Усилитель напряжения для УМЗЧ

[Alex Nikitin]

Это довольно старая моя схема, и усилитель, который был сделан на основе этой идеи (Cambridge A3i) , уже давно не выпускается, поэтому я решил разместить её здесь в несколько упрощенном виде. Из достоинств - относительная простота, скорость, линейность, симметричность при ограничению по току или по напряжению, высокое усиление на НЧ с разорванной ООС. В качестве Р-канального полевика можно использовать указанный на схеме, а также ZVP3306, BSS92, VP2020 и т.п. R9, R14 и C4 изображают нагрузку.

Алексей

[25602]

по схеме и заголовка как раз получается 2 мА

[Nikolav]

по схеме и заголовка как раз получается 2 мА

Вот и славненько

[25602]

Вот и славненько

Да но почему тогда в А3 ток порядка 650 мкА?

[Nikolav]

Да но почему тогда в А3 ток порядка 650 мкА?

Наверно чтоб шумел меньше. Обрати внимание на входные резисторы в А3, с одной стороны 57кОм, с другой 56 кОм

[Sagittarius]

Коэффициент ослабления синфазной составляющей ДК определяется как отношение импеданса ИСТ эмиттерной цепи входногоДК к импедансу нагрузки, а до fср1 они практически равны. Здесь он, очевидно, мал.

Интересно, какова же эта частота? Тоже невелика, т.к. у нас имеется С3 довольно большой для звуковой схемотехники ёмкости 220 пик, а окружают его почти бесконечные и неизвестные для нас сопротивления rк Q2, rк Q6, Rвх М1. Определённо можно сказать лишь, что для этой схемы Vнар=IДК / С3, где I – в мА, находится как I=Uбэ Q4 / R1; С – в нФ. И, согласно расчёта, при 2 мА и 0,22 нФ не превышает 9 В/мкс, а практически, из-за влияния Vнар нВ выходе УН, хорошо, если достигнет 7 В/мкс.

Если вдруг выяснить fср в базе Q3 для ВЧ-сигнала через Скб Q3, то. Сопротивление в цепи базы Q3 складывается из параллельно включенных сопротивлений R5 и RвхQ3=R1 x h21э Q3. Это 10 и 33 кОма, получаем 7,7 кОма. Совместно с Скб Q3 3…5 пик оно образует полюс на частоте от 2 до 3,5 МГц. Выше этой частоты выходное сопротивление ИСТ будет уменьшаться. Заметим, что конфигурацию Q3Q4 источником СТАБИЛЬНОГО тока можно назвать лишь условно, т.к. ток коллектора Q3 таки зависит от эффекта Эрли и компенсируется петлёй ООС по напряжению на R1, завязанной через Q4. Этот эффект ничтожен для подобной схемы Q5Q6 ввиду петли ООС по напряжению на R4, завязанной через Q5 и малости напряжения сигнала на коллекторе Q6: UkQ6=Uвых УН / Ку от затвора М1. И без того не шибко линейный, мосфет в этом каскаде работает на низкое входное сопротивление ОБ, глубокой ООС, которая обеспечивается в ОСтоке, НЕТ - ну, то есть, по нелинейности тока стока ведёт себя этот ОСт как простой ОИ. Разве это дело?

А вот на коллекторах Q7 и Q8 напряжение сигнала достаточно велико, зато эмиттерные сопротивления - нет. Т.е., созданы все условия для проявления пресловутой модуляции ширины базы в зависимости от напряжения на коллекторе или эффекта Эрли. Возникающая при этом нелинейность токов коллекторов уменьшается не схемотехнически, каскодированием Q7 и Q8, но лобовым решением: включением параллельно нелинейному Rвых УН резика R9, уменьшающего заодно с водой, Эрли, и ребёнка – Ку УН и съедающего из тока покоя 2к УН 11 мА свои 1,5 мА – отдай и не греши. Vнар на выходе УН – Vнар = (11 мА- 1,5 мА) / 0,022 нФ, довольно велик: 430 В/мкс. Но эта величина не учитывает Свх следующего каскада. Если она, дополнительно к имеющимся 22, добавит 100 пик, то Vнар=77 В/мкс. Сравнив две полученные скорости – общую УН 7 В/мкс и достижимую на выходе второго каскада - 77 В/мкс, можем легко понять, где, исходя из вящего перфекту, реальные пацаны должны задавать fср1: вестимо, на выходе УН.

