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]

Ремонт-NIK , примерно так?

[Nick]

Ремонт-NIK , примерно так?

Таким образом никакого постоянства импеданса небудет. На 60гЦ он будет около 0.3ома, а на 1кГц 0.15ома, и только на ВЧ ёмкости будут шунтировать это до 0.04-0.05ома. Зато это добавит чётных гармоник
Землю для нагрузки так делать неправильно, нужно брать отдельным проводом из общей точки, ООС следит за этой точкой, так как именно туда подключен неинверсный вход LM (возможно его подключение сделать лучше отдельной дорожкой). Из-за ёмкостей 470uF в вашем случае может течь ток с большими искажения по возвратному проводу нагрузки, он будет создавать падение напряжения на нём, которое будет ссумироваться с напряжением в нагрузку. Величина этого эффекта может быть небольшой, но так делать неправильно.
Ну и непонятно зачем земляные 0.33 ома.

[Nikolav]

Землю для нагрузки так делать неправильно

Я бы даже сказал бездарно.

Таким образом никакого постоянства импеданса небудет. На 60гЦ он будет около 0.3ома, а на 1кГц 0.15ома, и только на ВЧ ёмкости будут шунтировать это до 0.04-0.05ома.

Как добиться постоянство импеданса шин питания я вообще не знаю. Он всегда на НЧ и ВЧ выше будет по сравнению с 1кГц. На НЧ за счёт ёмкостной составляющей, на ВЧ за счёт индуктивной.

Таким образом никакого постоянства импеданса небудет. На 60гЦ он будет около 0.3ома, а на 1кГц 0.15ома, и только на ВЧ ёмкости будут шунтировать это до 0.04-0.05ома. Зато это добавит чётных гармоник

Nick, каким образом непостоянства импеданса шин питания влияет на спектр? Что-то не соображу...

[Nick]

Как добиться постоянство импеданса шин питания я вообще не знаю. Он всегда на НЧ и ВЧ выше будет по сравнению с 1кГц. На НЧ за счёт ёмкостной составляющей, на ВЧ за счёт индуктивной.

Я тоже, это Ремонт-NIK считает что это нужно, и советует 0.33 ома . Без резисторов 0.33ома у Audiomaniac-a, импеданс на НЧ и СЧ тоже будет ниже. Хотя со стабилизатором, будет ещё более низкий импеданс.

Добавлено через 1 минуту

Nick, каким образом непостоянства импеданса шин питания влияет на спектр?

Я непонятно наверное выразился. Влияет не постоянство, а просто высокий импеданс питания. В шинах питания АВ преобладают чётные гармоники (особенно вторая).

[Audiomaniac]

Nick, честно говоря, мне тоже не очень понятна идеология.. Нарисовал, чтобы убедиться, что правильно уяснил мысль автора.. Резисторы 0.33 ома для того, чтобы пульсации питания не замыкались через шунт у лмки? Хм, конденсатор 470 мкф имеет на частоте 100 гц сопротивление около 3 Ом, и непонятно, каким образом резистор 0.33 ома может существенно повлиять на величину тока пульсаций через этот кондер? ;)
Кстати, седня проводил опыты в целях углядеть неравномерности импеданса шунтов питания в звуковом диапазоне с помощью обычного шнурка для измерения импеданса АС. Прокалибровал ЛСПЛАб по резистору 0.33 ома - и вперед. Никаких неравномерностей (кроме естественного для конденсатора уменьшение сопротивления с ростом частоты) углядеть не удалось, никаких локальных горбов, и др. аномалий, даже с пленочными шунтами 1 мкф. Вообще не удалось увидеть разницу между кривыми импеданса для варианта "с пленочным шунтом" и "без пленочного шунта". В то же время как мы знаем, звук в этих вариантах совершенно разный.
Сам метод измерения работает правильно, так как разницу между лоу еср и не лоу еср электролитами одной емкости и одного размера показывает четко.
Напрашивается вывод, что характер импеданса даже где-то за пределами ЗЧ влияет непосредственно на звучание. Интересно было бы померять звуковой картой, которая умеет 192 кгц.
Все-таки пока что придерживаюсь мысли, что надо обеспечить минимальный импеданс шин питания в звуковом диапазоне, особенно на ВЧ.
В этих целях - хорошие лоу еср электролиты большой емкости рядом с лмкой, можно даже параллельно несколько штук.
По крайней мере разница между одним электролитом на 220 мкф и двумя на 220 мкф слышна настолько отчетливо, что даже непонятно, каков механизм. Ведь буквально в 3х см. стоят здоровые банки с ровным до 20к импедансом. Неужели решающее значение имеют эти 3 см медной дорожки шириной 5мм (от лапы лмки до большой банки)?

