Технологичный УМ с улучшенными параметрами

[bukvarev]

Данный концепт сделан для высокоскоростного УМ с номинальной выходной мощностью 100 Вт и полосой полной мощности 2 МГц.
Это - не звуковой УМ, но идея, видимо, может быть использована и для УМЗЧ.

При проектировании я преследовал следующие цели:
1. Технологичность и отсутствие регулировки тока покоя при пром. производстве.
2. Улучшенный PSRR за счет отсутствия "термо" узла в высокоомной части усилителя (на выходе УН).
3. Простота реализации ограничения по напряжению затворов и току ВК (от последовательного датчика на выходе модуля). Этот узел на схеме не показан, чтобы ее не перегружать.

Схема:


Какие получаются дополнительные плюсы:
1. Транзисторы УН можно брать в неизолированных корпусах, и монтировать на общую пластину, с нормированной конструктивной емкостью "пластина-общий".
2. Транзисторы основной группы монтируются на двух брусьях без термопрокладок, что технологично.
3. Есть возможность реализации дополнительного параллельного канала за счет введения управления токами Q3 и Q4. Например, "супер А" или коррекция искажений вперед.

Основные недостатки:
1. Плохое использование напряжения питания.
2. Повышенная сложность.

Пояснения к схеме.
Q4 и Q4 - датчики температуры (и дополнительно нелинейные элементы, аналогичные Q13-Q18).
- Полевиков в ВК показано три пары для примера (у меня в конструкции их другое количество).
- В первом приближении R4-R7 имеют одинаковое сопротивление (порядка 300 Ом).
- При необходимости увеличения тока покоя при сохранении равенства R4-R7 в истоки Q2 и Q3 можно ставить дополнительные сопротивления.
- VD1-VD4 - ограничитель.
- VD5 предназначен для уменьшения омического сопротивления между эмиттерами Q11 и Q12.
- R1C1 и R2C2 формируют динамическую нагрузку, если необходимо использовать опцию динамического управления источниками тока I1 и I1. Если же этого не нужно, то R1 и R2 заменяются перемычками, C1 и C2 не устанавливаются, а источники тока I1 и I2 заменяются единственным резистором или источником тока, который в небольших пределах позволяет регулировать ток покоя ВК.
- Постоянная времени цепей С3R5 и C4R6 может быть небольшая, от 0,3 мкс.
- В моей конструкции Q5 и Q6 - не транзисторы, а ОУ в sot23-5 с обратной связью от R4 и R7.

[Dieselboy]

У вас неправильный усилитель, вам уже много раз доказывали это. Я же писал про нормальный.

[bukvarev]

Я тоже проверял динамическую стабильность тока покоя в своем усе (с ВК-шиклаи), поэтому мне интересна Ваша методика этой проверки. Не могли бы Вы описать ее?

Ток покоя измеряется прямым или косвенным способом.
Первый способ может использовать разрыв цепи коллектора, амперметр, встроенный в лабораторный источник питания и т.д..
Второй способ - измерение падения напряжения на эмиттерных (истоковых резисторах), если они в схеме вообще присутствуют.
Я использую оба способа.

При статических измерениях в климатике использовался второй способ. Витой парой выводилось напряжение, снимаемое между истоками выходных транзисторов. Сам макет был помещен в климатическую камеру, и проводились измерения в статике при разных температурах.

При измерениях в динамике использовался первый способ, с использованием двухполярного источника питания. Этот способ подходит также для схем, в которых нет истоковых резисторов. К тому же, с увеличением количества запараллеленных транзисторов, точность измерений повышается.
Вначале я записал значение тока, потребляемого ВК на холостом ходу. После чего подал на вход усилителя переменное напряжение. На нагрузке стала рассеиваться номинальная мощность, ток потребления значительно увеличился. Через некоторое время (от нескольких секунд до десятка секунд) я снимал входное напряжение и сразу проверял, как изменяется потребляемый ток. Таким образом, проверялось, насколько хорошо и быстро система термостабилизации отслеживает ситуацию, когда кристаллы приборов начинают рассеивать много мощности, а потом остывают.
Т.е. это не параметрический анализ во время нагрузки, а анализ последействия.

Если сравнить усилитель из этой ветки с моими вариантами решений с классической "тройкой" и различным расположением термодатчика, то сабжевое решение оказалось стабильнее. Из биполярных вариантов лучше всего у меня получилось в усилителе MW, где термодатчик был погружен с термопастой в отверстие медного транзисторного бруса. Но и там после снятия нагрузки было заметно, что ток покоя "разогретого" ВК был больше, и постепенно уменьшался до номинального значения.
На слух заметного влияния этого эффекта мы не услышали. Поэтому у меня сложилось убеждение, что можно обойтись традиционными решением.

"Озаботился" же этим вопросом я потому, что заказчик настаивал на максимальном повышении экономичности модуля на на холостом ходу (соответственно, нужен был малый ток покоя). Сабжевый усилитель предназначен не для звука, а для усиления импульсных модулированных сигналов, поэтому я опасался, не будет ли значительно спадать ток покоя после окончания очередного усиливаемого импульса ("перерегулирование"), потому что это бы повлияло на уровень искажений следующего импульса.

