Усилитель Сергея Рубальского

[Olegyurich]

Опубликован в апрельском Радиохобби, я так понимаю только начало.
Статьи я не читал из-за отсутствия журнала, но на сайте РХ доступны МС файлы частей усилителя. Прилагаю их. Предлагаю обсудить, насколько актуально. Насколько я понимаю, заявлено высокое быстродействие и ультранизкие искажения. Лично мое мнение - вариация на тему УМЗЧ ВВ. единственное, что заинтересовало- подача напряжения в эмиттер второго транзистора каскода, насколько это оправдано?

P.S. Добавлена полная схема усилителя.

[wert]

Нельзя определить дифференциальное сопротивление, если ток не изменяется.

Не возможно найти такой отрезок на графике динамически изменяющегося выходного напряжения (на пиле, синусе...) где в конечный интервал времени ток через нагрузку был бы равен нулю.
А отношение приращения напряжения к приращению тока в один и тот же временной интервал должны в линейной системе давать прямую линию, это отношение постоянно. Первый пример - на Вашем графике без емкости прямая линия будет на уровне 1 Ом. Внесите емкость или индуктивность на выход и произойдет запаздывание или опережение приращения напряжения от приращения тока вот и всплеск на графике выходного сопротивления получается (в моменты изменения знака приращения на вершинах сигнала). Чем больше временной (фазовый) разбег между приращениями тока и напряжения тем больше всплеск на графике на пиках пилы или вершинах синусоиды. Второй пример с разными транзисторами по емкостям переходов также подтверждает выше сказанное. Сложно игнорировать то, что примерами подтверждается и обьяснению поддается.

[Nick]

Мне кажется вся причина разбежности результатов кроется в многоэмиттерной паре 2SA1302, 2SC3281, в их стабильном коэф передачи тока базы в диапазоне токов нагрузок. Прикрепляю результат THD в диапазоне нагрузок 1-8 Ом для вых. каск двойка ЭП 1 пара транзисторов. Два варианта для 2SA1302, 2SC3281 и BD240, BD241 (и других). Для многоэм. пары с увеличен нагрузки от 8 до 1 Ом 2я гармоника увеличивается, 3я и выше гармоники уменьшаются до нагрузки 1,9 Ом, дальше гармоники возрастают - не это ли проявление конструктивной стабилизации беты, что и учтено в модели. Для одноэмиттерн транзисторов с увеличением нагрузки все гармоники возрастают "синхронно". В пред каскаде с увеличением нагрузки THD увеличивался в небольших пределах во всех вариантах. При использовании одноэмит транзисторов в вых каскаде полученные мною результаты при парал. соединении вых транзисторов близки к Вашим. Я думаю, если бы мы исследовали вых. каскады в диапазоне нагрузок ниже 2 Ом наши результаты были бы афтентичными при использовании много и одноэмиттерных транзисторов.
На 20 кГц смотрел результаты от 1 кГц отличаются незначительно.

Вы думаете TIP35/36 не многоэмитерные? 2SA1302/2SC3281 хорошие тр-ры, только у них граничная частота сильно зависит от тока. Вообще как я понимаю многоэмитерные тр-ры эквивалентны нескольким обычным соединёным в параллель (даже ставят эмитерные резисторы внутри, только очень маленькие). А вы немогли бы выложить модели 2SA1302, 2SC3281, можно прямо текстом в пост?
Я кстати нигде не читал ещё что с увеличением нагрузки THD уменьшаются, даже стабильностью беты этого мне кажется необьяснить. Чем меньше нагрузка тем на меньшем участке изменения беты мы работаем. Разве что это можно обьяснить большим изменением беты на малых токах, чем на средних. А вообще из-за того что существует область совместной работы верхнего и нижнего плеча, изкажения которые возникают из-за этого, всегда больше при меньшем Rн. А какой у вас ток покоя?
Ещё интересно, насколько график изменения беты в MC похож на тот, что в даташите.

Вот THD для "идеальных" транзисторов, у которых бета вообще от тока независит, ток покоя 150ма, одна пара.

