Улучшение линейности (и не только) усилителя на LM3886

[Nick]

Финальные платы пришли, собираю. Посмотреть на них можно у меня на сайте или тут.

Ссылки по теме:
Новые платы дают около -120дБ искажений на THD 11кГц 60W (левый канал - усилитель). Интермодуляционные за гранью обнаружения IMD19+20 , IMD19+20 полный диапазон .

Черновик описания, списка деталей, и схемы, новой версии. Zero D 50 Rev D7.12.

Последняя рабочая версия схемы усилителя, питания и список используемых деталей - Zero D 50 Rev D4 (исправлена ошибка с MUTE, нумерация деталей не совпадает с предыдущими версиями). Небольшое описание усилителя.

Упрощённая версия для тех кто самостоятельно проектирует платы и не хочет возиться с большим количеством конденсаторов и резисторов. Вариант однослойных печаток под утюг от devisangela тут (упрощённая версия без стабилизаторов).

Модель (АФЧХ) в LTSpice.

Замерянные искажения у прототипа на 10кГц Rev. D4 THD 10kHz 40Vp-p (50W) 4Ohm - < 0.0004%. На графике -вверху вход, внизу выход.

Фото прототипа 1 и 2.

Печатки для прототипа использовал от ревизии С (нумерация деталей не совпадает).

Описание принципиальных отличий Rev. D от предыдущих версий тут.

Интересные осцилограммы: шунтировние электролита керамикой , и продолжение, работа стабилизатора, и продолжение, выход U1 под нагрузкой и без, то же (более правильно снято)

Метод измерения искажений звуковой картой с вычитанием гармоник (использовался вначале, когда небыло AMBER 3501 и генератора с низкими искажениями): 1, 2, 3, 4 . Обсуждение метода было тут.

История предыдущих версий. Статья Yewen-a есть тут.

[Nick]

Не, вход при таком тесте заземляется, а в точку суммирования вдуваются прямоугольные импульсы. На выходе при этом -- то, с чем не справилась ОООС, в идеале должен быть только фронт и экспоненциальный спад.

Чего-то я наверно туплю, может схематически покажете куда чего ?

Вообщем я прикинул фазовый запас в моей схеме на крайних ВЧ усиления - он должен быть где-то 20-25 градусов, что явно мало. Мало того, на середине диапазона запас снижанится до едениц градусов. Немного повозился с коррекцией, (AR спасибо за идею, я уменьшил 150pF, из-за сдвига фазы цепи ООС в нужную сторону это работает). Вот схема второго варианта который надо будет попробовать. Фазовый запас 40-45 градусов, что должно быть достаточно. Глубина ООС на 20кГц около 70дБ , две картинки в середине - сигнал в точке ссумирования ОООС. Надо будет в конечной версии поставить сильный выходной фильтр. LT318 заменил на LT1363, у неё первый полюс далеко. За счёт избыточного усиления оказалось возможным скорректировать фазу. На первом графике глубина и фаза ООС. Вообщем получается не совсем Yewen и не на LM318
PS. Вместо модели с DIYAUDIO.COM я использовал схему LM3886 на дискретных элементах, как в даташите. По АФЧХ получилось очень похоже на даташит. Буду теперь ждать когда LT1363 придут

[Balbes3]

To Nick: а модельки LM3886 выложить куда-нибудь не затруднит?

[Nick]

To Nick: а модельки LM3886 выложить куда-нибудь не затруднит?

Тут две модели LM3886 - одна с diyaudio, другая просто схема по даташиту. Всё работает в LTSpice.

[Nick]

Тут надо в эксплуатации посмотреть. Дело в том, что с форсирующим конденсатором мне форма сигнала ошибки не нравится. (см. прикрепленные файлы). Похоже на звон. Кстати, только что придумалось (спасибо Сергею) поставить диоды из точки суммирования в ноль и из нуля в нее же. И немного уменьшить конденсатор 150пф. Тогда больше шансов всему сооружению не сдохнуть при клиппинге.

