Сверхлинейный усилитель по схемотипу Видерхольда 1977- 2021 (повтор и дополнение)

[belka]

2 ОУ +5 транзисторов в УН. Выходные каскады разные симулировал, биполяры-полевики, без проблем ноль 4-10 мег двигается, без потери усиления на 20-ти килогерцах.

Благодарности:
Евгению Букварёву и Со. - идея с интегратором прорывная, если ей правильно пользоваться.





Убедительная просьба - пишите ТОЛЬКО по делу. Никаких других комментариев здесь размещать не нужно!

После первой публикации многие резонно отметили, что 2 ОУ и такое огромное усиление явно избыточны. Согласен, поэтому схема была существенно упрощена, с некоторой потерей усиления, но не критической. Итого, к базовой схеме Видерхольда был добавлен 1 (один) транзистор и получено усиление не менее 170дБ!

Обратите внимание, как изящно получилось ввести в схему параллельный ВЧ канал, благодаря которому всё это работает. Вполне осознанно претендую на то, что мне удалось нарисовать самый простой сверхглубокоосник.

В соседней ветке я взял модель какого-то Парафина (смешная поделка) и дорисовал ей недостающие детальки. Модель и схема, базовая, прилагаются:



УМЗЧ ВВ 2021.CIR

Продолжение темы:

Кто желал общий эмиттер в УН?

Вложение 400855 Вложение 400857

Как вы понимаете, Q22 и R40 из схемы можно смело удалить и соединить эмиттер Q21 непосредственно с выходом ОУ. Диоды Вокруг ОУ также нужно убрать и добавить правильные цепи для антиклиппа, которые на схеме не нарисованы.

Итого. 1 ОУ + 4 транзистора в УН = полноценный сверхглубокоосник, до которого на RCL-электро нужно ещё очень долго думать)))

[minimalman]

Offтопик:

Сделать высокую исходную линейность банально дороже, чем нарастить глубину ООС.

Если позволите, вопрос был в другом - будет ли что-то лучше, если глубину ОС (при той же исходной линейности) увеличить со 120дБ (Парус) до 180дБ (Белкин УМ), не ограничит ли конструктив/пассив производительность уровнем ≈0,0001%?

[sia_2]

Offтопик:

Если позволите, вопрос был в другом - будет ли что-то лучше, если глубину ОС (при той же исходной линейности) увеличить со 120дБ (Парус) до 180дБ (Белкин УМ), не ограничит ли конструктив/пассив производительность уровнем ≈0,0001%?

Тут надо смотреть, как именно набрано и распределено дополнительное усиление, но IMHO, без специальных конструктивных "извращений", выжимать более 100-120 дБ глубины ООС зачастую в итоге контрпродуктивно в плане реального качества. Как по "теоретическим" (увеличение ПОС в области единичного усиления), так и чисто практическим соображениям (конечная линейность пассивных элементов). Когда я дорабатывал перестраиваемый генератор с малыми искажениями, у его усилительных блоков глубину ООС удалось сделать около 100 дБ на 100 кГц, дальнейшее повышение скорее ухудшало параметры (рост ВЧ шума), т.к. искажения лимитировались АРУ и пассивными элементами на уровне -133...135 дБ.

[minimalman]

Offтопик:
Спасибо! То же самое с самого начала в этой теме пытался сказать) Как фаллометрия - ок, в теории можно сделать спад 100дБ/дек с 20кГц и получить ещё 60+дБ, но для практического применения никаких плюсов, кроме минусов. Это не упрёк ТС, а предупреждение начинающим практикам-конструкторам типа меня, надеящимся т.о. поднять параметры на порядки.

[IDDQD]

...один транзистор никак не заметен на схеме, практически ни о чём, если бы под петлёй вдруг не появились +60дБ усиления. Всё вообще просто, только усилителей со 150дБ под петлёй до сих пор как бы не особо наблюдалось.

Какой один транзистор? Ваша схема не рабочая без цепей антиклипа. А тот самый антиклип это не 4 диода. Да и откуда вы про 150 db под петлёй взяли? С ОУ имеющим усиление на 20 КГц 66 db - всего 130 db петлевого.

P.S. Единственная рабочая схема в этой ветке со 150 db петлевого на 20 КГц..

[bukvarev]

minimalman, Вы еще по плате спрашивали. Зачем шлейф, почему банки по плате не расставлены, и т.д.
Попробую ответить развернуто. Прежде всего, здесь - любительский форум, на котором увлеченные люди делятся идеями и ставят эксперименты. Идеальное место, чтобы опробовать и сравнить разные решения. И плата этого усилителя - тоже целая группа экспериментов, задел на будущее.

1. Узкая плата (70 мм вместе с транзисторами) Такие платы любители часто проектируют для переделок имеющихся в наличии старых промышленных конструкций.

