Усилитель мощности ZD-50

[Nick]

В общем я думаю эта ветка будет для вопросов по конструкции и наладке данного усилителя (cтатья тут, схема тут).
Размер плат 57x190mm. Плата 4-х слойная, в целях уменьшения индуктивности цепей питания питания ВК и соответсвенно конструктивных искажений.

Замечания по сборке:

1. Резисторы R44, R45 необходимо устанавливать над платой, на расстоянии около 5...10мм, т.е. корпуса резисторов не должны касаться платы, и ближайших элементов тоже.
2. R71 не запаивается.
3. Блок питания должен быть отдельный на каждый канал, как например смотрите тут.
4. На схеме нет выходного фильтра - я использовал 18 витков на 8 мм оправе провод 1.5 мм и параллельно 10 ом резистор, они были размещены прямо на выходных клемах. Также параллельно выходным клемам желательно поставить последовательную цепочку из плёночного 0.1μF и 2Вт 10 Ohm резистора.

Ошибки:

1. В BOM-е: R4, C4 и R6 - не устанавливаются - их нет на схеме и плате; Q1, Q2, Q3 - MMBTA06; Q4, Q5, Q6 - MMBTA56.
2. В статье: подбирать по минимуму напряжения на выходе U2 нужно R23 (80k6), а не R22 как указано в статье.

Ссылки на другие ветки:

1. Как разрабатывался усилитель тут
2. Про сравнения с другими усилителями тут

Герберы можно взять тут

Платы возможно можно заказать тут

FAQ (спасибо ANHO) - тут

[viktor8m]

В далекие времена, "золотую эру аудио" любили говорить: "Искажения ниже уровня шумов, шумы ниже уровня слышимости"!

Это не устарело и сегодня, только тогда часто считали, что хватает добиться искажений и чуть меньше шума, что было ошибкой, т.к. шум не коррелирован с сигналом и меньше влияет, а вот искажения связаны с сигналом и видом спектра, т.е. уровень слышимости выше, так что просто обеспечить искажения чуть меньше уровня шума может быть недостаточно (разве только если шум ниже -110дБ).

[anatol0]

Offтопик:

Назовите, по крайней мере одну субъективную характеристику, пожалуйста.

Их много..., напрмер. Самая главная - лучше или хуже по сравнению с эталоном (или оригиналом)
Не хотелось бы флейма...

[Валет]

Это надо серьезно обосновать. Или это полный бред!!! В большинстве случаев хватает 3-его порядка.

Поясните, что надо обосновывать и для чего хватает 3-его порядка.

Поток сознания без тени смысла.
Все остальное просто бред.

Чтобы понять смысл надо много знать. Вот прикидки.
Заявлено в статье Ника КНИ = 0,0001% в полосе 48кГц. В широкой полосе КНИ = 0,01%, т.е. в 100 раз больше. Мощность пропорциональна квадрату напряжения, поэтому в полосе 48кГц регистрируется 0,0001 часть полной мощности искажений, что составляет 0,01%.
Если ваш пост не шутка – учите школьную физику.

[krulfa]

Вообще говоря на продукты выше 200кГц дополнительная петля ОС вообще имеет мало влияния (это видно по графикам глубины ОС). Весь смысл этой петли был как раз в уменьшении энергии любых искажений именно в звуковом диапазоне.

Полностью разделяю. Дополнительная низкочастотная петля ООС практически не влияет ни на скоростные характеристики усилителя, ни на динамические (в широком смысле этого понятия) искажения оригинальной схемы, имеющиеся до введения этой низкочастотной петли ООС.

