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]

Да, масштаб времени такой, что 100гц видно только как наклон. А так вообще оно конечно есть, куда ж без него.
Два приведенных ранее графика - это без нагрузки..
С нагрузкой щас померяю...
Синус 20к, 8в РМС, нагрузка - резистор 3.8 Ома.
Вложение 25195

Вложение 25196

Вот это уже другое дело, а то всё как то нереально хорошо выглядело. Это почти 100mV пульсаций выпрямленного сигнала. Я бы свой показал бы, но разобрал усилитель, в корпус запихиваю. Завтра-послезавтра пойду к брату на прослушивание. Но могу сказать что 100mV это немало.
Без нагрузки ВК вообще непереключается, он в А будет работать, поэтому там ничего неувидишь. Правда когда вы прямоугольники подавали, вероятно был небольшой сквозной ток, потому что на питании это сильно отражалось, это вероятно из-за высокой частоты (до 100кГц).

[Audiomaniac]

Nick, после опытов с шунтированием у меня сложилось впечатление, что одним шунтирование существенно снизить эти помехи не получится. Нужен стабилизатор..
А на 1083 разве можно сделать двухполярный стаб для питания со средней точкой как у меня?

[Nick]

Nick, после опытов с шунтированием у меня сложилось впечатление, что одним шунтирование существенно снизить эти помехи не получится. Нужен стабилизатор..
А на 1083 разве можно сделать двухполярный стаб для питания со средней точкой как у меня?

Нет, надо трансформатор с 2 отдельными обмотками и 2 моста.
Вот что у меня, 10mV на деление. Некрасивые помоему из-за осцилографа, на чувствительных режимах он нехорошо показывает.
Кстати на эти пульсации положительно влияет конденсатор на 470uF включенный между + и - питания прямо на LM3886.

[Nick]

Вообщем я тут прикинул, надо не менее 220uF и не более 1000uF, так как более на ВЧ смысла не имеет. Главное это ESR, чем меньше тем лучше, возможно даже лучше поставить 10 по 100uF.

[Sagittarius]

Померял у себя, что творится на +питании лмки на меандре 10кгц.
Питание шунтировано пленкой на 1мкф на землю и между питаниями стоит также пленка 1 мкф. На входе усилителя ФНЧ с частотой среза
около 100кгц. Зеленый - выходной сигнал, красный - питание.
Это помехи от переключения ВК ?
Установка в шунт небольшого низкоимпедансного электролита позволяет еще немного снизить помехи..

Вот это и есть последствия НЕконструктива.

Первичное - переключалка ВК. Видно, что РПР-плечо включается труднее, чем ПРП: комплементарность пар бывает только в справочниках, но не в жизни. На деле Скб РПР в два раза больше Скб ПРП.
Вторичное - грязным питанием от ВК кормится УН, а именно - самый уязвимый в этом плане выходной каскад с ОК-ОЭ и однополюсной коррекцией. Замыкается паразитная петля ООС по току ВК и пытается застабилизировать этот ток. Реактивности в петле и приводят к выбросам. На синусоиде та же петля приводит к резкому увеличению Кг на ВЧ - до некошерных 0,02...0,03 %.

Электролитами и сухарями задача полностью не решается. Токмо разделением питания УН и ВК или развязкой ФНЧ по питанию.

Добавлено через 11 минут

Да, масштаб времени такой, что 100гц видно только как наклон. А так вообще оно конечно есть, куда ж без него.
Два приведенных ранее графика - это без нагрузки..
С нагрузкой щас померяю...
Синус 20к, 8в РМС, нагрузка - резистор 3.8 Ома.

8 В выхода - это ещё мало, а вот 70 мВ второй гармоники ВЧ по питанию - это довольно много. Немного ранее рисовал схемку: воздействие ВК и БП как генераторов помех на (ОК-)ОЭ УН. Себе на удивление, а добрым людям - для науки смоделируйте, к каким искажениям может привести подача 70 мВ второй гармоники на эмиттер ОЭ и зависимость этих искажений от Скорр Миллера.

[32768]

Вот это и есть последствия НЕконструктива.

не могли бы Вы показать что происходит на меандре в вашем конструктиве?

В большей или меньшей степени всплески будут сопровождать фронты меандра в любой конструкции. Их источником при измерении могут быть в том числе и длинные концы щупа осциллографа или измерительные провода.
Если нет явных промахов в конструкции на звук влияние будет минимальным.
Если Вы помните, претензии к звуку проявились в другой области, на НЧ. Я тоже заметил этот интересный факт для своей простой схемы с каскодными ОУ. Бас должен быть лучше при такой глубине ОООС.

