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

[belka]

"Очасти"? загоните в симулятор, посмотрите

Загонял, смотрел. Просто я знаю, как сделать лучше.

---------- Добавлено в 15:09 ---------- Предыдущее сообщение в 15:04 ----------

Но практически это не очень существенно, т.к. маломощная МС генерирует много меньше искажений и только низкого порядка.

Всё верно, пока мы не подходим к краям. Что происходит с маломощной МС когда она начинает работать с большими выходными напряжениями?

А кратковременная перегрузка? Каково время выхода маломощного компаратора маломощной МС из перегрузки?

[Валет]

Что происходит с маломощной МС когда она начинает работать с большими выходными напряжениями?

Действительно, что?

[belka]

Действительно, что?

Да, что происходит?
Собственные искажения маломощной МС не растут? Она остаётся удивительно линейна, как на малом сигнале?

[dekko]

Да, что происходит?
Собственные искажения маломощной МС не растут? Она остаётся удивительно линейна, как на малом сигнале?

Где продают такие линейные микрухи?

[viktor8m]

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

Так я же написАл ранее про реальный макет в железе, у которого 52 дБ на 20 кГц, могу там вытянуть и 60 дБ, но реакция хуже, я добивался одновременно короткой и апериодической реакции в точке ООС.

При условии, что Вы сможете охватить выходной каскад на дискрете обратной связью полосой в десяток - несколько МГц (как это сделано в ЛМ).

А я так и сделал (есть моя тема про это), там дискретная часть однополюсная и очень широкополосная (её усиление без ООС всего 2000, частота среза 20 кГц, основное подавление искажений обеспечивает усилитель ошибки).

[Валет]

[QUOTE=belka;1732177]Да, что происходит?
Вы задаете слишком много вопросов, смотрите даташиты.

[belka]

Вы задаете слишком много вопросов, смотрите даташиты.

Вам просто нечего ответить, так как Вы понимаете, что я хочу услышать.

Основная фишка усилителя ZD-50 в том, что он сделан НЕ КАК У ВСЕХ. Более преимуществ этой топологии я не вижу в упор. Недостатки - вижу.

Offтопик:
Все общаются как либералы в телевизире, лишь бы никого случайно не обидеть. Крокодилы летают - да, летают, только низенько низенько. Называйте окружающие вас вещи своими именами.

[dekko]

Валет, Белка шутит, он знает! Он курит даташиты

[Валет]

Так я же написАл ранее про реальный макет в железе, у которого 52 дБ на 20 кГц, могу там вытянуть и 60 дБ,

Вы, должно быть, фокусник . Я 40 с трудом вытягивал.

---------- Добавлено в 16:30 ---------- Предыдущее сообщение в 16:27 ----------

Вы понимаете, что я хочу услышать.

Понимаю, но хочу, чтобы Вы обосновывали свои сомнения, иначе не понятно как отвечать..

[viktor8m]

Вы, должно быть, фокусник . Я 40 с трудом вытягивал.

Возможно у Вас усиление большое, у меня всего 7, поэтому и большая глубина ООС (ВК в классе А на транзисторах с F=50 МГц).

[ViktKors]

Сообщение от ViktKors: "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».

А куда девать местную в ВК ЛМ-ки?

Что происходит с маломощной МС когда она начинает работать с большими выходными напряжениями?

А кратковременная перегрузка? Каково время выхода маломощного компаратора маломощной МС из перегрузки?

"большое напряжение" - это 0.2 вольта - это очень много?

перегрузок в нормальных условиях - нет. Но если все-таки есть - время выхода 140 наносекунд (емнип)

Основная фишка усилителя ZD-50 в том, что он сделан НЕ КАК У ВСЕХ. Более преимуществ этой топологии я не вижу в упор. Недостатки - вижу.

Основная фишка - благодаря ЛМ-ке удивительно стабильная (удивительно - это если забыть про местную ОС шириной в десятки МГц в ЛМ) АФЧХ петевого усиления, которая позволяет реализовать запредельную в подобных условиях глубину ООС. Все остальное - следствия.
Какое "НЕ КАК У ВСЕХ" есть в применении селектора искажений - понять трудно.

---------- Добавлено в 15:49 ---------- Предыдущее сообщение в 15:43 ----------

Загонял, смотрел. Просто я знаю, как сделать лучше.

Я тоже (секрет полишинеля )- добавить один конденсатор (если это кому-то так важно).

