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.

[Vlad Zhdanov]

Далее, допустимые токи пульсации в емкостях определяются, ИМХО, максимальной рассеиваемой активной мощностью (поэтому в даташитах ток зависит от температуры), т.е зависит от ESR, ESL конда.
Я полагаю, что есть некий конструктивный предел тока, выше которого кондёр отдать будет не в состоянии

Отдать он, скорее всего, в состоянии, просто это приведет к увеличению мощности рассеиваемой на конденсаторе, повышению температуры, вплоть до закипания и взрыву конденсатора. Производитель гарантирует что при данном токе, на заданной частоте, на будет происходить повышение температуры электролита выше заданного.

Данное наблюдение сделал на основе ряда даташитов, где при увеличении ёмкости сверх определённого предела допустимые токи не увеличиваются. , а значит имеют конструктивный предел.

Правильно, потому что данный параметр связан также с размерами(габаритами) конденсатора. Тепло надо отводить. Обратите внимание что лучший параметр, при одинаковых емкостях, получается не при большем диаметре или высоте конденсатора, а при большей площади.

[Gishu]

Господа, может это уже обсуждалось и беседа зашла в профессиональном плане гораздо дальше.... Но никто не думал о том, что, восприимчивость к пульсациям по причине того, что все каскады, включая входной питаются от этого самого пульсирующего напряжения? Ведь там нет даже минимальной развязки.

[Sagittarius]

микросхемный усилитель можно перевести в класс А одним резистором.

Должен быть для 3886 предусмотрен внешний программирующий резик. Не в цепи ли МЬЮТ, случаем?

[AS79]

Ведь идея применения интегратора - сделать еще и УПТ.

Дык, в любом интеграторе конденсатор, по сути проходной

Чтоб и УПТ и не мешал, можно так.

[sia_2]

Чтоб и УПТ и не мешал, можно так.

Проще грамотно выбрать все импедансы цепей, поставить балансировку, и не париться с интегратором. Входной ток у 318 намного меньше, чем у LT1363 или LM6171, чем он, собственно и хорош в подобных применениях, а баланс можно совместить с "подфорсированием" его режима. На остаточное смещение в единицы милливольт можно спокойно забить.

[Sagittarius]

восприимчивость к пульсациям по причине того, что все каскады, включая входной питаются от этого самого пульсирующего напряжения?

Пардон. Судя по схеме, есть резик 1 кОм последовательно с диодами, создающими опорное напряжение для генератора тока дифкаскада. Хотя на нём возможно падение напряжения пульсаций при протекании тока МЬЮТ, токи всех каскадов в 3886 жёстко заданы ИСТ (парные колечки ) слева вверху, задающим ток эмиттера того же транзистора ГТ эмиттеров дифкаскада, и изменению извне - ни резиками, ни пульсациями - не подлежат.

[Audiomaniac]

Sagittarius, хотите сказать, что пульсации питания не влияют на УН?

[MadAleks]

Отдать он, скорее всего, в состоянии...

Правильно, потому что данный параметр связан также с размерами(габаритами) конденсатора. Тепло надо отводить. Обратите внимание что лучший параметр, при одинаковых емкостях, получается не при большем диаметре или высоте конденсатора, а при большей площади.

Влад, по моим наблюдениям, даже при одинаковых размерах но, скажем, разных допустимых напряжениях
токи разные, то есть наличиствует ограничение, связанное с конструкцией выводов и т.п.
Есть, кстати кондёры с дыркой внутри

И вообще, а чего это мы оффтопим тута!?

[Gishu]

(парные колечки )

На сколько идеальны "колечки"?

[ИГВИН]

Offтопик:
AS79, спасибо! Как-то я про эту схему подзабыл.

[Gishu]

Чтоб и УПТ и не мешал, можно так.

Моделирование показывает пик в 29дБ на 45кГц.
И вообще, что-то я не очень понимаю смысла данной схемы, ИМХО, интегратор здесь вообще никак не действует.

[Balbes3]

Вот более правильные картинки, импульс виден сначала.

