Усилитель просто с высокими параметрами

[krulfa]

Собственно, сабж. В модели показывал THD около 0.0002% на 20К, 50Вт и 8 Ом.

Выход без реле, поэтому стоит отсекатель на полевых транзисторах. Левее - схема автоматического регулирования тока покоя с кучей транзисторов. Ну а еще левее - собственно усилитель. Коэффициент усиления - 37 дБ, предназначается, чтобы подключать к источнику просто через регулятор громкости. Так и сделано на шасси усилителя Одиссей-010. Глубина ООС на 20 кГц ~73 дБ расчетная.

Избыточность схемотехники есть, задача ставилась, чтобы просто заработало с первоначальной идеей и в той печатной плате, которая была когда-то заказана.

Еще есть стабилизатор напряжения +-37В с плавным включением, стаблизатор на +-60В и схема управления, но к усилителю это не сильно относится.

При прослушивании были успешно переиграны Cambridge Audio Azur 840 и семиканальный Arcam, по внешнему виду, кажется, P777, может быть, предыдущая модель. Источником был небезызвестный CD-плеер Arcam с Ring DAC, колонки Monitor Audio Gold.

Сейчас интересно послушать и сравнить с чем-нибудь еще.

Хронология создания:
Начало в 2005 году - первое моделирование, выбор элементной базы.
Январь 2006 - первый макет. Простой ВК, простой дифкаскад на ПТ. Расчетный КНИ 0.02% на 20 кГц. Макет звучал хорошо и объемно, что сохранилось и впоследствии. Принято решение добавлять усилитель тока на Т3 Т6.
Лето 2006 - готова модель с усилителем тока.
Зима-весна 2007 - начались эксперименты с моделью ВК в классе Super A. Цепь L1 L2 R44 R38 приобрела свои очертания. THD 0.0033%.
Июнь 2007 - совмещенный каскад SuperA и АВ моделирует THD 0.0006%
Август 2007 - появилась схема автоматического регулирования тока покоя. Схема приобрела рабочие очертания.
Лето 2007 - разводка и изготовление основной ПП.
Зима 2008 - сборка одного канала.
Весна 2008 - началась отладка, проверка моделей. Схема управления током покоя переделана с транзисторов на TL431. При нормальной работоспособности на малом сигнале остался один мощный возбуд на большом сигнале, причина которого неясна.
Апрель 2008 - смоделирована зависимость КНИ от тока покоя и эмиттерных резисторов. Найден минимум, который показал несостоятельность совмещения Super A и АВ. Переделано на AB, THD 0.0002%
Октябрь 2008 - найдена причина возбудов ВК. Добавлен двухступенчатый ограничитель D9 D10 D8 D12 LED3 LED4. ВСЕ! ПАШЕТ!!!
Ноябрь 2008 - усилитель собран в корпус и начал эксплуатироваться.
Декабрь 2008 - первое прослушивание (сравнение с Arcam и СА).
Начало 2009 - первые измерения THD (0.002% - 0.007%). Попытка уточнить модели и найти расходжения.
Лето-осень 2009 - усложненная перспективная модель показала 0.00002% на 20 кГц.
Ноябрь 2009 - устранение синфазных подвозбудов, улучшение тепловой стабильности тока покоя, правка входного каскада.
Декабрь 2009 - переделка входных цепей.
Январь 2010 - второе прослушивание.
Февраль 2010 - замена БП.
Март 2010 - попытка улучшить КНИ путем замены каскада УН на биполярный Шиклай и включения плавающего каскода во входном каскаде.
Май 2010 - третье прослушивание прослушивание показало проблемы с объемом звучания. Вернулся к первоначальной схеме входного каскада без плавающего каскода, заменил УН на составной источник тока. Убраны все "железяки" из путей прохождения сигнала на выходные клеммы. Результат - звук супероткрытый, эмоциональное впечатление перестало зависеть от уровня громкости.
Июнь 2010 года. Измерил КНИ, график и некоторые спектры приложены: правый канал 3 кГц под нагрузкой 50 Вт (0.00071%) и без нагрузки (0.00046%), правый канал IMD 14+15 кГц (0.00022%) и левый канал на 50 гЦ, чтобы посмотреть очаровательную гребенку помех от БП (0.0032% из-за этого).
P.S. Спектры не показывают реальный КНИ; так как использовалась измерительная приставка, их нужно читать: уровни гармоник и шумовую полку уменьшать на 24 дБ, т.к. уровень основной гармоники около -16 дБ
19.06 Вернул обратно следящий каскод входного ДК, но по другой схеме - звучит лучше.
17.07 Усилитель получил имя - Mont Blanc (или Монблан по-русски) по имени высочайшей горы Европы, находящейся в Альпах.
24.10.10 Уменьшил индуктивность выходного дросселя, добавил цепь Цобеля, изменил включение снабберной цепочки в ВК. Прослушивание выявило значительное влияние на звук процессов внутри БП, поэтому дальнейшие работа по доводке данного экземпляра усилителя прекращаются.


