Улучшение линейности (и не только) усилителя на LM3886

[Nick]

Финальные платы пришли, собираю. Посмотреть на них можно у меня на сайте или тут.

Ссылки по теме:
Новые платы дают около -120дБ искажений на THD 11кГц 60W (левый канал - усилитель). Интермодуляционные за гранью обнаружения IMD19+20 , IMD19+20 полный диапазон .

Черновик описания, списка деталей, и схемы, новой версии. Zero D 50 Rev D7.12.

Последняя рабочая версия схемы усилителя, питания и список используемых деталей - Zero D 50 Rev D4 (исправлена ошибка с MUTE, нумерация деталей не совпадает с предыдущими версиями). Небольшое описание усилителя.

Упрощённая версия для тех кто самостоятельно проектирует платы и не хочет возиться с большим количеством конденсаторов и резисторов. Вариант однослойных печаток под утюг от devisangela тут (упрощённая версия без стабилизаторов).

Модель (АФЧХ) в LTSpice.

Замерянные искажения у прототипа на 10кГц Rev. D4 THD 10kHz 40Vp-p (50W) 4Ohm - < 0.0004%. На графике -вверху вход, внизу выход.

Фото прототипа 1 и 2.

Печатки для прототипа использовал от ревизии С (нумерация деталей не совпадает).

Описание принципиальных отличий Rev. D от предыдущих версий тут.

Интересные осцилограммы: шунтировние электролита керамикой , и продолжение, работа стабилизатора, и продолжение, выход U1 под нагрузкой и без, то же (более правильно снято)

Метод измерения искажений звуковой картой с вычитанием гармоник (использовался вначале, когда небыло AMBER 3501 и генератора с низкими искажениями): 1, 2, 3, 4 . Обсуждение метода было тут.

История предыдущих версий. Статья Yewen-a есть тут.

[32768]

многозвенная LC,LC... цепочка образует длинную линию с активным волновым сопротивлением- корень из (L/C). При 50нг и 1000мкф активное сопротивление линии 0.007 ома. Если у источника питания выходное сопротивление тоже 7 миллиом то отражений от линии не будет.
Конечно при расчете линии надо учесть все входящие RLC.

Если же нужно просто повысить демпфирование импульсных токов, то дорожки должны быть максимальной ширины и располагаться одна над другой с двух сторон платы. И керамические малоиндуктивные емкости между шинами.

[Nick]

по нему течет задержанный на длину проводов и индуктивность/емкость АС сигнал.

Посчитаем насколько он будет "задержан"? Вообще тут нужно учитывать соотношение сопротивления/индуктивности выходного фильтра с индуктивностью земляного провода и цепей питания LM3886. В определённом смысле вы правы, если нагрузка имеет низкий импеданс на высоких частотах (1мГц) и индуктивность земли достаточно высока чтобы сдвинуть фазу на 5-10 градусов на этих частотах, то усилитель будет менее устойчив. Но в данном случае это не тот случай .

Если индуктивность земли меньше 50nH то можно не переживать. Считать её нужно включая индуктивность проводов питания. Т.е. нужно считать индуктивность от + и - выводов LM3886 до ближайших конденсаторов, прибавить их идуктивность, и прибавить индуктивность земляного провода, до общей точки и взять большую (+ или -) . В последнем варианте разводки эта индуктивность скорее всего будет меньше чем в первых.

Добавлено через 4 минуты

речь была не про басс.
А про -"почему влияют разные БП на звук при такой глубокой ООС"?

Это вы так поняли, я вёл речь именно про бас, так как про ВЧ у меня было обьяснение. А Л.Зуев и С.Агеев даже предпологали что проблема с басом - психоакустическая, из-за ВЧ, но нам кажется что это НЧ.

Добавлено через 3 минуты

Различный бас при питании от разных БП. выступил в роли лакмусовой бумажки.

Помоему к примеру Audiomaniac слышит разницу только на СЧ ВЧ. Бас это только атрибут стабилизированного питания и обьяснения почему пока нет (закончу с новыми платами, продолжу поиск).

Добавлено через 4 минуты

Сообщение от Audiomaniac
a large tantalum
or electrolytic capacitor (10 μF or larger) which is used to
absorb low frequency variations and a small ceramic capacitor
(0.1 μF) to prevent any high frequency feedback through
the power supply lines.

Обрати внимание."tantalum or electrolytic capacitor (10 μF or larger)" тантал или э-лит.