Rн=8R0
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 4.866e+00 1.000e+00 -179.93° 0.00°
2 4.000e+04 1.604e-06 3.295e-07 178.96° 358.89°
3 6.000e+04 1.113e-03 2.286e-04 0.22° 180.15°
4 8.000e+04 1.780e-06 3.658e-07 179.59° 359.52°
5 1.000e+05 1.812e-04 3.723e-05 0.46° 180.39°
6 1.200e+05 4.593e-07 9.438e-08 176.08° 356.01°
7 1.400e+05 3.728e-05 7.661e-06 -179.68° 0.24°
8 1.600e+05 1.015e-06 2.085e-07 0.06° 179.99°
9 1.800e+05 8.464e-05 1.739e-05 -179.12° 0.80°
Total Harmonic Distortion: 0.023241%

4R0
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 9.493e+00 1.000e+00 -179.93° 0.00°
2 4.000e+04 2.040e-06 2.150e-07 4.90° 184.83°
3 6.000e+04 4.405e-03 4.640e-04 0.22° 180.15°
4 8.000e+04 3.310e-06 3.487e-07 0.10° 180.03°
5 1.000e+05 1.555e-03 1.638e-04 0.38° 180.31°
6 1.200e+05 3.062e-06 3.226e-07 -1.94° 177.98°
7 1.400e+05 6.632e-04 6.987e-05 0.54° 180.47°
8 1.600e+05 1.583e-06 1.668e-07 -5.44° 174.48°
9 1.800e+05 2.884e-04 3.038e-05 0.70° 180.62°
Total Harmonic Distortion: 0.049794%

2R0
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 1.811e+01 1.000e+00 -179.93° 0.00°
2 4.000e+04 5.344e-07 2.952e-08 50.32° 230.24°
3 6.000e+04 1.300e-02 7.182e-04 0.22° 180.15°
4 8.000e+04 8.297e-07 4.583e-08 23.88° 203.80°
5 1.000e+05 5.448e-03 3.009e-04 0.37° 180.29°
6 1.200e+05 1.012e-06 5.589e-08 9.02° 188.94°
7 1.400e+05 2.903e-03 1.604e-04 0.52° 180.44°
8 1.600e+05 9.911e-07 5.474e-08 7.07° 187.00°
9 1.800e+05 1.726e-03 9.531e-05 0.67° 180.60°
Total Harmonic Distortion: 0.080073%

1R0
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 3.316e+01 1.000e+00 -179.93° 0.00°
2 4.000e+04 1.260e-06 3.801e-08 85.90° 265.82°
3 6.000e+04 3.262e-02 9.838e-04 0.22° 180.15°
4 8.000e+04 1.120e-06 3.376e-08 80.56° 260.48°
5 1.000e+05 1.478e-02 4.457e-04 0.38° 180.30°
6 1.200e+05 1.275e-06 3.846e-08 75.56° 255.48°
7 1.400e+05 8.508e-03 2.565e-04 0.53° 180.45°
8 1.600e+05 1.134e-06 3.418e-08 60.40° 240.32°
9 1.800e+05 5.499e-03 1.658e-04 0.68° 180.61°
Total Harmonic Distortion: 0.112239%

А вот бета для модели TIP35. Самое интересное для всех моделей мощных и не только тр-ров, что у меня есть, форма этого графика одинаковая, и не соответствует даташиту.

[MikeF]

Многие УМЗЧ, обсуждаемые на этом форме не справляются с компенсацией переходных искажений, лучший по этому параметру Lynx ( не смотря на двойку ЭП).

можно поконкретнее, почему?

[WP]

Любой современный мощный планарный транзистор является многоэмиттерным, в том числе и КТ818 КТ819. Одноэмиттерные это П210 и им подобные. Из кремниевых одноэмиттерными были самые первые партии КТ801, но из за ряда недостатков изменили технологию изготовления кристалла и транзистор стал трехэмиттерным. И еще одноэмиттерный П701. Видимо самые аудиофильские транзисторы .
А теперь серьезно. Эмиттер в современных транзисторов разделяют для уменьшения зависимости H21e от тока коллектора, для расширения ОБР и улучшения токораспределения по поверхности кристалла. Разница между TIP35 36 и 2SA1302 2SC3281 состоит в том что у 2SA1302 2SC3281 эмиттер сильнее сегментирован, т. е. состоит из большего количества более мелких полосок по сравнению с TIP35 36, а вообще то обе парочки многоэмиттерные.