Сделал пример для "форсирующих" конденсаторов. С моей точки зрения он доказывает то, что на схему нужно смотреть комплексно. В данном примере всё подобрано так, что эти конденсаторы только улучшают ПХ и добавляют запас устойчивости. Вторая картинка - без форсирующей (или как ещё говорят ускоряющих) цепочки, первая - с ней.

[A.R.]

Глубина ООС на 20кГц около 70дБ , две картинки в середине - сигнал в точке ссумирования ОООС. Надо будет в конечной версии поставить сильный выходной фильтр.

Мне кажется, с медленным выходным каскадом такая глубина ОООС просто не имеет смысла. Более быстрый каскад должен участвовать в формировании выходного сигнала, как это сделано в Quad-подобных схемах. Там, кстати, иголок в сигнале ошибки нет, даже в режиме Ц. Я проверял. Нужно как-то заводить сигнал усилителя ошибки на выход.
Кроме того, выходной, как и входной, фильтры для обеспечения устойчивости бесполезны. Надо исходить из того, что в любую точку схемы может попасть сигнал любой амплитуды и частоты.

[Nick]

Кроме того, выходной, как и входной, фильтры для обеспечения устойчивости бесполезны.

Фильтр нужен не только для устойчивости, полоса ООС около 5 мегагерц, это почти как СЛ. Плюс надо как-то фильтровать переключения ВК

Добавлено через 58 секунд

Мне кажется, с медленным выходным каскадом такая глубина ОООС просто не имеет смысла.

Если ООС широкополосная и устойчивость в норме, то это только лучше.

Добавлено через 1 минуту

Вложенияtest.pdf (16.1 Кбайт, 1 просмотров)

А ёмкость какую брать ? Так помоему ничего хорошего невыйдет.

[A.R.]

Вторая картинка - без форсирующей (или как ещё говорят ускоряющих) цепочки, первая - с ней.

В приведенном примере выходной усилитель подозрительно похож на LT318, что в реальности будет не совсем так Вся проблема в том, что он существенно медленнее корректирующего.

[Nick]

В приведенном примере выходной усилитель подозрительно похож на LT318, что в реальности будет не совсем так Вся проблема в том, что он существенно медленнее корректирующего.

Да нет тут никакой проблемы . Это был просто пример. Я эти цепочки подбираю по АФЧХ петли ООС, поэтому если она "лучше", прямоугольник тоже будет красивей
Сделал для LM3886, тут не так это заметно, но тоже видно. Догадайтесь какой график без форсирующей цепочки ?

[A.R.]

Фильтр нужен не только для устойчивости, полоса ООС около 5 мегагерц, это почти как СЛ. Плюс надо как-то фильтровать переключения ВК

Естественно, радиопомехи на провода и противо-ЭДС динамика никто не отменял.
Но устойчивости от него, как и от входного фильтра -- не холодно и не жарко.

Если ООС широкополосная и устойчивость в норме, то это только лучше.

А в норме она будет, если выходной каскад в состоянии среагировать на управляющий сигнал. Иначе будет колебательный процесс, пусть даже затухающий.

А ёмкость какую брать ? Так помоему ничего хорошего невыйдет.

[/QUOTE]
Емкость не важна, здесь мы смотрим прежде всего реакцию на фронт. В пределах 100-1000пФ. Это фактически разностный тест, только оценить можно и степень подавления искажений и устойчивость.

Добавлено через 7 минут

Догадайтесь какой график без форсирующей цепочки ?

Судя по артефактам внизу графика -- второй Если серьезно, попробуйте на модели тест, который я предложил. Информативно.
Кстати, диодную защиту неинвертирующего входа 3886-й лучше все-таки сделать, введя диоды в цепь ОС для 318-й (или что там уже стоит...). Чтобы снизить паразитные емкости, их надо будет поставить по два последовательно.

