Собираем сверхлинейный усилитель Сергея Агеева.

[Эзотехник]

Транзисторный усилитель с глубокой ООС и ОУ на входе. См. журнал "Радио" №10-12 за 1999 г. и №1,2,4-6,9-11 за 2000 г.

[s_valentin]

Для SIA
Посмотрите пожалуйста мою плату, где здесь могут быть недостатки
нумерация элементов как на вашей схеме
в файле obozn.pdf конденсаторы стоят немного по-другому
реально плата сделана как в top.pdf(bottom.pdf)
а еще может быть один из выходных транзисторов (КТ8101-02) дефектный, как его проверить на частотные свойства?

Для анализа сигнала в суммирующей точке можно использовать вместо ОУ DA2 например то-же LM318? Если LM318 то до какого Ку у него частота среза будет 100-200кГц?

[Tetragramaton]

Сергей, ВОПРОС ... Опять же те 10 Омные резисторы только уменьшают вредоносность земляных контуров, но не устраняют их радикально... Скажите, а если поступить так?

1)Радиаторы изолировать от корпуса пластмассовыми втулками, центры земель соединить с каждым из них.
2) Земли входных разъемов взять с плат ( между собой они не связаны)
3) входную петлю образованную через соединение земель в первоисточнике развязать синфазными трансформаторами.... Так вроде без контуров, что Вы думаете по этому поводу?

Далее, остальные земли БП, трансформатору согласно имеющейся схемы

[Анатолий_В]

Да еще самое главное забыл - у меня усилитель (без ОУ, без ООС) возбуждался на 10МГЦ как-только установлю ток покоя ВК больше 0

Кроме длинных и тонких базовых цепей в ВК ничего плохого не видно. А не хотите попробовать импортные транзисторы в ВК?

Добавлено через 3 минуты
Предохранители в такого класса усилителе скорее всего будут ограничивать качество. Или не прав?

[VVPA]

Импортные транзисторы скорее всего будут лучше но и стоимость их раза в три больше, не думаю что было бы целесообразно увеличивать стоимость,хотя для себя бы заменил на импортный аналог + остальные детали постарался бы перевести на импортную базу

[s_valentin]

Сергей, здраствуйте
Посмотрите пожалуста мою плату, красный-верх, зеленый низ, нумерация элементов из статьи, возле конденсаторов F1,F2-предохранители, верх целиком "земля", С100-103 пленочные 0,47мкф, какие недостатки?
Вообще в принципе так как я сам разрабатывал печатку я готов был пойти на некоторое ухудшение характеристик (просто вашу плату можно сделать только пром. способом, да и под корпус все подгонял - но это не важно), понимая что при такой мощности и полосе эл.магнитн.наводки будут достаточно сильные. Вообщем что у меня получилось:
- переходные характеристики на картинках (имя файла - на клетку)
- как вы и говорили анализировал сигнал в сумм. точке (на место DA2 поставил LM318 и поднял Ку до 20) по приблизительным подсчетам Косс на 200кГЦ 51-52дБ, на 100кГц 58-59дБ, искажения оценивал так - на нагрузку 5Ом выдал 200кГц напряжением +-20В при этом в суммирующей точке синусоида не исказилась и небыло никаких выбросов - думаю искажения при этом очень низкие (на звуковую карту не заводил - у нее по входу очень большой шум и искажения при сигнале в несколько мВ)
- субъективные прослушивания - собрал делитель (чтобы усилитель работал на полную мощность а АС 1/10 - для уменьшения иск. АС), источник - CD проигрыватель: что скажешь слушали с друзьями часа 2 - все были ошеломлены!!!!

Несколько вопросов:
1) RC цепь на выходе - чем вредна? (доп. нагрузка на предвыход?)
2) как замерить (или оценить) наведенные искажения - методика?
3) хочу спроектировать-собрать сверхлинейный широкополосный с глубокой ООС усилитель для наушников - подскажите направление, схемотехнику

[s_valentin]

1) В принципе КТ8101-02 я ставил будучи уверенным в том что хорошие транзисторы в предвыходе "вытянут", но теперь готов поменять на импорт - есть в таком корпусе?
2) Меня тоже смущают базовые цепи оконечников, но по-другому не разводилось, сейчас думаю "навесом" подпаять
3) Предохранители ставил так-как выкинул защиту из схемы, хотя понимал что это ухудшит цепи питания, поставил пленочные кондеры прям к коллекторам ВК, но похоже мало - не могут обеспечить импульсный ток, может туда хороших электролитов поставить?
PS Вообще усилок играет и отлично (ПХ посмотрите), но этот резонанс в ВК мне спать не дает (ощущение недоделки)

[MikeF]

в суммирующей точке синусоида не исказилась и небыло никаких выбросов - думаю искажения при этом очень низкие (на звуковую карту не заводил - у нее по входу очень большой шум и искажения при сигнале в несколько мВ)

можно поставить туда масштабный усилитель на малошумном оперке

[MikeF]

MikeF, схемка есть?

