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]

А теперь серьезно. Эмиттер в современных транзисторов разделяют для уменьшения зависимости H21e от тока коллектора

Когда то давно, еще при Союзе я занимался приемкой продукции на кристальном производстве, уже тогда делали транзисторы КВЧ диапазона средней мощности многоэмиттерные (несколько десятков эмит.) и КБ НИИ постоянно решало конструктивные проблемы по удержанию постоянства коэф передачи тока базы в заданных диапазонах частот (несмотря на многоэмиттерность неравномерность беты проявлялась от множества факторов). Но это было давно. Но кроме многоэмиттерности существует множество конструктивных особенностей влияющих на постоянство беты.

[Nick]

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.

Я думаю что даже при бесконечно малом шаге будет выброс из-за инерции, это и без PSpice можно показать. И нелинейности там не может быть по определению (ёмкость, сопротивление и индуктивность - линейные хар-ки).

[PSV]

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

Offтопик:
Тогда даже не знаю что посоветовать,у меня нормально рисует,поэтому причину не могу определить.Если глобальные установки поставить на стандарт,и это не помогает,попробуй МС переустановить.

[MikeF]

Offтопик:
Ну что вам сказать, Сергей, виновата версия 7.0.0.0, поставил 8.1.1.1 всё нормально стало, а я уже сколько мучился

[WP]

Но кроме многоэмиттерности

Многоэмиттерность - вносит основной вклад. В данном случае мы рассматриваем работу транзисторов в статическом режиме и на низких частотах. На ВЧ на спад H21e начинают влиять еще ряд других факторов.

[wert]

И нелинейности там не может быть по определению (ёмкости, резизторы и индуктивности - линейные элементы).

Я всегда считал что нелинейности транзисторных усилителей в большей степени проявляются при максимальных нагрузках (в пиках сигнала), поэтому нелинейности совместно с составляющими комплексного коэф передачи (фаза, частота, амплитуда) могут быть описаны при помощи дифференциальных уравнений будь то сопротивление, переходные искажения или др. параметры УМЗЧ. Кстати, о переходных искажениях, я использую односигнальные и многосигнальные тесты коэф передачи при помощи диф уравнений - искажения возникают при прохождении графика напряжения в области нуля (вых. каскад в режиме А искажения отсутствуют). В амплитудных значениях напряжения - амплитудные искажения могут быть, а могут и отсутствовать в зависимости от режимов работы УМЗЧ, частоты входного сигнала и прочее. В любом случае рад активному обсуждению вопросов, затронутых в моей статье.

wert добавил 31.07.2006 в 16:35

А вы немогли бы выложить модели 2SA1302, 2SC3281, можно прямо текстом в пост?

Не сразу отвечу на Ваш вопрос, перегруз по работе, вечером прикреплю в картинках.
Транслировал в текстовый формат.
.MODEL 2SC3281 NPN (IS=10f BF=107.06 VAF=100 IKF=16.941 ISE=0.578669f
+ NE=1.14481 BR=10 IKR=1.04175 ISC=1.218480E-020 NC=2.99843 RE=1 RC=30.7022m
+ CJE=2p MJE=500m CJC=1.05579n VJC=700m MJC=500.059m TF=4.16856n XTF=500m
+ VTF=10 ITF=10.4762m TR=10n)
*** PNP
.MODEL 2SA1302 PNP (IS=10f BF=129.738 VAF=100 IKF=16 ISE=0.414467f NE=1.12865
+ BR=10 IKR=9.99995 ISC=2.16381n NC=2.21849 RE=1 RC=149.165m CJE=2p MJE=500m
+ CJC=1.83549n VJC=699.998m MJC=499.587m TF=6.72889n XTF=444.956m VTF=10.5982
+ ITF=1.13444p TR=10n)

[thickman]

Про многоэмиттерность. Эмиттер у мощных транзисторов один, но конструктивно он выполнен в виде гребенки для увеличения периметра эмиттерного перехода.Тем самым снижается влияние эффекта Кирка- вытеснения тока эмиттера к краю перехода под действием эл. поля обусловленного падением напряжения на оммическом сопротивлении тела эмиттера. Чем больше ток тем сильнее этот эффект проявляется. Гребенка позволяет сохранить инжектирующую способность эмиттера на большых токах

[Nota Bene]

Набрел в сети на инфу по теме - это ИМХО (не мое) может пригодиться -
http://hardw.ftn.pp.ru/fido7.su.hardw.audio/10959.html

[wert]

И я так понял что ВК изображённый на рис 2.14 (THD 0.003) лучше чем на 2.17 (THD 0.044)?