[Nick]

Напрашивается вывод, что характер импеданса даже где-то за пределами ЗЧ влияет непосредственно на звучание.

Это вполне может быть, об этом уже писали тут Сергей Агеев и Nikolav. Это происходит вероятно из-за "перегрузки" входных каскадов ВЧ (сверх ЗЧ) сигналом.

Добавлено через 4 минуты

По крайней мере разница между одним электролитом на 220 мкф и двумя на 220 мкф слышна настолько отчетливо, что даже непонятно, каков механизм.

Думаю из-за шунтирования на ВЧ и очень ВЧ. Индуктивность ведь уменьшается тоже, почти в 2 раза, а она влияет сильно после 100kHz.

Добавлено через 2 минуты

Ведь буквально в 3х см. стоят здоровые банки с ровным до 20к импедансом.

У них большая индуктивность...

Добавлено через 4 минуты

Все-таки пока что придерживаюсь мысли, что надо обеспечить минимальный импеданс шин питания в звуковом диапазоне, особенно на ВЧ.

Думаю очень важно обеспечить очень низкий импеданс там где подавление пульсаций питания невысокое (начиная со 100гЦ), вплодь до частот полосы действия ООС (1MhZ) и даже возможно выше. Об этом неоднократно говорил С.Агеев. Причём по моим прикидкам наиболее важный участок 10кГц-1MГц.

[Audiomaniac]

Nick,

Думаю из-за шунтирования на ВЧ и очень ВЧ. Индуктивность ведь уменьшается тоже, почти в 2 раза, а она влияет сильно после 100kHz.

В то же время, одна-единственная посредственная баночка самсунг ssl 1000мкф на 35В вместо этих двух (и даже 3х) джамиконов на 220мкф дает точно такой же звук, хороший.. Видимо не только и не столько в индуктивности дело.

[Nick]

Nick,
В то же время, одна-единственная посредственная баночка самсунг ssl 1000мкф на 35В вместо этих двух (и даже 3х) джамиконов на 220мкф дает точно такой же звук, хороший.. Видимо не только и не столько в индуктивности дело.

Давайте посчитанем импеданс на 10 и 40кГц. Какой ESR у ваших конденсаторов, Jamicon, Samsung и те что на 10000uF ?

Добавлено через 1 минуту

Видимо не только и не столько в индуктивности дело.

Может и нет, а может и да, но только в индуктивности тех что 10000uF. Было бы неплохо её знать.

[Sagittarius]

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

Нет, не мог бы. Колебания или выбросы на меандре указывают или на наличие колебательных контуров - а откель они там? все ОК должны быть шунтированы? - или на работу ООС. Правильная сборка подразумевает раздельное питание УН и ВК и автоматический разрыв паразитной петли ООС. Это элементарно. Принцип предварительного исполнения: убери грабли заранее.

[Nick]

Неужели решающее значение имеют эти 3 см медной дорожки шириной 5мм (от лапы лмки до большой банки)?

Это легко проверить, поставьте два Jamicon прямо на 10000uF

Добавлено через 5 минут

Давайте посчитанем импеданс на 10

У идеального конденсатора на 10kHz
220uF - 0.072
440uF - 0.036
1000uF -0.016
Осталось узнать ESR и ESL тех что 10000uF для грубой оценки...

[Sagittarius]

Но по-моему нестоит сильно заморачиваться по этому поводу, так как на звуковом сигнале (синусе 20кГц) это не проявляется.

Дык, ты ж видишь, что при синусоидальном входном/выходном по питанию идут чётные гармоники. Не токмо одна вторая - это я в спешке ошибся.

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.

Нужно понимать, это НИ -90. И без того ведь немало? А вот ИМИ?

[Nick]

Нужно понимать, это НИ -90. И без того ведь немало? А вот ИМИ?

Помоему ИМИ будут ниже, но я подумаю...