2. Чередование транзисторов (делаю на практике впервые) и максимально плотное и близкое размещение транзисторов по горизонтали и вертикали (это уже проверено в CSB и "Интеграле"). За счет этих мер минимизируются разности контуров силовых токов плеч усилителя и уменьшаются сами контура.

3. Реализовано две группы сильносвязанных плеч, разделенных блоком низкоимпедансных конденсаторов с малой ESL. Получена индуктивность связи плеч - 7 нГн, а наибольшая индуктивность подводящего полигона (от дальнего транзистора) - 60 нГн, что сравнимо с ESL одного электролита.

4. На плате приняты меры для симметрирования возвратного тока (чего нет на обычных любительских платах, выполненных с широким полигоном "земли" в центре и налепленных по периметру прямо на транзисторы "банками", там обратный низкочастотный ток расползается по всему полигону, для тех, кто никогда этим не интересовался на практике).

5. Разделение групп электролитов на "шунтирующие (на плате) и "выпрямительные" (на отдельной плате), и соединение их шлейфом. Это решение проверено в усилителе "Интеграл" и очень хорошо себя зарекомендовало. Кроме того, оно удобно на практике, при компоновке усилителя и размещении плат в корпусе, а также при наладке (присоединение - отсоединение платы).
Вместе со шлейфом и использованием группы LO ESR электролитов, импеданс цепей питания в широкой полосе частот небольшой. Я его позже (на следующей плате) измерю и выложу.

6. Проверяется разводка базовых цепей выходных транзисторов "в стиле кристалла" (это - первая моя такая плата).

7. Проверяется еще группа решений, связанных с организацией питания и его разводкой. Например, отсутствие дополнительных конденсаторов фильтрации питания УН. Также добавлены специальные "проверочные" резисторы и соединения, которых на окончательной плате может не быть.

Да, это решение менее эффективно в комплексе, чем использованное в СЛА, зато оно компактное и дешевое как по площади платы, так и по использованию комплектующих. А результат такого компромисса я буду измерять и слушать, и делать выводы на будущее. ИМХО, должно получиться привлекательно для любительских конструкций.
Все нужно оценивать в совокупности инженерных решений (в СЛА ведь тоже нужно смотреть на весь комплекс, включая схему, соединение с нагрузкой, разрезы полигонов земли, "ground sense", взаимное размещение транзисторов предвыхода и выхода, использование шлейфов, и т.д., а не просто на расстановку "банок по феньшую"). Тогда, надеюсь, станет намного понятнее, зачем сделано именно так, а не иначе.

[mart]

Тут надо смотреть, как именно набрано и распределено дополнительное усиление, но IMHO, без специальных конструктивных "извращений", выжимать более 100-120 дБ глубины ООС зачастую в итоге контрпродуктивно в плане реального качества. Как по "теоретическим" (увеличение ПОС в области единичного усиления), так и чисто практическим соображениям (конечная линейность пассивных элементов). Когда я дорабатывал перестраиваемый генератор с малыми искажениями, у его усилительных блоков глубину ООС удалось сделать около 100 дБ на 100 кГц, дальнейшее повышение скорее ухудшало параметры (рост ВЧ шума), т.к. искажения лимитировались АРУ и пассивными элементами на уровне -133...135 дБ.

Интересно, почему более 100-120 дБ глубины ООС приводит к увеличению ПОС в области единичного усиления?

[sia_2]

Интересно, почему более 100-120 дБ глубины ООС приводит к увеличению ПОС в области единичного усиления?

Интеграл логарифма глубины ООС в полной полосе от нуля герц до бесконечности даже для минимально-фазовой системы более чем с одним полюсом равен нулю. Соответственно, область ООС всегда сопровождается областью ПОС. Увеличение глубины ООС за счет увеличения крутизны спада петлевого усиления неизбежно увеличивает величину ПОС. Неминимальность фазы из-за усложнения схемотехники для набора усиления (особенно в дискретном исполнении из-за паразитов монтажа) и тем более применения более "медленных" транзисторов - дополнительно ухудшает ситуацию. Хороший усилитель с ООС должен проектироваться как RF изделие, а это довольно геморройно и в итоге дорого.

[mart]

Интеграл логарифма глубины ООС в полной полосе от нуля герц до бесконечности даже для минимально-фазовой системы более чем с одним полюсом равен нулю. Соответственно, область ООС всегда сопровождается областью ПОС. Увеличение глубины ООС за счет увеличения крутизны спада петлевого усиления неизбежно увеличивает величину ПОС. Неминимальность фазы из-за усложнения схемотехники для набора усиления (особенно в дискретном исполнении из-за паразитов монтажа) и тем более применения более "медленных" транзисторов - дополнительно ухудшает ситуацию. Хороший усилитель с ООС должен проектироваться как RF изделие, а это довольно геморройно и в итоге дорого.