Жертвы:
Два стабилитрона на 6.8В, один на 15В и одна TL431 (два КЗ щупом по питанию и неправильный монтаж). Один 2705 и 315 (сгорели при КЗ щупом в схеме управления током покоя). Резистор на 1 Ом (погиб при испытании схемы защиты). Два транзистора в стабе 37В (КЗ крышкой уся на корпус при надевании). Транзистор управления реле сигнала (КЗ на выходе). Два BS250 в разное время в одном месте (причина неясна, возможно КЗ щупом). LED4 (перегрелся после выхода BS250). Резистор на 3 Ом (погиб при просмотре формы тока нового транса). Последнее КЗ соплей припоя унесло T14, а вместе с ним - и весь стаб на -60В, что меня удивило, так как последний был защищен самовосстанавливающимся предохранителем.

Федор Круль.

[ViktKors]

Оказалось, что кондики-то от симуляторных ой как отличаться будут.

Вообще говоря, с конденсаторами обычно все нормально (при нормальных конденсаторах; np0 - самое-то для коррекции). И сходится все при обычных условиях с симулятором на 99.9%.

С чем действительно возникают проблемы - это с полупроводниками. АЧХ рассчитаные в симуляторах в значительной степени определяются динамическими свойствами транзисторов - их сопротивлениями и емкостями. С динамическими сопротивлениями симуляторы справляются обычно более-менее, да и емкости перевирают не сильно (но лучше открыть датащит и посмотреть).
А вот кто зачастую косячит - это разработчик. Емкости переходов могут менятся в несколько раз относительно своего значения при малом сигнале - симулятор об этом не думает, разработчик тоже, в итоге усилитель свистит (иногда только на определенных режимах).

Выходов несколько -
а) делать с огромным запасом;
б) делать так, чтоб АФЧХ определялась не нелинейными транзисторами, а линейными конденсаторами. Вот в этом случае россыпь конденсаторов - свидетельство грамотного разработчика.

Ну и не только меняющиеся емкости переходов учитывать надо, есть еще и частотные свойства усиления, у микросхем частенько неправомерно забивают на выходное сопоротивление, есть еще зависимости от температуры..
Короче много считать надо, и симулятор - сильно полезен, только нужно не просто схему загонять, а смотреть, что и когда случается, руками довешивать емкости, менять бету, температуру и т.д. причем лучше с датащитом на руках чем доверившись SPICE-модели..

Про то что плата и конструкция должна быть не кривой как-то и говорить неловко.

[anli]

иногда только на определенных режимах

На самом деле всё это легко симулируется, когда на .AC накладывается .STEP по входному напряжению (серво и конденсаторы на входе и/или в цепи ОООС, если есть, надо, понятно, отключить). Получается семейство графиков типа http://gaydenko.com/audio/se/18/loopGain18.png

[ViktKors]

На самом деле всё это легко симулируется,

Именно!!
Только нельзя забывать это делать. Ведь этот разброс по частоте в десять раз - это совершенно обыденная величина. И если его учесть, и/или навесить пару внешних конденсаторов для стабилизации, сюрпризов в металле будет намного меньше..

Offтопик:
Честно говоря, чем вначале симулировать в симуляторе сам транзистор на предмет корректности модели и соответствия ее датащиту иногда легче прикинуть на бумажке.. Возможно конечно нынче все модели хороши и это я просто отстал от жизни..

[DMix]

И если его учесть, и/или навесить пару внешних конденсаторов для стабилизации, сюрпризов в металле будет намного меньше..

В металле и кристаллах достаточно уже своих и немалых емкостей.

[ViktKors]

В металле и кристаллах достаточно уже своих и немалых емкостей.

Откройте любой датащит и посмотрите каких. - нелинейных.

Если в датащит смотреть лень, то взгляните на графики по ссылке от anli и оцените степень нелинейности умкостей. Какая реальная частота замыкания ООС у такого усилителя - 250 кГц или 750 кГц? На что настраивать или оптимировать такой УСь? Или забить на коррекции петь песни о том как делать без них?

Offтопик:
Многие здесь знают как надежно делать без коррекции. Как обеспечить невлияние нелинейных емкостей или как обойти это влияние, и почему-то (именно потому, что знают как) делают с коррекцией. Вы знаете в чем они неправы? - Расскажите, как сделать некриво и без емкостей, только давайте конкретно. Откройте ветку, выложите схемку, покажите, что этому чуду емкости не нужны и почему. Или вместо этого пойдут разговоры, что поскольку такой усь не дает приемлемого уровня гармоник, то и уровень гармоник ничего не говорит о качестве звука?