Добавлено через 20 минут

Вот полная схема УМ для A3i:

Алексей

Особо надо сказать о количестве каскадов ВК. ПРИ ДВУХ КАСКАДАХ вк, какие бы там разСАНКЕНЫ НЕ СТОЯЛИ, НЕВОЗМОЖНО ПОЛУЧИТЬ НИЗКИХ ИСКАЖЕНИЙ 1. НА БОЛЬШИХ МОЩНОСТЯХ СИГНАЛА ИЗ-ЗА ПЛОХОЙ БУФЕРИЗАЦИИ НАГРУЗКИ умзч и 2. нелинейного входного сопротивления последнего каскада ВК. Это определяет 1. уменьшение общего Ку УН и 2. изменение мгновенного Ку УН в зависимости от текущего h21э 2к ВК, зависящего от тока коллекторов 2к ВК.

На выходе УН при токе 12 мА и общей ёмкости С14 + С15 + С7 + 4Скб прилегающих транзиков + Смонтажа примерно 200 пик V=60 В/мкс. Зато невозможно обнаружить следов резика, параллельного выходу УН, паллиативно укрощавшего эффект Эрли НЕКОГДА, в предыдущей схеме, и повышавшего частоту полюса в точке выхода УН.

Для усилителя по схеме из поста 11 Vнар = IQ3 / С3 = 6,5 В/мкс расчетный, около 5 – реальный. Для напряжения питания 35 В на плечо это минимально необходимый, по условиям неискажённой передачи 20 кГц на максимальной мощности, мизер.

Со всей пределённостью надо сказать, что это – чисто бюджетное решение и даже ЛЮБИТЕЛЬСКАЯ аудиосхемотехника перешагнула такие «схемы».

[Nikolav]

Артём, ты невнимателен, тот "резик" в нагрузке УН

R9, R14 и C4 изображают нагрузку.

поэтому его нет на схеме А3 его уже нет.
И входное сопротивление вых. каскада довольно линейное, зависимость h21 от тока коллектора у ВД-шек линейно до 100мА, у Санкенов до 10А.
М1, Q8 это ломанный каскод, про его линейность тебе было говорено не раз.

[Sagittarius]

Артём, ты невнимателен, тот "резик" в нагрузке УН
поэтому его нет на схеме А3 его уже нет.
И входное сопротивление вых. каскада довольно линейное, зависимость h21 от тока коллектора у ВД-шек линейно до 100мА, у Санкенов до 10А.
М1, Q8 это ломанный каскод, про его линейность тебе было говорено не раз.

Какой же это, к чертям, СЛОМЛЕННЫЙ каскод, ежли это, судя по подключению истока Q7, ОБНАКОВЕННЫЙ дифкаскад? Только по фазе ООС и видно, что в схеме - ошибка. И на скорости нарастания, проявлении эффекта Эрли эта поправка никак не сказывается. А вот ухудшить параметры – аж бегом. Дело в том, что если каскад на Q7 сигнал ослабляет – сравни (R12||rэQ8)/R13, или 0,0044! - то основное усиление обеспечивается Q8 и Q2. А вот Q2 оно обеспечиваться не должно: если в обыкновенном ДК ёмкость нагрузки достигает 50 нФ, зато напряжение сигнала на ней – пара милливольт, здесь на ёмкости, задающей fср1 должно развиться пару СОТ милливольт! Поверяем: напряжение сигнала на эмиттере Q8 при типичном Ку выходного каскада УН 5.000…15.000 и выходном напряжении УН 30 В UэQ8=2…6 мВ, Косл Q7= 1 / 0,0044 = 225. Отсюда напряжение на коллекторе Q2 UкQ2 = UэQ8 х Косл Q7 или 680 мВ…1400 мВ, что равно или втрое больше напряжения сигнала на входе и/или на базе Q2! Поскольку сигнал на коллекторе Q2 противофазен сигналу в его базе, имеем ещё и ёмкость Миллера к R14 – 2Скб…3Скб Q2! Нормальный ход?