В этом я с вами согласен, чего-то одного скорее всего будет достаточно.

[Nick]

Вот я нарисовал линиями в первом приближении как будут идти токи по ВЧ. Для устойчивости ООС важна идуктивность вот этих вот 3-х путей (фиолетовый от плюса, зелёный от минуса, синий с выхода). Короче уже некуда

[Ремонт-NIK]

Посчитаем насколько он будет "задержан"? Вообще тут нужно учитывать соотношение сопротивления/индуктивности выходного фильтра с индуктивностью земляного провода. В определённом смысле вы правы,

Nick это не я прав.о этом говорит даташит.раздел "layout"
Свой On-line перевод из даташита раздела лайоут-прикладываю.Ессно.я не профессиональный переводчик.но смысл должен быть ясен.
Нагрузка то у нас у всех (АС) реактивная + соединена с УНЧ проводами имеющими конкретную длину.значит будет присутствовать задержка сигнала в возратном проводе от АС

Если индуктивность земли меньше 50nH то можно не переживать,

Вы про какую землю ведете речь? Про проводник по печатной плате?
Попробуйте рассмотреть "плата УНЧ ->провода->АС" как одно целое.

Помоему к примеру Audiomaniac слышит разницу только на СЧ ВЧ.

Видите ли.у А-маньяка совсем другой случай.Т.е. абсолютно другой случай.начиная от схемы/глубины ООС/ и заканчивая трассировкой.

Offтопик:
Кстати.мне ваша плата понравилась.единственный недочет в трассировке который я смог распознать я уже высказал ранее.

А Зуев и Агеев даже предпологали что проблема с басом - психоакустическая, из-за ВЧ, но нам кажется что это НЧ.

Бас это только атрибут стабилизированного питания и обьяснения почему пока нет (закончу с новыми платами, продолжу поиск).

Причина разного баса пока до конца не выяснена конечно-же.но это сделать (выяснить в чем дело)можете только вы.по понятным причинам.а мы только высказывать гипотезы..

[Nick]

Offтопик:

единственный недочет в трассировке который я смог распознать я уже высказал ранее

Вы знаете эту плату смотрели как минимум ещё 2 очень квалифицированных человека и неодного недочёта по земле незаметили. Может вы подумаете как изложить в чём проблема более понятно.

[Ремонт-NIK]

Сергей.раз уж Вы смотрите в данный момент эту ветку.
Прокоментируйте плз.

[Nick]

Нагрузка то у нас у всех (АС) реактивная + соединена с УНЧ проводами имеющими конкретную длину.значит будет присутствовать задержка сигнала в возратном проводе от АС

Это играет роль, как я уже написал, до точки соединения с неинверсным входом (общей точки). То что находится между общей точкой (туда идёт проводник от неинверсного входа) и точкой подключения резистора ООС (на выходе) уже находится вне ООС.

[Ремонт-NIK]

Вы знаете эту плату смотрели как минимум ещё 2 очень квалифицированных человека и неодного недочёта незаметили. Может вы подумаете как изложить в чём проблема более понятно

Ник.я за всех не отвечаю..возможно этим людям просто некогда было вдумчиво рассматривать вашу плату.
Обратный провод от АС должен возращаться или к земле БП.или к земле шунтов.смотря как организовано питание в целом.Но никак не к земле опера.потому что путь тока представляет петлю.и замыкается в БП или через шунты.точнее видимо.частично через шунты.Обьяснение этому в даташите.

[Nick]

Обратный провод от АС должен возращаться или к земле БП.или к земле шунтов

Обратный провод у меня возвращается в общую точку соединения всех земель, мекку земли.

Добавлено через 1 минуту
Я читаю на эту тему более компетентные источники, а именно D.Self и Хоровиц и Хилл, немного ещё Walt Jung-а.

Добавлено через 1 минуту
https://www.vegalab.ru/index.php?opt...ileinfo&id=101

Добавлено через 2 минуты

Но никак не к земле опера

Землю опера какого, LT1363 ?

Добавлено через 3 минуты

.точнее видимо.частично через шунты.

Да, я даже нарисовал как https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...postcount=1284, на 1мГц, я бы сказал не частично, а практически полностью.

[Ремонт-NIK]

Землю опера какого, LT1363 ?

да

[Nick]

да

Так у него нет земли. Есть земля у его питания и неинверсный вход тоже сидит на земле, что вы имеете ввиду, питание ?
Разводка делалась по типу общей точки (мекки). В центре платы сходятся все земли, поэтому сказать что это земля ОУ нельзя, это земля всего.

