Старые железки, новый простой Hi-Fi усилитель

[ntechmen]

Усилитель разработан год назад, в рамках работы над проектом компактного усилителя с однополярным питанием и низкими искажениями (предполагалась использовать мостовое включение). Оценив потенциал схемы, переработал ее под обычное двуполярное питание.
Усилитель собран и опробован на макете работает по нынешний день. Хочу отметить, что усилитель обладает высокими и параметрами и отличным звучанием, при очень простой конструкции.
Данная схема может создать серьезную конкуренцию усилителям высокого класса. (это была реклама))

Работа по данному усилителю до конца не была завершена, т.к. не сняты спектры и нет испытаний на прямоугольнике (все это тянулось год, так и не сделал). Связано это отсутствием приборов дома (раньше можно было с работы взять, сейчас нет), отсутствием стимулов ну и банальной ленью. Тем не мене, опираясь на опыт, расчеты в симуляторе, и уши, можно утверждать с высокой долей вероятности, что все очень даже не плохо.

Расчетная АФЧХ усилителя с разомкнутой петлей оос:




Схема усилителя:
Rev 1.0
simple hi-fi Rev 1.0.PDF

Печатная плата для схемы Rev 1.0, Автор Palych73
https://forum.vegalab.ru/attachment....5&d=1441874920




Rev 1.1
simple hi-fi Rev 1.1.pdf

Хочу отметить, что усилитель имеет потенциал тюнинга. (об этом по мере развития ветки, если оно будет).
Предлагаю всем желающим, собрать послушать усилитель, ну и оставить отзыв. (собирается на картонке за час)

[ntechmen]

минимум усиления схемы? Единицу можно сделать устойчивую?

да, нужно смотреть афчх для разомкнутого по оос усилителя, (диаграмму боде) (или график open loop gain в даташите на оу, если фаза не пересекает отметку в 180 находится выше отметки 180град. на отметке где усиление падает до 1.) то усилитель будет устойчив при любых к.у. вплоть до 1 при замкнутой ООС.

---------- Сообщение добавлено 22.07 ---------- Предыдущее сообщение было 21.54 ----------

Используйте модель оу с выходным каскадом. типа АД847/ад811/ад845 там такая раскачка моделируется

Скорректированные ОУ, крайне неудобно применять при разработке УМЗЧ. Это скорректированные оу применение в данной схеме невозможно, и ненужно.
На них вы не получите нужную афчх усилителя, у вас нет доступа к внутренней коррекции оу. АФЧХ всего умзч наследуется от афчх оу.

[.Васильев]

спорно.я предпочел стандартное гумелевское решение . А защиту от перегрузок путем замыкания выводов питания оу будете делать?.

[ntechmen]

спорно.я предпочел стандартное гумелевское решение .

не верите, накидайте в симуляторе гумелевское решение, на любых вами предложенных оу, снимите АФЧХ полученного усилителя, сравните с моим.
Добейтесь минимума, для начала разомкнутого усиления в 100дб на 10кгц при удовлетворении критерия устойчивости, а частности достаточного запаса по фазе на частоте среза умзч.

[.Васильев]

А что мне кидать.тут в теме транзисторного ламповика Рубальского и в теме защиты от козы усилителей по типу Гумели все материалы выложены. я знаком с этой раскачкой

[fakel]

При данном включении, когда съем сигнала происходит с цепей питания микросхемы, модель в симуляторе неработоспособна. Некорректное поведение ВК в модели (ток отдает на выход, но из цепей питания не потребляет), но по АФЧХ точна.
Поэтому если прикрутить к этой модели вк на идеальных транзисторах и разнести цепи питания, ограничить ток выхода паспортными значениями, можно получить вполне годную модель.

+10000!!! Моделил ТОСник Марка Александера, столкнулся. Добавил плавающее питание ОУ, чего всем рекомендую
Кстати, как термостабилить выходники будешь?

[.Васильев]

ад811 /ад845 обладают такой скоростью,коей от 5534 вовек не добьетесь

[ntechmen]

ад811 /ад845 обладают такой скоростью,коей от 5534 вовек не добьетесь

вот Вы попробуйте для начала реализовать скорость нарастания данных оу в конечном умзч, при этом учесть ряд критериев, например: критерий динамической линейности, это когда каждый последующий усилительный каскад быстрее или равен по скорости нарастания сигнала чем предыдущий, тогда система динамически линейна, соответственно умзч как система, спроектирована правильно.
На мой взгляд, гораздо проще это сделать с оу с небольшой скоростью нарастания, постепенно наращивая скорость нарастания в последующих каскадах.

Речь не идет что лучше ne5534 или ad811,ad845, класс и предназначения ОУ, разный. Конкретно для данной задачи, создания умзч. с применение оу, данное оу подходит как нельзя лучше по вышеописанным в теме мной соображениям.

---------- Сообщение добавлено 23.54 ---------- Предыдущее сообщение было 23.47 ----------

Кстати, как термостабилить выходники будешь?