наоборот, необходимо очень ответственно подойти к проектированию входного узла сравнения, что бы тепло именно там не выветрило все бонусы от глубочайшей общей ООС

Именно. А критерием того, что что-то не так, является некая "точка останова", после которой дальнейшее углубление ОООС в некоторой конкретно взятой конструкции перестает приводить к субъективному улучшению звучания, несмотря на дальнейшее улучшение метрологии. И даже возможен обратный эффект. Например, появление подчеркивания на ВЧ или "жирности" низа. Это показывает "конструктивный" или "схемотехнический" предел конкретной схемы (в разных схемах по разному).

И ничего не потеряли, даже наоборот - приобрели.

Спасибо, полезный эксперимент.
И Димону за совет - тоже

[Dieselboy]

А критерием того, что что-то не так, является некая "точка останова", после которой дальнейшее углубление ОООС в некоторой конкретно взятой конструкции перестает приводить к субъективному улучшению звучания,

А до какой степени, в децлБеллах, она улучшает? Проводили ли вы эксперименты со скоростью нарастания напряжения на УН, слышен ли был результат?

Вчера перечитывал описание на то ли Lynx PA72, то ли на PA76. Там говорилось про жёсткость/быстроту спада спектра гармошек для каскода Хокфорда по сравнению с просто каскодом, так же то же самое говорилось про некий непонятный "следящий?" повторитель, что бы это могло быть, пара Баксандалла, каскодное ТЗ или просто связка ОК+ОЭ, кто что думает?

Благодара экспериментам с выхлопом от Заратустры, хотя они пока и не окончены, начал приходить к выводу, что хорошо бы применить в вых. каскаде наиболее быстродейтсвующие транзисторы, т.е. npn*ы, таким образом прийти к циклотронам, но не гибридным, как Lynx PA21, а с раскачкой от полноценных дискретников, загвоздка только с правильным инвертором на рассыпухе с симметриными осями...

[Валет]

Вначале я записал значение тока, потребляемого ВК на холостом ходу. После чего подал на вход усилителя переменное напряжение. На нагрузке стала рассеиваться номинальная мощность, ток потребления значительно увеличился. Через некоторое время (от нескольких секунд до десятка секунд) я снимал входное напряжение и сразу проверял, как изменяется потребляемый ток. Таким образом, проверялось, насколько хорошо и быстро система термостабилизации отслеживает ситуацию, когда кристаллы приборов начинают рассеивать много мощности, а потом остывают.
Т.е. это не параметрический анализ во время нагрузки, а анализ последействия.

Спасибо за подробный ответ.
Я динамическую нестабильность ТП измерял практически так же. Отличия были в том, что в качестве измерителя использовался осциллограф, постоянно подключенный к эмиттерным резисторам ВК. Это было вызвано тем, что ТП в моем усе устаканивается быстро, примерно за 1 сек, поэтому был необходим безынерционный измеритель. Сравнивались его показания до и сразу после "теплового удара" по ВК

[audiomun]

ТП в моем усе устаканивается быстро, примерно за 1 сек

Только хорошо ли это, вопрос тот ещё - например, если рассматривать это как вероятный источник тепловых искажений усилителя ...

[bukvarev]

Offтопик:

А до какой степени, в дециБеллах, она улучшает?

Это чисто субъективный момент, а не метрологический. Субъективно становится хуже, и никакие картинки спектра на помогают себя уговорить, что так и должно быть, так правильно. Про то и был мой пост.
Вообще, аудио - область субъективного потребления, в которой многое определяется вкусовыми пристрастиями слушателей.
Поэтому даже если сделать метрологически точную систему измерения всех искажений и помех, вносимых усилителем, и наглядно показать, что усилитель "А" точнее усилителя "Б", непредвзятый слушатель выберет вариант, звучание которого ему психологически ближе (психологически означает не только сам звук, представление слушателя о том, как должна звучать идеальная система, его слуховой опыт, но и раскрученные особенности той или иной системы).

[Валет]

Offтопик:

Только хорошо ли это, вопрос тот ещё - например, если рассматривать это как вероятный источник тепловых искажений усилителя ...

Что вы имеете в виду? Каковы основания для постановки такого вопроса?

[Dieselboy]

- Модуляция в слышимом диапазоне НЧ?...

Это чисто субъективный момент, а не метрологический. Субъективно становится хуже, и никакие картинки спектра на помогают себя уговорить, что так и должно быть, так правильно.

Про наналогичное пишет Deemon в теме про Заратустру, только про ток покоя менее 1 А (на тразистор). Лично же я заметил, что жвук начинает умирать, когда скорость нарастания УН (при его сильной перекорректировке, а так же недокорректировке), точнее он становится обычным, плоским.

[bukvarev]

Для отработки тех. решений и вариантов защиты заказана пробная печатная плата:

Размер модуля - 130х60 мм. 6 слоев, 70 мкм. Размер маленький, поэтому стоимость одной платы при серийном заказе будет примерно 800 рублей. На мой взгляд, вполне терпимо даже с учетом нынешней ситуации.
Через месяц придет, будем пробовать, как и что.
Если все заиграет так, как нам хотелось бы, будет хорошо .

