Усилитель просто с высокими параметрами

[krulfa]

Собственно, сабж. В модели показывал THD около 0.0002% на 20К, 50Вт и 8 Ом.

Выход без реле, поэтому стоит отсекатель на полевых транзисторах. Левее - схема автоматического регулирования тока покоя с кучей транзисторов. Ну а еще левее - собственно усилитель. Коэффициент усиления - 37 дБ, предназначается, чтобы подключать к источнику просто через регулятор громкости. Так и сделано на шасси усилителя Одиссей-010. Глубина ООС на 20 кГц ~73 дБ расчетная.

Избыточность схемотехники есть, задача ставилась, чтобы просто заработало с первоначальной идеей и в той печатной плате, которая была когда-то заказана.

Еще есть стабилизатор напряжения +-37В с плавным включением, стаблизатор на +-60В и схема управления, но к усилителю это не сильно относится.

При прослушивании были успешно переиграны Cambridge Audio Azur 840 и семиканальный Arcam, по внешнему виду, кажется, P777, может быть, предыдущая модель. Источником был небезызвестный CD-плеер Arcam с Ring DAC, колонки Monitor Audio Gold.

Сейчас интересно послушать и сравнить с чем-нибудь еще.

Хронология создания:
Начало в 2005 году - первое моделирование, выбор элементной базы.
Январь 2006 - первый макет. Простой ВК, простой дифкаскад на ПТ. Расчетный КНИ 0.02% на 20 кГц. Макет звучал хорошо и объемно, что сохранилось и впоследствии. Принято решение добавлять усилитель тока на Т3 Т6.
Лето 2006 - готова модель с усилителем тока.
Зима-весна 2007 - начались эксперименты с моделью ВК в классе Super A. Цепь L1 L2 R44 R38 приобрела свои очертания. THD 0.0033%.
Июнь 2007 - совмещенный каскад SuperA и АВ моделирует THD 0.0006%
Август 2007 - появилась схема автоматического регулирования тока покоя. Схема приобрела рабочие очертания.
Лето 2007 - разводка и изготовление основной ПП.
Зима 2008 - сборка одного канала.
Весна 2008 - началась отладка, проверка моделей. Схема управления током покоя переделана с транзисторов на TL431. При нормальной работоспособности на малом сигнале остался один мощный возбуд на большом сигнале, причина которого неясна.
Апрель 2008 - смоделирована зависимость КНИ от тока покоя и эмиттерных резисторов. Найден минимум, который показал несостоятельность совмещения Super A и АВ. Переделано на AB, THD 0.0002%
Октябрь 2008 - найдена причина возбудов ВК. Добавлен двухступенчатый ограничитель D9 D10 D8 D12 LED3 LED4. ВСЕ! ПАШЕТ!!!
Ноябрь 2008 - усилитель собран в корпус и начал эксплуатироваться.
Декабрь 2008 - первое прослушивание (сравнение с Arcam и СА).
Начало 2009 - первые измерения THD (0.002% - 0.007%). Попытка уточнить модели и найти расходжения.
Лето-осень 2009 - усложненная перспективная модель показала 0.00002% на 20 кГц.
Ноябрь 2009 - устранение синфазных подвозбудов, улучшение тепловой стабильности тока покоя, правка входного каскада.
Декабрь 2009 - переделка входных цепей.
Январь 2010 - второе прослушивание.
Февраль 2010 - замена БП.
Март 2010 - попытка улучшить КНИ путем замены каскада УН на биполярный Шиклай и включения плавающего каскода во входном каскаде.
Май 2010 - третье прослушивание прослушивание показало проблемы с объемом звучания. Вернулся к первоначальной схеме входного каскада без плавающего каскода, заменил УН на составной источник тока. Убраны все "железяки" из путей прохождения сигнала на выходные клеммы. Результат - звук супероткрытый, эмоциональное впечатление перестало зависеть от уровня громкости.
Июнь 2010 года. Измерил КНИ, график и некоторые спектры приложены: правый канал 3 кГц под нагрузкой 50 Вт (0.00071%) и без нагрузки (0.00046%), правый канал IMD 14+15 кГц (0.00022%) и левый канал на 50 гЦ, чтобы посмотреть очаровательную гребенку помех от БП (0.0032% из-за этого).
P.S. Спектры не показывают реальный КНИ; так как использовалась измерительная приставка, их нужно читать: уровни гармоник и шумовую полку уменьшать на 24 дБ, т.к. уровень основной гармоники около -16 дБ
19.06 Вернул обратно следящий каскод входного ДК, но по другой схеме - звучит лучше.
17.07 Усилитель получил имя - Mont Blanc (или Монблан по-русски) по имени высочайшей горы Европы, находящейся в Альпах.
24.10.10 Уменьшил индуктивность выходного дросселя, добавил цепь Цобеля, изменил включение снабберной цепочки в ВК. Прослушивание выявило значительное влияние на звук процессов внутри БП, поэтому дальнейшие работа по доводке данного экземпляра усилителя прекращаются.


