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]

Насчёт "+" под "-" - не совсем так, думаю. И тот и другой должны быть над земляным полигоном, потому что ток возвращается по "земле", а не по противоположному полюсу.

Не, тут как раз важно именно + и -, так как они в сумме дают неискажённый сигнал. В идеале лучше конечно земля, +, -, земля. Всё одинаковой формы.

Добавлено через 2 минуты

В материнке не борятся за нолики после запятой.

Чтоб были нолики после запятой, нужно что это всё имело как можно меньшую индуктивность, тогда будет меньше наводится, а это как раз сейчас и есть главная проблема.

Добавлено через 5 минут

В сложной схеме, да еще в двух слоях, звезда мне кажется более предпочтительной.

Вообще одно другому не мешает, у меня в Ревизии С есть и полигоны и звезда https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...&postcount=259. Просто нужно смотреть, где чего больше подходит. В 4 слоях звезда у меня тоже останется, только добавятся ещё полигонов.

Кстати ревизия С хорошо в общем разведена, только надо питание немного поменять и добавить деталей под ревизию Д и будет гуд для 2-х слойки.

[MadAleks]

Не, тут как раз важно именно + и -, так как они в сумме дают неискажённый сигнал. В идеале лучше конечно земля, +, -, земля. Всё одинаковой формы.

...нужно что это всё имело как можно меньшую индуктивность, тогда будет меньше наводится

Вообще одно другому не мешает, у меня в Ревизии С есть и полигоны и звезда
Просто нужно смотреть, где чего больше подходит

В том-то и дело, когда "+" над земляным полигоном с текущим по оному возвратным током индуктивность минимальна. Об этом написано в техасовской доке по проектированию питания - просто и понятно. А насчёт звезды/общего полигона, думаю надо ориентироватся по конкретному случаю - какой где ток бежит, куда его надо направить, и как отвязать эти токи друг от друга.
Может где-то будет выгодна "звезда на звезде", и т.п....
Над этим и трудимся

[Nick]

В том-то и дело, когда "+" над земляным полигоном с текущим по оному возвратным током индуктивность минимальна. Об этом написано в техасовской доке по проектированию питания - просто и понятно.

Так как я говорю, будет лучше, потому что кроме того, что индуктивность будет тоже ниже (между + и -, а это как раз нам в первую очередь и надо), наводка от такой конструкции не будет содержать гармоники от выходного сигнала. По этому поводу нужно смотреть аппноты для мощных усилителей AB, а не общие тезисы по питанию.

Добавлено через 13 минут

А насчёт звезды/общего полигона, думаю надо ориентироватся по конкретному случаю - какой где ток бежит, куда его надо направить, и как отвязать эти токи друг от друга.
Может где-то будет выгодна "звезда на звезде", и т.п....

Те кто делает звезда на звезде очень часто забывают, что провод соединяющий эти звёзды, сигнальный, мало того - это провод ОС. Если делать его длинным и/или проходящим рядом с силовым питанием, то искажения будут не маленькие. Поэтому вести этот провод к большим банкам и оттуда брать землю нагрузки - совсем плохое решение.

[Audiomaniac]

Поскольку выяснилось, что выход у звуковухи куда хуже чем вход, я на нагенерил синусов в саундфорже (без дизера), записал на болванку и замерил THD на некоторых частотах, подавая сигнал с сидюка.

Вот что вышло:

Вход:

Hz THD%
100 0.0025
1000 0.0016
4000 0.0017
10k 0.0013


Выход: 12VRMS@4Ohm

Hz THD%
100 0.0033 (0.0033-0.0025=0.0008)
1000 0.0032 (0.0032-0.0016=0.0016)
4000 0.0072 (0.0072-0.0017=0.0055)
10k 0.01 (0.0100-0.0013=0.0087)

[Nick]

100 0.0033 (0.0033-0.0025=0.0008)
1000 0.0032 (0.0032-0.0016=0.0016)
4000 0.0072 (0.0072-0.0017=0.0055)
10k 0.01 (0.0100-0.0013=0.0087)

Вот так вот вычитать нельзя (как в скобках), зависит от фазы гармоник, может так случится что вообще складывать надо...

Добавлено через 2 минуты
Вообще надо тебе хорошую карту поискать для этих целей, ей (с вычитанием) можно будет мерять не хуже чем моим amber-ом (я даже думаю что лучше).