[Nick]

Не возможно найти такой отрезок на графике динамически изменяющегося выходного напряжения (на пиле, синусе...) где в конечный интервал времени ток через нагрузку был бы равен нулю.
А отношение приращения напряжения к приращению тока в один и тот же временной интервал должны в линейной системе давать прямую линию, это отношение постоянно. Первый пример - на Вашем графике без емкости прямая линия будет на уровне 1 Ом. Внесите емкость или индуктивность на выход и произойдет запаздывание или опережение приращения напряжения от приращения тока вот и всплеск на графике выходного сопротивления получается (в моменты изменения знака приращения на вершинах сигнала). Чем больше временной (фазовый) разбег между приращениями тока и напряжения тем больше всплеск на графике на пиках пилы или вершинах синусоиды. Второй пример с разными транзисторами по емкостям переходов также подтверждает выше сказанное. Сложно игнорировать то, что примерами подтверждается и обьяснению поддается.

Сергей, я думаю, что Леонид полностью прав, выбросы нужно игнорировать. И к стати выбросы на пиле тоже неимеют отношения к нелинейности (рис 3.17). Для определения нелинейности Rвых лучше использовать просто линейно возрастающее напряжение (или рассматривать часть пилы где она возрастает или спадает).
И я так понял что ВК изображённый на рис 2.14 (THD 0.003) лучше чем на 2.17 (THD 0.044)?

[MikeF]

и ещё вопрос тем кто дружит с измерением искажений в MC. прикладываю файл симуляции и график искажений. разве это нормально что спектр не спадающий, в жизни такого не наблюдается...

[Л. Зуев]

Не возможно найти такой отрезок на графике динамически изменяющегося выходного напряжения (на пиле, синусе...) где в конечный интервал времени ток через нагрузку был бы равен нулю.

Если два мгновенных значения тока, разделенные шагом интегрирования, окажутся на одинаковом расстоянии от вершины пилы, то их разность будет равна нулю. Дифференциал выходного напряжения из-за запаздывания в этот момент нулю не равен и, в результате деления его на ноль, получаем бесконечный выброс на кривой дифференциального сопротивления. К нелинейности этот эффект отношения не имеет.

[PSV]

и ещё вопрос тем кто дружит с измерением искажений в MC. прикладываю файл симуляции и график искажений. разве это нормально что спектр не спадающий, в жизни такого не наблюдается...

У меня вот такая картинка получается,в настройках анализа ничего не менял.
Попробуй начинать анализ спустя период входной частоты.

[PSV]

Если два мгновенных значения тока, разделенные шагом интегрирования, окажутся на одинаковом расстоянии от вершины пилы, то их разность будет равна нулю. Дифференциал выходного напряжения из-за запаздывания в этот момент нулю не равен и, в результате деления его на ноль, получаем бесконечный выброс на кривой дифференциального сопротивления. К нелинейности этот эффект отношения не имеет.

Леонид,совершенно верно!Надо смотреть на линейном участке пилы.
По измерению Rвых в симуляторе была такая веточка,обсуждали.Там кстати и по моделям 2SA1302 2SC3281,у меня они были кривые.
https://forum.vegalab.ru/showthread....E0%F1%EA%E0%E4
См. графики в посте 23 и 31 .

[MikeF]

Попробовал, те же яйца может дело в разных версиях mc? или надо в глобальных настройках поковыряться?

[Nick]

Если два мгновенных значения тока, разделенные шагом интегрирования, окажутся на одинаковом расстоянии от вершины пилы, то их разность будет равна нулю. Дифференциал выходного напряжения из-за запаздывания в этот момент нулю не равен и, в результате деления его на ноль, получаем бесконечный выброс на кривой дифференциального сопротивления. К нелинейности этот эффект отношения не имеет.

Леонид, я правильно понимаю, это инертность ВК? Или это погрешность PSpice?

[wert]

Леонид, я правильно понимаю, это инертность ВК? Или это погрешность PSpice?

Какая же это погрешность PSpice, если на схемке и графике Л.Зуева амплитуда выброса зависит от величиниы реактивности нагрузки?