Жертвы:
Два стабилитрона на 6.8В, один на 15В и одна TL431 (два КЗ щупом по питанию и неправильный монтаж). Один 2705 и 315 (сгорели при КЗ щупом в схеме управления током покоя). Резистор на 1 Ом (погиб при испытании схемы защиты). Два транзистора в стабе 37В (КЗ крышкой уся на корпус при надевании). Транзистор управления реле сигнала (КЗ на выходе). Два BS250 в разное время в одном месте (причина неясна, возможно КЗ щупом). LED4 (перегрелся после выхода BS250). Резистор на 3 Ом (погиб при просмотре формы тока нового транса). Последнее КЗ соплей припоя унесло T14, а вместе с ним - и весь стаб на -60В, что меня удивило, так как последний был защищен самовосстанавливающимся предохранителем.

Федор Круль.

[Johny]

...А коррекция по опережению только уменьшает величину выбросов, но увеличивает их число, и таким образом увеличивает время установления (из тех же источников).

Это утверждение нуждается в подтверждении ссылкой на источник или числовым примером.
Что такое "число выбросов"?

...В любой книге по акустике и по фильтрам. Вот из одного из источников: человек не ощущает сдвиг фазы менее 30 гр., но более чувствителен к временной задержке (порог 1 мс), а между каналами порог ещё меньше (10 мкс). ...

Указанные пороги также зависят от частоты сигнала и переменны.

...К примеру, сравните звучание ФНЧ с одной частотой среза по Бесселю (у которого время задержки постоянно) и по Баттерворту, хотя у обоих нет выбросов. Именно ФНЧ Бесселя рекомендуют на выходе ЦАП.

Какие выбросы имеются ввиду?

[viktor8m]

Указанные пороги также зависят от частоты сигнала и переменны

Поясню важность постоянства времени задержки цепи (всё равно где, в ЦАПе, усилителе или колонке) на пальцах. Если время задержки цепи постоянно, то , понятно, нам без разницы на сколько сдвинут сигнал, хоть на секунду. А вот если непостоянно с частотой, то, например, пусть в сигнале будут всего две частоты (а в реальной музыке всё будет значительно хуже), и на одной частоте задержка пусть будет, например, 100 мс, а на другой 105 мс, и наши уши сразу почувствуют эту неестественность, если в исходном материале этой разницы не должно быть. А если это происходит между каналами (например, в левом преимущественно басы, а в правом более высокие частоты), где чувствительность ушей 10 мкс, то ещё сильнее нарушится информация об расположении инструментов.

Какие выбросы имеются ввиду

На переходной характеристики, ведь музыкальный сигнал близок к меандру.

[Валет]

Вот из одного из источников: человек не ощущает сдвиг фазы менее 30 гр., но более чувствителен к временной задержке (порог 1 мс),

Что это за источник такой, в которой фазовый сдвиг отделяется от временной задержки?
Вот выдержка из Алдошиной: http://www.auditech.ru/doc/psychoacoustics/06_00.htm

В этих же исследованиях были установлены дифференциальные слуховые пороги для искажений ГВЗ (рис.7), которые для частоты 2000 Гц имеют минимальное значение ~1 мс. Эти данные используются в настоящее время при проектировании высококачественной акустической аппаратуры искажения ГВЗ в них должны быть ниже установленных порогов.

