Универсальный УМЗЧ со стабилизацией режима

[asgladd]

Универсальный УМЗЧ со стабилизацией режима.

Схема усилителя представлена на рис.1 и 2.
Универсальным усилитель назван потому, что в выходном каскаде можно использовать любые мощные транзисторы (биполярные или полевые) без изменения схемы, причем глубокая ООС, действующая в нем, автоматически выводит каскад на режим супер-А ( с невыключаемым током выходных транзисторов) с параметрами 40 мА- ток минимума и 90 мА- ток покоя ( на каждый транзистор)- (смотри эпюры на рис.3) и поддерживает такой режим при любой температуре выходных транзисторов (нет термодатчиков!).В выходном каскаде применена схема вольтдобавки (на R19-R22,C6,C7,VD3, VD4), которая дает питание +/- 9 V усилителям обратной связи на VT15-VT32 и позволяет полностью использовать напряжение питания всего усилителя (даже для выхода на полевых транзисторах с напряжением затвор-исток более 4B).
Параметры выходного каскада : Кусил = 0,87, Rвх - более 700 кОм, Rвых = 0,17 Ома, полоса частот более 1 МГц, коэффициент гармоник 0,015 % - 0,03 % для 8 и 4-х Ом.
Добавляем к этому усилитель напряжения с усилением более 70 дБ, заводим общую обратную связь и получаем почти идеальный усилитель. Тестирование макета подтверждает получение неплохих параметров :
Коэффициент гармоник 0,01% / на частоте 20 кГц при номинальной мощности
На частотах ниже 5 кГц гармоники менее 0,001 %
Выходное сопротивление около 0,005 Ом (измерено до индуктивности L1).
Полоса усиления 5 Гц – 360 кГц/560 кГц (по уровню -3 дБ с входным фильтром и без )
Скорость нарастания выходного напряжения 50 В/мкС с входным фильтром на R3-C2.
Интересны и другие свойства усилителя :
Питание от нестабилизированного источника +/- 20 – 50 В.
Амплитуда выходного напряжения равна напряжению питания минус 2,5-3 В.
АЧХ не имеет выбросов, ограничение сигнала тоже без выбросов.
Выход защищен от короткого замыкания ограничением тока на уровне 10 А на каждый выходной транзистор.
Выходная мощность определяется фактически количеством параллельно включенных выходных транзисторов и мощностью блока питания. Например для блока питания
+/- 45 В-4А ( 40 В под нагрузкой) и двух транзисторах в плече (как на схеме) номинальная мощность не менее 90/140 Вт при 8/4 Ом нагрузки.
Универсальность схемы подтверждается ее абсолютной симметричностью (при включении питания отсутствуют щелчки) и возможностью использования усилителя в инвертирующем и неинвертирующем режиме и даже в режиме мощного ОУ без емкостей на входе и в цепи ОС ( при такой схеме входа и таких транзисторах с h21 более 500 входные токи усилителя менее 10 нА).
Усилитель стабильно работает даже при установке в цепях питания резисторов 5-10 Ом или при подключении к выходу емкости в несколько микрофарад (при полном сигнале)!!!
Универсальность схемы заключается и в том, что с её помощью может быть доработан почти любой имеющийся в наличии УМЗЧ (подходящей мощности и с любыми, даже не очень качественными, выходными транзисторами). Как говорится в известном фильме "легким движением руки брюки превращаются...". В нашем случае - это звучит так : "при наличии нескольких часов свободного времени на пайку схемы,(выделенной пунктиром), на монтажную плату размером 4х5 см (стоимость деталей – менее 250 руб) Ваш усилитель превращается ...
Во вложении представлены схемы в формате Микрокап-9 для желающих поэкспериментировать...При разработке печатной платы нужно учитывать, что "абсолютный ноль" на выходе устанавливается с помощью одного из резисторов R14 и R15, а ток покоя,при желании, может быть изменен с помощью резисторов R28 - R29.
Желающие сделать усилители с отрицательным выходным сопротивлением или с регулируемыми токами режима супер-А могут прочитать мою статью "Схемотехника УМЗЧ со стабилизацией режима" на сайте "Паяльник" http://cxem.net/sound/amps/amp225.php
Александр Гладкий

[MAXIM_A]

Просто у Вас - качественные аппараты, хорошо собранные. Расслабьтесь, и наслаждайтесь музыкой

Спасибо большое, успокоили!!!!

[Геннадий3]

Смоделировал схему ВК , показывающую похожие результаты в железе .Посмотрел на искажения с помощью диф-фильтра А.Петрова :



Хорошие картинки -всё видно что происходит при изменении тока покоя .Не менее информативно будет испытание двухтоновым сигналом . Есть над чем подумать .
Выражаю благодарность Александру за отличный инструмент схемотехника .

