Проект Волжская Рысь, или Готовим LME49810, второй заход

[Romanoff]

Эта тема призвана заполнить информационный вакуум, образовавшийся в старой ветке, посвященной драйверу ЛМЕ49810. Как показала история с нашумевшей эпопеей "ЛМ3886, второй заход" - форумчанам интересны ветки, где идет реальная работа, а не симуляторные мерянья пиписьками или теоретизирование, поэтому и появилась эта ветка.

Итак, немного об истории проекта: после успешных экспериментов с ЛМ3886 мне захотелось двигаться дальше, и сделать усилитель, не уступающий A&R как по формальным показателям, так и по субъективному качеству звучания. В качестве консультанта согласился выступить Дима Андронников, за что ему огромнейшее человеческое спасибо! В результате недолгих обсуждений концепция выработалась следующая: использую ЛМЕ49810 в инвертирующем включении, с настолько низким Ку, какой получится без загрубления коррекции и снижения скорости. В качестве буфера перед ЛМЕ использую ОУ в неинвертирующем включении, выход ОУ умощняю транзисторным повторителем с динамической нагрузкой, как это сделано в ЦАП Lynx D29. В ВК используем старые добрые звуковые Санкены - они позволят использовать всего пару жирных 1216/2922 для работы на требуемой мощности в 60-70Вт на любую, даже самую мерзкую нагрузку с наикривейшим импедансом. Ну и как то само собой родилось название для проекта - "Волжская Рысь"
Не буду утомлять читателя лишними подробностями, скажу лишь, что была разработана и изготовлена печатная плата первой версии усилителя, несущая на борту выпрямители, защиту и вообще вся из себя навороченная, как мне тогда казалось. Да, я старался, вкладывал душу и мозг, насколько он того позволял на тот момент.

Получилось вот так:


Мерялось оно так:


Не впечатляет, правда?
Тут то и пришла пора работы над ошибками. Началось чтение теории, макетирование, проверка прописных истин на пальцах и всякое такое. В результате, основная причина провала была выяснена, и я принялся за разработку второй (текущей) версии платы. Компоновка поменялась до невозможности, подход к проектированию был пересмотрен в корне, в результате получилось вот так:



Понятно, что на фото не установлен еще ВК

Макет второй версии усилителя выглядит на сегодняшний момент так:


При работе от этого генератора УМ версии 2.0 показал такие результаты:


Совсем другое дело, не находите?

На сегодняшний день схемотехника выходного каскада и режимы немного изменились, текущая версия 2.3 показывает следующие результаты:


Про звук - предварительное прослушивание одного канала выявило весомое преимущество "Волжской Рыси" над моим экземпляром A&R.

Ремарка на полях: этот усилитель, в отличии от A&R, требует для своей сборки и настройки несколько бОльшую квалификацию сборщика. Это обусловлено, в частности, дискретным ВК на довольно шустрых транзисторах, который норовил засвистеть. Не имея хорошего генератора и осциллографа лучше за повторение не браться - будете разочарованы итоговым результатом

Дополнение от 31.10.2013
Проект полностью закончен, закрыт в корпус и прошел уже ряд прослушиваний в Саратове. Для набора статистики аппарат был передан в Москву, где сейчас ходит по рукам. Отзывы послушавших собираются в этой теме.
Текущая версия проекта v.3.4, метрологически является точной копией финальной версии, описанной в этой ветке. Технически отличия от макета в том, что в аппарат добавлен софтстарт, селектор входов на 4 источника, защита от постоянки на выходе. Выглядит законченное устройство так:

[Romanoff]

У кого вывалятся, а у кого и нет.

Дело не столько в ОБР, сколько в гораздо более раннем спаде беты у моторолл. ВК на одной паре будет слишком кривой нагрузкой для УН, это нехорошо.

а дальнейшее улучшение возможно, как я и Линкс уже говорили, за счёт ввода каскода в УН и соответственно внешней первой ступени ВК

Виктор, по сложности этот шаг сопоставим с переходом к целиком дискретному решению, да и макета как такового нет - на платах второй ревизии смонтировать такое трудно, они не рассчитывались под подобную схемотехнику

Offтопик:
Собственно, работы над Волжской Рысью я планирую закончить сразу после запуска третьей ревизии плат - там будет двухполюсная коррекция, и все наработки по второй ревизии, которые мы сейчас обсуждаем. Как раз к тому времени должен поспеть корпус, усилитель запакуется начисто и будет радовать меня, пока я буду возиться с дискретом

[Nick]

Offтопик:
Чё то по картинкам в даташите 2SA1216/2SC2922 как раз имеет ОБР похуже (ну или не лучше) чем мотороллы MJL(W)21193/94/95/96...

[Olegyurich]

ё то по картинкам в даташите 2SA1216/2SC2922 как раз имеет ОБР похуже (ну или не лучше) чем мотороллы MJL(W)21193/94/95/96...

Offтопик:
Вот и мне так кажется.