Добавлено через 8 минут
Вот такую у вас там нельзя купить http://audio.rightmark.org/test/mia/echo-mia-2496.html ?

Добавлено через 3 минуты
http://www.amazon.com/Echo-Mia-24Bit.../dp/B0002PZBLG

[ИГВИН]

Выход: 12VRMS@4Ohm

Hz THD%
100 0.0033 (0.0033-0.0025=0.0008)
1000 0.0032 (0.0032-0.0016=0.0016)
4000 0.0072 (0.0072-0.0017=0.0055)
10k 0.01 (0.0100-0.0013=0.0087)

Offтопик:
Мужики, ну када ж вы буите в дисыбелах погармоникам песать?

[Nick]

Offтопик:
А так прикольней

[MadAleks]

Так как я говорю, будет лучше, потому что кроме того, что индуктивность будет тоже ниже (между + и -, а это как раз нам в первую очередь и надо), наводка от такой конструкции не будет содержать гармоники от выходного сигнала.


Те кто делает звезда на звезде очень часто забывают ... совсем плохое решение.

Николай, боюсь, не совсем понял Вашу идею, насчёт наводок. Излучения нет в случае если токи противофазны (либо физически противоположного направления), т.е. противофазны магнитные поля. А противофазности в "+" и "-" плечах нет, они работатют-то попеременно. А вот если прямой положить над возвратным - тогда все хорошо. (давайте обсудим, а то мож я физику забыл )
Насчёт звездатости - я полагаю, рассматривать надо каждый конкретный случай, может где надо токи замкнуть локально, а не тянуть на другой конец платы.
(И относиться к землям очень внимательно)

Offтопик:
Николай, а Вы спите-то когда?

[Nick]

А противофазности в "+" и "-" плечах нет, они работатют-то попеременно. А вот если прямой положить над возвратным - тогда все хорошо. (давайте обсудим, а то мож я физику забыл )

Они то работают по переменно, и будут излучать по переменно, но в сумме это излучение не будет практически содержать гармоник, в отличие от скажем одного плеча.

Добавлено через 2 минуты
К тому же индуктивность лучше иметь меньше у контура: + питания -> шунтирующие конденсатора "+" -> шунтирующие конденсаторы "-" -> - питания. Audiomaniac вообще вон графики приводил когда он кондёр вешал между + и - питания.

[MadAleks]

По этому поводу нужно смотреть аппноты для мощных усилителей AB, а не общие тезисы по питанию.

Offтопик:
Кстати, некоторые вопросы питания измерительных АЦП и ЦАП ещё жощще , вплоть до тотальной с точностью 0.1 мм симметрией балансных цепей

[Nick]

Offтопик:

Off:
Николай, а Вы спите-то когда?

Наверно когда и вы . Шучу, я спал сегодня с 9 вечера до 3-х где-то утра.

Добавлено через 49 секунд

Off:
Кстати, некоторые вопросы питания измерительных АЦП и ЦАП ещё жощще ,

Это да, но у них акцент немного не на том что у нас.

[MadAleks]

Они то работают по переменно, и будут излучать по переменно, но в сумме это излучение не будет практически содержать гармоник, в отличие от скажем одного плеча.

Чегой-то недопру никак . Кто поля-то по времени усреднять будет ...

[Audiomaniac]

ИГВИН,

Мужики, ну када ж вы буите в дисыбелах погармоникам песать?

Пешу: МИНУС ОЧЕНЬ МНОГО ДИСЫБЕЛ.

Nick,

Вот так вот вычитать нельзя (как в скобках), зависит от фазы гармоник, может так случится что вообще складывать надо...

Да, интересная мысль, учитывая то, что усилитель-то инвертирующий
Но ты оценил, насколько у карточки выход хуже входа? А непонятно почему, вроде цапик стоит не самый паршивый, TDA1330.

[MadAleks]

Offтопик:
Наверно когда и вы . Шучу, я спал сегодня с 9 вечера до 3-х где-то утра.

Добавлено через 49 секунд
Это да, но у них акцент немного не на том что у нас.

Offтопик:
с 9 вечера до 3-х где-то утра - О как, а я смотрю, вроде с NY разницы у меня 12 часов, а Вы однако, бодренько так. А вот мне пора уже на горшок и в люлю, завтра на работу

А акцент в измерительных схемах на минимум чувствительности ко внешним наводкам, что в принципе, близко. Там ведь тоже есть и питание, и цифровая обслуга. Ну да ладно, давайте все версии наделаем, да проверим на практике.