[Валет]

А куда девать местную в ВК ЛМ-ки?

Туда же, куда все местные ОС, в т.ч. и местную ОС в самом ОК .

Используемое включение емкости коррекции с выхода ВК на вход УН конечно уменьшает искажения связки УН + ВК за счет ОС (с одновременным завалом ВЧ), но для усилителя с ОООС, каким является микросхема, это влияние несущественно. Более того, увеличение этой емкости (т.е. усиление местной ОС) в такой топологии вовсе не уменьшает искажения всего усилителя, а наоборот увеличивает их. Для минимизации искажений усилителя необходимо, чтобы эта емкость (а с ней и глубина местной ОС) имела минимальное значение, необходимое только для обеспечения устойчивости УМЗЧ.

[Nick]

viktor8m, второй сравнивающий дифкаскад на одном кристалле с ВК - это ОЧЕНЬ существенный недостаток топологии ZD-50.

На звуковых частотах, этот каскад на практике не играет роли (искажения любого рода будут подавлятся очень большим усилением в петле, благодаря U2, в том числе и тепловые LM3886).
Выше по частоте - играет, но он будет играть и в "однопетлевой" топологии, потому как частота ед. усиления в петле задана LM3886 (ну если без ВЧ каналов), и какой бы ОУ в общую петлю не ставить, на ВЧ всё равно придётся уменьшать его усиление, так как в районе 200кГц оно должно уже быть около единицы. Т.е. тут всё определяется не топологией, а петлевым усилением. Поэтому лучше можно сделать, только если сделать ещё более резкий подьём усиления (т.е. больше полюсов), но как показывает практика реальные искажения на столько низкие (любого рода), что смысла в этом нет. Там уже большую роль начинает играть конструктив.
К слову сказать, в своё время был сделан и прототип с общей петлёй (В), у которого в общем как оказалось не было преимуществ, и был довольно большой недостаток - выход из ограничения, который без "специальных" ср-в сделать лучше очень проблематично.

[ViktKors]

На звуковых частотах, этот каскад на практике не играет роли (искажения любого рода будут подавлятся U2, в том числе и тепловые из-за диф каскада LM3886).

Тут есть еще один момент, который вроде как не озвучивался.
Вполне можно утверждать, чт на звуковых частотах в схеме работает по сути только одна петля ОС. Если смотреть на входы ЛМ-ки, но на частотах килогерц в 20 глубина ОС на инв. входе ЛМ-ки (непосредственно с ее выхода) - децибелл 30 (цифра отфонарная), а на неинв. входе (сигнал после селектора искажений) глубина ОС - 70 дБ.
Суммарная глубина не 70+30=100 дБ, а все те-же 70 дБ, поскольку сигналы на входах складываются, т.е. 3000 раз (70 дБ) плюс 30 раз (30 дБ) дает 3030 раз (т.е. те-же 70 дБ). Поэтому в области звуковых частот, во многих аспектах усилитель ведет себя буквально как однопетлевой.

[Nick]

Суммарная глубина не 70+30=100 дБ, а все те-же 70 дБ, поскольку сигналы на входах складываются, т.е. 3000 раз (70 дБ) плюс 30 раз (30 дБ) дает 3030 раз (т.е. те-же 70 дБ). Поэтому в области звуковых частот, во многих аспектах усилитель ведет себя буквально как однопетлевой.

Да, усиление тут именно суммируется, а не умножается. И "вклад" каждой из них соответствующий.
Вообще если расписать как формируется глубина ОС в усилителе, то становятся более понятным многие вещи:

Примем усиление LM3886 за K1, усиление звена на U2 за K2, коэф. передачи делителя ОС LM3886 за B1, коэф. передачи делителя U2 за B2. Думаю понятно, что K1, K2, B1, B2 это коэф. (или точнее функции) зависящие от частоты. Усиление в петле U2 будет равно K1*K2*B2, а в петле LM3886 К1*B1. Получается, что:

• Для структуры по типу ZD-50, глубина ОС (т.е. суммарное усиление в обоих петлях) равна G = K1*K2*B2 + K1*B1 = K1*B2*(K2 + B1/B2).
  
• Для структуры с общей петлёй (т.е. одной петлёй через U2) G = K1*B2*K2.

