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]

Вот наложил друг на друга, может так наглядней как фаза крутится.
Глубая - выход усилителя.
Красная на выходе U1 при 1оме нагрузки.
Зелёная на выходе U1 без нагрузки.

[32768]

Интересно что двигается фаза. Причём не видно на картинках, в живую она при включении нагрузки двигается 2-3сек(!), видимо из-за нагрева кристала LM3886. Вот они тепловые искажения !

А если нагрузка все время подключена?
после подачи синуса на вход - фаза тоже ползет 3 секунды?

[Nick]

Сергей, вот что в минусе питания в тех же условиях. Это с лабораторным стабизиатором и довольно длинными проводами. Ёмкость на плате 1500мк и довольно далеко от LM3886. Небольшой всплеск вниз видимо из-за индуктивности, а потом локальная ёмкость заряжается.

А вот 4 очень тоненькие, едва заметные иголки - это какие-то наводки, я их вижу даже если щуп посадить на землю усилителя и даже не подавать входной сигнал. Хотя если полностью отсоеденить щуп и землю осцилографа от земли усилителя они пропадают, видимо какие-то токи поземле. Эти же наводки есть и на графиках искажений, но на них не стоит обращать внимания.

[Nick]

А если нагрузка все время подключена?
после подачи синуса на вход - фаза тоже ползет 3 секунды?

Не она отползает и останавливается как на картинке. Просто отползает 2-3 сек. Т.е. это вероятно происходит пока кристалл LM3886 нагревается.
После подачи тоже ползёт, когда с нагрузкой.

[32768]

Не она отползает и останавливается как на картинке. Просто отползает 2-3 сек. Т.е. это вероятно происходит пока кристалл LM3886 нагревается.
После подачи тоже ползёт, когда с нагрузкой.

понятно что не все время
но совершенно не понятно как ей удается на 20 микросекунд уползти!

[Nick]

понятно что не все время
но совершенно не понятно как ей удается на 20 микросекунд уползти!

Не, ну это же не на выходе , это в разностном сигнале. Реально она скорее всего у LM3886 на десятки - сотни наносекунд всего лишь двигается. В принципе можно посчитать точно или, что проще, промоделировать.

[32768]

Не, ну это же не на выходе , это в разностном сигнале. Реально она скорее всего у LM3886 на десятки - сотни наносекунд всего лишь двигается. В принципе можно посчитать точно или, что проще, промоделировать.

понятно что не на входе (я и советовал смотреть на этом выходе, как в микроскоп )
Десятки-сотни нан - поменяют амплитуду пропорционально сдвигу фаз, но фазу разности сигналов оставят на месте. Она слабо меняется как cos вблизи 1.

Сигнал приходит на плюс вход LM3886 - как же он может съезжать на 20 мкс?

[Nick]

поменяют амплитуду пропорционально сдвигу фаз

Да фаза не должна менятся, но только в том случае если разница фаз между входным и выходным сигналом больше 180 градусов. Если она станет меньше, то произойдёт скачок на 180 градусов в суммирующей точке. Из амплитуды потом можно вычислить разность фаз, а из фазы сигнала в суммирующей точке, в какую сторону эта разница от 180 градусов (т.е. например 179 или 181). Поэтому фаза должна не плыть плавно - должна уменьшатся амплитуда до нуля, а потом увеличиваться но с другой фазой как на первой картинке.

Но это только в случае если вычитание происходит полностью, т.е. делитель подобран идеально, если это не так то будет немного по другому. А именно вначале будет менятся амплитуда, потом когда на станет маленькой и соизмеримой с напряжением из-за разброса делителя, начнёт менятся фаза, плавно. Амплитуда при этом меняется очень слабо. Потом когда фаза поменяется на почти на 180 градусов опять начнёт сильно расти амплитуда. Как на второй картинке. Т.е. так как у меня делитель подобран не идеально и C6 вносит запаздывание во входной сигнал, так что разность фаз может стать меньше 180 градусов, именно это и происходит. При этом реально фаза на выходе LM3886 может менятся на доли градусов.

[Nick]

Да, я посмотрел, именно так и происходит, как на второй картинке. По симуляции можно очень легко определить реальный сдвиг фаз и точность делителя или посчитать. Незнаю правда зачем

[Alex Nikitin]

Nick, скоро там твой 3501 появится? Я тут настроил в своём генератор, так на средних частотах после прогрева гармоник вообще не видно - меньше -120 дБ. Надо картой и софтом обзаводиться на 384 кГц (или хотя бы 192кГц) и 24 бита. Смотрю вот на новый АЦП от TI - PCM4222. Они за полторы сотни долларов продают плату с ним...

http://www.ti-estore.com/Merchant2/m...ode=PCM4222EVM

А вот мои последние результаты:

https://forum.vegalab.ru/showthread....766#post360766

Алексей

P.S. - вот так примерно на 2 кГц спектр теперь выглядит:

[Nick]

Nick, скоро там твой 3501 появится? Я тут настроил в своём генератор, так на средних частотах после прогрева гармоник вообще не видно - меньше -120 дБ. Надо картой и софтом обзаводиться на 384 кГц (или хотя бы 192кГц) и 24 бита. Смотрю вот на новый АЦП от TI - PCM4222. Они за полторы сотни долларов продают плату с ним...

http://www.ti-estore.com/Merchant2/m...ode=PCM4222EVM

А вот мои последние результаты:

https://forum.vegalab.ru/showthread....766#post360766

Алексей

Графики мне очень нравятся ! Придёт думаю на этой неделе, жду...
Насчёт платы это очень интересно (если она будет лучше моей карты), а драйвера как ?