[Audiomaniac]

32768, действительно, на земляной хвост щупа наводится конечно помеха (с противоположного плеча, выглядит как выброс меньшей амплитуды).
Аналогичную картину показывает микрокап и для других мощных ОУ.
Интересно, что без емкости между питаниями (0.1мкф), в каждом плече помеха только одна - по фронту или по спаду, а не две сразу, как на рисунке.

[Nick]

Аналогичную картину показывает микрокап и для других мощных ОУ.
Интересно, что без емкости между питаниями (0.1мкф), в каждом плече помеха только одна - по фронту или по спаду, а не две сразу, как на рисунке.

Это про то что я говорил, из-за высокой добротности контуров питания. Правда я думал что это из-за сквозного тока, но теперь вижу что скорее из-за цобеля, это и есть нагрузка на ВЧ. И тут как бы не в ОУ дело. Просто даже шунтирование плёнкой голого электролита может давать такой эффект https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...&postcount=778. В принципе это можно задемпфировать. Но помоему нестоит сильно заморачиваться по этому поводу, так как на звуковом сигнале (синусе 20кГц) это не проявляется. Гораздо важнее уменьшить изменение питания под нагрузкой.

Добавлено через 5 минут

а добрым людям - для науки смоделируйте, к каким искажениям может привести подача 70 мВ второй гармоники на эмиттер ОЭ и зависимость этих искажений от Скорр Миллера.

Зачем, если это уже измеряно для стандартного включения в даташите. Это легко посчитать из PSRR минусового питания, на 20кГц на выходе LM3886 в стандартном включении это будет около 230микровольт. При выходном напряжении 8 вольт -90дБ.

[sia_2]

Это про то что я говорил, из-за высокой добротности контуров питания. Правда я думал что это из-за сквозного тока, но теперь вижу что скорее из-за цобеля, это и есть нагрузка на ВЧ. И тут как бы не в ОУ дело. Просто даже шунтирование плёнкой голого электролита может давать такой эффект.

Именно поэтому и нужно максимизировать импеданс нагрузки УМ выше рабочей полосы частот, и тем более не ставить RC-цепи на выход "для подавления самовозбуждения выходного каскада".

В принципе это можно задемпфировать.

Обязательно.

Но помоему нестоит сильно заморачиваться по этому поводу, так как на звуковом сигнале (синусе 20кГц) это не проявляется. Гораздо важнее уменьшить изменение питания под нагрузкой.

Не совсем так. ВЧ помеха на питании (особенно "-") в LM3886 практически прямиком проходит в выходной сигнал (см график КОСС на ВЧ), и далее, через цепи ООС - на вход. ВЧ иголки на входе - это по определению "не в кассу".

[Nick]

Именно поэтому и нужно максимизировать импеданс нагрузки УМ выше рабочей полосы частот, и тем более не ставить RC-цепи на выход "для подавления самовозбуждения выходного каскада".

Об этом я уже подумал, когда писал свой предыдущий пост , у себя я его отключал, на устойчивости это не сильно сказывлось, так что скорее всего можно обойтись и без него.

Добавлено через 3 минуты

Не совсем так. ВЧ помеха на питании (особенно "-") в LM3886 практически прямиком проходит в выходной сигнал (см график КОСС на ВЧ), и далее, через цепи ООС - на вход. ВЧ иголки на входе - это по определению "не в кассу".

Просто я к тому что если входной спектр ограничен 20кГц, то амплитуда этих колебаний будет очень маленькая. Возможно я не прав, надо бы померять.

[sia_2]

Просто я к тому что если входной спектр ограничен 20кГц, то амплитуда этих колебаний будет очень маленькая. Возможно я не прав, надо бы померять.

Входной спектр тут ни при чем. Для усилителя с ОС значение имеет сигнал в суммирующей точке, как истинного входа усилительных каскадов. При наличии "иголки" или другой ВЧ ошибки на выходе, она, через цепь ООС, и поступает на вход собственно усилительных каскадов, создавая условия для роста их нелинейности по механизму, подобному TIM. Для борьбы с этим явлением нужно вводить ФНЧ в цепи ООС, несмотря на то, что это противоречит задаче расширения полосы ООС и обеспечения запаса устойчивости. В СЛ эту функцию выполняют резистор последовательно с форсирующим конденсатором в цепи ООС и паразитная емкость суммирующей точки на землю. Получающаяся частота среза этого ФНЧ порядка 15-20 МГц - меньше полосы действия местных ООС, имеющихся внутри примененного ОУ.