А вот кретинский вопрос: а где меряли?

Интересно, что на выходе предваретельного ОУ и усилителя при подаче на вход прямоугольного импульса так, чтобы амплитуда на выходе была 95% от максимума и скорость нарастания импульса на входе была максимально достижимая в домашних условиях (у тебя теперь 4 луча есть, надо пользоваться .

[Nick]

А вот кретинский вопрос: а где меряли?

Интересно, что на выходе предваретельного ОУ и усилителя при подаче на вход прямоугольного импульса так, чтобы амплитуда на выходе была 95% от максимума и скорость нарастания импульса на входе была максимально достижимая в домашних условиях (у тебя теперь 4 луча есть, надо пользоваться .

https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...postcount=1424

Добавлено через 16 минут

"Стаб как раз больше шунтирует ипеданс вызванный самой ёмкостью."

Поясните. Либо Вы неверно поняли, мою фразу, либо я Вашу.

Имелось ввиду, что не ESR, а С.

Добавлено через 4 минуты

Ник, если не трудно, забросте осцилограммы токов нагрузки и питания, уж очень занятно посмотреть снятое на хорошем приборе - буду очень признателен!

Сниму позже, для новой версии. Выложу со стабилизатором и без для усилителя. Пока можете посмотреть для прямоугольников снятых с помощью мосфета и 4ома вместо усилителя.
https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...postcount=1420
https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...postcount=1435
https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...postcount=1424

[Balbes3]

Понятно.

Мои 2 цента.

Ну, проседает питание чуть, мелкий дребезг. So what? Нужно же смотреть, что на выходе и как система справляется с погрешностями питания. Если справляется -- то ура и по барабану питание, а вот если не справляется, тогда и надо чинить -- но, опять же, не только и не обязательно питание само по себе, а PSRR тоже (и это может быть существенно проще и дешевле, чем добиваться идеального питания, что есть задача практически неразрешимая. Закон Ома никто не отменял, миллиом сопротивления там и сям всяко набежит, паразитные индуктивности побороть тоже навряд ли получится, посему минимум милливольты дребезга по питанию неизбежны).

Так что хотелось бы оценить PSRR и посмотреть отклик на импульс.

Опять же, немножко не в тему. Одной из задач скрещивания очень хорошего ОУ на входе с не бог весть каким УМ на выходе является ослабление требований к УМ, в том числе требований к качеству питания УМ. Если без идеального питания система не работает, то мы делаем что-то не то.

Т.е. я бы рекомендовал в первую очередьд начать с изучения и улучшения PSRR и выжать там все, что возможно, а уж потом смотреть, что нужно от питания.

[Nick]

Т.е. я бы рекомендовал в первую очередьд начать с изучения и улучшения PSRR и выжать там все, что возможно, а уж потом смотреть, что нужно от питания.

Дело в том, что улучшить PSRR самой по себе LM3886 не представляется возможным. Да, включение доп. ОУ улучшает PSRR всего усилителя, и чтобы максимизировать этот эффект, доп. ОУ можно запитать от отдельного высокостабильного источника. Но делая высокостабильным питание и для LM3886 мы тоже можем улучшить например искажения на ВЧ. Второй плюс который может быть связан с уменьшение индуктивности источника питания LM3886 это уменьшение помех (индуктивная связь) которые обычно исходят от БП и проводов питания. Так что лучше наверно сделать всё по максимуму и посмотреть, что это даст

Добавлено через 3 минуты
Кстати пульсации питания усилителя под нагрузкой я смотрел, они были около -120дБ (120гЦ, 180гЦ ещё меньше, дальше невидно было). Это довольно мало, поэтому незнаю как мы можем это слышать.

[Balbes3]

ОУ питать от высокостабильного источника просто необходимо (не столь важна стабильность, сколько развязка от грязного питания УМ -- ПОС по питанию может сильно испортить жизнь; зачем создавать сложные проблемы там, где существует простое и дешевое решение?). Ну то есть мне так кааца.