Это соответствует фазовому сдвигу 720 градусов. Из графика на рис.6 (а не 7) видно, что порог для частоты 500 Гц составляет ~3,3 мс (~580 гр.), а для частоты 6 кГц – 2 мс (4320 гр.).

Добавлено через 2 минуты

Если время задержки цепи постоянно, то , понятно, нам без разницы на сколько сдвинут сигнал, хоть на секунду. А вот если непостоянно с частотой

Для УМЗЧ, т.к. он является минимально-фазовым устройством, при линейной АЧХ временная задержка в рабочем диапазоне частот постоянна, а ФЧХ линейна. Следовательно, вопрос о времени задержки и о ФЧХ для УМЗЧ имеет смысл только в связи с его устойчивостью. А регуляторы тембра вносят на регулируемых частотах фазовый сдвиг до 90 гр. и это напрягает только аудиофилов.

[viktor8m]

В этих же исследованиях были установлены дифференциальные слуховые пороги для искажений ГВЗ (рис.7), которые для частоты 2000 Гц имеют минимальное значение ~1 мс

Я так и написал. Но это от одного источника. Порог же определения стерео (да и вообще объёма) 10 мкс.

Для УМЗЧ, т.к. он является минимально-фазовым устройством, при линейной АЧХ временная задержка в рабочем диапазоне частот постоянна, а ФЧХ линейна

Вы хотите поменять всю теорию цепей. Признаком минимально-фазовой цепи, как я уже писал, является отсутствие нулей и полюсов в правой s-полуплоскости, а не линейность АЧХ и ФЧХ. Например, ФНЧ Чебышева является минимально-фазовой цепью, но не имеет ни линейной АЧХ, ни линейной ФЧХ. Нет никакой связи между принадлежностью цепи к минимально-фазовой и линейностью АЧХ и ФЧХ. Также нет прямой связи между линейностью АЧХ и линейностью ФЧХ. Минимально-фазовая цепь второго порядка (т.е. с двумя полюсами или частотами среза) имеет линейную ФЧХ (т.е. постоянное время задержки) только, если добротность этой цепи не превышает 0,5, а линейную АЧХ, если добротность этой цепи не превышает 0,707. Как видите, только до добротности 0,5 цепь имеет одновременно линейные АЧХ и ФЧХ.

[Johny]

... как я уже писал...

При всем уважении, это не Вы "писали".
Вы, цитировали! В приличном обществе принято ссылаться на автора. Или привести ссылку на собственные опубликованные работы.
Пересказ учебников, особенно, если не совсем в тему - странное занятие.

[viktor8m]

Вы, цитировали! В приличном обществе принято ссылаться на автора

Каюсь, я не знаю автора и сомневаюсь, что Вы знаете имя человека или людей, впервые придумавших математический аппарат теории цепей и систем автоматического регулирования, так что во всех известных мне книгах все тоже цитируют этого или этих людей.

Пересказ учебников, особенно, если не совсем в тему - странное занятие

Как раз по теме, т.к. началось от коррекции по опережения для схемы этой темы.

[Nick]

Хочу заметить, что всё в нашей жизни имеет диапазон применения. Если у усилителя групповое время задержки зависит от частоты, но в звуковом диапазоне и даже дальше (до сотни килогерц) оно стабильно и практичски постоянно, с точностью до наносекунд, то кого это волнует ? И если вообще задержка меньше 1мкс то какие тогда проблемы ?
Вообще практически любой усилитель, хоть и имеет как минимум однополюсную коррекцию, в реальности имеет полюсов гораздо больше (каждый каскад даёт полюс). В связи с этим и получается, что запас по фазе меньше 90 градусов, так как начинают влиять другие полюса. Какую мы фазу имеем к частотам близким к частоте ед. усиления ОС играет большую роль на ПХ, а конкретно на АФЧХ на очень высоких частотах. Но какая фаза у усилителя (опять же до замыкания ОС) на частотах там где усиление в петле ОС очень большое, т.е. звуковом диапазоне - большой роли не играет, потому как она будет уменьшена во много раз (согласно фомуле усиления с замкнутой ОС - U2/U1=T/(B*(T+1))). Поэтому усилители с достаточно глубокой ОС имеют что фазу, что усиление в звуковом дипазоне практически постоянные.