[Nick]

Входной спектр тут ни при чем.

Я немного не о том. Понятно что высокачастотные помехи на цепях питания будут из-за АВ каскада и при низких входных частотах, но чем высокочастотнее сигнал, тем они больше. Спектр выпрямленного синуса затухает довольно сильно. И если резонанс цепей питания к примеру 500кГц, то чем высокочастотнее выходной сигнал, тем больше будут эти колебания. И соответсвенно потом они уже попадут на вход...

[32768]

Входной спектр тут ни при чем. Для усилителя с ОС значение имеет сигнал в суммирующей точке, как истинного входа усилительных каскадов. При наличии "иголки" или другой ВЧ ошибки на выходе, она, через цепь ООС, и поступает на вход собственно усилительных каскадов, создавая условия для роста их нелинейности по механизму, подобному TIM.

однако собственно на измерениях это не проявляется!

С Н О В Ы М Г О Д О М !!!

[Audiomaniac]

Nick, да, это действительно из-за резонансов, связанных с шунтирующими конденсаторами. Колебательный процесс в значительной степени убирает установка дополнительных небольших электролитов между большими банками и пленочными шунтами.
sia_2,

Именно поэтому и нужно максимизировать импеданс нагрузки УМ выше рабочей полосы частот, и тем более не ставить RC-цепи на выход "для подавления самовозбуждения выходного каскада".

Почему же все-таки так распространены цепи зобеля в конструкциях УМ?

Добавлено через 1 час 26 минут
Sagittarius,

Первичное - переключалка ВК. Видно, что РПР-плечо включается труднее, чем ПРП: комплементарность пар бывает только в справочниках, но не в жизни. На деле Скб РПР в два раза больше Скб ПРП.

Непонятно только, откуда в ЛМ3886 PNP-плечо, ведь согласно схеме в даташите там квазикомплементарный NPN-выходной каскад ;)

[sia_2]

Nick, да, это действительно из-за резонансов, связанных с шунтирующими конденсаторами. Колебательный процесс в значительной степени убирает установка дополнительных небольших электролитов между большими банками и пленочными шунтами.
sia_2,
Почему же все-таки так распространены цепи зобеля в конструкциях УМ?

По причине простоты лечения головной боли традиционным русским снадобьем . А если серьезно - это всего лишь самый простой (но далеко не самый лучший) способ подавления собственной ВЧ-генерации выходных многоступенчатых повторителей. О более "тонких" последствиях, как правило, никто и не задумывается, сбили генерацию, и ладно. А еще чаще ставят по принципу "так принято".

[dekko]

По причине простоты лечения головной боли традиционным русским снадобьем

очень образно!!!!!!! однако, С НОВЫМ ГОДОМ!!!!!!!

[Audiomaniac]

sia_2, у линкса в его "усилителе выходного дня" на 3886 вообще цобель 1мкф-10 Ом стоит ПОСЛЕ выходной индуктивности, это как понимать? Стабилизирует импеданс нагрузки на относительно низких частотах, а дальше он повышается из-за индуктивности? Есть в этом смысл?

[sia_2]

sia_2, у линкса в его "усилителе выходного дня" на 3886 вообще цобель 1мкф-10 Ом стоит ПОСЛЕ выходной индуктивности, это как понимать? Стабилизирует импеданс нагрузки на относительно низких частотах, а дальше он повышается из-за индуктивности? Есть в этом смысл?

Там назначение этой RC-цепи точно такое же, как и в поперечных ветвях в LRC-цепи в моем усилителе - глушение резонанса с выходной индуктивностью.

[Nick]

в значительной степени убирает установка дополнительных небольших электролитов между большими банками и пленочными шунтами.

Я думаю демпфирование этих резонансов нужно делать с помощью RC цепей. Но было бы неплохо хотябы посчитать приблизительно, перед тем как пробовать.

Добавлено через 20 минут

... а дальше он повышается из-за индуктивности?

Это как раз и нужно, для уменьшения высокочастотных состовляющих в питании. Но нужно ещё учесть, что к примеру индуктивность на выходе обычно стоит до 2uH, а это всего около 6ом на 500кГц (где у вас резонанс), поэтому перенос цобеля для этих частот на выход даст скорее всего эффект менее 2 раз. Вообще эти резонансы в питании имеет смысл смотреть с нагрузкой.

[Audiomaniac]

Nick, выкинул пока зобеля совсем - у меня нагрузка довольно щадящая, АС подключеные через последовательные резисторы 2 Ома, поэтому не думаю, что это на устойчивость повлияет.