Ориентируясь только на THD качество ВК не определить. Введение цепочки R1,2,3 в ВК на рис 2.17 вынужденная мера для повышения устойчивости. Исключите эти резисторы и получите THD не хуже ВК 2.14. Хотя если ВК 2.17 использовать вне цепи общей ООС резисторы R1,3 можно снизить до 1 Ом, соответственно снизится THD и устойчивость не пострадает. По нагрузочной способности, переходным искажениям ВК 2.17 значительно лучше ВК2.14.

[Nick]

Я всегда считал что нелинейности транзисторных усилителей в большей степени проявляются при максимальных нагрузках (в пиках сигнала), поэтому нелинейности совместно с составляющими комплексного коэф передачи (фаза, частота, амплитуда) могут быть описаны при помощи дифференциальных уравнений будь то сопротивление, переходные искажения или др. параметры УМЗЧ. Кстати, о переходных искажениях, я использую односигнальные и многосигнальные тесты коэф передачи при помощи диф уравнений - искажения возникают при прохождении графика напряжения в области нуля (вых. каскад в режиме А искажения отсутствуют). В амплитудных значениях напряжения - амплитудные искажения могут быть, а могут и отсутствовать в зависимости от режимов работы УМЗЧ, частоты входного сигнала и прочее. В любом случае рад активному обсуждению вопросов, затронутых в моей статье.

wert добавил 31.07.2006 в 16:35

Не сразу отвечу на Ваш вопрос, перегруз по работе, вечером прикреплю в картинках.
Транслировал в текстовый формат.
.MODEL 2SC3281 NPN (IS=10f BF=107.06 VAF=100 IKF=16.941 ISE=0.578669f
+ NE=1.14481 BR=10 IKR=1.04175 ISC=1.218480E-020 NC=2.99843 RE=1 RC=30.7022m
+ CJE=2p MJE=500m CJC=1.05579n VJC=700m MJC=500.059m TF=4.16856n XTF=500m
+ VTF=10 ITF=10.4762m TR=10n)
*** PNP
.MODEL 2SA1302 PNP (IS=10f BF=129.738 VAF=100 IKF=16 ISE=0.414467f NE=1.12865
+ BR=10 IKR=9.99995 ISC=2.16381n NC=2.21849 RE=1 RC=149.165m CJE=2p MJE=500m
+ CJC=1.83549n VJC=699.998m MJC=499.587m TF=6.72889n XTF=444.956m VTF=10.5982
+ ITF=1.13444p TR=10n)

С вашими моделями. Ток покоя 110ма.

R = 8R0

Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 4.348e+00 1.000e+00 -0.01° 0.00°
2 4.000e+04 1.807e-04 4.156e-05 -121.47° -121.46°
3 6.000e+04 4.143e-03 9.528e-04 1.15° 1.16°
4 8.000e+04 2.244e-05 5.161e-06 -137.60° -137.59°
5 1.000e+05 2.582e-03 5.938e-04 -0.23° -0.22°
6 1.200e+05 1.792e-05 4.122e-06 -155.74° -155.74°
7 1.400e+05 1.973e-03 4.538e-04 0.14° 0.14°
8 1.600e+05 1.142e-05 2.626e-06 -160.06° -160.05°
9 1.800e+05 1.592e-03 3.660e-04 0.07° 0.08°
Total Harmonic Distortion: 0.126572%


R = 4R0
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 7.681e+00 1.000e+00 -0.01° 0.00°
2 4.000e+04 5.916e-04 7.702e-05 -118.43° -118.42°
3 6.000e+04 7.199e-03 9.373e-04 1.84° 1.85°
4 8.000e+04 7.209e-05 9.386e-06 -139.03° -139.02°
5 1.000e+05 3.951e-03 5.145e-04 -0.48° -0.47°
6 1.200e+05 5.801e-05 7.552e-06 -156.00° -155.99°
7 1.400e+05 3.092e-03 4.026e-04 0.21° 0.22°
8 1.600e+05 3.831e-05 4.987e-06 -160.24° -160.22°
9 1.800e+05 2.545e-03 3.313e-04 0.10° 0.11°
Total Harmonic Distortion: 0.119215%

R = 2R0

Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 1.245e+01 1.000e+00 -0.02° 0.00°
2 4.000e+04 1.644e-03 1.320e-04 -116.44° -116.42°
3 6.000e+04 1.359e-02 1.092e-03 2.38° 2.40°
4 8.000e+04 1.933e-04 1.553e-05 -137.23° -137.21°
5 1.000e+05 5.569e-03 4.472e-04 -0.94° -0.92°
6 1.200e+05 1.551e-04 1.246e-05 -156.68° -156.67°
7 1.400e+05 4.428e-03 3.556e-04 0.28° 0.29°
8 1.600e+05 1.035e-04 8.314e-06 -160.50° -160.49°
9 1.800e+05 3.669e-03 2.946e-04 0.11° 0.13°
Total Harmonic Distortion: 0.127386%

[wert]

С вашими моделями. Ток покоя 110ма.