Уточнение-2 . Диф-фильтр по методу С.Рубальского , использованный мной в конкретном эксперименте , разработан и адаптирован А.Петровым .

[Petr-1951]

Смоделировал схему ВК , показывающую похожие результаты в железе .
всё видно что происходит при изменении тока покоя .Не менее информативно будет испытание двухтоновым сигналом . Есть над чем подумать .
Выражаю благодарность Александру за отличный инструмент схемотехника .

спасибо, Геннадий, за высокую оценку. Я рад что вам пригодилось в работе.
успехов в творчестве!
p.s. Правда изначально идея использования диффильтра для выделения коммутационных искажений принадлежит С.Рубальскому. Я лишь реализовал его идею немного по своему.

[wert]

идея использования диффильтра для выделения коммутационных искажений принадлежит С.Рубальскому.

Благодарю Александр за популяризацию метода измерения коммутационных искажений.
Идея измерения коммутационных и амплитудных искажений родилась в 2002 году,
Реализация метода измерения в расчетах (эмуляции)
в 2006 РХ в статье об усилителе со сверх низкими искажениями, показал как при помощи эмуляции в МС оценивать КИ и апмлитудные искажения (по этому поводу в 2006 на ВЕГЕ создана тема, вопрос об эмуляции и реализации измерений обсуждался).
Реализация метода измерения в расчетах и натурных измерениях
в 2014 РХ в статье о "транзисторном ламповике" предложил развитие метода измерения коммутационных и амплитудных искажений при помощи ВЧ и режекторного фильтров двухтоновым сигналом.
В теме о"транзисторном ламповике" за два года представил массу эмуляции в МС, натурных измерений искажений при помощи двухтонового сигнала и ВЧ фильтра усилителей, каскадов, ОУ.
Рад что предложенный и реализованный мной на практике метод измерения коммутационных и амплитудных искажений приобретает популярность.

Предложенный метод позволяет оценивать схемные решения усилителей и др. устройств на предмет места возникновения искажений - при переходе через ноль, положительная или отрицательная полуволна, наблюдать на экране простейшего осциллографа зависимость искажений от режимов каскадов, что не мало важно при анализе схемных решений.
Можно выделить клип напряжение и использовать для детектора перегруза, либо для безинерционного, не вносящего искажений в сигнал клип лимитера. Схемы лимитера и индикатора перегруза приведены в теме о "транзисторном ламповике".
Поле для реализации метода в железе широкое.

---------- Сообщение добавлено 29.03.2017 в 12:05 ---------- Предыдущее сообщение было 28.03.2017 в 22:51 ----------

Диф-фильтр по идее С.Рубальского

Идея - это всего лишь мысль о предстоящих возможностях.
Публичный замкнутый цикл
- идея - разработка - практическая реализация
определяет право автора.
Я рад вашему отзыву о пользе разработанного метода, и надеюсь в будущем автора Вы не перепутаете.

[MAXIM_A]

Кто может, нарисуйте схему, как мерить КИ?

[Геннадий3]

надеюсь в будущем автора Вы не перепутаете.

А я и сейчас не перепутал -автор конкретной конструкции диф-фильтра (по Вашему методу ) А.Петров .

[Shaq]

Нахождение разницы между входом и выходом для тестирования аудио усилителей было описано баксандалом еще в бородатом году, а придумано в общем и того раньше.

[hippo64]

Offтопик:
У Баксандала был огромный недостаток, он не умеет пользоваться симуляторами

[MAXIM_A]

просто сделать ВЧ фильтр на выходе?

[_Сам_]

просто сделать ВЧ фильтр на выходе?

да, в этом вся хитрость и состоит: смотреть осциллографом нужно не сам выходной сигнал усилителя, а только его ВЧ составляющие. Если на входе усилителя их не было, на выходе они появились, то это точно искажения.

[Rova]

Так а почему не смотреть просто разницу ? Оно и информативнее, а если надо, то отфильтровать ее. https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2327081

[MAXIM_A]

Так а почему не смотреть просто разницу ?

Какую разницу, между чем, и чем?

[hippo64]

Как можно не увидеть переключательные искажения "достигающие амплитуды до 550мВ" ? Сдается мне, кто то играет краплеными картами.

[Rova]

Какую разницу, между чем, и чем?

Между выходом и входом. Приведенные к одному уровню, разумеется. Я же дал ссылку на Теоретика, к примеру.
Поставить малоискажающий буфер -1 (если усилитель неинвертирующий), взвесить и вперед.