Люди которые утверждают, что искажения не оказывают определяющего вляния на качество звуковоспроизведения есть, я уважаю их убеждения, понимаю и принимаю их аргументы.
Только вот какая загвоздка, такие люди обчно не советуют как получше/без коррекции сконструировать усь, который без коррекции работать не может.

[DMix]

Offтопик:
ViktKors, И любой резистор образует с этими емкостями фильтр. Иногда из-за выбора номинала резистора много что меняется в тракте в целом.

---------- Добавлено в 15:30 ---------- Предыдущее сообщение в 15:26 ----------

Многие знают как надежно делать без них. Вы знаете?

Пока делаю - вроде никто не жалуется. А насчет настраивать - не надо настраивать ведь это не музыкальный инструмент. Настройка нужна когда дикая глубина ООС и параметры питания выбраны не совсем оптимально.

---------- Добавлено в 15:33 ---------- Предыдущее сообщение в 15:30 ----------

Offтопик:

Откройте любой датащит и посмотрите каких. - нелинейных

Емкость и есть нелинейный елемент - иногда еще и от приложенного напряжения зависит.

---------- Добавлено в 15:39 ---------- Предыдущее сообщение в 15:33 ----------

Offтопик:

только давайте конкретно

Предлагаю сравнительное прослушивание. Коньяк с меня. В тракте всего один NPO 22pF - можно и без него если рядом нет радиопередатчиков.

[ViktKors]

И любой резистор образует с этими емкостями фильтр

Что означает только, что любой резистор должен иметь строго определенную/продуманую величину.

А насчет настраивать - не надо настраивать ведь это не музыкальный инструмент

Правильно, нужно грамотно конструировать, а потом проверять, получилось ли в железе то, что хотелось, и корректировать - что это если не настройка?

Если у Вас такой опыт/знания, что Вы и так точно знаете, чем в железе будет отличаться и сразу при конструировании вносите поправку - снимаю шляпу.

Емкость и есть нелинейный елемент - иногда еще и от приложенного напряжения зависит.

Емкость кондесатора (нормального, откройте датащит на любой np0) на порядки более линейна чем любая емкость любого полупроводникового прибора. И именно потому для стабилизации АФЧХ применяются кондесаторы, а не транзисторы.

[DMix]

и сразу при конструировании вносите поправку

Нет - я всего лишь пытаюсь понять физические процессы и в меру своих небольших знаний что-то попытаться проанализировать.
Ни в коем случае не претендую на истину - и до сих пор учусь.

Offтопик:
А коньяк бы в хорошей компании радиолюбителей с удовольствием бы попил - послушали бы аппараты проанализировали какие-то моменты.
Я скоро буду проезжать рязань москву подмосковье воронеж - родственники, кашники - аппарат везу друзьям - могу подьехать - семь верст не крюк.

[viktor8m]

Схематически не нарисуете, как Вы себе это представляете? Усилитель Натали я делал в разных вариациях, представляю как это работает, знаю какой звук получается (идея о двух ООС правильная), но не представляю, как прикрепить сюда сломаный каскод. Как поставить диффкаскад, а после него каскад усиления напряжения с местной ООС - понятно, таких схем достаточно много, в том числе промышленных. Но сломаный каскод, а после УН с местной ООС?

Возьмите схему Натали, и входной ОУ замените, например, на показанный фрагмент (по-моему из усилителя Александра Котова), в котором соединить коллекторы выходов (и добавить коррекцию на землю), это как бы выход ОУ, и дальше по схеме Натали. Вот это я подразумевал.

[waso]

Возьмите схему Натали, и входной ОУ замените, например, на показанный фрагмент (по-моему из усилителя Александра Котова), в котором соединить коллекторы выходов (и добавить коррекцию на землю), это как бы выход ОУ, и дальше по схеме Натали. Вот это я подразумевал.

Насколько мне помнится, наилучший результат по звуку в ходе экспериментов был получен при переводе "Натали" в безООСный режим, с использованием ОУ аналогично КВОД 405. ;)

[Shurik]

наилучший результат по звуку в ходе экспериментов был получен при переводе "Натали" в безООСный режим

Именно так!