[Серый Мыш]

Ещё раз. Диодики нужны с выхода U2 eй же на -вход.
Это ограничит сигнал коррекции +-0.6 вольта. что с учётом делителя
на выходе означает ~60мВ на +входе основного усилителя.
Подайте в симуляторе скажем 3 Вольта переменки на вход и оцените
разницу с диодами и без.

[Серый Мыш]

я мучил схему с неинвертирующим входом, простейший вариант.
планируется регулятор громкости 22кОм на входе.
конечно с инв.входом интереснее, но и этот вариант имеет право жить.

[A.R.]

Ещё раз. Диодики нужны с выхода U2 eй же на -вход. Это ограничит сигнал коррекции +-0.6 вольта. что с учётом делителя на выходе означает ~60мВ на +входе основного усилителя. Подайте в симуляторе скажем 3 Вольта переменки на вход и оцените разницу с диодами и без.

Я тоже пришел к выводу, что да, на инв. вход. Но по два последовательно каждый, потому как емкость перехода. Но это мы защищаем U1 при клиппинге. А из суммирующей точки на землю -- защищаем U2 при нем же. Хотя и не настолько обязательно, но все равно поспокойней.

Добавлено через 3 минуты

я мучил схему с неинвертирующим входом, простейший вариант. планируется регулятор громкости 22кОм на входе. конечно с инв.входом интереснее, но и этот вариант имеет право жить.

Тут надо второй делитель точно подбирать, иначе будет статическая ошибка. Может как-то сравнивать сигнал на + и - входах основного усилителя (благо синфазная составляющая будет невелика) и направлять выделенную ошибку на УН?

[nazar]

Буду теперь ждать когда LT1363 придут

Offтопик:
эх буржуи

[vd_two]

Offтопик:
есть они у него- ето он забыл кое что...

[nazar]

есть они у него- ето он забыл кое что...

Offтопик:
зато у нас нет , поетому и говорю буржуй

[Nick]

Ещё раз. Диодики нужны с выхода U2 eй же на -вход.

Тогда из-за ёмкости диодов (к тому же нелинейной, там и 1pF играет большую роль) может измениться АФЧХ и искажения, но я попробую. К тому же на выходе U2 бывает 1-2вольта.

Попробовал, с таким делителем как у меня (в 33 раза уменьшает сигнал U2) диоды не нужны, даже при 12 вольтах на выходе U2 на + входе U1 0.36 вольта. Диодов D3,D4 будет достаточно.

Емкость не важна, здесь мы смотрим прежде всего реакцию на фронт. В пределах 100-1000пФ. Это фактически разностный тест, только оценить можно и степень подавления искажений и устойчивость.

Если я подключю ёмкость как вы сказали это изменит АФЧХ обратной связи и соответсвенно процесс установления будет другой. Он к тому же будет зависить от величины этой ёмкости (глубина ОООС на ВЧ).

Добавлено через 2 минуты

Off:
есть они у него- ето он забыл кое что...

Offтопик:
Да забыл , точнее не подумал, значит попробую на выходных, если работы много не будет.

Добавлено через 3 минуты

Сообщение от Nick
Догадайтесь какой график без форсирующей цепочки ?

Судя по артефактам внизу графика -- второй

Нет, без форсирующей цепочки - первый. С ней артифакты пропадают.

Добавлено через 2 минуты

А в норме она будет, если выходной каскад в состоянии среагировать на управляющий сигнал. Иначе будет колебательный процесс, пусть даже затухающий.

Ещё раз повторюсь. Будет этот процесс или нет зависит от АФЧХ усилителя с разомкнутой ОООС. И не от чего более (ещё правда зависит от АФЧХ цепи ОООС). Если ВК медленный, то это будет видно на АФЧХ без ОООС.
Я специально привёл АФЧХ ОООС усилителя и переходной процесс от иголок переключения https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...3&postcount=21 В симуляции процесс установления без осцилляций, это ещё видно и по меандру тут (второй рисунок) https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...2&postcount=28

Более показательно зачем нужны такие хитрые коррекции, в том числе "форсирующие", описано тут https://forum.vegalab.ru/attachment....1&d=1194999224.