обычный неинвертирующий усилитель. Коэффициент усиления задать низкоомными резисторами и подключить максимально близко к суммирующей точке (можно через резистор маленький)

[Tetragramaton]

S-Valentin я немного знаком с этим усилителем.... Хотел Вам напомнить, что п\х меряется следующим образом
1) Устанавливается перемычка на C52
2) Сигнал подается на R31 (переключатель S1)
Допустим выброс не более 20%, в Авторском варианте около 8%
Этим самым действием Вы проверяете запас устойчивости в петле... Естественно это меряется ДО LR , по полученой осцилограмме оценивается скорость нарастания.

Попробую ответить на Ваши вопросы
1)LRC на выходе ничем не вредна, поскольку предвыходные транзисторы загружались бы как раз при ее отсутствии (когда основные имели бы очень низкое усиление на высоких частотах ... проходная БЭ емкость). В этом случае предвыходные транзисторы нагружаются исключительно при работе на цепь ООС (она достаточно высокоомная), и тудаже активное сопротивление LRC, которое снимает нагрузку с усилителя после 200 кГц... Минус у этой цепи есть - нелинейность ФЧХ в области 200-300 кГц, правда на звук это никак не влияет.
2)Хороший вопрос, но ответ на него есть... У Вас на плате наиболее значительны петли протекания тока в области емкостей, и выхода.... Вы можете высчитать ток ( на максимальной нагрузке там не более 15А )... Чем больше ток в этих петлях, тем больше их влияние на вход... Естественно если зделать еще одну такую петлю ( искусственно ) - например цепь с током порядка 15 А и частотой поболее, поднести ее к тем узлам от которых предполагается излучение, замерить увеличение фона - наводок... Это единственный способ более менее объективный.
3)Здесь все достаточно просто... Нужен более менее широкополосный ОУ( в нем и будет осуществлятся корекция). а далее повторители охваченные общей ООС... Критерий выбора прост... Нужно брать самые высокочастотные и максимально линейные по ВАХ транзисторы. Если наушники высокоомные, достаточно будет вообще ОК каскада от генератора тока (типичная схемка в классе А)...

[sia_2]

Offтопик:
у Сергея, видимо, тоже литературы навалом. Видишь аж рыть приходится

Нет, просто многое пришлось увезти на дачу.

Мне недавно принесли русское издание очень хорошей книги по проектированию САУ, там многое применимо и к усилителям, в первую очередь фундаментальные соотношения в петлях ООС и способы ее выполнения.

К сожалению, книга написано очень "телеграфно", и (поскольку для большинства САУ это не очень актуально) не освещены многие результаты, полученные в теории цепей по минимизации чувствительности реализации передаточных функций - все обсуждение идет в рамках каскадной модели или коэффициентов полиномов.
А при проектировании устройств с предельными характеристиками и этот резерв нужно "выбирать". Нет также рассмотрения оптимальных (по чувствительности и динамическому диапазону) реализаций активных фильтров, впрочем, этого нет ни в одной советской и известных мне западных книгах, все рассеяно по статьям и диссертациям...

Б.Я. Лурье и П.Дж. Энрайт Классические методы автоматического управления, bhv, Санкт-петербург, для Жени я заказал экземпляр, т.к. тираж книги невелик. Очень рекомендую, даже с учетом всех оговорок.
Стоит в Москве в пределах 300 руб (я брал за 287+доставка).