[Ромыч]

Дело не столько в ОБР, сколько в гораздо более раннем спаде беты у моторолл. ВК на одной паре будет слишком кривой нагрузкой для УН, это нехорошо.

Опять же на 6-омных АС нагрузка для УН будет ровная ватт до 50-60. Для меня этого достаточно. Выше уже все равно дискотека.

[Olegyurich]

Дело не столько в ОБР, сколько в гораздо более раннем спаде беты у моторолл. ВК на одной паре будет слишком кривой нагрузкой для УН, это нехорошо.

Специально глянул - на 5 А PNP разница 65 против 55, NPN разница 75 против 60 - это очень мало на что повлияет.
Мне вот немонотонность графика беты от тока гораздо больше не нравится.

[Nick]

Offтопик:

... Мне вот немонотонность графика беты от тока гораздо больше не нравится.

А частоты от тока у 2SC2922?

---------- Post added at 09:35 ---------- Previous post was at 09:27 ----------

Offтопик:

Вот какие можно попробовать, если есть возможность их купить. У них ОБР и бета больше чем у моторол: http://www.newark.com/semelab/mg6331...967?Ntt=MG6331 http://www.newark.com/semelab/mg9411...973?Ntt=MG9411

[Olegyurich]

А частоты от тока у 2SC2922?

Offтопик:
Это само собой, но речь выше шла о бете.

[viktor8m]

Offтопик:
А частоты от тока у 2SC2922?

Offтопик:
Повторяю, что график этот верен для ОЭ, а не ОК.

[Nick]

Offтопик:

Offтопик:
Повторяю, что график этот верен для ОЭ, а не ОК.

Слова ОЭ или ОК смысла тут не несут. Зависимость беты от частоты и тока не зависит от включения тр-ра.

Если говорить о включениях, то да, у ОЭ, как частного случая, коэф. усиления схемы по току равен beta тр-ра.
В ОК включении усиление по току равно beta + 1 (1 - это входной ток). На ВЧ на самом деле это сумма beta и только части входного (т.е. меньше единцы), т.к. другая часть уйдёт в коллектор, из-за паразитной ёмкости.

Поэтому на той частоте где beta = 1, у ОЭ будет усиление по току 1, а у ОК будет больше 1 но меньше 2-х. Дальше по частоте у ОЭ будет спадать до нуля, а у ОК будет спадать до входного за минусом того что пойдёт в коллектор.

В УМЗЧ граничная частота самих выходников играет не сильно большую роль, потому как с выходным фильтром усиливать ток в принципе и не нужно, драйверы вполне могут справиться. Но вот такие вот сильные изменения беты говорят о том, что сильно будут меняться паразитные ёмкости тр-ров от их выходного тока. И если ед. усиление в петле УМЗЧ находится на частотах где бета уже низкая, то с такими тр-рами она будет сильно плавать.

[Romanoff]

Чё то по картинкам в даташите 2SA1216/2SC2922 как раз имеет ОБР похуже (ну или не лучше) чем мотороллы

Да, так и есть, с кем то я их попутал. Но в любом случае, судя по графикам зависимости беты от тока коллектора, мотороллы стОит использовать с токами до 2А примерно. То есть полюбому 2 пары, а лучше - 3. Конструктивно это конечно реализуемо, но смысла большого я в этом не вижу.

Опять же на 6-омных АС нагрузка для УН будет ровная ватт до 50-60.

Роман, не так. 50Вт на активные 6Ом это примерно 3 ампера току. Судя по даташиту на 21193, бета в диапазоне токов 0.1-3А меняется со 100 до 80, разница в 20%! А это значит, что в самом идеальном случае, если предположить, что бета предвыходных транзисторов стабильна, нагрузка УН будет мотаться за период сигнала на 20%. На реальную реактивную нагрузку все будет значительно хуже.
Вроде нигде не наврал. Если что, более опытные товарищи поправят

[viktor8m]

Offтопик:
Слова ОЭ или ОК смысла тут не несут. Зависимость беты от частоты и тока не зависит от включения тр-ра.

Offтопик:
Зависимость беты от частоты не зависит, а вот частоты зависит, т.к. при ОК сигнал снимаем с эмиттера, а не с коллектора, и измерения в железе (проверял MJL3281A с ГТ в эмиттере при токах 0.1, 0.5, 1 и 2 А без нагрузки) показывают, что от частоты коэф. передачи (очень близко к 1) практически не меняется вплоть до 30 МГц (выше у меня вольтметр врёт, поэтому не проверял).

[Nick]

Offтопик:

Offтопик:
Зависимость беты от частоты не зависит, а вот частоты зависит, т.к. при ОК сигнал снимаем с эмиттера, а не с коллектора, и измерения в железе (проверял MJL3281A с ГТ в эмиттере при токах 0.1, 0.5, 1 и 2 А без нагрузки) показывают, что от частоты коэф. передачи (очень близко к 1) практически не меняется вплоть до 30 МГц (выше у меня вольтметр врёт, поэтому не проверял).