Добавлено через 3 минуты
У меня кстати, что EMU0202, что Indigo 192кГц поддерживают. Незнаю только как искажения и шумы у ADC на этой чатоте.

[Alex Nikitin]

а драйвера как ?

До 96 кГц мне драйвера не нужны - подключу по SPDIF. А вот для более высоких частот придётся что-то придумывать.

Алексей

P.S. - а у Вас так вообще никаких проблем, по цифре можно и до 192-х, я думаю. Это моя старушка только 96 может.

Алексей

[Nick]

До 96 кГц мне драйвера не нужны - подключу по SPDIF.

Хотелось бы конечно 192кГц, особенно если хар-ки позволяют. С полосой 80кГц мерять это было бы очень хорошо !

Добавлено через 2 минуты

Offтопик:

P.S. - а у Вас так вообще никаких проблем

Можно на ты

Добавлено через 3 минуты
Вообщем посмотрю на этот АDC (помоему ещё Bob Cordell что то писал, что это самый навороченный на сегодняшний день, если память неизменяет). Если что, то купить то вообщем не проблема.

[MadAleks]

Я тут настроил в своём генератор, так на средних частотах после прогрева гармоник вообще не видно - меньше -120 дБ. Надо картой и софтом обзаводиться на 384 кГц (или хотя бы 192кГц) и 24 бита. Смотрю вот на новый АЦП от TI - PCM4222. Они за полторы сотни долларов продают плату с ним...

А вот мои последние результаты:

Мдя, красиво... . А на частотах повыше, скажем, 5 кГц, или 10?
А Платка хороша для своего ценника, и ОУ занятные стоят.

Offтопик:
Только картинку в даташите на ОУ несколько портят графики THD vs Vout

Ник, я полагаю, цепи коррекции в последней версии будут дополнительно подгоняться при монтаже на печатке? Поясните, pls, назначение цепочек R35 C32 и C26 R29.

[Nick]

Ник, я полагаю, цепи коррекции в последней версии будут дополнительно подгоняться при монтаже на печатке?

Всё довольно не критичное, я пробовал менять практически всё на ближайшие номиналы, разницы не увидел. Моделировал с учётом индуктивности монтажа и без, разницы практически нет. Единственное, возможно, исключение это С6, желательно подбирать, хотя я пробовал менять ОУ с LT1363 на LM318 и изменять его не понадобилось. Возможно будет зависить от экземпляра LM3886.
Думаю кстати, что С6 главное достоинство этого варианта (Rev. D), так как существенно уменьшает напряжение на выходе U1, и тем самым должны снизиться искажения на ВЧ.

Поясните, pls, назначение цепочек R35 C32 и C26 R29.

Это для уменьшения коэф. передачи ОС там где она не работает. Поидее зачем напрягать усилитель сигналом для которого он не предназначен. Таким образом уменьшается уровень очень ВЧ (больше 20мГц) сигнала на входах ОУ. В принципе можно не ставить.

Добавлено через 18 минут

(я и советовал смотреть на этом выходе, как в микроскоп )

Кстати если сделать коэф. передачи цепи ОС для U1 и U2 абсолютно одинаковый, как было в предыдущих версиях, то искажения на ВЧ разглядеть практически нельзя, так как очень большой по амплитуде полезный сигнал на выходе U1. Только делая коэф. передачи OC для U1 более менее равному единица делённая на коэф. усиления усилителя U2 (LM3886) с замкнутой его ОС, можно добится компенсации полезного сигнала и выделить искажения.

Offтопик:
1000-й пост!

[Ale]

Offтопик:

1000-й пост!

И всё - по делу! Не то, что некоторые (эт я про себя etc...)

Мдя... LT1083... 462 руб... зато вроде есть в Митраконе...

[Nick]

Мдя... LT1083

Заказал LM338, намного дешевле. Попробую, по идее кроме как то, что необходимо больше падение на них, недостатков не увидел. Стоят $2-3.

[sia_2]

Не, ну это же не на выходе , это в разностном сигнале. Реально она скорее всего у LM3886 на десятки - сотни наносекунд всего лишь двигается. В принципе можно посчитать точно или, что проще, промоделировать.

С прогревом у 3886 изменяется не столько сдвиг фазы, сколько произведение усиления на полосу. Причина проста - емкости Миллеровско-Блумлейновской коррекции внутри кристалла от температуры почти не зависят, а крутизна входа при прогреве садится - растут и сопротивления эмиттерных резисторов, и дифференциальное, т.к. ток ДК там примерно постоянен. Изменение h21э практически не играет роли - внутренние ООС в 3886 достаточно глубоки.
Поэтому просто мост разбалансируется и не более того.

[Nick]

Поэтому просто мост разбалансируется и не более того.

Я тоже так подумал, что смысла на этом заострять внимания нет, так как эти изменения очень малы, и мало того они будут компенсированы доп. ОУ (LT1363). Другое дело что это показывает, что нет особого смысла настраивать мост точнее, всё равно уйдёт

[Ale]

Боюсь только, что за 2..3$ LM338 будет не в TO-3.