Проект А без ОООС

[Mad optic]

"Зачат" новый проект - усилитель без ОООС. Причины его появления можно посмотреть здесь:
http://madoptic.narod.ru/projects/a-seb_page2.htm

Усилитель построен с использованием схемотехнических решений близких к Проект А с ОООС (https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=59713), но применены, возможно, не совсем традиционные подходы:
1) получение необходимой линейности не за счет использования линейных свойств полевых тр-ров, а применением оных с высокой крутизной (изначально разработаны для работы в ключевых схемах)
2) применение импульсного БП для питания усилителя.
Так как в УМ используется балансный выход с однотактными плечами, то потребляемый ток усилителя ПОСТОЯННЫЙ. Это и определило возможность использования импульсного БП.

Собственно, схема усилителя:



Усиление К=9.7, измерянная полоса пропускания расширилась до 500 КГц по сравнению с 255 кГц у предыдущего УМ. Частота единичного усиления 4.1 МГц. Для небалансного включения (RCA вход) по измерениям искажения на 1 КГц/1W составляют 0.046% для 8 ом. До 0.8W присутствуют только (!) вторая и третья гармоники. На 4 ом искажения очень близки по структуре.
С изменением частоты искажения не меняются. Во всяком случае, на 10 кГц изменений не видно совсем.

Максимальная выходная мощность представленного варианта составляет 10W на 10 ом. При уменьшении номинала нагрузки снижается до 8W/8ом и 4W/4ом.

Схема усилителя может быть оптимизирована под выходную мощность не менее 10 Вт для нагрузок от 4 до 8 ом (15 Вт на 6 ом) с повышением общей линейности усилителя приблизительно на 6 дБ. Сопротивление резисторов R40, 41 становится 750 ом, а R 5, 21 - 62 ом. R32 должен быть 43К. Также изменяются номиналы резисторов в истоковых цепях выходных источников тока М2 и М4 - теперь это сборки из 6 одно ваттных резисторов 3.92 ома. Ток покоя устанавливается резистором R18 3.9К на 2.28А. R2 тоже становится другим - два 2-ваттных резистора по 0.068 ом. Обратите внимание - необходимо применить другой импульсный БП. Теперь здесь можно использовать TRACO TOP 200-124 (C12 в этом случае не ставится).
Дополнительно: входная сборка должна быть FDC3601N (FDS снята с производства); операционники обязательно использовать ОРА1652 или AD823; на выходе применять можно довольно широкий выбор транзисторов, рекомендую FQP50N06L, FQP33N10L. Вместо 2SD1898 можно применить PBSS4240X.

Ниже приведена аппаратная реализация усилителя, она немного отличается от предыдущего усилителя Проект А, но корпус используется того же типа.

Собственно, п/плата усилителя 4-х слойная с металлизацией 105 мкм, размером 203х146 мм и выглядит так:


Вид спереди моноблока: , сзади:
Вид частично разобранного изделия:

Измерения усилителя приведены на сайте (по ссылке выше).

Развитие проекта - усилитель Perfectio (28 W/6 ом):

[Игорь Гапонов]

Можно проще. Например ....

Т.е. общей ОС таки избежать нельзя?

Интересно, что рассеяние мощности на активных элементах меняется вместе реальным сигналом, даже в идеальном режиме А. Например, при нуле сигнала максимум рассеивается на исполняющих ("усилительных", "активных") элементах, при максимуме сигнала - минимум, т.к. согласно закону сохранения, мощность потребления от источника энергии = константе. Следовательно, и температура будет плавать. И шо же делать? Может второй усилитель построить, для подогрева первого?

[Mad optic]

Немного в продолжение темы о конденсаторах.