[Nick]

В сумме ток + и - это ток через землю. Ток через землю это практически ток через нагрузку, то есть линейный. Поэтому если проссумировать магнитное поле от одинаковых проводников + и - питания то гармоник не будет.

Добавлено через 2 минуты

Но ты оценил, насколько у карточки выход хуже входа?

Так у меня тоже самое, мы это обсуждали с Mad Optic -ом. Поэтому вычитание гармоник и работает почти идеально, потому как корректируется выходной сигнал в большей степени (у моего ADC видна только 2-я -120дБ).

[A.R.]

Они то работают по переменно, и будут излучать по переменно, но в сумме это излучение не будет практически содержать гармоник, в отличие от скажем одного плеча.

Николай, а Вы это дело с возвратным проводом (силовым нулем) не путаете?
Умозрительно кажется, что излучение обоих плеч питания только в сумме с излучением силового нуля будет давать ноль. Т.е. имеем некоторый сквозной (из минуса в плюс) ток покоя, тока в нулевом проводе нет. Здесь суммируется излучение минусового плеча и плюсового, сумма равна нулю. Затем ток в одном из плеч начинает нарастать (фаза 1), при этом во втором плече уменьшается до отсечки, возвратный ток в нуле возрастает, пока второе плечо не закроется, тогда (фаза 2) возвратный ток станет равным с током открытого плеча. В фазе 1 должны суммироваться излучения всех трех проводов, в фазе 2 фактически достаточно сплетать соотв. плечо и ноль. Но лучше -- косичка из всех трех. Поправьте меня, пожалуйста, если я не прав.

[Nick]

Умозрительно кажется, что излучение обоих плеч питания только в сумме с излучением силового нуля будет давать ноль.

А я за ноль и не говорю, я говорю за гармоники. Поле с чистым сигналом пусть создаётся, это не так важно.

[MadAleks]

В сумме ток + и - это ток через землю. Ток через землю это практически ток через нагрузку, то есть линейный. Поэтому если проссумировать магнитное поле от одинаковых проводников + и - питания то гармоник не будет.

Так, мал-мал туплю под вечер . Ток течёт в контуре:
положит. полуволна: - "+" конда -> пит. ЛМ-ки -> выхлоп -> нагрузка -> возвратная земля -> "-" конда, контур замкнулся.
То же самое, только ч/з минус, для отриц. полуволны.

Всё смещено (для синуса) на полпериода, т.е тока, одновременно текущего по "-" и по "+" в разных направлениях не наблюдаю. Следовательно и "+" и "-" надо класть над возвратной землёй.

Offтопик:
Ладно, попрусь спать, завтра с утра возьму карандаш и путём разберусь. Ну а Вам удачных решений. Кстати, если чего, меня Алексей зовут

Ай А.Р. меня ужо опередил...

Добавлено через 3 минуты

А я за ноль и не говорю, я говорю за гармоники. Поле с чистым сигналом пусть создаётся, это не так важно.

То есть Вы хотите сказать, что взаимно убиваются только гармоники

[Audiomaniac]

MadAleks, да ты попробуй динамик между питаниями, а потом между питанием и землей через разделительный кондер подключить и послушай - все поймешь.

[Nick]

Так, мал-мал туплю под вечер . Ток течёт в контуре:
положит. полуволна: - "+" конда -> пит. ЛМ-ки -> выхлоп -> нагрузка -> возвратная земля -> "-" конда, контур замкнулся.
То же самое, только ч/з минус, для отриц. полуволны.

Всё смещено (для синуса) на полпериода, т.е тока, одновременно текущего по "-" и по "+" в разных направлениях не наблюдаю. Следовательно и "+" и "-" надо класть над возвратной землёй.

Offтопик:
Ладно, попрусь спать, завтра с утра возьму карандаш и путём разберусь. Ну а Вам удачных решений. Кстати, если чего, меня Алексей зовут

Ай А.Р. меня ужо опередил...

Алексей, подумайте над этим не с точки зрения уменьшения всех магнитных полей, а с точки зрения уменьшения именно полей которые наводят нелинейные искажения.

Добавлено через 1 минуту

То есть Вы хотите сказать, что взаимно убиваются только гармоники

Именно.