В итоге это проявляется как снижение устойчивости усилителя? Или есть еще какие то измеряемые симптомы?

[sia_2]

Устойчивость как раз может быть отличной, это не проблема. Проблема - широкополосный шум на выходе и шумоподобные продукты искажений, обнаруживаемые при измерениях как "болтанка" шумовой дорожки на спектре в зависимости от вида сигнала. При формально очень низких THD/IMD в звуковой полосе. Кстати, та же проблема присуща усилителям класса D, для ее решения приходится вводить ломовой запас по формальным параметрам - у того же purifi выходной шум без сигнала пришлось задавить на порядок по сравнению с типовым для "линейных" усилителей, до 12...15 мкВА.

[Валет]

Интересно, почему более 100-120 дБ глубины ООС приводит к увеличению ПОС в области единичного усиления?

Интеграл логарифма глубины ООС в полной полосе от нуля герц до бесконечности даже для минимально-фазовой системы более чем с одним полюсом равен нулю. Соответственно, область ООС всегда сопровождается областью ПОС. Увеличение глубины ООС за счет увеличения крутизны спада петлевого усиления неизбежно увеличивает величину ПОС.

Устойчивость усилителя с ООС определяется его АФЧХ. Указанный интеграл никак ее не определяет. Определяла бы ее скорость изменения глубины ООС (при изменении частоты), т.е. производная (логарифма) глубины ООС.
Кроме того, ваш интеграл никак не определяет степень увеличения величины ПОС в области единичного усиления.
ИМХО.
Нет ли ошибки в ваших рассуждениях?

[tomtit]

Offтопик:
То есть, выходной шум играет роль внеполосной ошибки
и начинает "циркулировать" по цепи обратной связи, в основном в области
единичного усиления? Так ?

Насчет purifi, я не заметил там ничего для
подавления внеполосного шума, там только выходной LC фильтр
сделан с частотой среза 35К, может быть это имелось в виду?
Но там также много другого связано с этим.

[Валет]

Offтопик:
Непонятен физический смысл интеграла логарифма глубины ООС и, следовательно, какое отношение имеет к нему выходной шум.

[tomtit]

Offтопик:
Непонятен физический смысл интеграла логарифма глубины ООС.

Давайте не засорять форум. Ищите физический смысл Великой теоремы Ферма. Или сомневаетесь в её верности?

[Валет]

Давайте не засорять форум. Ищите физический смысл Великой теоремы Ферма. Или вы сомневаетесь в её верности?

С чего вы взяли??
Читайте начало:

Увеличение глубины ООС за счет увеличения крутизны спада петлевого усиления неизбежно увеличивает величину ПОС.

Нет ли ошибки в ваших рассуждениях?

---------- Сообщение добавлено 17:56 ---------- Предыдущее сообщение было 17:45 ----------

А вообще-то, я надеюсь на пояснения sia_2.

[Слава.С]

шумоподобные продукты искажений, обнаруживаемые при измерениях как "болтанка" шумовой дорожки на спектре в зависимости от вида сигнала.

Нестабильность положения рабочих точек в каскадах УМЗЧ?

[sia_2]

К вопросу об интеграле эффективности ООС https://ru.abcdef.wiki/wiki/Bode%27s...ivity_integral

---------- Сообщение добавлено 20:17 ---------- Предыдущее сообщение было 20:06 ----------

Нестабильность положения рабочих точек в каскадах УМЗЧ?

В основном интермодуляция полезного сигнала с шумом в петле ООС. Возникает преимущественно во входном каскаде (т.е. узле сравнения). Но может и дальше по тракту, если попадается узел с плохой линейностью на ВЧ.

[Слава.С]

В основном интермодуляция полезного сигнала с шумом в петле ООС. Возникает преимущественно во входном каскаде (т.е. узле сравнения).

Спасибо, понятно.

Комментарий от жучковского.
Человек просто сказал, что при разработке нужно иногда думать головой, а не задницей.

[minimalman]

Offтопик:

Попробую ответить развернуто.

Большое спасибо, я предполагал, что Вы это неспроста всё замутили) Думаю, многим остальным это тоже интересно. А не думали о том, чтобы напаять сверху несколько банок а-ля смд? с соотв. подставками это даже было бы аккуратно.

[.Васильев]

Offтопик:

Спасибо, понятно.

Комментарий от жучковского.
Человек просто сказал, что при разработке нужно иногда думать головой, а не задницей.

Не стоит фамилии коверкать. Нравится вам человек или нет .А по этим высказываниям ,в чем то он прав ,в чем то неправ

.

[Слава.С]

А по этим высказываниям ,в чем то он прав ,в чем то неправ

Вариантность мнений интересна, Максим, прошу изложить, только в понятном виде.