Добавлено через 13 минут

Сергей, здраствуйте
Посмотрите пожалуста мою плату, красный-верх, зеленый низ, нумерация элементов из статьи, возле конденсаторов F1,F2-предохранители, верх целиком "земля", С100-103 пленочные 0,47мкф, какие недостатки?
Вообще в принципе так как я сам разрабатывал печатку я готов был пойти на некоторое ухудшение характеристик (просто вашу плату можно сделать только пром. способом, да и под корпус все подгонял - но это не важно), понимая что при такой мощности и полосе эл.магнитн.наводки будут достаточно сильные. Вообщем что у меня получилось:
- переходные характеристики на картинках (имя файла - на клетку)
- как вы и говорили анализировал сигнал в сумм. точке (на место DA2 поставил LM318 и поднял Ку до 20) по приблизительным подсчетам Косс на 200кГЦ 51-52дБ, на 100кГц 58-59дБ, искажения оценивал так - на нагрузку 5Ом выдал 200кГц напряжением +-20В при этом в суммирующей точке синусоида не исказилась и небыло никаких выбросов - думаю искажения при этом очень низкие (на звуковую карту не заводил - у нее по входу очень большой шум и искажения при сигнале в несколько мВ)
- субъективные прослушивания - собрал делитель (чтобы усилитель работал на полную мощность а АС 1/10 - для уменьшения иск. АС), источник - CD проигрыватель: что скажешь слушали с друзьями часа 2 - все были ошеломлены!!!!

Несколько вопросов:
1) RC цепь на выходе - чем вредна? (доп. нагрузка на предвыход?)
2) как замерить (или оценить) наведенные искажения - методика?
3) хочу спроектировать-собрать сверхлинейный широкополосный с глубокой ООС усилитель для наушников - подскажите направление, схемотехнику

1. RC-цепь на выходе вредна именно нагрузкой выходных транзисторов (а на ВЧ - и предвыходных) - рост искажений. Впрочем, на звуковых частотах ее отрицательное влияние невелико.
Стабильность выходного каскада без ООС зависит в основном от его монтажа и сопротивления в базах предвыходных (не выходных!)транзисторов. Картинку я скачал, посмотрю, тогда напишу конкретно.
2. По оценке наведенных искажений - Женя правильно написал, можно просто приложить еще один экземпляр платы и пустить по нему этот ток.
3. Для наушников так изгаляться нет смысла (Женя прав, предлагая ограничиться повторителем после быстрого ОУ), а можно просто взять быстрый ОУ с питанием выше +/- 12В, специально заточенный под низкоомную нагрузку, например, TPA6120. Дискретный вариант будет равноценен, но хлопотнее. При разводке микрухи главное - минимизация тех самых наведенных искажений, в большинстве случаев они намного выше "схемотехнических".
4. На осциллограммах какой масштаб по горизонтали - имена я вижу, но вот клетки - что-то не очень? Собственно вид ПХ вполне удовлетворительный, если хочется его улучшить (но только после победы над выходным каскадом) я бы поиграл номиналами RC-цепи R71С46 и между входами ОУ.

Добавлено через 3 минуты

т.е их нет или их нельзя измерить?

Именно. Казнить нельзя помиловать

Добавлено через 22 часа 44 минуты

но этот резонанс в ВК мне спать не дает (ощущение недоделки)

Правильно, что не дает.
Я посмотрел плату, и вот что наиболее вероятно - у тебя получился резонанс в цепях питания выходных и предвыходных транзисторов - контур образуется суммарной индуктивностью больших электролитов (порядка 0.04-0.06 мкг для такого размера) , предохранителя (примерно 0,03 мкг) и индуктивности пути протекания тока (порядка 0.05 мкг) вместе с лавсановыми емкостями в доли мкФ на землю (C101) . Кроме того, сами электролиты имеют паразитные резонансы, первый как раз на единицах мГц и далее - на примерно кратных им частотах.

Как лечить - попробовать на место лавсановых блокировочных конденсаторов поставить LOW ESR электролиты, хотя бы 470х35.

Неплохо также залить щель в разводке питания (закоротить предохранители) - они реально бесполезны, т.к. при аварии транзисторы все равно сгорают быстрее любого предохранителя, а сгорание только одного предохранителя гарантирует постоянку на выходе и риск выхода из строя АС. Поэтому защита обязана отрубать АС, и потом - трансформатор питания, а мощные транзисторы, если они с дефектом - выгорят все равно, предохранитель ничего (кроме силового транса) не спасет.