пока склоняюсь к варианту, тепловой контакт диода смещения усилителя тока плеча с радиатором выходного транзистора этого плеча, плюс тепловой контакт между собой транзисторов усилителя тока плеча.

[Teoretic]

Расчетная АФЧХ усилителя с разомкнутой петлей оос:

А есть измеренные АФЧХ?
На приведенной АФЧХ фаза заходит за 180 град., т.е. усилитель устойчив по Найквисту.
Такие усилители глобально неустойчивы: могут возбуждаться при перегрузках (без применения дополнительных нелинейных корректоров -
1. Лурье Б. Я, Энрайт П. Дж. Классические методы автоматического управления.
СПб: БХВ-Петербург, 2004. с.375
https://drive.google.com/open?id=0B8...eHc&authuser=0
)

[alexcryke]

А есть измеренные АФЧХ?

даже если и нет - то, как я понял, усилитель собран в железе и работает. это уже показатель.
Но

Такие усилители глобально неустойчивы: могут возбуждаться при перегрузках (без применения дополнительных нелинейных корректоров

это тоже имеет место быть. входной ФНЧ - это конечно хорошо. но серийный продукт может и "засвистеть" по цепям питания, запитанный от не лабораторного стабилизированного БП....

[.Васильев]

Offтопик:
странная дискуссия..я же не говорю про тупое перетыкивание разных оу усилителе.

[_Сам_]

Мне очень интересно, а почему никого не смущает

Расчетная АФЧХ усилителя с разомкнутой петлей оос:

Судя про графикам при 22 кГц фаза становится 180 градусов при усиление 125 дБ. По-моему в этой точке отрицательная ОС станет положительной, а усилитель потеряет устойчивость.

[SaMaHa]

И какие в итоге характеристики усилителя?

[alexcryke]

Судя про графикам при 22 кГц фаза становится 180 градусов при усиление 125 дБ. По-моему в этой точке отрицательная ОС станет положительной, а усилитель потеряет устойчивость.

так ведь еще и горбик на АЧХ образуется в области 20кГц, что уже как бы на это и намекает.
Но нужно учесть два момента:
1. график приведен для модели IRF640, а у него входная емкость другая.
2. насколько учтена в модели NE5534 работа частотной коррекции по специальному выводу?

[Teoretic]

при 22 кГц фаза становится 180 градусов при усиление 125 дБ. По-моему в этой точке отрицательная ОС станет положительной, а усилитель потеряет устойчивость.

Неправильно. Пока усиление по петле больше двух по модулю, обратная связь всегда отрицательна, независимо от фазы: https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=70503

[_Сам_]

на первый взгляд фраза

всегда отрицательна, независимо от фазы

кажется лютым бредом, но моделирование подтверждает вашу точку зрения. Действительно локальный заход фазы за 180 градусов автоматически не приводит к неустойчивость. Моя интуиция в шоке

[ntechmen]

На приведенной АФЧХ фаза заходит за 180 град., т.е. усилитель устойчив по Найквисту.
Такие усилители глобально неустойчивы: могут возбуждаться при перегрузках (без применения дополнительных нелинейных корректоров

"Такие усилители глобально неустойчивы" - Уточню: могут быть, а могут быть устойчивы.
Нет простого метода для оценки устойчивости в частности с случаем с заходом фазы за 180град. В данном случае необходимые условия устойчивости соблюдены (на частоте среза остается запас по фазе), а достаточные для получения гарантированной абсолютной устойчивости нет. Поэтому согласен с вами, нельзя говорить о гарантированной абсолютной устойчивости без дополнительного анализа на устойчивость.

Есть несколько подходов к решению проблемы:

Теоретический: составить характеристическое уравнения усилителя, найти корни уравнения - для устойчивости системы необходимо и достаточно, чтобы все корни характеристического уравнения имели отрицательные вещественные части, или эти корни на плоскости комплексного переменного были расположены слева от мнимой оси.

Теоретический + моделирование: составить характеристическое уравнения усилителя, построить модель в матлабе, провести вышеописанную оценку по корням уравнения.

Cимуляторно- практический: получить желаемую афчх - учесть необходимые критерии устойчивости по разомкнутой афчх, далее исследование колебательного процесса при входном ступенчатом воздействии, оценка устойчивости при перегрузках, выход из клипинга. Предпринимаем меры к устранению до получения необходимого результата.

Осциллограммы клипинга, я могу выложить. давным-давно я их снимал на нагрузке в 3.3ом – там все нормально.
Нормального прямоугольника, пока осциллограмм нет, но судя по косвенным признакам там тоже все нормально.

Хочу отметить, что подключение конденсатора коррекции с выхода оу на выход усилителя, устраняет заход фазы за 180 градусов, ценой уменьшения площади разомкнутого усиления. При этом соблюдаются почти все критерии устойчивости.

[Teoretic]

"Такие усилители глобально неустойчивы" - Уточню: могут быть, а могут быть устойчивы.
Нет простого метода для оценки устойчивости в частности с случаем с заходом фазы за 180град.

