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.

[Karen]

Для АС с чувствительностью 93-96дб на ватт вроде как уже и много...

На такие Тоннои дома у товарища слушали на все 75Вт ламповых и 150 транзисторных

[Gajdar]

маньяки

[Nick]

маньяки

Чем качественнее - тем меньше же мощность чувствуется

[Ale]

Пришли мне платы, ... заказал без зелёнки и надписей.

Ну, не знаю... когда всё залито землей, даже между контактами SMD, зеленка могла бы оказаться очень кстати...

Offтопик:
И еще, я эту программу тоже загрузил - цена на платы убила.

[Nick]

Ну, не знаю... когда всё залито землей, даже между контактами SMD, зеленка могла бы оказаться очень кстати...

Offтопик:
И еще, я эту программу тоже загрузил - цена на платы убила.

Дорого, я знаю, но если заказывать много то цена становится терпимой. И быстро, через 2 дня платы у меня. Плюс софт есть, я не рискую здесь рисовать в нелецензионных кадах...
Насчёт зелёнки - согласен, но опыт уже есть с такими платами, для прототипа сгодится...
Всё уже, запаиваю, на выходных буду испытывать эту схему:

[Ale]

О как схема сильно поменялась...
Про цены - да, у вас тоже страна странная Вон чудеса какие: http://www.madisound.com/catalog/pro...oducts_id=8189

[Nick]

О как схема сильно поменялась...
Про цены - да, у вас тоже страна странная Вон чудеса какие: http://www.madisound.com/catalog/pro...oducts_id=8189

Sold Out - нема значит, к тому же это в Канаде ...

[Ale]

Offтопик:
Значит, кто-то уже хапнул Тогда это: http://www.madisound.com/catalog/pro...oducts_id=8184

[Nick]

Вообщем вчера я ещё поулучшал моделирование, путём приведения АФЧХ LM3886 практически до даташита (даже сделал с запасом, в худшую сторону). Модифицировал немного схему, чтоб было более 45 градусов запаса, с заходом за 180 где можно. Получилось около 75дБ глубины обратной связи на 20кГц. Сегодня пришли детали, спаял, включил - работает! Если кто ещё необратил внимание - схема Yewen-a больше неиспользуется. Я думаю это к лучшему, это минимизирует помехи в точке ссумирования ООС. Ну вообщем буду делать 2-й канал, потом мерять, слушать....
PS. Теперь это по мотивам https://forum.vegalab.ru/attachment....1&d=1194999224.

[dekko]

а вместо LT LM318 можно? или другую...

[Nick]

а вместо LT LM318 можно? или другую...

В последней версии непроверял, поидее можно. В предыдущей можно.

[Balbes3]

Ничо, если я снова влезу?

Новая схема чем-то (я бы сказал, до боли) напоминает Sallen-Key НЧ фильтр второго порядка. Оно?

По идее, неинвертирующее включение входного ОУ по искажениям должно быть хуже инвертирующего включения -- во всяком случае, у многих ОУ искажения в неинвертирующем включении на ВЧ чуть хуже, чем в инветрирующем (см. http://www.dself.dsl.pipex.com/ampins/webbop/opamp.htm).

Собрался я тут и выложил результаты своих игрищь с симулятором (сразу скажу, что дальше мне ковыряться будет, скорее всего, и некогда, и лениво -- усилок на работе я реанимировал (с его гибели вся бодяга и началась), колонки у меня там стоят отстойные, а дома HR824-ые, -- попробовать послушать на колонках не получится).

Свой первый вариант я нарисовал по-простецки (смотри картинку V1 во вложении, модели к SwCAD в http://www.forest2.homeip.net/Electronics/Audio/LM3886, потребуется доп. библиотека элементов для SwCAD из http://www.forest2.homeip.net/Electronics) -- классическая схема буферизации с фиксированным КУ каждой стадии (в нашем случае КУ первой стадии = 1, КУ второй стадии=20) и стандартной независимой компенсацией. Никакой науки.

Если из V1 выкинуть R5, то получим V2, где входной ОУ (грубо говоря) заменит входную стадию выходного ОУ. Правда, компенсация входного и выходного ОУ теперь совместная. Это очень похоже на схему Nick-а https://forum.vegalab.ru/attachment....8&d=1195609132, только завал АЧХ не такой зверский ввиду отсутсвия C1-R3-R4 со схемы Nick-а.

Можно в V1 компенсацию входного и выходного ОУ дополнительно развять, добавив R4. Получим V3 (независимая компенсация, фикс. КУ каждой стадии).

Наконец, если из V3 выкинуть R5, получим V4 c независимую компенсацией и заменой входным ОУ входного каскада выходного ОУ. Очень похоже на схему от A.R. https://forum.vegalab.ru/attachment....0&d=1194862045.

Ну и, наконец, в стремлении к простоте, из V4 выкинуто все, что можно, а инвертирующий вход LM3886 посажен на землю в надежде, что входная ОУ справится со всеми проблемам. Получилось V6, у которой с устойчивостью могут быть проблемы.