[Sagittarius]

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.

Тое: ставьте, дети, ППК - будете здоровы.

[Nick]

Тое: ставьте, дети, ППК - будете здоровы.

Это нужно когда используется очень быстрый ОУ. У меня для этих целей (и не только) стоит 1pF в ООС этого ОУ. Плюс в новой версии добвится резистор последовательно с конденсатором 10pF который в цепи ООС. Это не ППК в том виде как вы знаете и влияет только выше действия ООС. Именно так и сделано в СЛ.

[Nikolav]

Думаю из-за шунтирования на ВЧ и очень ВЧ. Индуктивность ведь уменьшается тоже, почти в 2 раза, а она влияет сильно после 100kHz.

Вот из другой ветки. Там Речь шла о том, что лучше один конденсатор большой ёмкости, или горстка маленьких.

не так давно мерил некоторые типы электролитов током 1А с dI/dt~30A/uS:
....
RIFA РЕН200 просто нормальные конденсаторы и всё, 22000/40 9мОм 12нГн, 10шт Samsung KH 16x35 2200u/50V=20mOhm 17nHn даст выигрышь по ESR в 4.5 раза, но проигрышь по ESL в полтора

Итого
RIFA PEH200 22000/40 9мОм 12нГн
Samsung KH 16x35 2200u/50V=20mOhm 17nHn
Соединяем 10 самсунгов параллельно, откуда проигрышь по ESL?
Получим в такой связке самсунгов 22000мкФ, 2мОм, 1.7нГн.
Выигрыш по всем параметрам в пользу грозди гнусмасов.
Или не так?

параллелить пробовал только 5 USSR K53-24 20x42 2200u/63V=15mOhm 48nHn получил около 3мОм, а ESL мерить не стал, так как увидел тот же уровень рингинга, как и у одного, или близко, думать некогда было почему, но возможно и проводники удлинились, это аксиал корпус и увеличилась добротность контура ESL_ESR_Cконструкции. Надо бы акуратно те самсунги напараллелить и кроме величины выбросов ESL всей пачки померить.

У меня тоже была подобная ситуация, при запараллеливании конденсаторов ESR уменьшалась, а ESL практически нет. Правда, измерения делал соединяя не плоской шиной, а максимально коротким круглым проводом 2мм^2.

Один из параметров, определяющий импульсную характеристику, и есть паразитная индуктивность. При параллельном соединении мы ее уменьшаем. Единственно, там величины - наногенри, т.е. проводники, соединяющие гроздь конденсаторов в параллель, могут легко добавить ту же величину ESL, если не больше, на которую мы ее уменьшаем

[Sagittarius]

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

Гребу в обратную. Я на такую "технику", как ЛМ3886, даташитов не читаю. По выбросам - проблемное плечо угадано правильно. Как показывают былые заморочки с К157УД1, а там - тоже такая схемотехника ВК, с "квази" - ещё хужее . Сравни: квази-качественный, Квази-модо .

Добавлено через 5 минут

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

Вложение 25267

Вот, это - инженерный подход!

[Audiomaniac]

Sagittarius,

Гребу в обратную. Я на такую "технику", как ЛМ3886, даташитов не читаю

Ну прости, я ж не знал..

[Nick]

У меня тоже была подобная ситуация, при запараллеливании конденсаторов ESR уменьшалась, а ESL практически нет.

Нужно соединять микрополосковыми линиями, у них индуктивность меньше. Именно так нужно делать используя двухстороннию плату, т.е. с одной стороны земля, с другой питание.

[ИГВИН]

Это происходит вероятно из-за "перегрузки" входных каскадов ВЧ (сверх ЗЧ) сигналом.

Нет, в безосных усилителях та же картина.
Пока нет нормального шунтирования, звук плох, вял, или при ошибочном резок и неприятен.

Добавлено через 1 минуту

У них большая индуктивность...

Какая ориентировочно?
======
Ниже прочитал цитату Эх, залужу...

[Sagittarius]

Пожалуй, что да. Совсем без шунтов - тухлятина.



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... ;)

Как склоняется слово "жжот"? В общем, мочи так и дальше .

Но кэп тут мало полезен. По моим данным, свыше 1 мкФ керамики/плёнки достаточно, чтоб об ЭПИ забыть навсегда. Это получено с генератором меандра и осциллом.