Добавлено через 2 минуты
Вообщем я попробую сказать иначе, если есть проблемы с индуктивностью земли, то они будут отражены на устойчивости усилителя. Я свой усилитель проверял на 4омах и 1uF параллельно, он был устойчив.

[Ремонт-NIK]

Я читаю на эту тему более компетентные источники, а именно D.Self и Хоровиц и Хилл, немного ещё Walt Jung-а.

из этой фразы я делаю вывод.что вы поняли про что я веду речь.
Значит Нэйшинал для вас недостаточно компетентный источник?
А Аналог Девайс или Техас.Может Генри Отт?

Так у него нет земли. Есть земля у его питания и неинверсный вход тоже сидит на земле, что вы имеете ввиду, питание ?

Его инверсный вход опирается на общий участок с возратным проводником от АС.!На этом участке вполне реальна ПОС.которая не зря упоминается в даташите.Если бы было возможно умолчать этот момент.будьте уверены.его бы в даташите обошли бы молчанием.
Откуда на этом участке взяться ПОС по вашему мнению?И почему этот факт упомянут в даташите вкупе с упоминанием о "Without isolating the ground signals and returning the grounds to a common point, ground loops may occur."?С моей точки зрения .только из-за задержки распространения сигнала в петле -"вых.УНЧ->прямой провод (сигнальный) до АС->АС(с ее фильтрами)->возвратный провод от АС->общий участок на печ.плате->земляной провод до мекки в БП."
Вот на этом участке "возвратный провод от АС->общий участок на печ.плате->земляной провод до мекки в БП"-создается падение напряжения.которое прикладывается ко входу опера.Оно и вызывает эффект нестабильности описанный в даташите.Вы же не будете отрицать тот факт.что от АС текут значительные токи?

Я свой усилитель проверял на 4омах и 1uF параллельно, он был устойчив

Он был устойчив на синусоидальном (повторяющемся по амплитуде и времени) сигнале.так?.Реальный музыкальный сигнал-скорее импульсный.и некоррелированный во времени.Попробуйте испытать свой усилитель узкополосным шумом.или сигналом с программируемого генератора (произвольная неповторяющаяся последовательность сигналов имитирующая музык.сигнал).
И попытайтесь посмотреть.что творится за пределами спектра испытательного сигнала. в данном случае шума.
Как по вашему.можно измерить сдвиг нулевого уровня земли.из-за дестабилизирующих факторов?

Offтопик:
Nick-вы работаете по ночам?

[Nick]

Он был устойчив на синусоидальном

На прямоугольном. Если устойчив на жёсткую ёмкостную нагрузку на прямоугольном значит всё ок.

[Ремонт-NIK]

Если устойчив на жёсткую ёмкостную нагрузку на прямоугольном значит всё ок.

Хорошо.


Добавлено через 1 минуту
Судя по скорости вашего ответа.вы поняли в чем суть.

[Nick]

С моей точки зрения .только из-за задержки распространения сигнала в петле -"вых.УНЧ->прямой провод (сигнальный) до АС->АС(с ее фильтрами)->возвратный провод от АС->общий участок на печ.плате->земляной провод до мекки в БП."

Это не правильное утверждение. Так как вы говорите вообще неважно как разводить, провода АС будут всё равно длиннее.
Ну а на самом деле, повторюсь, играет роль длинна дорожек питания LM3886->ближайшие шунтирующие конденсаторы->землянной провод (или полигон) до точки подключения неинверсного входа ОУ и нагрузки. Ещё играет роль индуктивность дорожки с выхода до места подключения резистора ООС. Степень, насколько влияет эта индуктивность на устойчивость, зависит от импеданса выходного фильтра на частотах близких к ед. усил. в петле ОС (700-1200кГц для LM3886). Можно даже прикинуть фазовый набег.

Добавлено через 2 минуты

Значит Нэйшинал для вас недостаточно компетентный источник?

Для меня некомпетентным порой являются аппноты. В них часто не пишут почему нужно так делать, и порой приводится только один из кучи возможных вариантов, и говорится делайте так. К тому же кто их автор ?

Добавлено через 8 минут

Откуда на этом участке взяться ПОС по вашему мнению?

ПОС может взятся из-за сдвига фазы которая возникла вследствии большой индуктивности земли и питания, при достаточно низкоомной нагрузке на ВЧ. Как - я уже описал. Провода АС тут не причём, их нужно рассматривать как нагрузку.