Вижу понимания нет. Коэф. передачи по току у ОК в рабочем диапазоне выше единицы и не сильно отличается от ОЭ (на частоте Ft максимум на 1-цу). И по току будет примерно таже граничная частота (чуть чуть больше).
Ты же мерял коэф. передачи по напряжению, который в отрыве от условий измерения (импеданса источника и нагрузки) не несёт никакого смысла. Так например с низким импедансом источника и высоким нагрузки можно и 100МГц получить (ед. усиления по напряжению) на тр-рах с Ft = 4МГц.

[Olegyurich]

Вроде нигде не наврал.

Специально глянул - на 5 А PNP разница 65 против 55, NPN разница 75 против 60 - это очень мало на что повлияет.

А "мотает" кстати сильнее Санкены, чем Моторолу.

[viktor8m]

Offтопик:
Коэф. передачи по току у ОК в рабочем диапазоне выше единицы и не сильно отличается от ОЭ (на частоте Ft максимум на 1-цу). И по току будет примерно таже граничная частота (чуть чуть больше).

Offтопик:
Насчёт базового тока верно, но он меня мало интересует, при достаточных токах покоя входных пар в тройке входной ток ВК (да и импенданс) достаточно мало меняется от тока выходных транзисторов, да и ещё есть нагрузочные резисторы УН, поэтому на АЧХ зависимость базового тока от частоты выходных транзисторов мало влияет, а т.к. и коэф. передачи по напряжению не меняется в ОК, то проблем не вижу с сильной зависимостью тока от частоты, в отличие от каскадов ОЭ.

[Romanoff]

Olegyurich, Олег, ты не прав. Специально поднял Даташит на 1216, изменение беты в диапазоне 0.1-5А не превышает 5 единиц, для мотороллы же этот диапазон составит около 45. Даже в более человечном диапазоне до 3А разница у мотороллы 20 против 3-4 у Санкенов.

[Nick]

Судя по даташиту на 21193, бета в диапазоне токов 0.1-3А меняется со 100 до 80, разница в 20%! А это значит, что в самом идеальном случае, если предположить, что бета предвыходных транзисторов стабильна, нагрузка УН будет мотаться за период сигнала на 20%. На реальную реактивную нагрузку все будет значительно хуже.
Вроде нигде не наврал. Если что, более опытные товарищи поправят

На самом деле полагаться на постоянство беты выходников очень не хорошо. Бета тр-ров зависит же от многих условий, как например падения напряжения на К-Э, температуры кристалла (тепловые искажения), которая гуляет дай боже, и.т.д. Поэтому так считать по этим графикам беты от тока смысла нет.
Нужно на самом деле делать так чтобы изменения беты выходников в довольно широких пределах не имели такого влияния. Обычно с тройкой это получается само собой, потому как у УН-а далеко не бесконечный выходной импеданс, даже без нагрузочных резисторов. На НЧ из-за эффекта Эрли, а на ВЧ ещё ниже из-за коррекции и паразитной ёмкости Б-К. Если же у всех тр-ров тройки довольно низкая бета, то конечно такое влияние может быть, но тогда нужно делать четвёрку.

[ИГВИН]

Offтопик:
Привет коллегам.
По биполярам в незапамятные времена делал измерения, ссылка.
Сама тема - может что полезное нароете, я уже не помню кто о чём писал...
https://forum.vegalab.ru/showthread.php/4187

[Olegyurich]

Олег, ты не прав. Специально поднял Даташит на 1216, изменение беты в диапазоне 0.1-5А не превышает 5 единиц

А что с 2SC2922?

Даже в более человечном диапазоне до 3А разница у мотороллы 20 против 3-4 у Санкенов.

Да, только при этом сама бета больше, а значит - нагрузка на УН - меньше.
Хотя еще раз ИМХО, что это непринципиально. Ну будет у тебя 110 дБ вместо 111 дБ - и что? А вот устойчивость гораздо важнее. Может быть ты расширением полосы ООС в разы перекроешь эту разницу по бете.

[Romanoff]

А что с 2SC2922?

А эти вообще странные

Да, только при этом сама бета больше, а значит - нагрузка на УН - меньше.

Однако согласись, приятнее иметь нагрузку и небольшую, и ровную

Может быть ты расширением полосы ООС в разы перекроешь эту разницу по бете.

Олег, подробнее в этом месте можно?

[Olegyurich]

Однако согласись, приятнее иметь нагрузку и небольшую, и ровную

Ага, и ключи сам знаешь от чего.))

Олег, подробнее в этом месте можно?

Я в том смысле - что если с Моторолами получится полосу усилителя расширить, это даст увеличение глубины ООС, по крайней мере на ВЧ. А это даст увеличение линейности. И эффект от этого может перекрыть то незначительное снижение линейности от нелинейности беты.
Кстати, в копилку Моторол еще и то, что им базовые резисторы не нужны вообще или нужны минимальной величины. С Санкенами и Тошибой не сравнить - а это тоже источник нелинейности.