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.

[Audiomaniac]

Сегодня ставил опыты с шунтами в питании лм-ки, смотрел график импеданса линий питания до 1мгц.
Предварительные выводы такие:
1. Соотношение емкостей в шунтах и их тип существенно влияют на звучание, придают ему тот или иной характер - от тухлого до чрезмерно звонкого и яркого. Это видимо связано с возникновением резонансов на определенных (зазвуковых) частотах между емкостями и индуктивностями самих конденсаторов и дорожек ПП. Каким образом эти ВЧ резонансы влияют на звуковой диапазон, не вполне понятно - наверное через интермоды.
2. Необходимо стремиться к тому, чтобы импеданс линий питания был низким и без выбросов хотя бы до единиц мегагерц.

Рисунок: импеданс шины питания (в Дб ;)
Основной фильтрующий конденсатор - 10000мкф 35В HITACHI HP3
Черная линия - без шунта.
Синяя линия - шунт 1мкф пленка К73.
Красная линия - шунт 3.3мкФ пленка К73.
Зеленая линия - шунт solen MKP-FC 1.2u 250V
Розовая линия - шунт 1мкф пленка К73 + электролит JAMICON SK 220u 35V

[Nick]

Сегодня ставил опыты с шунтами в питании лм-ки, смотрел график импеданса линий питания до 1мгц.
Предварительные выводы такие:
1. Соотношение емкостей в шунтах и их тип существенно влияют на звучание, придают ему тот или иной характер - от тухлого до чрезмерно звонкого и яркого. Это видимо связано с возникновением резонансов на определенных (зазвуковых) частотах между емкостями и индуктивностями самих конденсаторов и дорожек ПП. Каким образом эти ВЧ резонансы влияют на звуковой диапазон, не вполне понятно - наверное через интермоды.
2. Необходимо стремиться к тому, чтобы импеданс линий питания был низким и без выбросов хотя бы до единиц мегагерц.

Рисунок: импеданс шины питания (в Дб ;)
Основной фильтрующий конденсатор - 10000мкф 35В HITACHI HP3
Черная линия - без шунта.
Синяя линия - шунт 1мкф пленка К73.
Красная линия - шунт 3.3мкФ пленка К73.
Зеленая линия - шунт solen MKP-FC 1.2u 250V
Розовая линия - шунт 1мкф пленка К73 + электролит JAMICON SK 220u 35V

Спасибо, очень интересно А то все только говорят про диалектрическую абсорбцию, как она в цепях питания портит звук .
Вообще по графикам похоже что этот пик перед 1мГц, это в основном резонанс вследствии ёмкости плёночого конденсатора и суммы индуктивностей электролита, дорожек, и плёнки. Хотя вероятно индуктивность электролита доминирует.
Я у себя думаю поставить, после стабилизатора, несколько (4-5) в параллель Panasonic FM на 270uF 50V (ESR = 23mOhm, http://www.panasonic.com/industrial/...A0000CE108.pdf) и керамику на 10uF 50V X5R и вероятно демпфирующие цепи какие-то. Придут (уже купил ), буду эксперементировать. Плохо что индуктивности электролитов не указывают, а то можно было бы прикинуть в pspice.

Добавлено через 14 минут
А что лучше всего на ваш взгляд играет (думаю с Jamicon) ? Интересно конечно бы померить искажения на 7-20кГц, могут быть разными.

[Audiomaniac]

А что лучше всего на ваш взгляд играет (думаю с Jamicon) ?

Пожалуй, что да. Совсем без шунтов - тухлятина.

плохо что индуктивности электролитов не указывают, а то можно было бы прикинуть в pspice.

Я прикидывал в микрокапе. Исходил из индуктивности электролитов порядка 100 нГн, а пленки - 10 нГн. Результаты похожи на правду.
И еще: видимо с определенного уровня схемотехники собственно усилителя, звучание готового изделия начинает определяться вот такими вот вещами... ;)

[Nick]

Я прикидывал в микрокапе. Исходил из индуктивности электролитов порядка 100 нГн, а пленки - 10 нГн.

Я тоже прикидывал, для вашего электролита у меня всё-таки поменьше получилось 40-60nH. Плохо что не пишут, пока не попробуешь - не узнаешь...

[Audiomaniac]

Nick, кстати, у тебя PCLAB 3.05 не глючит? у меня иногда вылетает как-то нехорошо по непонятной причине.. Со старой версией такого не было..

[Nick]

И еще: видимо с определенного уровня схемотехники собственно усилителя, звучание готового изделия начинает определяться вот такими вот вещами...

Ну видимо это играет роль почти в любом усилителе, просто мало кто это так исследует. На слух в основном.
Тут например - https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=8250&page=29

Добавлено через 1 минуту

Nick, кстати, у тебя PCLAB 3.05 не глючит? у меня иногда вылетает как-то нехорошо по непонятной причине.. Со старой версией такого не было..