Поскольку я экспериментов не проводил, то, возможно, на практике жестокая компенсация и завал АЧХ второго порядка действительно нужны для стабильности (имеющиеся модели LM3886, положа руку на сердце, большого доверия не внушают), но, судя по тому, что у A.R. все работает, это, скорее всего, не является необходимым, и есть шанс, что все схемы рабочие (я бы только в реальной схеме поставил С4, компенсирующий LM3886, пикофарад в 10..40, а С3, компенсирующий входной ОУ, раза в два меньше С4).

Может, руки как-нибудь и дойдут попробовать, но это будет нескоро (что приятно, нужно собрать схему V3, после этого только остается коротить резисторы R4 и R5 перемычками и мерять).

[Nick]

По идее, неинвертирующее включение входного ОУ по искажениям должно быть хуже инвертирующего включения -- во всяком случае, у многих ОУ искажения в неинвертирующем включении на ВЧ чуть хуже

Я тоже над этим думал, но так как доп ОУ работает с очень маленьким входным сигналом (десятки сотни микровольт), то думаю это несущественно. Другое дело, что заработать он то заработал, но с устойчивостью пока проблемы.. Модель всё же далека от реальности, я уже третью сделал, только для АФЧХ, вроде всё по даташиту, но в реалии всё не так немного...

Добавлено через 7 минут

Поскольку я экспериментов не проводил, то, возможно, на практике жестокая компенсация и завал АЧХ второго порядка действительно нужны для стабильности (имеющиеся модели LM3886, положа руку на сердце, большого доверия не внушают), но, судя по тому, что у A.R. все работает, это, скорее всего, не является необходимым, и есть шанс, что все схемы рабочие (я бы только в реальной схеме поставил С4, компенсирующий LM3886, пикофарад в 10..40, а С3, компенсирующий входной ОУ, раза в два меньше С4).

Думаю без делителя на выходе LM6171 или хитрой частотной коррекции неполучится. Чтоб было стабильно надо чтоб где-то с 1Мгц глубина ООС была такая же как и без доп ОУ иначе будет возбуждаться. AR эту проблему решил иначе, он сорректировал LM318 плюс ещё ёмкость в делителе. Это зделало почти тоже самое что и у меня, только ещё очень сильно снизило глубину ООС на 20кГц.

Добавлено через 35 минут

Новая схема чем-то (я бы сказал, до боли) напоминает Sallen-Key НЧ фильтр второго порядка

Да, благодаря найквисту, можно наверное и более высоких порядков делать

[sia_2]

Я тоже над этим думал, но так как доп ОУ работает с очень маленьким входным сигналом (десятки сотни микровольт), то думаю это несущественно. Другое дело, что заработать он то заработал, но с устойчивостью пока проблемы.. Модель всё же далека от реальности, я уже третью сделал, только для АФЧХ, вроде всё по даташиту, но в реалии всё не так немного...

Добавлено через 7 минут

Думаю без делителя на выходе LM6171 или хитрой частотной коррекции неполучится. Чтоб было стабильно надо чтоб где-то с 1Мгц глубина ООС была такая же как и без доп ОУ иначе будет возбуждаться. AR эту проблему решил иначе, он сорректировал LM318 плюс ещё ёмкость в делителе. Это зделало почти тоже самое что и у меня, только ещё очень сильно снизило глубину ООС на 20кГц.

Добавлено через 35 минут

Да, благодаря найквисту, можно наверное и более высоких порядков делать

Учитывая наличие внутренней ООС, охватывающей УН и выходной каскад, глубину "внешней" ООС для этой ИМС выше 60-70 дБ на 20-30 кГц делать нет смысла - дальше однозначно будут доминировать "конструктивные" продукты искажений. Эта оценка сделана исходя из того, что "штатными" ~ 30 дБ ООС на 25 кГц удается получить искажения порядка -90 дБ (при усилении порядка 3).

[Nick]

Учитывая наличие внутренней ООС, охватывающей УН и выходной каскад, глубину "внешней" ООС для этой ИМС выше 60-70 дБ на 20-30 кГц делать нет смысла - дальше однозначно будут доминировать "конструктивные" продукты искажений. Эта оценка сделана исходя из того, что "штатными" ~ 30 дБ ООС на 25 кГц удается получить искажения порядка -90 дБ (при усилении порядка 3).

Понятно. Это был экперемент для удовлетворения моей любознательности Буду значит скорее всего переделывать на первоначальную схему, она значительно устойчивей (за счёт более короткого пути ООС и более крутого "спуска" на очень ВЧ, засчёт двух петель, без учета внутренней), лучше выходит из перегрузки, только немного модернизирую (оптимизирую) схему и постараюсь правильно развести плату.