Еще зависимость тока покоя и THD от предкаскада имеется, у меня MJE340,350 бета 100, источник RS=1. Ток покоя в моем варианте 70 мА.
Я вижу у Вас получился на 4 Ом несколько лучший THD чем на 8 Ом? Для скольки пар транзисторов?
Есть некоторое сходство по поведению THD с моими результатами для 10 пар транзисторов. А как Вы оцениваете модели транзисторов?

[Nick]

Еще зависимость тока покоя и THD от предкаскада имеется, у меня MJE340,350 бета 100, источник RS=1. Ток покоя в моем варианте 70 мА.
Я вижу у Вас получился на 4 Ом несколько лучший THD чем на 8 Ом?
Есть некоторое сходство по поведению THD с моими результатами? А как Вы оцениваете модели транзисторов?

Сходство есть, но я думаю что модели неверные.
Вот модели моторола, совершенно другие.
.MODEL Qmjl1302a pnp(IS=3.25053e-12 BF=60.3363 NF=0.992063 VAF=19.8199 IKF=7.18352 ISE=3.25712e-12 NE=3.42487 BR=5.15499 NR=1.03617 VAR=2.77936 IKR=9.38159 ISC=2.5e-13 NC=3.89405 RB=0.776136 IRB=0.0998107 RBM=0.776136 RE=0.000613663 RC=0.0424163 XTB=1.43773 XTI=1 EG=1.05 CJE=1.57135e-08 VJE=0.728073 MJE=0.42161 TF=2.63264e-09 XTF=1000 VTF=4.11586 ITF=266.249 CJC=1.79861e-09 VJC=0.814822 MJC=0.473271 XCJC=1 FC=0.8 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5 TR=1e-07 PTF=0 KF=0 AF=1)
.MODEL Qmjl3281a npn(IS=6.5498e-11 BF=139.247 NF=1.00176 VAF=46.776 IKF=10 ISE=7.75232e-12 NE=3.34341 BR=4.98985 NR=1.09511 VAR=4.32026 IKR=4.37516 ISC=3.25e-13 NC=3.96875 RB=11.988 IRB=0.111742 RBM=0.102914 RE=0.00127227 RC=0.209833 XTB=0.115253 XTI=1.03146 EG=1.11986 CJE=1e-07 VJE=0.4 MJE=0.450375 TF=7.04629e-10 XTF=1000 VTF=2.06045 ITF=41.8156 CJC=5e-10 VJC=0.4 MJC=0.85 XCJC=0.959922 FC=0.1 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5 TR=1e-07 PTF=0 KF=0 AF=1)

Интересно что для ваших моделей для тока покоя около 100ма нужно напряжение смещения 0,9B (на один) в то время как для моторолы всего 0,6B.

[wert]

Сходство есть, но я думаю что модели неверные.

В.Д.Разевиг в пособии по МС7 предупреждал, что при трансляции стандартной модели в текстовый формат происходит ее значительное упрощение, что может повлиять на конечный результат моделирования.
Скорее стандартные модели транзисторов в норме, т.к. я пробовал и в МС7 и МС8 (разные библиотеки) результаты одинаковые.

[Nick]

В.Д.Разевиг в пособии по МС7 предупреждал, что при трансляции стандартной модели в текстовый формат происходит ее значительное упрощение, что может повлиять на конечный результат моделирования.
Скорее стандартные модели транзисторов в норме, т.к. я пробовал и в МС7 и МС8 (разные библиотеки) результаты одинаковые.

Насколько я знаю модели которые идут с пакетом (MC или какой другой) далеко не всегда правильные. Но мы можем это проверить тоже.
По поводу напряжения смещения, глядя на даташит приходишь к мнению, что 0,6 всё таки правильное значение.

Ниже приведены графики зависимости беты от тока для моторолы. Измерения проводились при Vce = 5V, как и в даташите. Также используется таже шкала что и в даташите.

С вашими моделями когда попробовал померять бету, почему то получился интересный эффект. При изменении тока 0-20А напряжение на эмитере меняется очень в больших пределах (смотрите предпоследний график). Это при том, что на базе оно не меняется (15V). Реальные тр-ры так не работают, БЭ - диод, а тут такой эффект будто последовательно с эмитером стоит достаточно большое сопротивление (1ом). Не знаю это только у меня так или в МС тоже.
Моторола ведёт себя как нормальный тр-тор (последний график).