Добавлено через 6 минут
Теперь по поводу коррекции на опрежение, усилитель с такой коррекцией и с разомкнутой ОС будет минимально фазовым. Возможно после замыкания ОС система будет не минимально фазовой (тут нужно подставить в формулу ОС передаточную ф-цию T усилителя и посмотреть), но думаю возможно результат будет зависеть от конкретных параметров коррекции и главное, что влиять она будет на усиление/фазу усилителя - далеко за рабочим диапазоном частот. Кстати линейно фазовые цепи часто бывают не минимально фазовые, поэтому я бы на этом не зацикливался.

Добавлено через 4 минуты
Вообще хотелось бы мне узнать, что вы (участники спора) подразумеваете под коррекцией на опережение и чем она отличается математически от любой другой ? У меня такое чувство, что в книжке у viktor8m это может быть совсем не то, что например у Сухова.

[Nick]

Чтобы не быть голословным, вот к примеру групповая задержка моего усилителя (у которого 3-х полюсная коррекция). Это даже ещё со входным фильтром.

[krulfa]

Вообще хотелось бы мне узнать ... коррекцией на опережение и чем она отличается математически от любой другой ?

Я полагаю, только тем, что тем, что создает опережение в исходной, нескорректированной схеме, то есть относительно базового схемотехнического решения. А абстрактно это просто некий ФВЧ с нормированным пропусканием и затуханием.

По усилителю, решил наконец все проблемы с током покоя. После замены дифференциальных пар T29, 30, 32, 33 на подобранные по Uбэ пары транзисторов в корпусах ТО126, скрученные винтами, ток встал намертво. 0.32 - 0.33А в обоих каналах что на холодном, что на горячем аппарате. При таком токе держать руку на радиаторе можно секунду-полторы. Пожалуй, хватит.

[Johny]

На #147.
Трудно, наверно, сказать проще и точнее!

[Sagittarius]

Вообще хотелось бы мне узнать, что вы (участники спора) подразумеваете под коррекцией на опережение и чем она отличается математически от любой другой ? У меня такое чувство, что в книжке у viktor8m это может быть совсем не то, что например у Сухова.

Коррекция на опережение - это вот так:

[Валет]

Чтобы не быть голословным, вот к примеру групповая задержка моего усилителя (у которого 3-х полюсная коррекция). Это даже ещё со входным фильтром.

Какова структура Вашего усилителя? Как осуществляется коррекция? Почему его ГВЗ уменьшается после 30 кГц? За счёт входного фильтра (интегрирующая RC-цепь?) оно, ИМХО, должно увеличиваться.

Добавлено через 1 минуту

При таком токе держать руку на радиаторе можно секунду-полторы. Пожалуй, хватит.

Великовата, ИМХО, температура. Летом, в жару, да ещё при работе на большой мощности может перегреться.

[viktor8m]

что вы (участники спора) подразумеваете под коррекцией на опережение

Я имею ввиду коррекцию на опережение с выхода, т.е. применение дифференцирующей цепи (конденсатор параллельно резистору ООС) для коррекции спада -12dB.

тут нужно подставить в формулу ОС передаточную ф-цию T усилителя и посмотреть

Подставил сам, да и посмотрел в книжках, при коррекции на опережение первого порядка с помощью конденсатора (C) параллельно резистору (R) ООС в числителе появляется полюс с частотой 1/2пиRC, а значит тогда принципиально невозможно обеспечить постоянство ГВЗ, а значит и полностью избавиться от выбросов. Надо ли это, другой вопрос.

[krulfa]

...при коррекции на опережение первого порядка с помощью конденсатора (C) параллельно резистору (R) ООС в числителе появляется полюс с частотой 1/2пиRC, а значит тогда принципиально невозможно обеспечить постоянство ГВЗ

Сколько штук ПиRC перед добавлением этой цепочки имелось в знаменателе, история умалчивает. В идеале должно быть в знаменателе на один больше, чем в числителе, так ?