[s_valentin]

Всем привет и с новым годом!
Сергей Агеев - большое вам спасибо за ответы.
В общем практически добил усил, проблему возбуда ВК решил!!!
1 - чуть увеличил сопротивления в базах вых. транзисторов (промоделировал в ORCAD, там этот резонанс хорошо видно было)
2 - выкинул предохранители
3 - из коррекции поменял только R71 - поставил переменник и крутил до наилучшего вида ПХ - получилось 680 Ом
4 - цепь зобеля выкинул!
Посмотрите новые ПХ

Еще пара вопросов
1 - достал отличные советские 2Т632А, 2Т638А с H21Э 110-140 - есть ли смысл поставить их в УН вместо 2N5401, 2N5551? (В смысле уменьшения искажений УН и УМ в целом) Вид ПХ поменяется?
2 - LOW ESR кондеры у нас в городе сплошная подделка, можно керамикой зашунтировать?

[Анатолий_В]

Посмотрите новые ПХ

У меня несколько вопросов по ПХ. Вид нарастающего и спадающего фронтов одинаковый? Не появляются ли на фронтах изломы при подключении нагрузки или цепи цобеля? Какова причина столь изрезанного фронта нарастания? При большем значении напряжения вид ПХ сохраняется?

[Tetragramaton]

Сергей, я там вопросик один задавал, на него таки не последовало ответа... Хотел спросить. Идет достаточно много споров на тему разводки земель. Очевидно, что много конструкций применяют центр звезды на плате ( и ближе, и наводок меньше )... Основная проблема - как это соединить с корпусом, чтобы небыло контуров.... Вот мне только непонятно... Зачем вообще что либо соединять с корпусом, оно же и "на воздухе" работает нехуже, без проблем с заземлением нулевых точек... На крайний случай ведь можно зделать и так:

1)Радиаторы изолировать от корпуса пластмассовыми втулками, центры земель соединить с каждым из них. (земли усилителей уж точно не должны быть соединены через корпус), получается контур...
2) Земли входных разъемов взять с плат ( между собой они не связаны)
3) входную петлю образованную через соединение земель в первоисточнике развязать синфазными трансформаторами.... Так вроде без контуров, что Вы думаете по этому поводу?


Далее, остальные земли БП, трансформатору согласно имеющейся схемы

[Эзотехник]

3) входную петлю образованную через соединение земель в первоисточнике развязать синфазными трансформаторами....

синфазный трансформатор на звуковых частотах - кусок провода, ничего не развяжет.

их нет или их нельзя измерить?

тепловые искажения медленные, полностью устраняются ООС, значит их нельзя измерить и услышать.
Существует отдельная длинная ветка "про это", почитайте и поспрашивайте там.

[sia_2]

Всем привет и с новым годом!
Сергей Агеев - большое вам спасибо за ответы.
В общем практически добил усил, проблему возбуда ВК решил!!!
1 - чуть увеличил сопротивления в базах вых. транзисторов (промоделировал в ORCAD, там этот резонанс хорошо видно было)
2 - выкинул предохранители
3 - из коррекции поменял только R71 - поставил переменник и крутил до наилучшего вида ПХ - получилось 680 Ом
4 - цепь зобеля выкинул!
Посмотрите новые ПХ

Еще пара вопросов
1 - достал отличные советские 2Т632А, 2Т638А с H21Э 110-140 - есть ли смысл поставить их в УН вместо 2N5401, 2N5551? (В смысле уменьшения искажений УН и УМ в целом) Вид ПХ поменяется?
2 - LOW ESR кондеры у нас в городе сплошная подделка, можно керамикой зашунтировать?

Поздравляю!

1. Практически нет. 632/638 просто повысокочастотнее и посимметричнее, чем 5401/5551. Больше влияют транзисторы УН и первого повторителя выходного каскада.
2. Керамики мало по номиналу, поэтому лучше всего параллельно набрать из X7R SMD кондеров такую платку с разрезом, на разрез которой напаять кондеры, общим номиналом микрофарад хотя бы 20-25 (в типоразмере 1206 легко можно купить 1 мкФ 50 В). А последовательно с ними включить небольшое сопротивление, порядка 0,05-0,1 ом - также, еще один разрез и на нем 10-20 одноомных SMD для глушения паразитного резонанса.

[sia_2]

Вопросик: какое максимальное напряжение питания LM318 (National, Texas)? Не по даташыту (+-20) а реальное?

Сгорают при полном размахе сигналам на выходе если питание выше
+/-22...26В. Без сигнала могут выдержать немного больше. Поэтому ставь питание не больше 18-19В

[sia_2]

Спасибо, буду ствить 19-20в.