А если PSRR действительно -120дБ и settle time меньше, скажем, 10 мкс, мне тогда не очень понятно, за что идет жестокая битва. Ну просело питание на 1В при 10В на выходе (2.5А при 4-омной нагрузке, 0.4 ома по питанию, что есть питание, сделанное на коленке за 5 минут) -- ну и фиг с ним, на выходе ошибка 1В * -120дБ = 1мкВ, -140дБ по отношению к 10В. "Что же тебе, собака, еще нужно?", как спрашивал Иван Грозный у Шурика-изобретателя. Т.е. если это действительно так, нужно выпить пива и расслабиться.

А в тему почему TL431 лучше конденсатора с резистором -- потому, что TL431 стОит меньше к-ра и работает на 3 порядка лучше, в особенности на частотах меньше 1кГц. Т.е. 100Гц составляющую после TL431+LM317 нужно под микроскопом искать. Transient response также сильно улучшается.

[MadAleks]

https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...postcount=1424

Добавлено через 16 минут
Имелось ввиду, что не ESR, а С.

Добавлено через 4 минуты
Сниму позже, для новой версии. Выложу со стабилизатором и без для усилителя. Пока можете посмотреть для прямоугольников снятых с помощью мосфета и 4ома вместо усилителя.
https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...postcount=1420
https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...postcount=1435
https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...postcount=1424

Спасибо Ник, я уже это посмотрел, кстати очень показательна работа стаба. А что за иголки на фронтах - наводка, или они имеют место быть в питании?

Добавлено через 12 минут

Т.е. если это действительно так, нужно выпить пива и расслабиться.

А в тему почему TL431 лучше конденсатора с резистором -- потому, что TL431 стОит меньше к-ра и работает на 3 порядка лучше, в особенности на частотах меньше 1кГц. Т.е. 100Гц составляющую после TL431+LM317 нужно под микроскопом искать. Transient response также сильно улучшается.

Ну если выпить пива... не надо совсем с питанием мучиться . А вот TL-ку придётся всё равно шунтировать, так как на ВЧ у неё полюс -7 кГц.
Но на НЧ - без копромиссов, тут Вы правы на 100%
Пока писал пост - глянул DS на TL1431 от Техаса, выходное сопротивление - полка почти до 50 кГц, приемлемо работает даже до 100 кГц, так что не все йогурты...

[Nick]

А что за иголки на фронтах - наводка, или они имеют место быть в питании?

Это из-за индуктивности дорожек и конденсаторов (~15nH). Ширина около 1uS.

[Balbes3]

В приведенной схеме (обратите, кстати, внимание на два отличия от схемы в datasheet*е -- они существенны) шунтировать ничего не получится. Там же TL431 работает отнюдь не источником опорного напряжения, а вовсе даже усилителем ошибки. Шунтирование приведет к устойчивому самовозбуждению (или я не понял, как именно Вы это собираетесь делать; примите извинения, если что не так).

Вот, кстати, потаращился я внимательно на http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf целых секунд, наверное, 30, и ничего страшного на 7кГц мне в глаза не бросилось. Не затруднит ткнуть лентяя (меня то есть) носом, куда смотреть? Может, мы разные datasheet*ы смотрим? Все-таки со времени создания TL431 много воды утекло.

[Nick]

Там же TL431 работает отнюдь не источником

К сожалению нет под рукой TL431, буду в ближайшее время чего нибудь покупать, куплю и его. Думаю что всё будет не хуже, кроме выбросов на прямоугольнике (Transient response), они не зря привели в даташите графики для ёмкости в ADJ 0мкф и 1мкф. 1мкф играет роль чатотной коррекции совместно с резисторами. Если его сделать больше или меньше, то реакция становится хуже. Поэтому я поставил 2 ёмкости, 1мкф коррекция на ВЧ, и 270uF через резистор 100-150ом для сохранения низкого импеданса на НЧ. В такой конфигурации наблюдается постоянный минимум импеданса, вплодь до едениц герц (дальше я не проверял) и его уже задают дорожки, а не стабилизатор.