Не, вроде ни разу, но у меня PSCU1000. Осцилограф хреновый - это правда (мне кажется он шумит больше чем у вас, видимо модель неудачная). У меня есть другой, но у него чувствительность только 100mV (5мГц, 10бит), так он намного лучше показывает. Эх, куплю наверно какой нибудь аналоговый Tektronix...

Добавлено через 19 минут
Audiomaniac Я помню вы меряли искажения своего усилителя https://forum.vegalab.ru/showthread....210#post320210, а вы не хотите их померять более точно предложенным мною методом ? И с разными шунтами ? Я могу расписать более подробно как это сделать.

[Audiomaniac]

Nick, можно конечно! Пишите метод.

[Ремонт-NIK]

Розовая линия - шунт 1мкф пленка К73 + электролит JAMICON SK 220u 35V

почему так мало?(220мкФ)
Поставьте 1000мкФ+2 по 1мкФ пленки.
А лучше 2200мкФ.

Offтопик:

Offтопик:
Из звука уйдет визгливость.он станет похож на аналоговый..

Я посмотрел Вашу печатку.электролиты далековато отстоят от пленки..и дорожки тонковаты.возможно из-за этого пик на графике смещен в район мГцев..

Это видимо связано с возникновением резонансов на определенных (зазвуковых) частотах между емкостями и индуктивностями самих конденсаторов и дорожек ПП. Каким образом эти ВЧ резонансы влияют на звуковой диапазон, не вполне понятно - наверное через интермоды.

Вы забыли кратковременные просадки напряжения питания в шинах питания.

Добавлено через 1 минуту
Кстати.как Вы измеряли импеданс шин?
Опишите условия измерений..

[Audiomaniac]

Кстати.как Вы измеряли импеданс шин?

Генератор и резистор к шине питания. Даем свип тон и смотрим зависимость падения напряжения на нем от частоты.

[Ремонт-NIK]

Генератор и резистор к шине питания. Даем свип тон и смотрим зависимость падения напряжения на нем от частоты.

Генератор промышленный? С выходом на 600 Ом?.Резистор-номинал?
БП и провода к нему.подключены/отключены во время измерений?
Т.е. измерения как я понимаю сделаны в отсутствие нагрузки?

[Nick]

Nick, можно конечно! Пишите метод.

Первым делом проверим идентичность каналов ADC, если они достаточно одинаковы, это немного всё упростит.
1. Соединяем выход левого (или правого) каналов со входами левого и правого и подключаем нагрузочный резистор для дака 2-4к (или какое там входное у усилителя).
2. Запускаем SPECTRAPLUS. Ставим генератор на 7кГц (ну или любую другую частоту) и смотрим спектр. Выставляем желаемый уровень сигнала и больше его не трогаем.
3. Запускаем SinGen.exe (нужно будет по одной на каждую гармонику) и выставляем амплитуду приблизительно равной 2-й гармонике и крутим фазу, добиваясь минимума 2-й гармоники по анализатору по одному из каналов. Потом крутим амплитуду немного, тоже добиваясь минимума. Потом опять немного фазу. Обычно этого уже достаточно чтобы убрать 2-ю гармонику до уровня шумов.
4. Делаем шаг 3 для 3,4,5 и.т.д. гармоник, в зависимости сколько нам нужно (я делал 10 для 1кГц и 6 для 7кГц).
5. Сравниваем входа двух каналов, насколько отличаются спектры левого и правого. А лучше печатаем это в .pdf используя бесплатный pdf принтер с http://www.dopdf.com .
Всё это должно показать предел, на что способен данный метод с данной звуковой картой.
Ну вот пока для начала всё.

[Audiomaniac]

Ремонт-NIK,

Генератор промышленный? С выходом на 600 Ом?.Резистор-номинал?
БП и провода к нему.подключены/отключены во время измерений?
Т.е. измерения как я понимаю сделаны в отсутствие нагрузки?

Да, все подключено, но питание не подано.
Генератор с выходным сопротивлением 50 ом, резистор - 2 ома.

Добавлено через 6 часов 28 минут
Неожиданно хороший субъективный результат дало убирание пленочных шунтов, т.е. оставил только 10000мкф и 220мкф

[Alex]

Розовая линия - шунт 1мкф пленка К73 + электролит JAMICON SK 220u 35V

А говорил ведь - юзайте "бутерброды" !

[Yury Novikov]

Неожиданно хороший субъективный результат дало убирание пленочных шунтов, т.е. оставил только 10000мкф и 220мкф

Почему неожиданный? Я, например, никогда не ставлю пленочные шунты, поскольку они только гадят.

[Nick]

К сожалению универсальные рекомендации неработают, в каждом случае нужно расчитывать по минимуму импеданса и добротности резонансов...

[Yury Novikov]

и добротности резонансов...

Вот это скорее. Знаю ставят шунты с последовательными резисторами в несколько ом (типа снабберов), чтобы ослабить добротность. Говорят помогает, я не пробовал, поскольку не понимаю зачем это, если вообще без шунтов звучит как правило лучше.