[Серый Мыш]

Буду значит скорее всего переделывать на первоначальную схему

Да уж, стою разинув рот, что у людей запросто, а у меня и в симуляторе свистит. Правда точных моделей нет. Вот и молча наблюдаю

[Nick]

Да уж, стою разинув рот, что у людей запросто, а у меня и в симуляторе свистит. Правда точных моделей нет. Вот и молча наблюдаю

Не, оно свистит только при ёмкостной нагрузке или сильном прогреве. В моделе у меня нормально, да и в жизни вероятно можно настроить. Просто вроде как нет явных преимуществ перед первоначальным вариантом, а стабильность АФЧХ на очень ВЧ от температуры я думаю хуже. Первоначальный вариант https://forum.vegalab.ru/attachment....8&d=1195609132 очень стабильный, я смотрел прямоугольники на 4ома + 1uF, разницы что с доп. ОУ, что без практически нет.
Проверить модель можно сняв её АФЧХ, должно быть как в даташите.

[Karen]

Чем качественнее - тем меньше же мощность чувствуется

Самое главное - заметил, что ламповый дорогой усилок уступает по качеству отличному транзисторному.
Народ, а кто помнит, что связку 318+3886 я предлагал еще 5 лет назад? Прав все-таки был Сухов, назвав 140уд11 для нас "священной коровой"

[Sagittarius]

Эту связку можно представить в виде операционного усилителя (с очень большим Ку и фазовым набегом). Все законы ОООС должны соблюдаются. 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

Делал некогда подобное. Это была одна из самых страшных схем в моей жизни, столько я с ней натерпелся .

Тут лучше представить себе просто многокаскадный УН и допустить, что для уменьшения динамических интермодуляционных ширина полосы каждого предыдущего каскада должна быть УЖЕ ширины последующего в Ку последующего раз. Отсюда видно, что широкополосный/быстродействующий ОУ на входе прямо противопоказан, а при бесконечном количестве каскадов Ку также бесконечно, но даже при правильной, полюс-нулевой, коррекции каждого каскада fср1 стремится к нулю, посикоку лимитрует нас конечная fед: трапеция Ку/f Боде вырождается в треугольник. С ФЧХ, заходящей за 180, цепи коррекции усложняются, в т.ч. неизбежна ППК на входе. Имхо, легче СЛ собрать.

Если же будет принято решение идти вперёд до упора, то предлагаю собрать чудо враждебной техники с Uвых=10...1500 мВампл и tнар=50 нс:

http://i047.radikal.ru/0712/fa/8350fd9acf83.jpg



и настроить схему по минимальным или нулевым выбросам на выходе ОУ подбором ППК - С1 (из сумм. точки на общий). И резик последовательно с ним сгладит "трубку" - колебания после выброса. Осцилл на выход ОУ включать через 1 кОм.

[Nick]

Делал некогда подобное. Это была одна из самых страшных схем в моей жизни, столько я с ней натерпелся .

А я наоборот, всё почти сразу заработало и меряется и играет очень достойно .

Тут лучше представить себе просто многокаскадный УН и допустить, что для уменьшения динамических интермодуляционных ширина полосы каждого предыдущего каскада должна быть УЖЕ ширины последующего в Ку последующего раз. Отсюда видно, что широкополосный/быстродействующий ОУ на входе прямо противопоказан, а при бесконечном количестве каскадов Ку также бесконечно, но даже при правильной, полюс-нулевой, коррекции каждого каскада fср1 стремится к нулю, посикоку лимитрует нас конечная fед: трапеция Ку/f Боде вырождается в треугольник. С ФЧХ, заходящей за 180, цепи коррекции усложняются, в т.ч. неизбежна ППК на входе. Имхо, легче СЛ собрать.

Я померял ИМ, результат меня устраивает. С заходом за 180 невижу никаких проблем с цепями коррекции, хотя это необязательная вещь, 65Дб глубины ООС на 20кГц более чем достаточно. ППК на входе здесь не то что не нужна, она будет вредна. ППК это не что иное как элемент коррекции АФЧХ ООС, а она здесь расчитана и в модификации не нуждается. Спорить об этом с вами я небуду, есть желание - ставьте.

Offтопик:
Вообще мне это напоминает одну рекламу - Как, у вас ещё нет ППК, тогда мы идём к вам !

Если же будет принято решение идти вперёд до упора, то предлагаю собрать чудо враждебной техники с Uвых=10...1500 мВампл и tнар=50 нс:

http://i047.radikal.ru/0712/fa/8350fd9acf83.jpg



и настроить схему по минимальным или нулевым выбросам на выходе ОУ подбором ППК - С1 (из сумм. точки на общий). И резик последовательно с ним сгладит "трубку" - колебания после выброса. Осцилл на выход ОУ включать через 1 кОм.

Спасибо за схему, но генератор мне не нужен, у меня есть цифровой USB генератор до 25MHz, любой формы. На выходе ОУ будут выбросы, они там и должны быть, на этом наши точки зрения расходятся, помоему мы это давно выяснили...

Добавлено через 1 час 36 минут

Народ, а кто помнит, что связку 318+3886 я предлагал еще 5 лет назад? Прав все-таки был Сухов, назвав 140уд11 для нас "священной коровой"

На самом деле в этой схеме это не совсем обязательно использовать 140уд11, я например использую LT1363, но думаю можно и другие, из AD я вот посматриваю на AD8045, AD8099 или ADA4899, хоть они и 5 вольтовые, тут это неважно. Хотя по совокупности параметров 140уд11 очень хороша, особенно если учитывать её цену и досягаемость.