Резик в нагрузке УН символизирует реальную его нагрузку и по большому счёту, неважно, есть он, или нет его как собсно детали. Но если он есть – растёт частота полюса на выходе УН и искажения за счёт увеличения напряжения сигнала Uзи второго и Uбэ третьего каскада УН. Если его нет – искажения от экспоненциальности уменьшаются, а частота полюса падает. К истинности выводов, сделанных в экспресс-анализе, само наличие резика как детали отношения не имеет. Вообще, мало хорошего нагружать некаскодированный УН на нелинейное от Эрли сопротивление rк и нелинейное от изменения h21э входное ВК.

Причина нашего взаимонепонимания ещё в том, что то, о чём я говорю насчёт ВК, я видел по большому белому ИНИ, а то, что утверждаешь ты, ты подсмотрел по вражеским даташитам. Что ж, твоё недоверие имеет право на жизнь, ведь тебя никто не обязывал мне верить. См. сюда: Р-1980-7-36, Витушкин А., Телеснин В. «Устойчивость усилителя и естественность звучания», окончание статьи. Там приведены искажения в зависимости от выходного напряжения (мощности) – 2к ВК. А также: Р-1987-9-34, Ломакин А., Паршин Б «Коммутационные искажения в усилителе мощности ЗЧ», стр. 36 – 2к ВК. Сравни: Сухов 3к ВК, Зуев – 3к ВК, Рысь – 3к ВК, СЛ - 3к ВК – и каких к!

Фишка в том, что THD+N нормально спроектированного УМЗЧ должны уменьшаться с ростом мощности за счёт высокой линейности и малости остаточных ступенек+шумов по сравнению с полезным сигналом, см. Р, СЛ Агеева, графики искажений. Три каскада – это минимум. Ты можешь подкусить меня за то, что ступенек в нормально спроектированном усе быть не должно. Что ж, осталось тебе научиться нормально проектировать уси или, хотя бы, различать на вид фуфель от нормы.

Этот УМЗЧ – бюджетное говно. Это видно по всем изложенным мной доводам. То, что большую часть их ты не опроверг, только подтверждает вывод абзаца. Вот и весь сказ.

[Nikolav]

Сравнил, Зуев, Рысь, СЛ с А3.

Добавлено через 12 часов 58 минут
А3 это отличный бюджетный усилок, это конфетка за три копейки, без претензий на безапелляционность.
Есть некоторая ценовая ниша, и в этой категории усилители Никитина смотрятся очень хорошо.
Посмотри http://www.forum.blackgate.ru/showpo...6&postcount=18 ну не красавец?

[SashaNetrusov]

Схема n-канальника Никитина, с простым УН, особенно новая, обигрывает её на раз, да и вообще не берусь сказать какую схему n-канальник Никитина не обиграет из AB...

Я вообще то не о всём усилителе, а только о конкретном узле , управляющими Nканальными выходниками. Полагаю, что будет не хуже , а может и лучше, приёмов , в этой части, схемм Никитина...

[Nikolav]

Ток второго каскада поднят до 20 мА

Толку от этого? Q8 включен по схеме ОБ, ток она не усиливает. Ты только поднял рассеиваемую мощность.

Как правильно обеспечить запас устойчивости?

Можно вот так. Запас по фазе 73 град. Схема сохранена так, чтобы запустив "Анализ"-"Частотные характеристики" ты увидел АЧХ петлевого усиления и запас по фазе.
Для анализа искажений приведи её в божеский вид.

[25602]

Схема https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...8&postcount=40
будет иметь большую линейность с полевиками чем с биполярами
потому что

линейность на ЗЧ повысится, поскольку нагрузка будет чисто ёмкостная.