[Nick]

Вот это скорее. Знаю ставят шунты с последовательными резисторами в несколько ом (типа снабберов), чтобы ослабить добротность. Говорят помогает, я не пробовал, поскольку не понимаю зачем это, если вообще без шунтов звучит как правило лучше.

Минимум импеданса в цепях питания выходного каскада АВ, особенно когда эти цепи питания совмещенны с педыдущими каскадами - играет довольно большую роль.
Так как конденсатор в реалии представляет собой в первом приближении резистор конденсатор и индуктивность включенные последовательно, то естественно очень легко получить колебательный контур. Электролиты имеют достаточно большую индуктивность (10-50nH) то совместно с пленочным конденсатором они создают резонанс на довольно больших частотах, доп. резистором его можно уменьшить и в тоже время обеспечить относительно низкий импеданс на очень высоких частотах, там где из-за индуктивности электролитов они (электролиты) не работают. На сколько это важно зависит вероятно от схемы.

[Yury Novikov]

Спасибо конечно за пояснения, но я знаю механизм как это все работает. Я это сказал к тому, что не понимаю зачем, поскольку просто не вижу смысла выпускать усилитель на частоты на которых уже не работают электролиты. До 50 КГц работают практически любые электрлиты, лоуеср работают до 100, а хорошие и до 500 КГц. При этом я сторонник обрезания диапазона частот сверху на 50-70КГц фильтром на входе и емкостью в ООС (когда и если это необходимо). Без шунтов и с ограниченным диапазоном усилители звучат гораздо лучше. Нет в звуке выпирающих сибилянтов, как это получается с шунтами, вокал звучит мелодичнее и естественнее, и нет интермодов высоких порядков которые добавляют специфическую окраску (тс-с-с-с) к звучанию тарелок, трензелей и т.п. инструментов, свойственную дешевым усилителям. Я также и не сторонник увеличения скорости нарастания у усилителей выше 15-20в/мкс по аналогичным причинам, но это уже отдельная история.

[Nick]

Я это сказал к тому, что не понимаю зачем, поскольку просто не вижу смысла выпускать усилитель на частоты на которых уже не работают электролиты.

На какие частоты усилитель тут ни причём. Если он работает в АВ и имеет ООС, то нужно заботится и о высоких частотах на шинах питания, иначе возможно получим большие искажения. В АВ в шинах питания присутствует в основном выпрямленный входной сигнал, а он имеет длинный спектр. В общем из-за этого и необходим минимальный импеданс на ВЧ. Электролит же c 30nH имеет минимум 200mOhm на частоте 1mHz и около 1ома на 5-6 мГц. Если полоса действия ООС заходит за мегагерцы, то импеданс шин питания там должен быть минимальным, иначе всё это будет присутсвовать на входе первого каскада в очень большом количестве, так как глубина ООС на этих частотах очень маленькая. Если первый полюс усилителя делается не первым каскадом, то можно при этом получить много интермодуляционных искажений. Так что если правильно шунтировать на очень ВЧ (0.5-5мГц) то должно стать ещё лучше.

Добавлено через 2 минуты

и нет интермодов высоких порядков которые добавляют специфическую окраску

Если правильно спроектировать шунтирующие цепи, интермодов должно стать ещё меньше.

[Yury Novikov]

На какие частоты усилитель тут ни причём.

Как это не причем?

В общем все это верно (или почти все) но только чисто теоретически. А практически, не нужна ни ООС с широкополосностью в мегагерцы, ни частоты выходящие на частоты работы электроитов на шинах питания, ни "правильно спроектированные" шунты, и много еще чего не нужно. Возмите схему какого-нибудь хорошего, дорогого промышенного усилителя и найдите там все о чем вы пишете. В 99% процентах случае вы там не найдете никаких шунтов, со всеми вытекающими. И это не потому что на них секономили, просто они: а) нафиг не нужны, б) портят результат. Под результатом имеется ввиду звук усилителя, поскольку все остальное не результат и не цель. Компьютерные картинки с параметрами хороши чтоб их рассматривать на экране компьютера. Они мало связаны с итоговым звучанием аппарата и вообще никак не связаны с продавабельностью (применительно к промышленному изделию). Все усилители "Техникс" имели искажения с кучей нулей после запятой и чемпионские параметры (просто не усилители, а мечта компьютерного симуляторщика). И результат... ? А усилители Сансуй никогда не отличались суперпараметрами (они ими вообще не отличались). И...?

Или вот пример из более недавнего прошлого. Студийные усилители Краун серии Референс имели навороченейшие схемы с компенсацией искажений и настолько научно-фантастические параметры, что просто жуть. Результат? Звук их был также омерзителен, как высоки параметры. Ни один режиссер ни в одной студии так и не купил ни одного такого усилителя. И итоге за несколько лет их нахождения в программе производства их было продано что-то около 100 штук (толи идиоты какие купили, толи как образцы по шоу-румам разошлись). Сейчас с производства сняты.