[Johny]

Подставил сам, да и посмотрел в книжках, при коррекции на опережение первого порядка с помощью конденсатора (C) параллельно резистору (R) ООС в числителе появляется полюс с частотой 1/2пиRC,...

В числителе передаточной функции появляется "ноль", а не "полюс". Именно путем сопряжения полюсно-нулевой пары в передаточной характеристике петлевого усиления достигается нужный результат.

...а значит тогда принципиально невозможно обеспечить постоянство ГВЗ, а значит и полностью избавиться от выбросов

Совсем не значит. В #147 сообщении разжевано достаточно. Осталось только немного подумать и понять!

Добавлено через 6 минут

Сколько штук ПиRC перед добавлением этой цепочки имелось в знаменателе, история умалчивает.

Сколько каскадов, столько и "штук ПиRC"!

В идеале должно быть в знаменателе на один больше, чем в числителе, так ?

Да совсем не обязательно, а переходные характеристики получатся очень приличными. Можно даже оптимизировать по разным критериям.

[krulfa]

Коррекция на опережение - это вот так:

Вижу две цепочки.
С4 R7 - по цепи ООС. Коррекцией это станет при определенных условиях, а именно, когда С4 > Cвхda1 * R5 / R6. Если меньше или равно, то это еще не коррекция, а только лишь компенсация завала ВЧ в делителе ООС.

С7 R8. Эта коррекция, но она отталкивается от К преобразования напряжение-ток, изначально заданного сопротивлением R9. Вопрос: зачем стоит R9? Я бы заменил его катушкой индуктивности, что дало бы прирост Ку на НЧ до двух порядков. На ВЧ не изменилось бы ничего. А "коррекция на опережение" превратилась бы в местную ООС на ВЧ для транзистора VT1, снижающую усиление каскада до требуемой выличины.

Идея понятна?

[Sagittarius]

ИМХО, индуктивность наловила бы помех и вставила их в эмиттер каскада с Ку=25.000. Поэтому её пришлось бы экранировать. А зачем она нам вообще? Разве мало Ку 10.000.000 раз или 140 дБ на частотах до фср1?

Идея Виндерхольда заключается как раз в том, что последовательным включением двух каскадов с высоким Ку (считая ОУ за единый каскад) создаётся избыток усиления. Затем этот Ку гасится делителем R9 / rэТ3 на ~20 дБ до меньшей, но всё равно превышающей Ку остальных схем величины. Заодно благодаря преобразованию напряжение-ток через R9, высоколинейному вследствие UR9 >> 100Uт, получаем ток в коллекторной цепи Т3. Остаётся получить лишь линейное падение напряжения на нагрузке Т3. Сухов спад Ку на ВЧ компенсировал подъёмом введением корректирующей цепи rэТ3С7. R8С7 задают ноль ПФ: R8 снижает ненужное свыше некоторой частоты усиление, ведущее к перегрузке Т3 продуктами искажений и ВЧ-помех, которые пытается отработать ООС, и повышает линейность на ВЧ. Подобная фишка помогла Агееву линейно усилить даже смесь частот 500 и 501 кгц.

[Prophetmaster]

По усилителю, решил наконец все проблемы с током покоя. После замены дифференциальных пар T29, 30, 32, 33 на подобранные по Uбэ пары транзисторов в корпусах ТО126, скрученные винтами, ток встал намертво. 0.32 - 0.33А в обоих каналах что на холодном, что на горячем аппарате.

Поздравляю с победой! Поиск такого рода "плавающих" дефектов очень сложная задача.

При таком токе держать руку на радиаторе можно секунду-полторы. Пожалуй, хватит.

Это может быть больше 60 град. - не многовато? В жару, при закрытой верхней крышке, может за 70 перевалить запросто.

[Nick]

Почему его ГВЗ уменьшается после 30 кГц? За счёт входного фильтра (интегрирующая RC-цепь?) оно, ИМХО, должно увеличиваться.

Ваше ИМХО к сожалению не совпадает с реалиями жизни, вот например ГВЗ RC: http://www.radiolab.com.au/DesignFile/DN004.pdf (Figure 3)

Добавлено

Какова структура Вашего усилителя? Как осуществляется коррекция?

https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=20617

[Sagittarius]

ОФФ. Это было жутко.