Вероятно RE в вашей модели - это и есть эта проблема. Тот кто писал их, наверное забыл "m" в конце добавить (RE=1m) .
.MODEL 2SC3281 NPN (IS=10f BF=107.06 VAF=100 IKF=16.941 ISE=0.578669f
+ NE=1.14481 BR=10 IKR=1.04175 ISC=1.218480E-020 NC=2.99843 RE=1 RC=30.7022m
+ CJE=2p MJE=500m CJC=1.05579n VJC=700m MJC=500.059m TF=4.16856n XTF=500m
+ VTF=10 ITF=10.4762m TR=10n)
В сравнении с моторолой
.MODEL Qmjl3281a npn(IS=6.5498e-11 BF=139.247 NF=1.00176 VAF=46.776 IKF=10 ISE=7.75232e-12 NE=3.34341 BR=4.98985 NR=1.09511 VAR=4.32026 IKR=4.37516 ISC=3.25e-13 NC=3.96875 RB=11.988 IRB=0.111742 RBM=0.102914 RE=0.00127227 RC=0.209833 XTB=0.115253 XTI=1.03146 EG=1.11986 CJE=1e-07 VJE=0.4 MJE=0.450375 TF=7.04629e-10 XTF=1000 VTF=2.06045 ITF=41.8156 CJC=5e-10 VJC=0.4 MJC=0.85 XCJC=0.959922 FC=0.1 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5 TR=1e-07 PTF=0 KF=0 AF=1)

А что вы имеете ввиду под трансляцией стандартной модели в текстовый файл (в LTSpice все модели в текстовом виде, насколько я понимаю это одинаково для всех PSpice пакетов)?

PS. Дико извиняюсь за то, что постоянно редактирую посты. Но когда что-то исследуешь, часто находишь что-то новое

[ИГВИН]

это ИМХО (не мое) может пригодиться

В части сравнения би- и уни- полярных мои данные сходны.
В т.ч. непригодность би- для безосных схем.

То, что лучший звук можно получить с полевым в А-классе, подтвержается моей практикой.

Что N-канальные лучше - общее место.

Насчет вертикальных/горизонтальных согласится не готов.
По-моему, Halcro избрали правильное решение, но оно верное лишь в частном случае, с учетом назначения их продукции.
Если считать мощность не главной характеристикой, решение может быть в пользу латеральных.

В частности, я в одной и той же схеме в чистом А сравнивал N-канальные вертикальные и горизонтальные. Проигрыш вертикальных был очевиден, и по объективным, и по субъективным показателям.

[Nick]

В части сравнения би- и уни- полярных мои данные сходны.
В т.ч. непригодность би- для безосных схем.

То, что лучший звук можно получить с полевым в А-классе, подтвержается моей практикой.

Что N-канальные лучше - общее место.

Насчет вертикальных/горизонтальных согласится не готов.
По-моему, Halcro избрали правильное решение, но оно верное лишь в частном случае, с учетом назначения их продукции.
Если считать мощность не главной характеристикой, решение может быть в пользу латеральных.

В частности, я в одной и той же схеме в чистом А сравнивал N-канальные вертикальные и горизонтальные. Проигрыш вертикальных был очевиден, и по объективным, и по субъективным показателям.

Halcro использует коррекцию Хаксфорда, поэтому тут не всё так очевидно, по крайней мере по объективным показателям, даже не смотря на мощность. А насчёт чистого А он так и написал - "Это - проблема переключательных искажений во всех усилителях с использованием этих приборов, за исключением чистого класса А.". Т.е. в чистом А латеральные (горизонтальные) лучше.

[wert]

Вероятно RE в вашей модели - это и есть эта проблема. Тот кто писал их, наверное забыл "m" в конце добавить (RE=1m) .

Сразу в двух программах ошибки по моделям в МС7, МС8 маловероятно, проверю обязательно.

[wert]

Мнения разделились по всплеску на характеристике выходного сопротивления выходного каскада.
Одни говорят не учитывать - погрешность измерения, вторые - задержка, связанная с влиянием емкостей переходов транзисторов, мое мнение - проявление искажений. Прикрепляю рис схему вых каскада и графики поведения всплеской выходного сопротивления в зависимости от токов покоя вых каскадов и нагрузок. Ваше мнение?

[wert]

Схема выходного каскада в формате cir в прикрепленном файле.

[MikeF]

мне кажется, что это происходит из-за изменения сдвига фазы от тока покоя, ведь при малых его (тока) значениях транзисторы (и особенно мощные) заметно тормознеют.