Отсюда прекрасно видно, что изменения К1, т.е. изменения усиления LM3886, например из-за её нелинейности, терм. искажений и.т.п., будут приводить к одинаковым (пропорциональная зависимость) изменениям в усилении в петле ОС в обоих структурах/топологиях.
Отсюда понятно, что K1*В1, т.е петля LM3886 играет роль в ZD-50 только там где усиление K2, т.е. U2, очень мало.

[viktor8m]

Суммарная глубина не 70+30=100 дБ, а все те-же 70 дБ, поскольку сигналы на входах складываются, т.е. 3000 раз (70 дБ) плюс 30 раз (30 дБ) дает 3030 раз (т.е. те-же 70 дБ). Поэтому в области звуковых частот, во многих аспектах усилитель ведет себя буквально как однопетлевой.

• Для структуры по типу ZD-50, глубина ОС (т.е. суммарное усиление в обоих петлях) равна G = K1*K2*B2 + K1*B1 = K1*B2*(K2 + B1/B2).
  
• Для структуры с общей петлёй (т.е. одной петлёй через U2) G = K1*B2*K2.

Хочу уточнить, глубина ООС усилителя ошибки действительно близка к его собственному усилению (примерно равна K2*B2*K3, где K3 это усиление мощной части с неинв. входа при замкнутой у неё ООС, а B2 включает как деление от цепи ООС, так и деление на выходе усилителя ошибки), но глубина ООС выходного каскада мощной части как раз не суммируется, а умножается, т.е. ВК охвачен ООС, глубина которой равна глубине ООС от мощной части, умноженное на K2*B2 (в этом парал. и посл. композитная схема подобны и это легко проверяется в симуляторе, введение усилителя ошибки уменьшает первые гармоники практически на K2*B2), поэтому ViktKors не совсем прав.

[ViktKors]

но глубина ООС выходного каскада мощной части как раз не суммируется, а умножается ... поэтому ViktKors не совсем прав.

Я словами с Вами спорить не буду, их было тут уже достаточно.
Понятно, что не всегда все очевидно сразу, есть и определенное недоверие, а слова порой больше запутывают, чем объясняют. Потому я Вам ответ нарисую:

Это не zd50, но что-то в том-же ключе. Красная кривая на верхнем графике - это сигнал ОС самой ЛМки, синяя - сигнал ОС на неинвертирующем входе ЛМ-ки от селектора искажений, толстая серая кривая - суммарная ООС.

На нижнем графике (черная кривая) показана степень подавления искажений выходного каскада. Можно сравнить ее с глубиной ООС и сделать выводы. В частности о том, что собственная ОС ЛМ-ки (цепь с ее выхода на ее инв. вход) никак не влияет на подавление искажений выходного каскада.

[Nick]

Хочу уточнить, глубина ООС усилителя ошибки действительно близка к его собственному усилению (примерно равна K2*B2*K3, где K3 это усиление мощной части с неинв. входа при замкнутой у неё ООС,

А нет смысла рассматривать с замкнутой ОС мощной части. По формулам выше прекрасно видно, что умножается усиление входной и выходной части только в петле U2 (т.е. как и в случае с одной общей петлёй), а усиление обоих петель, именно ссумируется (инв. и неинв. вход LM3886 есть сумматор).

[viktor8m]

собственная ОС ЛМ-ки (цепь с ее выхода на ее инв. вход) никак не влияет на подавление искажений выходного каскада.

Мой симулятор и реальные измерения реального макета с этим не согласны. На рисунке маломощная схема по принципу ZD-50, выходное напряжение 10 Vpp 5 кГц, у обоих ОУ собственное усиление 100000 на DC и F1=5 МГц. Сначало проверяем искажения отдельно ЭП (Q1) при данной нагрузке и данном выходном напряжении, получаем вторую гармонику (она значительно выше всех других гармоник) 0.4 мВ, затем проверяем только Х2 (R7 закорочен) с ЭП, вторая гармоника уменьшается в 400 раз (10 мкВ), а теперь проверим вместе с усилителем ошибки (востанавливаем R7), вторая гармоника уменьшается ещё в 100 раз (110 нВ). Как видим, каждый ОУ уменьшает практически пропорционально (и с учётом делителей) своему усилению.

[Nick]

Это не корректный для этого эксперемент. Нужно померять с собственной ОС ЛМ-ки, т.е с R3/R6 и без них (т.е. когда неив. вход X2 на земле). Но это не получится просто так сделать, потому как усилитель станет неустойчивым.