Между двумя усилителями Проекта А есть такая разница - усилитель без ОООС не требует никакого прогрева для нормальной работы. Во всяком случае, я не слышу разницу между прогретым и нет состоянием. А вот усилитель с ОООС начинает очень хорошо звучать только через 40-50 минут после включения. Если учесть,что все полупроводниковые компоненты водят на рабочий температурный режим в течении первых минут, то объяснить такое явление достаточно сложно было.
Тут надо учесть некоторую особенность конструкции. На входе и в цепи ОС усилителя стоят электролиты Nichicon, причем расположены они на плате ближе к задней стенке усилителя. Интересно то, что эта часть корпуса нагревается именно после 40-50 минут работы. Таким образом, резонно предположить, что именно прогрев этих электролитов и оказывает влияние на звук после прогрева. Заметное влияние.
Пока вот такое объяснение.

P.S. Уже неоднократно писал, что с прогревом усилителя (с электролитами) звучание заметно улучшается, а THD немного возрастает.

[iRomario]

Я вот хочу опять спросить у автора топика:
У меня нет возможности вывести 200 Вт в тепло для двух каналов, а очень хочется именно балансный А класс. Акустика, как я писал ранее 4 Ом. Теперь хочу более точно сформулировать свой пост о двух питаниях:
Основной источник 12 Вольт, 10-12 Ампер. Это питание выходных каскадов для обоих каналов. На него сажаю бустер, примерно до 18 Вольт для питания передов. Амплитуда выхода около 9 вольт. Больше не нужно. Идея не реализуема?


С уважением, Роман

[Mad optic]

Я вот хочу опять спросить у автора топика:
У меня нет возможности вывести 200 Вт в тепло для двух каналов, а очень хочется именно балансный А класс. Акустика, как я писал ранее 4 Ом.

В тепло надо перевести 230Вт. А если нет такой возможности, то забудьте об этой схеме.

второй ответ - реализуемо.

[Orion33]

Offтопик:

имеется зона нечувствительности

Я этого термина не понимаю... Я понимаю полосу пропускания и частоту среза. Любой серво представляет собой ФНЧ с частотой среза единицы Гц, включенный в обратную связь. Поэтому любой серво меняет АЧХ и ФЧХ усилителя. Поскольку моторчик очень инерционный, в области действия серво возможен крайне непредсказуемый поворот фазы...

---------- Сообщение добавлено 02.12 ---------- Предыдущее сообщение было 02.06 ----------

Offтопик:

На входе и в цепи ОС усилителя стоят электролиты Nichicon, причем расположены они на плате ближе к задней стенке усилителя. Интересно то, что эта часть корпуса нагревается именно после 40-50 минут работы.

Кстати, у меня есть корректор PhaseTech с Силмиками в питании. И они ощутимо греются! Примерно до 40 градусов, причем никаких горячих или даже теплых элементов вокруг нет! Авторазогрев, что ли?

С прогревом у электролитов растет емкость, поэтому в правильных дизайнах их располагают около радиаторов. По идее, еще и химическая активность электролита должна повышаться, подвижность зарядов. Мне рассказывали, что в некоторых изделиях на электролиты специально наматывали нихромовую проволоку для подогрева

---------- Сообщение добавлено 02.14 ---------- Предыдущее сообщение было 02.12 ----------

У меня нет возможности вывести 200 Вт в тепло для двух каналов, а очень хочется именно балансный А класс.

КПД такого усилителя - 10...15% Вот и прикиньте, сколько полезной мощности получится и устроит ли она.

[Игорь Гапонов]

Offтопик:

Поэтому любой серво меняет АЧХ и ФЧХ усилителя. Поскольку моторчик очень инерционный, в области действия серво возможен крайне непредсказуемый поворот фазы...

Так он поворачивает всё только ниже частоты среза петли (точнее- тот самый ФНЧ в серве и определяет ЧХ петлевого усиления и следовательно запас по устойчивости, который может быть, например, для 1Гц очень прочным). С другой стороны, всё похоже на "эффект роликового привода" - да, рычит, но звук лучше, чем при пассике. Может быть все мы, и я не исключение, не туда смотрим?

[теоретизирующий практик]

Сообщение от теоретизирующий практик


имеется зона нечувствительности



Я этого термина не понимаю...