Добавлено через 1 минуту
От фирмы зависит или только от екземпляра?
А LM118?

118 - просто более жесткий контроль. Кристаллы те же. Зависит в основном от экземпляра. А зачем задирать питание дальше ? выигрыш невелик, а риск большой. К тому же использование питания у этого ОУ очень приличное, на выходе теряется всего около вольта с каждой из сторон.

[sia_2]

Сергей, скажите, вот все земли которые Вы взяли с "фольги" на схеме обозначены толстыми линиями.... НО как Вы развели самые важные ( входную землю и землю делителя ООС), там обычные "нетолстые" линии, как будто эта земля выведена отдельным путем... Можно подробнее ( кстати в одной из схем последних комплектов на 4х вых транзисторах Tip35, ктото выкладывал эту версию). Те земли обозначены "треугольничками"... Откуда взята та земля.?, как проведена?

это "сигнальная" земля, по ней идет только ток сигнала, поэтому особо толстой ее делать не обязательно. Берется она с "мекки" земель, около "земли" выходного разъема платы.

[nazar]

А зачем задирать питание дальше ? выигрыш невелик, а риск большой

Задирать я не собираюсь, просто вожможно буду использовать нестабилизированное напряжение поетому и хотел узнать до каких пор пацыент будет жыть

[sia_2]

Тогда все ясно,... Просто никак немог допонять истиной сути...... (также несмог доглядеть на Вашей разводке где середина обмоток соединена с земляным слоем...... Если я все правильно понимаю процесс происходит так:

1)Входные петли (средний ток с выпрямителя) поступает на конденсаторы, Ток протекает по конденсаторам вертикально но петли ближе к середине "смещены" как бы вправо ( в сторону середины выпрямителя ), аналогичное происходит и с обратным земляным проводником - шиной...
2) Петли выходного тока образовываются как я писал действительным током выпрямителя... Ток сначала протекает через конденсаторы, потом КЭ переход, и эмитерный резистор... Ближе к центру платы петли "смещаются" влево, к центральной мекке земель (выходной разъем куда подключается выходной шлейф)....

3) Действительно фольга в этом случае повторяет все обратные токи как и со стороны выпрямителя так и слево....Практически абсолютная гениальность, такой выходной каскад практически ничего не излучает, и принцип подходит для построения широкополосных схем.... (больше нигде незамечал, чтобы все было настолько тонко продумано)

0. Середина обмоток соединена с "землей" точно посредине у правого края платы. Симметрия нужна для уменьшения 50-гц составляющей вдоль осевой линии платы, при этом середина обмоток с корпусом не соединена.
1. Примерно так. Это как бы несколько петель, но их эффективная площадь очень мала, т.к. путь тока по "земле" и шине отличается очень мало. Кроме того, большая часть тока при этом протекает вдали от входных цепей, а чем ближе к левому краю, тем к тому же меньше эффективная площадь петли (ток по фольге земли идет практически по тому же пути, что и в шине).
2. В петлях выходного тока ток выпрямителя практически не участвует, направления этих токов в фольге практически перпендикулярны, что резко снижает взаимодействие этих токов.
3. Это не гениальность, а просто нормальная конструктивная проработка. Более поздние Halcro с многослойными платами имеют значительно большие эффективные петли излучения и импеданс цепей питания выходного каскада, в основном из-за неудачной расстановки конденсаторов и транзисторов. Из-за этого им пришлось отдельно монтировать выходной каскад и УН со входной частью, что сильно усложнило конструкцию и снизило ее быстродействие. Спрашивается, на фига косить траву в скафандре УВС-50 ?!

Можно еще немного улучшить, грамотно применив многослойную разводку, но многослойки, где бы их ни изготавливать, не только дороже, но и намного менее надежны в силовых применениях, т.к. контакт к ребру фольги внутри платы при застывании припоя в отверстии и тепловой деформации платы норовит отойти, надежны только тонкие переходные отверстия без припоя, которые не могут пропускать большой ток.
Я даже на двухслойках в ответственных местах стараюсь дублировать переходные отверстия для повышения надежности в условиях термоциклирования и применять фольгу как можно большей толщины, что для многослоек проблематично (при толстой фольге во внутренних слоях пакеты плохо прессуются, их "ведет").