[viktor8m]

В дополнение поста 2303 о проверке возможного возникновения ВЧ сигналов (о причинах возникновения этих сигналов см. в том же посте) в петле ООС (см. простенькую схему на верхнем рисунке), на вход УМ (нагруженный на реальную колонку) через ФНЧ с частотой не более 10 кГц (это облегчает дальнейшую фильтрацию, а в данном случае хватает просто динамический сложный сигнал, особо большая скорость не важна) подаём реальный музыкальный сигнал, а выход фильтрируем простеньким ФВЧ (см. нижний рисунок, подавление 10 кГц не менее 110 дБ) и подаём на ВЧ вольтметр. Думаю, что такой простой способ должен обнаружить внутренние проблемы усилителя (напр., динам. генерацию в каком-то узле) при реальной работе.

[belka]

Полностью разделяю. Дополнительная низкочастотная петля ООС практически не влияет ни на скоростные характеристики усилителя, ни на динамические (в широком смысле этого понятия) искажения оригинальной схемы, имеющиеся до введения этой низкочастотной петли ООС.

Где-то проходит грань, я никак уловить смысл дискуссии не могу... вот никак.

Попробую так задать вопрос. Если бы усилитель ( в данном случае ZD-50) был построен неким другим образом, то есть глубина ООС в звуковом диапазоне была увеличена в лоб, добавлением дополнительного усилительного каскада под общую с LM3886 петлю, что бы изменилось? Не две петли, а одна. Какая разница? Я вижу в таком (в однопетельном построении, извиняюсь за моветон) построении только плюсы, а вы?

Был разговор за Халкро и его заявленный чистый спектр да 100 килогерц? Почему никто не вспоминает про развитый выходной ФНЧ на его выходе? Посмотрите на фото, какая там у него катушка - пружина на выходе.

[Валет]

Я вижу в таком (в однопетельном построении, извиняюсь за моветон) построении только плюсы, а вы?

Усилитель с одной петлей ОООС (глубиной, положим, 80дБ) имел бы меньшие искажения, чем с двумя той же суммарной глубины. Но повторяемый УМЗЧ с большой глубиной ОООС на 20кГц создать практически невозможно. Селф называет цифру 30-40дБ максимум.

При проектировании УМЗЧ разработчик должен использовать всю свою интуицию и опыт, чтобы оценить величину коэффициента ООС, которая обеспечит стабильную работу усилителя.
Исходя из опыта автора, значение глубины ООС 30 дБ на частоте 20 кГц обычно вполне безопасно (если на выходе УМЗЧ установлена индуктивность для компенсации емкостного характера нагрузки). Значение коэффициента ООС, равное 40 дБ на той же частоте, было бы уже рискованно. (Цитата из книги Селфа)

Усилитель же с двумя петлями по 30-40дБ создать вполне возможно, пример – ZD-50. Главный источник искажений (ОК) в таких схемах должен быть охвачен обеими ОС.

[krulfa]

Попробую так задать вопрос. Если бы усилитель ( в данном случае ZD-50) был построен неким другим образом, то есть глубина ООС в звуковом диапазоне была увеличена в лоб, добавлением дополнительного усилительного каскада под общую с LM3886 петлю, что бы изменилось? Не две петли, а одна. Какая разница? Я вижу в таком (в однопетельном построении, извиняюсь за моветон) построении только плюсы, а вы?

Здесь сложно говорить в общем ключе, нужно смотреть конкретную реализацию. Да, из теории одна общая петля ОООС, как минимум, не хуже нескольких местных. Нужно смотреть, пройдя по сначала по "медленному" петлевому маршруту, в котором достигается максимальное усиление, а потом по "быстрому" маршруту, в котором достигается максимальная полоса пропускания. В конкретной реализации может оказаться, что продукты искажений из быстрой подпетли попадают в медленную и тем самым снижают эффективное петлевое усиление.

У ZD-50 есть достоинство - сигнал на выходе усилителя ошибки U2 подавлен благодаря аппроксимации АФЧХ петлевого усиления LM, и два недостаток - наличие входного буферного ОУ U1 и присутствие в токе R8 составляющих искажений, которые в очень незначительной степени, но все-таки попадают в цепь полезного сигнала. Возможно, в другой топологии было бы по-другому.