Если говорить о линейных системах, то имеется критерий устойчивости Найквиста.
Годограф Найквиста по сути эквивалентен АФЧХ, поэтому оценка устойчивости линейной системы не сложна.
Однако же, в приведенной мною книге (в посте выше) доказывается, что системы с нелинейностью типа насыщения (ограничение выхода) устойчивыми по Найквисту быть не должны. При перегрузке некоторыми сигналами они возбуждаются.

"
Осциллограммы клипинга, я могу выложить. давным-давно я их снимал на нагрузке в 3.3ом – там все нормально.

То, что ваш усилитель не возбуждается при клипе синусом, это хорошо.
Но зачем же закладывать мину в конструкцию уже на этапе проектирования?

[ntechmen]

Однако же, в приведенной мною книге (в посте выше) доказывается, что системы с нелинейностью типа насыщения (ограничение выхода) устойчивыми по Найквисту быть не должны. При перегрузке некоторыми сигналами они возбуждаются.

ничего там такого не доказывается.
насыщение усилителя равноценно разрыву ОС, в нашем случае, усилитель до ввода ОС устойчив, соответственно разрыв общей ос - клиппинг не приводит к неустойчивости, что подтверждается на практике.

Существуют два класса САУ (САР): абсолютно устойчивые и условно устойчивые.
1. В первом классе систем только увеличение коэффициента усиления разомкнутой системы может привести к потере устойчивости. (что мало вероятно, что ку разомкнутого усилителя по ОС, будет расти)
2. Во втором условно устойчивая система может стать неустойчивой как при увеличении, так и при уменьшении коэффициента усиления. (кстати это проблема любого шиклая находящегося в контуре общей ОС, а также к примеру усилителей с многопетлевой ос).

при заходе фазы за 180 градусов в разомкнутой системе, замкнутая система , автоматом, становиться условно устойчивой при соблюдении критерия устойчивости для абсолютно устойчивой системы , возникает вопрос границ устойчивости. задача не из простых. Обычно решается практическими методами (испытаниями на реальной конструкции, клипинг, ступенчатое воздействие и.т.д.) и методами моделирования.

Но зачем же закладывать мину в конструкцию уже на этапе проектирования?

Применение каскада шиклай в контуре общей ООС это тоже всегда мина, автоматом переводит любой усилитель из класса абсолютно устойчивых систем в класс условно устойчивых . Тем не менее применяют и вполне успешно.
Тоже касается коррекции с заходом за 180 (пример усилитель ZD-50) ,применяют для достижения определенных качественных характеристик. Согласен стем, что риск схлопотать генерацию повышается, но при умелом подходе это дает существенный выигрыш в качественных показателях, таких как площадь усиления разомкнутого по ос усилителя. Поэтому, я бы по поводу мины смягчил, сказал бы так "Есть нюансы".

Предлагаю закрыть теоретическую дискуссию по вопросам ТАУ, пока преобразования по Лапласу не начались и методы анализа по Д-разбиению.



---------- Сообщение добавлено 21.59 ---------- Предыдущее сообщение было 21.16 ----------

2. насколько учтена в модели NE5534 работа частотной коррекции по специальному выводу?

По афчх довольно точна учитывая вход коррекции. Расчетное ачх совпадают довольно точно. Но в остальном модель кривая, требует ручной доработки.

1. график приведен для модели IRF640, а у него входная емкость другая

нет для irf140-irf92140, ошибка названия файла просто. тем не менее усилитель в разумных пределах всеяден к mosfet -ам (требуется подбор резисторов в "драйвере", рабочий ток покоя транзисторов "драйвера" около 10 ма) , собирал на IRF540,IRF640,irf240,irf140, AOD609(smd, очень понравились, но низкое питание и малая тепловая отдача, можно пристроить для компактных маломощных применений)

[Teoretic]

Offтопик:

ничего там такого не доказывается.

Просто скажите, что не читали эту книгу.
Вопрос закрыт.

[alexcryke]

По афчх довольно точна учитывая вход коррекции. Расчетное ачх совпадают довольно точно. Но в остальном модель кривая, требует ручной доработки.

После безуспешных моделирований Гумелей-Шмидтов, мне пришла идея (но и не мне одному), ведь фактически ОУ можно заменить в данной системе на обычный дискретный диффкаскад. Об этом уже говорили кажется в ветке про "качественный Немецкий усилитель".
Естественно, используя ДК вместо ОУ - внутрипетлевое усиление будет меньше, но ведь можно создать композитную ООС используя последовательный ряд усилителей.
Идея создать усилитель с ВК с ОИ(ОЭ) у меня давно витает в уме. вот год назад я даже заводил тут тему.
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=68117 ....
Если интересно конечно....

но еще не понятна мне цель данного проекта.
это либо цель - создать очень качественный усилитель.
это либо цель - создать конкурента для LM3886, который можно сваять на картонке.
?