Добавлено через 1 минуту

Nick-вы работаете по начам?

Иногда да. Но сейчас у меня 9 часов вечера.

Добавлено через 1 минуту

Судя по скорости вашего ответа.вы поняли в чем суть.

Суть я ещё описал несколько постов назад, с тех пор ничего непоменялось https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...postcount=1283
https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...postcount=1284

Добавлено через 26 минут

А Аналог Девайс

Walt Jung это и есть Аналог Девайсес. OP Amp Applications Handbook.

[MikeF]

Поясни. По той схеме из ДШ, мне показалось что будет или одинаково, или лучше "к плюсу", на деле - оказалось лучше "к минусу".

точно без разницы должно быть для полностью симметричного усилителя. Здесь же верхнее плечо раскачивается непосредственно от УН и выполненно в виде эмиттерного повторителя. А нижнее с ОЭ получает сигнал от УН еще и через инвертор. Так что, я думаю, одинаково быть явно не может.

[Ремонт-NIK]

Для меня некомпетентным порой являются аппноты. В них часто не пишут почему нужно так делать, и порой приводится только один из кучи возможных вариантов, и говорится делайте так. К тому же кто их автор ?

Вероятно.не дилетанты:
AN202-Paul Brokaw AD
AN345-Paul Brokaw/Jeff Barrow
Considerations in Grounding and Shielding
Computer-Controlled Audio Devices - Stephen R. Macatee
A Practical Guide to High-Speed Printed-Circuit-Board Layout -John Ardizzoni (AD)
Proper pc board layout improves dynamic range-Greg DiSanto, Advanced Linear Products Group, Analog Devices
Circuit board layout techniques-Bruce Carter(Ti)
Designing for EMC:The top 4 guidelines
Decoupling strategies for PCB-Joe Thompson
Bypass capacitor layout-H.Johnson
Grounding in mixed signal systems-W.Kester/J.Bryant/M.Byrne
Printed circuit board layout for improved EMC-Texas inst.inc

и говорится делайте так.

Видимо потому.что подразумевается компетентность читающего.

ПОС может взятся из-за сдвига фазы которая возникла вследствии большой индуктивности земли и питания, при достаточно низкоомной нагрузке на ВЧ.

Неверно.Посмотрите внимательно рисунок в даташите.
Смотрите также аттач.

На прямоугольном. Если устойчив на жёсткую ёмкостную нагрузку на прямоугольном значит всё ок

Offтопик:
В этом видимо и заключается парадокс плохо звучащих усилителей.
Одна строна (слушатели) утверждает-мы же слышим.этот усилитель играет хуже.(или другие варианты)У противной стороны железный контраргумент."мы измеряли искажения и они составили 0.0000"
Это просто пример.никаких намеков.

[Nick]

Неверно.Посмотрите внимательно рисунок в даташите.
Смотрите также аттач.

Аттач это совршенно не то, в атаче питание и второй вход (неинверсный) соедениены внутри квадратика.
Какой даташит (для LM3886) и какой рисунок?

[Ремонт-NIK]

Так как вы говорите вообще неважно как разводить, провода АС будут всё равно длиннее.

Важно не то что провода длинее.а то куда и каким путем эти провода (ток текущий по ним) замыкаются(присоединяются/запаиваются и т.д.-выбрать близкое по вкусу ).
Путь тока всегда петля.и так как вых.каскад берет энергию из БП.то и токи возвращаются в БП.в сигнальную же землю (input)возращаются сигнальные токи входного каскада (в вашей схеме-опера LTxxx).возбуждаемые из источника сигнала.Принцип заземления-разделяй и властвуй.

[Nick]

Видимо потому.что подразумевается компетентность читающего.

Думаю наоборот, зачем компетентным людям читать что они и так должны знать. Шучу конечно, для меня есть много интересного в аппнотах Analog Devices и Linear, но доля правды есть.

Добавлено через 3 минуты

Путь тока всегда петля.и так как вых.каскад берет энергию из БП.то и токи возвращаются в БП.в сигнальную же землю (input)возращаются сигнальные токи входного каскада (в вашей схеме-опера LTxxx).возбуждаемые из источника сигнала.

Ремонт-NIK у меня мекка. Я понял, чтобы мне вас понять, попытайтесь нарисовать как должно быть, а то я вижу мы так долго будем беседовать