P.S. И еще, с некоторых пор я сторонник исключительно неивертирующих вариантов построения УМЗЧ.

[belka]

У ZD-50 есть достоинство - сигнал на выходе усилителя ошибки U2 подавлен благодаря аппроксимации АФЧХ петлевого усиления LM, и два недостатка - наличие входного буферного ОУ U1 и присутствие в токе R8 составляющих искажений, которые в очень незначительной степени, но все-таки попадают в цепь полезного сигнала.

У ZD-50 главный недостаток, по моему мнению, наличие двух каскадов сравнения, и один из них находится в жёсткой тепловой связи с выходом. Отчасти этот недостаток нивелируется каскадом на U2. Отчасти потому, как исправление происходит лишь после того, как артефакты от тепловой связи уже появились на выходе УМЗЧ.

Забегая вперёд, предвидя возражения - опыт с тепловой инерционностью кристаллов.

Главный выводы? Что мы можем хоть чуть-чуть улучшить?
1. Не должен УМЗЧ типа ZD-50 видеть вне полосы звуковой той же величины нагрузку что и в полосе. То есть за килогерцами 30-40-ка всё нужно фильтровать фильтром с индуктивным входом и этот фильтр должен быть высокоразвитым.

[dekko]

belka, варианты " фильтра Белки" покажешь? Или ещё рановато?

[krulfa]

Не должен УМЗЧ типа ZD-50 видеть вне полосы звуковой той же величины нагрузку что и в полосе. То есть за килогерцами 30-40-ка всё нужно фильтровать фильтром с индуктивным входом и этот фильтр должен быть высокоразвитым.

Это если получится, дополнительные повороты фазы могут помешать сформировать требуемую АФЧХ. И потом, зачем повышать петлевое усиление на высоких частотах? Оно как раз на низких нужно. Выходной индкутивный фильтр, скорее всего, потребует снизить усиление на НЧ.

[.Васильев]

включть между оу и камнем частотозависимую оос местную, снижая усиление на очень высоких частотах,охватить весь композит отдельной глубокой оос и уйдем от тепловых искажений .Не так? Ошибаюсь?

[viktor8m]

Если бы усилитель ( в данном случае ZD-50) был построен неким другим образом, то есть глубина ООС в звуковом диапазоне была увеличена в лоб, добавлением дополнительного усилительного каскада под общую с LM3886 петлю, что бы изменилось? Не две петли, а одна. Какая разница?

Я как раз на подобный вопрос уже отвечал (см. вторую половину этого поста https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1658794 ), т.е. параллельная дополнительная ООС (как в ZD-50) позволяет с лёгкостью (просто выбором деталей) предотвратить возможное насыщение (из-за огромной глубины ООС) от быстрых сигналов или реакции ООС (напр., от реактивности нагрузки), чего очень сложно сделать в последовательном композите (последний очень склонен к насыщениям на любой перепад и некрасиво выходит из него, я бы его рекомендовал только для синуса в приборы, но не для музыкального сигнала).

Но повторяемый УМЗЧ с большой глубиной ОООС на 20кГц создать практически невозможно. Селф называет цифру 30-40дБ максимум.

Для двухполюсных схем Селф возможно прав, но для однополюсной и 60дБ можно (один мой усилитель с единственной ООС даёт глубину ООС 52 дБ на 20 кГц и 38 дБ на 100 кГц, причём это не только в симуляторе, уже спаян макет год назад и проверен приборами, у Зуева, если не ошибаюсь, тоже много, да и SAPR показывал усилители с большей глубиной ООС).

[belka]

viktor8m, второй сравнивающий дифкаскад на одном кристалле с ВК - это ОЧЕНЬ существенный недостаток топологии ZD-50.
Как только мы физически рабиваем эту тепловую связь - сразу всё хорошо и я со всем согласен. Но это будет уже другой усилитель.

[viktor8m]

Второй сравнивающий дифкаскад на одном кристалле с ВК - это ОЧЕНЬ существенный недостаток топологии ZD-50.