[PSV]

Попробовал, те же яйца может дело в разных версиях mc? или надо в глобальных настройках поковыряться?

Offтопик:
Я пробовал в 7-м и в 8-м,картинка одинаковая.Глобальные настройки лучше поставить стандартные.
Возможно виноваты модели элементов,на всякий случай мои.
.MODEL 2N5551 NPN (IS=16.7422F BF=140.032 NF=946.342M VAF=100 IKF=24.9491M
+ ISE=2.989223E-020 NE=1.5517 BR=687.953M IKR=47.3085 ISC=99.9999P RE=2
+ CJE=19.0793P VJE=749.837M MJE=470.834M CJC=7.43951P VJC=700.018M MJC=402.076M
+ TF=1.58264N XTF=500M VTF=10 ITF=9.99969M TR=10N)

*** From file C:\MC7\LIBRARY\MSBJT.LBR
*** PNP Ampilifier transistors
.MODEL 2N5401 PNP (IS=12.5594F BF=161.865 NF=932.592M VAF=100 IKF=84.8304M
+ ISE=16.2519F NE=1.17011 BR=45.3924M IKR=995.901 ISC=99.9657P RE=1.00401
+ RC=161.923M CJE=19.0793P VJE=749.837M MJE=470.834M CJC=7.43951P VJC=700.018M
+ MJC=402.076M TF=1.58403N XTF=500M VTF=10 ITF=10.0016M TR=10N)

*** From file C:\MC7\LIBRARY\LTOPAMP.LBR
*** Operational Amplifiers
.MODEL LM308 OPA (LEVEL=3 A=300K ROUTAC=50 ROUTDC=75 VOFF=2M IOFF=200P SRP=330K
+ SRN=330K IBIAS=1.5N VPS=13.4 VNS=-13.4)

[wert]

Если два мгновенных значения тока, разделенные шагом интегрирования, окажутся на одинаковом расстоянии от вершины пилы, то их разность будет равна нулю. Дифференциал выходного напряжения из-за запаздывания в этот момент нулю не равен и, в результате деления его на ноль, получаем бесконечный выброс на кривой дифференциального сопротивления. К нелинейности этот эффект отношения не имеет.

Но шаг итерации Вы сами задаете в программе и величина выброса зависит от шага итерации, поставте шаг итерации дробный и Вы никогда не будете иметь описанного Вами случая, а выброс будет всегда в нелинейной системе.

[PSV]

Или это погрешность PSpice?

Это погрешность метода измерения.

[Nick]

Какая же это погрешность PSpice, если на схемке и графике Л.Зуева амплитуда выброса зависит от величиниы реактивности нагрузки?

Я так сперва и думал, но потом почему-то усомнился . Да я перепроверил, это из-за инертности ВК (ёмкостная состовляющая).

[MikeF]

Offтопик:

Я пробовал в 7-м и в 8-м,картинка одинаковая.Глобальные настройки лучше поставить стандартные.
Возможно виноваты модели элементов,на всякий случай мои.

всё проверил - бесполезно, это уже не первая схема в которой показания так разняться на разных компьтерах, не знаю что делать

[Л. Зуев]

Леонид, я правильно понимаю, это инертность ВК? Или это погрешность PSpice?

Это инертность. Но и погрешность в эти моменты времени становится тоже очень большой. Даже при отсутствии задержки на вершине синусоиды получается: Rдиф=dU/dI=0/0 - неопределенность.

Но шаг итерации Вы сами задаете в программе и величина выброса зависит от шага итерации, поставте шаг итерации дробный( с запятой после целого числа) и Вы никогда не будете иметь описанного Вами случая, а выброс будет всегда в нелинейной системе.

Сергей, рассмотрите функцию вида: f(t)=sin(t-k)/sin(t), где k<pi. Посмотрите, что получится при t=0.

[Nick]

Это инертность. Но и погрешность в эти моменты времени становится тоже очень большой.

Я поэтому и усомнился, на самом деле у меня есть выброс на треугольном сигнале, просто на резисторе, 0 на 0 делится плохо . Но выглядит он иначе, просто пик, шириной в пиксель.

[Л. Зуев]

Это погрешность метода измерения.

Вот это абсолютно точно.