Добавлено через 37 минут

Кроме того, выходной, как и входной, фильтры для обеспечения устойчивости бесполезны

На сильно ёмкостную нагрузку (1uF например) выходной фильтр может играть большую роль.

[A.R.]

Если я подключю ёмкость как вы сказали это изменит АФЧХ обратной связи и соответсвенно процесс установления будет другой. Он к тому же будет зависить от величины этой ёмкости (глубина ОООС на ВЧ).

Не изменит. На частотах, представляющих для нас интерес, эта емкость превращается в перемычку. Но, если душа не принимает, настаивать не буду. У меня этот тест по-прежнему в числе важнейших. По крайней мере при симуляции, когда кажется, что все уже хорошо, он выявляет неустойчивость, которая в железе обязательно проявится.

Ещё раз повторюсь. Будет этот процесс или нет зависит от АФЧХ усилителя с разомкнутой ОООС. И не от чего более (ещё правда зависит от АФЧХ цепи ОООС). Если ВК медленный, то это будет видно на АФЧХ без ОООС.

Это сомнений не вызывает, все верно. Не факт, правда, что все усилители в системе имеют такие шикарные Ф-Ч параметры, как в приведенных аппнотесах, да и в реальной жизни дрейф параметров конденсаторов и резисторов может тоже повлиять, тут по-хорошему тоже зависимости считать надо. И монтаж не забываем домашнего разлива. В общем, для собственного употребления я все-таки оставлю нефорсированный вариант, да еще диодов туда понапихаю, за что еще раз спасибо Сергею. В моем понимании, их емкость будет стабильности только на пользу. Но в принципе, я за 70дБ в петле ОООС двумя руками. Нет преграды патриотам!

На сильно ёмкостную нагрузку (1uF например) выходной фильтр может играть большую роль.

[/QUOTE]
Не спорю. Хотя бы потому, что он с ней включен последовательно Просто на него иногда надеятся в том смысле, что через него никакой вредный сигнал со стороны нагрузки не прилетит. Так он все равно прилетит, только другим путем.

[Nick]

Не изменит. На частотах, представляющих для нас интерес, эта емкость превращается в перемычку.

Если она превращается в перемычку, то на этих частотах глубина ОООС будет 0дБ.

[A.R.]

Если она превращается в перемычку, то на этих частотах глубина ОООС будет 0дБ.

Признаться, я был не прав. Таки да, разрывается цепь ООС Находился в плену иллюзий. Спасибо. Спасибо, кстати, за интересный аппнотес. Правда не уверен, что технология оттуда может быть напрямую перенесена на наш случай, потому что: а) у нас усилители все-таки сугубо разные и один из них -- "медленный" б) конфигурация Yewen-Sandman не есть простое каскадирование ОУ, а система 2-го порядка, я так понимаю для нее так сразу ЛАФЧХ не синтезируешь в) с фазой посреди диапазона частот творится что-то ужасное. Может повлиять на звук.

[Nick]

у нас усилители все-таки сугубо разные и один из них -- "медленный"

В том то и дело, что ускоряющей цепочкой можно скорректировать фазовую задержку медленного усилителя. Правда это не за бесплатно, жертвуется усиление U2. Кстати подобная техника коррекции есть и в усилителе ВВ Сухова и в СЛ Агеева.

Добавлено через 5 минут

я так понимаю для нее так сразу ЛАФЧХ не синтезируешь

Почему ? Эту связку можно представить в виде операционного усилителя (с очень большим Ку и фазовым набегом). Все законы ОООС должны соблюдатся. А фазовый запас действительно очень маленький. Спасает только то, что на средних частотах он может быть меньше чем на больших, потому что на него не так влияет ёмкость нагрузки, и перевести такой усилитель в режим генерации гораздо сложнее, чем если бы этот минимальный запас по фазе приходился бы на конец диапазона ОООС.
В общем-то маленький запас по фазе и сподвиг меня поменять LM318 на LT1363. Попробуем что получится