Добавлено через 2 минуты
Nikolav, пропустил твой пост пока писал

[Серый Мыш]

Прогнал сабж сквозь симулятор. Вводить третий каскад усиления смысла нет, ибо без ООС усиление на 20kHz под 80дБ, а чтобы поднять выше - нужно сдвигать выше второй полюс ( кто там им управляет, не проверял )
для энтузиастов можно поставить индуктивность 400uH с потерями между
эмиттерами ДК - усиление до ООС вырастет а устойчивость не ухудшится
Но без учёта вращения фазы выходными каскадами симуляция не полноценна. Хотя всё, что обещано Алексеем Никитиным, выполняется.!

[25602]

Nikolav, спасибо.
Вот поправленая схема

[Серый Мыш]

вот с температурной стабильностбью у меня что то криво выходит
- плавает всё достаточно сильно.

[25602]

вот с температурной стабильностбью у меня что то криво выходит
- плавает всё достаточно сильно.

У меня не плавает т.е. плавает в мкВ и в мкА

[Серый Мыш]

У меня не плавает

пост 73 не плавает?
дык там глубина ООС на постоянке выше , но проверю, но потом...

[Sagittarius]

Сравнил, Зуев, Рысь, СЛ с А3.

Добавлено через 12 часов 58 минут
А3 это отличный бюджетный усилок, это конфетка за три копейки, без претензий на безапелляционность.
Есть некоторая ценовая ниша, и в этой категории усилители Никитина смотрятся очень хорошо.
Посмотри http://www.forum.blackgate.ru/showpo...6&postcount=18 ну не красавец?

Хорошо, согласен - простой и хороший, работаем дальше. Можно сделать лучше.

1. Усиление ДК + ТЗ очень велико за счёт нагрузки на rк ДК || rк ТЗ и на затвор ПТ. За счёт этого высокого сопротивления и прилегающих ёмкостей полюс здесь будет довольно низок. Здесь как-то бы уменьшить усиление снижением сопротивления нагрузки вплоть до резика.
2. Каскодировать ИСТ, минимум пол-ДК, ОБ и ИСТ его нагрузки. А то как меня шпынять за Эрли на зуевской ветке так все, но теперь отливающему отольётся сполна.
3. В конце-то концов, с конца на конец! Три каскада ВК! Кто поставит три каскада ВК - раз? Кто поставит три каскада ВК - два?

4. И я ошибся насчёт Vнар. Здесь скорость определяется как раз выходным каскадом УН, оптимальней не бывает. Это у Никитина получилась схема по квазисуховской идее: промежуточный каскад ослабляет сигнал и, как ни парадоксально, позволяет получить большее усиление за счёт лучшего распределения его по каскадам. Замените ДК на ОУ - и получится Р-1987-9-34, Ломакин А., Паршин Б «Коммутационные искажения в усилителе мощности ЗЧ». Поэтому ПТ в нагрузку УН ставить ни в коем не могите: повысится ёмкость нагрузки, затормозится скорость, уменьшится усиление на ВЧ и увеличатся нелинейные - от ПТ - и динамические искажения, а потом и вся концепция рухнет.

[Nikolav]

Можно сделать лучше.

Это можно, а нужно? Если достижимый коэф. искажений становится меньше -90дБ, то в железе начинают преобладать "конструктивные". Пусть остаётся как есть.

[wert]

Это можно, а нужно? Если достижимый коэф. искажений становится меньше -90дБ, то в железе начинают преобладать "конструктивные". Пусть остаётся как есть.

Ваша модель УНЧ при Рвых=100Вт (Uпит=+/-45В) на 20кГц дает Кг около 1%, а что будет в железе? Скорость изменения вых напряжения равна 4 В/мкс.
Алексей Никитин написал, что это его старая разработка УН и действительно, лет тридцать тому такая схемотехника могла вызвать определенный интерес, сейчас такую схему можно рассматривать как полигон для начинающих.

[Hennady]

........... Поэтому ПТ в нагрузку УН ставить ни в коем не могите: повысится ёмкость нагрузки, затормозится скорость, уменьшится усиление на ВЧ и увеличатся нелинейные - от ПТ - и динамические искажения, а потом и вся концепция рухнет.

Sagittarius +1 , , для меня это уже пройденный этап. Почему Никитин до сих пор это "пережёвывает" для меня пока загадка....