[viktor8m]

Насколько мне помнится, наилучший результат по звуку в ходе экспериментов был получен при переводе "Натали" в безООСный режим, с использованием ОУ аналогично КВОД 405. ;)

Во-первых, это всё же не безООСный режим, просто ОУ охвачен своей ООС, а всё что после своей (т.е. то что после и образовал усилитель мощности со своей ООС, а ОУ, кроме усиления, ещё служит для поддержания нуля в УМ), а во-вторых, улучшение звука получилось, по-моему, именно из-за того, что я ранее писал, а именно что ОУ не подходит для такой конфигурации, как в Натали, т.к. образуется множество полюсов, откуда и необходимость в сложной коррекции, а это всегда плохо отражается на звуке (особенно необходимость в нулях, т.е. в коррекции по опережению), т.к. что как только ОУ вывели из общей ООС, это благотворно и отразилось на звуке. Поэтому и мои посты 404 и 429.

[waso]

Во-первых, это всё же не безООСный режим

Имелось в виду отключение общей ООС по сигналу через ОУ. Фактически же да, Вы правы - транзисторы образовывают вполне самодостаточную структуру, имеющую по КНИ порядок 0,002% на 1 кГц (замер) и глубина коррекции в таком случае для них требуется минимальная - по 15пФ в УНе было достаточно. С другой стороны, ОУ с одним полюсом обычно обладают высокой скоростью, превышающей таковую для транзисторной части, и без принятия спец.мер получится генератор, а не усилитель. Вполне логичны результаты опытов, подтвердившие прямую зависимость коррекции от скорости ОУ, чем опер быстрее, тем сильнее приходилось корректировать.

[DMix]

чем опер быстрее, тем сильнее приходилось корректировать.

Да и в принципе теория говорит что каждый последующий каскад должен быть много быстрее предыдущего.

[waso]

Да и в принципе теория говорит что каждый последующий каскад должен быть много быстрее предыдущего.

Всё верно. Ровно так и получилось.

[viktor8m]

С другой стороны, ОУ с одним полюсом обычно обладают высокой скоростью, превышающей таковую для транзисторной части, и без принятия спец.мер получится генератор, а не усилитель. Вполне логичны результаты опытов, подтвердившие прямую зависимость коррекции от скорости ОУ, чем опер быстрее, тем сильнее приходилось корректировать.

Поэтому и не стоит вообще в УМ применять ОУ, вот как я вижу - входную часть собрать на дискретах (как в посте 429 или подобно) с частотой среза 20-25 кГц и усилением до ООС не более 2000, а во второй части не делать слишком усиление без ООС (например, первый каскад практически без усиления с нагрузкой в виде токового зеркала и частотой среза выше 1 МГц, второй каскад опять же с частотой среза 20-25 кГц и трёхкаскадный ВК на качественных высокочастотных транзисторах), в симуляторе не пробывал, но по идее можно добиться устойчивой работы.

[Shurik]

вот как я вижу - входную часть собрать на дискретах (как в посте 429 или подобно) с частотой среза 20-25 кГц и усилением до ООС не более 2000

Именно поэтому меня и смущало применение сломанного каскода в первом каскаде усиления, вполне бы хватило диффкаскада или параллельного усилителя с усилением напряжения. Благополучно скатываемся к СЛ Агеева.

[krulfa]

Какая реальная частота замыкания ООС у такого усилителя ? На что настраивать или оптимировать такой УСь? Или забить на коррекции петь песни о том как делать без них?

И тоже - трах с корректированием. Это оно в симуляторе всё просто, а вот когда дошло до железа и особо до платы с финальной топологией... Оказалось, что кондики-то от симуляторных ой как отличаться будут.

У меня наоборот, "трах" получился в симуляторе. Более менее похоже стало, когда модели не снял с живых транзисторов, а не с даташитов.
С точки зрения устойчивости, при наладке подбирал только R6 и R29, которые сильно влияют на глубину петлевого усиления и соотвественно частоту замыкания ОООС. Остальное картину сильно не меняло. До сих пор величины R6 и R29 больше, чем подсказывает симулятор, но главное, что работает.

!!! Про "Натали" пожалуйста в соответствущую ветку.

[viktor8m]

Именно поэтому меня и смущало применение сломанного каскода в первом каскаде усиления, вполне бы хватило диффкаскада или параллельного усилителя с усилением напряжения.

А без сломанного каскода в однополюсной схеме не обойтись, т.к. он обеспечивает привязку выхода к нулю (да и по частотке улучшает входной каскад).

!!! Про "Натали" пожалуйста в соответствущую ветку.

Разговор не про Натали (я это привёл для примера), а про название темы: "Усилитель просто с высокими параметрами", вот про построение такого усилителя и разговор (конфигурация как в Натали, но по другому).

[Shurik]

вот как я вижу - входную часть собрать на дискретах (как в посте 429 или подобно) с частотой среза 20-25 кГц и усилением до ООС не более 2000, а во второй части не делать слишком усиление без ООС

Вот ответ https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1052202