Полностью согласен, мощную часть лучше сделать или полностью дискретной (я именно так сделал) или хотя бы на LME498хх.

[Валет]

Для двухполюсных схем Селф возможно прав, но для однополюсной и 60дБ можно

Для однополюсной и 100 и 200 можно. Только вот попробуйте сделать УМЗЧ с однополюсной АЧХ (с незамкнутой петлей ООС, конечно!) при достаточном для такой глубины ООС усилении на частоте 20кГц!
Но теоретически, абстрактно Вы. конечно правы. Но если учитывать опыт, практику (или очень глубокое знание теории и матаппарата) с Селфом не поспоришь.

[viktor8m]

Для однополюсной и 100 и 200 можно. Только вот попробуйте сделать УМЗЧ с однополюсной АЧХ (с незамкнутой петлей ООС, конечно!) при достаточном для такой глубины ООС усилении на частоте 20кГц!

Такую большую конечно реально не сделать, но 60 без проблем (только усиление придётся сделать малым, раз 5, остальное буфер усилит, и ППК скорее всего понадобится выше 1 МГц).

[Валет]

60 без проблем

Опыт – критерий истинности теории. Причем опыт не в симуляторе, а в железе.

[ViktKors]

Не две петли, а одна. Какая разница? Я вижу в таком (в однопетельном построении, извиняюсь за моветон) построении только плюсы, а вы?

В рабочем диапазоне частот и на рабоих режимах - так и есть.
При перегрузке и для уверенной устойчивости топология zd50 - предпочтительнее.

Усилитель с одной петлей ОООС (глубиной, положим, 80дБ) имел бы меньшие искажения, чем с двумя той же суммарной глубины.

Многопетлевая ООС полностью эквивалентна однопетлевой. Ваши рассуждения верны для случая, когда одна петля вокруг УН, вторая - вокруг УМ, а общей - нет.

Усилитель же с двумя петлями по 30-40дБ создать вполне возможно, пример – ZD-50. Главный источник искажений (ОК) в таких схемах должен быть охвачен обеими ОС.

У zd50 не две, а три петли вокруг выходного каскада (одна - внтури ЛМ)

Полностью согласен, мощную часть лучше сделать или полностью дискретной (я именно так сделал) или хотя бы на LME498хх.

При условии, что Вы сможете охватить выходной каскад на дискрете обратной связью полосой в десяток - несколько МГц (как это сделано в ЛМ). Реализовать это с "дубовой" ЛМ-овской полосой в 1 МГц нереально.

Да, из теории одна общая петля ОООС, как минимум, не хуже нескольких местных. Нужно смотреть, пройдя по сначала по "медленному" петлевому маршруту, в котором достигается максимальное усиление, а потом по "быстрому" маршруту, в котором достигается максимальная полоса пропускания.

Не помню как у Nick-а, но в моей реализации данной топологии обе петли практически равноценны с точки зрения полосы пропускания. Никакой "быстрой" и "медленной" просто нет.

У ZD-50 главный недостаток, по моему мнению, наличие двух каскадов сравнения, и один из них находится в жёсткой тепловой связи с выходом. Отчасти этот недостаток нивелируется каскадом на U2. .

"Очасти"? загоните в симулятор, посмотрите

[Валет]

Многопетлевая ООС полностью эквивалентна однопетлевой.

Если рассматривать, например, ZD-50, то видно, что мощная МС охвачена двумя ООС, а маломощная - только внешней. В однопетлевой ООС (такой же суммарной глубины) для мощной МС глубина ООС не изменится, а маломощная будет охвачена суммарной глубиной ООС. Но практически это не очень существенно, т.к. маломощная МС генерирует много меньше искажений и только низкого порядка.

У zd50 не две, а три петли вокруг выходного каскада (одна - внтури ЛМ)

Это не так. Я писал об этом в теме «выбор оконечного каскада».