратной связи С3, R11 - естественно с перерасчётом номиналов .

[Nota Bene]

Экономичность получается благодаря экспоненциальной входной характеристике биполярного транзистора по схеме ОЭ или ОБ.

Обе будут удовлетворены, если Ваш оконечный каскад будет раскачиваться источником тока. И внутренняя петля обратной связи будет довольна.

Видна изначально неправильная исходная предпосылка: экспонента - трансцендентная функция... Надо это по возможности избегать. Если стремиться к квадратичной функции, то тогда и третья (нечетная) гармоника будет уменьшаться.
Мой вариант (рабочий) выкладываю. Если Wert захочет его помучать, я не против (cir создан в mc9).



Кстати, это ИТУН, но никто не мешает перевести его в ИНУН

[Teoretic]

стратегия требует линейность переходной ВАХ

Линейным должен стать окончательный усилитель.
Вы требуете линейности от изначально нелинейных усилительных приборов - транзисторов.
Ну мы видели такое, это каскад ОК. Его линейность улучшена за счет 100% обратной связи. В каскадах ОЭ-ОБ такой ОС нет, поэтому уменьшаем нелинейность общей ОС.

[Teoretic]

изначально неправильная исходная предпосылка: экспонента - трансцендентная функция.

Так и Вы предлагаете совсем не квадратичную функцию. В вашем каскаде происходит стабилизация тока нерабочего плеча. С точки зрения гладкости это гораздо хуже экспоненты (аналитическая функция не может быть константой в конечной области). По сути имеем режим АБ, но без отсечки.

[Nota Bene]

В вашем каскаде происходит стабилизация тока нерабочего плеча.

Это - только следствие.
А вы рассмотрите рабочее плечо. С местной нелинейной ООС. Точнее его передаточную характеристику по току.

[Teoretic]

Ох и любите вы, Наиль, загадки!
Ну, смотрю. Вижу стабилизацию тока. Что еще я должен увидеть?

[wert]

Мой вариант (рабочий) выкладываю. Если Wert захочет его помучать, я не против

Благодарю, Наиль.
не все доверяют свое детище на помучать.
Не внося изменений в модель усилителя, дабы не привнести аномальной отсебятины.
На рис представлены графики искажений слева направо:
-THD в полосе частот;
-IMD по стандарту SMPTE;
- нелинейные фазовые искажения 0,003 градуса, постоянный угол фазы на частоте 20 кГц 0,12 градуса.
Коммутационные и амплитудные искажения отсутствуют до микровольт.
Если есть желание посмотреть на ИНУН, я попрошу автора внести соответствующие коррекции и выложить файл. Бо сам могу такое привнести...автору не приснится.

то есть искажения фазы? В каких единицах измеряются?
Может ссылочкой на определение понятия "обрадуете"?

Несколько слов.
Линейные искажения фазы надеюсь понятны, от нелинейных отличаются стабильностью угла фазы в конкретной частотной точке, не зависимо от уровня и сложности воздействующего сигнала, климатических и механических воздействий.
Если угол фазы изменяется от перечисленного, то это характеризует фазовую нелинейность, или нелинейные фазовые искажения.
В эмуляции я могу изменять уровень и сложность сигнала от синуса до меандра, шумы, муз сигнал...
На практике добавляются перечисленные выше механические и климатические воздействия.
Ну а определения Гуглите, полно о фазовых нелинейностях и их природе, методик простых только нет, над чем и пытаюсь трудиться.

[Nota Bene]

Что еще я должен увидеть?

Характер передаточной характеристики по току. Компенсацию экспонент экспонентами

Если есть желание посмотреть на ИНУН

Завтра.

[Teoretic]

Характер передаточной характеристики по току.

Да, посмотрел. Линейность весьма высока.
Только в моем случае это не существенно. Для экономичности класса А необходима нелинейность.

[Teoretic]

Наверно, по определению, это все-таки не класс "А"

А какое у вас определение класса А? Я пользуюсь общепринятым: "угол отсечки тока равен 180^о", простыми словами: транзистор усиливает обе полуволны синусоиды.
Предлагаемый выходной каскад этому определению соответствует.

[wert]

В огороде бузина....!

Парой предложений пояснил вам суть, не устраивает - Гуглите знания...
лет пять плотненько позанимаетесь (если повезет) фазовыми модуляторами/демодуляторами, фазовращателями, вычитанием девиации, испытаниями перечисленного, ФАР,
возможно сможете бузину от иного отличить.

---------- Сообщение добавлено 06:22 ---------- Предыдущее сообщение было 06:03 ----------

"угол отсечки тока равен 180о", простыми словами: транзистор усиливает обе полуволны синусоиды.
Предлагаемый выходной каскад этому определению соответствует.

Не совсем так для рассматриваемого экономичного А.
Это видно по характеристике нелинейных фазовых искажений,
тест двухчастотной смесью 20 кГц 1 кГц, при прохождении сигнала через ноль происходит модуляция фазы.
Сдается мне цепь питания базы ОБ способствует эффекту, при модернизации каскада модуляция резко уменьшается но не пропадает.
В схеме Наиля такой эффект отсутствует.