[wert]

quote="MAXIM_A;2329526"]Кто может, нарисуйте схему, как мерить КИ?[/quote]

На вход усилителя подаете смесь двух синусов, например 100 Гц и 20 кГц. Уровень напряжений между сигналами 0,6 для НЧ и 0,4 для ВЧ. Для того чтобы смесь в амплитудном значении не затрагивала линию нуля и можно было четко разделить области амплитудных значений и перехода через ноль.
К выходу усилителя подключаете ВЧ фильтр с частотой среза между первой и второй гармоникой верхней частоты воздействия, например 25 кГц. На практике часто хватает двух-трех звенного ВЧ RC фильтра.
Выходное напряжение усилителя подаете на 1-й канал осциллографа,
напряжение с выхода фильтра подаете на 2-й канал осциллографа.
Таким образом, получаете привязку искажений к форме сигнала воздействия и видите где возникают искажения, либо при прохождении нулевой области либо амплитудных значений.
Очень хорошо видны на таких графиках различные временные подвозбуды, неустойчивые для усиления области.
Обычно для средних усилителей хватает верхней частоты воздействия 10 кГц (фильтр с частотой среза 15 кГц), тогда средней звуковой карты вполне хватает для таких исследований.
Удачных измерений.

---------- Сообщение добавлено 14:50 ---------- Предыдущее сообщение было 14:41 ----------

Между выходом и входом. Приведенные к одному уровню, разумеется. Я же дал ссылку на Теоретика, к примеру.
Поставить малоискажающий буфер -1 (если усилитель неинвертирующий), взвесить и вперед.

Мои многие натурные тесты на амплитудные и КИ проведены с нормированием и приведением искажений в относительные единицы % или дБ. Обычно я даю пояснения к графикам.

[Rova]

Мои многие натурные тесты на амплитудные и КИ проведены с нормированием и приведением искажений в относительные единицы % или дБ. Обычно я даю пояснения к графикам.

Любой фильтр, как ни крути, внесет свои потери со своей отсебятиной в виде переходных процессов. А так мы имеем абсолютную разницу, измерить которую можно в абсолютных цифрах (это весь мусор, приведенный ко входу), к тому же оценить по форме глазами. Даже визуально можно оценить долю вч компонентов, и если они на уровне шума, то и не копаться дальше. Ну, а уже если надо, то отфильтровать эту разницу как хочешь.

[wert]

А так мы имеем абсолютную разницу, измерить которую можно в абсолютных цифрах, к тому же оценить по форме глазами.

При взвешивании и нормировании разницы между входом и выходом фильтры не используются, искажения в таком случае можно оценивать на уровне чувствительности измерительного оборудования.
При желании полученные искажения можно разложить при помощи FFT, тогда картинка очень информативна, весь спектр нелинейных и линейных искажений можно оценить. Можете увидеть такие совместные графики в соседней теме о "транзисторном ламповике".

[Rova]

При взвешивании и нормировании разницы между входом и выходом фильтры не используются, искажения в таком случае можно оценивать на уровне чувствительности измерительного оборудования.

Так, а я о чем ).

---------- Сообщение добавлено 16:42 ---------- Предыдущее сообщение было 16:08 ----------

p.s. Нашел таки (в стереофиле) один из усилителей с чем-то подобным на коммутационные искажения. Только вот выбросы не в тех местах ). По логике похоже на двухэтажное питание.

[Petr-1951]

Кто может, нарисуйте схему, как мерить КИ?

сравнительный тест классического 2Т-моста на частоту 20 кГц и фильтра КИ

сделать в железе такой фильтр конечно сложнее чем фильтры предложенные Рубальским, но виртуально можем себе позволить. Классический 2Т-мост подавляет только 20 кГц и пропускает все остальное, поэтому для теста двухтональным сигналом не пригоден. Предлагаемый фильтр КИ подавляет тестовые сигналы более чем на 150 дБ, причем выше 20 кГц ослабление всех составляющих продуктов искажений составляет 6 дБ, поэтому для восстановления уровня всех гармоник и КИ используем множитель 2. На четвертом рисунке показана эффективность выделения импульсных сигналов из смеси 20 кГц и импульсов амплитудой 10 мВ в районе перехода через ноль сигнала 20 кГц

[fagos]

Нашел таки (в стереофиле)

Печально, что масштаб напряжения не указан.

А в целом,для себя пришел к выводу, что для практических измерений лучше всего использовать старый добрый режекторный фильтр 2Т, по примеру Валета. В моделировании конечно можно много чем пользоваться, в разных вариациях - и однотональным и многотональным с разными типами модуляции, но смысл тут только в том, чтобы грамотно интерпретировать полученные результаты и принимать на их основе осознанные технические решения.