Этот термин, как и приставка сложных слов "серво..." из теории авторегулирования, например http://infor.wallst.ru/5/ab33.htm

Кстати, при современном качестве конденсаторов и полевых транзисторов не сложно сконструировать и сервосистему без одиозных моторов. Для упрощения электроники, медленный заряд - разряд конденсатора "памяти смещения" можно организовать и через герконовые реле. Преимущество такого сервопривода - разрыв цепи обратной связи после цикла "подгонки" в системе регулирования смещения. Все разговоры о влиянии серво... заканчиваются. .

В природе наверное есть и цифровые микросхемы систем авторегулирования с большим набором возможностей.

[Orion33]

Offтопик:

Так он поворачивает всё только ниже частоты среза петли

Т.е. возбуд на 0,5Гц Вас устроит? Кстати, больше всего серво крутит фазу на стыке собственной ЧХ с ЧХ усилителя, т.е. это будет как раз в районе частоты среза, если это УПТ.

"эффект роликового привода" - да, рычит, но звук лучше, чем при пассике

Ну да, особенно если это ролик какой-нибудь "Юности" Хотя на вкус и цвет... и "роликовый" серво имеет право на жизнь

[viktor8m]

Просто применение интеграторов в цепи ООС не предотвращает попадание остатков сигнала на вход

На самом деле практически все применяют интегратор для стабилизации нуля не верно, беря сигнал с выхода усилителя и тем неизбежно вводя влияние интегратора на выходной сигнал. Я в разных темах уже приводил правильный вариант использования интегратора (см. рисунок, Х2 это интегратор), но воз и ныне там. Не нужны никакие микропроцессоры, просто надо сигнал брать после сумматора ООС, а не с выхода устройства (чтобы не влиять на ООС, советую для интегратора прецизионные ОУ на полевиках, напр., OPA827).

[Mad optic]

На самом деле практически все применяют интегратор для стабилизации нуля неверно, беря сигнал с выхода усилителя и тем неизбежно вводя влияние интегратора на выходной сигнал. Я в разных темах уже приводил правильный вариант использования интегратора (см. рисунок), но воз и ныне там. Не нужны никакие микропроцессоры.

Совершенно верно, я аналогичный вариант "давящий" до 50 мВ на входе, предусматривал для данной схемы Проекта А без ОООС. Схему долго "крутил" и анализировал ее работу, но победил конденсатор. Теперь осталось вспомнить что остановило от применения. (попозже посмотрю результаты моделирования, они на другом компьютере).

[viktor8m]

только на одном ОУ

Так и у меня только на одном ОУ (Х2), а Х1 это сам усилитель, для которого требуется схема поддержания нуля. Кстати, приведённая мною схема поддержания нуля известна очень давно и широко используется в измерительной технике.

[bukvarev]

На самом деле практически все применяют интегратор..

Думаю, нет, скорее уверен, что никаких подключений к ОООС быть не должно, как бы не казалось, что это влиять не будет, и.т.д. Ни в часть делителя, ни в общую точку.
Делитель - самый критичный элемент уся с ОООС. В нем кроме резисторов вообще ничего не должно быть. А в Вашем случае туда входит нелинейный входной ток X2, плюс "геометрическое" влияние монтажа.

[viktor8m]

В нем кроме резисторов вообще ничего не должно быть. А в Вашем случае туда входит нелинейный входной ток X2, плюс "геометрическое" влияние монтажа.

Так Вы забыли про входной резистор интегратора (R7), его берут как минимум 1 МОм (чтобы уменьшить ёмкость интегрирования), так что влияния не будет, остаются только входные токи Х2, поэтому и рекомендую ОУ с полевиками (у OPA827 гарантируюся при комнатной температуре менее 50 пкА, такого влияния никак не заметно). В итоге интегратор внесёт в цепь ООС на пару порядков меньше, чем входной каскад Х1, поверьте, что я уже это испытал в железе.

[bukvarev]

Знаете, я ожидал, что в ответ Вы напишете про полевики, пикоамперы и.т.д . Точный ДК в любом случае лучше разных "костылей". Тоже проверено в железе..