[belka]

Если все заиграет так, как нам хотелось бы, будет хорошо .

У меня также очень большие сомнения, что нужно нагонять такое усиление, но...эксперимент нужен обязательно.

ОУ какие прикинули? тосником типа 3001?
Интегратор отдельно от ОБ или как у Гумели?
VT6, VT7 - это что? Неужели вместо реле?
Что решили с клиппом?

[Medan]

Это чисто субъективный момент, а не метрологический. Субъективно становится хуже, и никакие картинки спектра на помогают себя уговорить, что так и должно быть, так правильно. Про то и был мой пост.
Вообще, аудио - область субъективного потребления, в которой многое определяется вкусовыми пристрастиями слушателей.
Поэтому даже если сделать метрологически точную систему измерения всех искажений и помех, вносимых усилителем, и наглядно показать, что усилитель "А" точнее усилителя "Б", непредвзятый слушатель выберет вариант, звучание которого ему психологически ближе (психологически означает не только сам звук, представление слушателя о том, как должна звучать идеальная система, его слуховой опыт, но и раскрученные особенности той или иной системы).

Главная "теория" звукового усилителя! Сколько не бьемся, а других критерий "готовности", пока не придумали.Вот же, этот слух))

[bukvarev]

ОУ какие прикинули? тосником типа 3001?
Интегратор отдельно от ОБ или как у Гумели?
VT6, VT7 - это что? Неужели вместо реле?
Что решили с клиппом?

Оперы - пока THS4031+AD811JR при питании +- 6 V и +-7.5 V.
Интегратор отдельно, на двух транзисторах mmbt390x. C "Гумелей" нужно еще макетировать на лентяйке (в первом приближении).
VT6, VT7 - сервисные, задают ток покоя ВК независимо от напряжения питания.
В правой части платы нет сигнальных цепей. Только питание.
Клип - ограничители в коллекторах выхода УН.
А там будем разбираться по ходу пьесы.

[Mazila]

Оперы - THS4031+AD811JR.

На мой ух THS4031 хороший ширик, но микродинамика в нем погибает... а метрология да , хорошо измеряется... Йа по этой серии THS хорошо в цапах прошел... но звук увы....

[LepekhinV]

bukvarev, Евгений, дорога "выхода" не тонковата?

[mellowman]

Размер модуля - 130х60 мм. 6 слоев, 70 мкм.

Красота!

[ИГВИН]

Видео по поводу монтажа брусьев на плату.
https://drive.google.com/file/d/1KLU...ew?usp=sharing

Привет, Женя.
Посмотрел видео.
1. Возник вопрос, почему были необходимы шпильки с гайками для крепления транзисторов, вместо обычных винтов в ту же резьбу?

2. И совсем микроскопическое замечание. Только по методике показа.
Я бы сперва показал собранную плату (т.е. а): что мы хотим получить) и после этого процесс сборки (т.е. б): КАК мы это получаем).

Offтопик:
Комплиментов рассыпать не буду, умному человеку они ни к чему.
Сожалею об отмене выставки, хотел бы лично пообщаться.

[Mazila]

Видео по поводу монтажа брусьев на плату.
https://drive.google.com/file/d/1KLU...ew?usp=sharing

Иа в отличии от Игоря в комплементах рассыпаться не буду. Если коротко, то все это хер..ня, зачем эти усложнения с пайкой брусьев и дополнительным тепловым переходом между силовыми транзисторами и радиатором, которые без спец оборудования не сделаешь? Когда есть нормально уже отточенная дешманская технология крепление транзисторов на радиатор к примеру в Yesax непосредственно на радиатор? С точки зрения спеца, да молодец (технический фетишизм)...

[Medan]

зачем эти усложнения с пайкой брусьев и дополнительным тепловым переходом между силовыми транзисторами и радиатором, которые без спец оборудования не сделаешь?

мне кажется, это для технологичности в эксплуатации, настройке. Типичный приём в "спецухе". Оперативно меняешь всем блочкОм, не особо разбирая конструктив. Евгений поправит.

[belka]

THS4031

Очень хороший выбор - биполяры с резисторами в эмиттерах в сломаном каскоде. Схему замещения в симуляторе использую именно такую.

[Игорь Гапонов]

Offтопик:

Это чисто субъективный момент, а не метрологический. Субъективно становится хуже, и никакие картинки спектра на помогают себя уговорить, что так и должно быть, так правильно. Про то и был мой пост.
....

Offтопик:
Но ты же точно знаешь, что главное отличие АУДИОизмерений от АУДИОвосприятия находится в критериях ценности информации. И это объективно и там и там. Думал и думаю, что именно разница в сигналах для измерений и экспертиз является главной причиной разницы в измерительных и экспертных оценках. В измерительных тормозит "детерминизм тест сигналов" (синусы-косинусы и прочие инженерно-математические навязывания), а в экспертных "стереотипность сигналов" (музыка, речь, двухканальное стерео, домтеатры и прочие медиа-социальные навязывания).