[Mad optic]

Так и у меня только на одном ОУ (Х2), а Х1 это сам усилитель, для которого требуется схема поддержания нуля.

Да-да, не сразу увидел. Но у меня схема включения была другая и не задействовался другой вход основного усилителя.

Сейчас что-то смутно припоминаю о проблемах - Вы пробовали через эту схему пропустить меандр?

---------- Сообщение добавлено 18.02 ---------- Предыдущее сообщение было 17.49 ----------

viktor8m,

Вот нашел картинку на компьютере (включение во входную цепь усилителя типа цирклотрон Проект А с ОООС):



Тут все практически (хотя и не совсем так) вне петли ОС работа происходит. Резисторы R4 и R7 - элементы ОС одного плеча усилителя.

P.S. Точку соединения R1 и R2 интегратор "осаживает" в ноль через резистор 130 ком. По пост. току получается низкое входное сопротивление.

[viktor8m]

Вы пробовали через эту схему пропустить меандр?

Конечно пробывал, никаких проблем. Кстати, такой принцип (несколько иначе из-за неинв. включения) используется во многих усилителях или активных диф. пробниках для осциллографов, а там, как понимаете, точность меандра очень важна.

Точку соединения R1 и R2 интегратор "осаживает" в ноль через резистор 130 ком. По пост. току получается низкое входное сопротивление.

Так у Вас другой принцип подключения выхода интегратора.

[Mad optic]

Так у Вас другой принцип подключения выхода интегратора.

Именно. Пытался вырваться из петли ОС и применить схему для балансного включения источника.

[Orion33]

просто надо сигнал брать после сумматора ООС

А после сумматора влияния на выходной сигнал нету, что ли? Задача серво - получить ноль именно на выходе, а не в точке суммирования, ибо на входе тоже может действовать смещение.

Так Вы забыли про входной резистор интегратора (R7), его берут как минимум 1 МОм

А что, в классической реализации берут резистор меньше? Или пикоамперы на выходе уся, где пренебрежимо малое сопротивление, оказывают большее влияние, чем в точке суммирования ООС, где сопротивление вполне ощутимо?

Пытался вырваться из петли ОС и применить схему для балансного включения источника.

Я бы для этого в Вашей схеме использовал U1 и U2, только сигнал брал бы с выхода, а не резисторов. ЧХ при этом, как ни крути, все равно меняться будет.

[Игорь Гапонов]

Offтопик:


Т.е. возбуд на 0,5Гц Вас устроит? Кстати, больше всего серво крутит фазу на стыке собственной ЧХ с ЧХ усилителя, т.е. это будет как раз в районе частоты среза, если это УПТ.

Не верный подход. Суммарная ЧХ будет участке 0-10...100Fср. определяться ЧХ петлевого усиления общей ОС с "надёжностью" или точностью запаса по устойчивости. Поэтому только контролируемые элементы ФНЧ (интегратор же ) в петле определят реальную устойчивость или наоборот неустойчивось (склонность к генерации) в плоть до контролируемого возбуждения.

[krulfa]

Немного в продолжение темы о конденсаторах. Между двумя усилителями Проекта А есть такая разница - усилитель без ОООС не требует никакого прогрева для нормальной работы. Во всяком случае, я не слышу разницу между прогретым и нет состоянием. А вот усилитель с ОООС начинает очень хорошо звучать только через 40-50 минут после включения.

Наверное, следует уточнить, что здесь речь идет о конкретных усилителях, у которых были отмечены или не отмечены указанные особенности изменения звучания от прогрева.
У каждого усилителя есть оптимальная температура, соответствующая наилучшему звучанию. Важно, чтобы точка теплового равновесия не отстояла далеко от этой температуры.

P.S. Усилитель с полевыми выходными транзисторами с прогревом имеет тенденцию звучать хуже (падает крутизна, растет сопротивление канала), с биполярными - лучше (увеличивается "бета").