Усилитель для наушников R250

[Дмитрий Косачев]

К рассмотрению предлагается простой параллельный композитный усилитель с балансным входом на базе статьи «High Precision Composite OP Amps» John D. Yewen, Electronics & Wireless World, Feb 1987 и бюллетеня по применению AB-051, Burr-Brown Corporation, Mar 1993.

За основу был взят Усилитель мощности ZD-50, а также выходной каскад усилителя для наушников USB ЦАП RME ADI-2 DAC. Защита от постоянного напряжения на выходе позаимствована у телефонного усилителя Омикрон.

Технически усилитель представляет из себя: входной буфер (U1, U2), дифференциальный усилитель/фильтр (U3) с Ку=-1, композитный усилитель (U4, U5-U10) с Ку=-2.

Источник вторичного питания – импульсный SEPIC на конвертере TPS61175, с рабочей частотой 1МГц. Стабилизаторы питания ОУ, кроме OPA1688, построены на LDO-регуляторах TPS7A47 и TPS7A33.

Схема:	Плата:	Сборка:	Тепловыделение:

Петлевое:	Клип (1кГц):	Клип (20кГц):	Квадрат (20кГц/2В[вх]):	Квадрат (20кГц/10В[вх]):

[dortonyan]

У меня по схеме из топика получилась такая АФЧХ:

Запас по фазе всего около 22гр (и это без учета паразитных LC составляющих). Т.е. оно по модели и не должно быть устойчиво (модели ОУ брал с сайта TI).
Причем в симуляторе основной вклад в завал фазы дают параллельные буферы. Нужно урезать осетра усиление, и пересчитывать коррекцию.

[Дмитрий Косачев]

У меня по схеме из топика получилась такая АФЧХ

Надо попробовать по вашей методике, через AC-анализ. Возможно, что есть какие-то нюансы в Stability-анализе.

[alexcp]

получилась такая АФЧХ

Такая и должна подсвистывать, да и петлевого усиления маловато для красивого звука.

Потенциал у схемы есть, нужно только его раскрыть

Что касается свиста: пересчитал коррекцию сабжа. За основу взял схему из первого поста, с ней АФЧХ получилась та же, что @dortonyan показал выше, что неудивительно (те же модели ОУ) и хорошо (не ошибся). Без изменения схемы, изменяя только номиналы цепей коррекции, получил первый вариант, с улучшенной устойчивостью (запас по фазе 60° и не менее 40° в диапазоне петлевого усиления от +10 до -10дБ). Петлевое усиление в рабочем диапазоне частот, а с ним и искажения, остались прежними, но оставалось место для еще одной пары полюс-ноль. Добавил ее, получил второй вариант с бОльшим петлевым усилением (100дБ на 20 кГц):

Что касается звука: Модели TI не моделируют КНИ, но, судя по даташиту OPA1688, его open-loop КНИ (т.е. КНИ с Ку=+1, умноженный на усиление на той же частоте) должен быть в районе 0.5%-1%. Поэтому с первым вариантом коррекции КНИ усилителя должен быть лучше -120дБ, а со вторым - не хуже -140дБ, если позволит конструктив. Первый вариант будет звучать как обычно, а вот второй можно бы и послушать.

К сожалению, ни в одном из вариантов, в том числе в исходном, не получилось клипа без нестабильности - во всяком случае, у меня в симуляторе. Проблема надежно решается добавлением трех деталей в схему.

[свернуть]

На стабильность еще может влиять емкостная нагрузка - фильтра на выходе нет, а запас по фазе и так маленький.

[Дмитрий Косачев]

Разобрался я с Micro-Cap. Он почему-то иногда смещает графики по вертикали, логика этого процесса до конца не ясна.
За одним увеличил номиналы С25, С26, С29.
Теперь запас по фазе напоминает ZD-50, т.е. примерно 40 градусов.

Потенциал у схемы есть, нужно только его раскрыть

Повторяю еще раз - эта тема посвящена ПРОСТОЙ реализации данного схемотипа.
Как сделать петлевое усиление больше я знаю, обсуждение этого здесь неуместно!

[alexcp]

основной вклад в завал фазы дают параллельные буферы

Это было понятно с самого начала - это же ФНЧ в петле ООС.

На соседнем форуме я предложил другой вариант ушника по мотивам ZD-50 - тоже с параллельными ОУ на выходе, но без параллельных буферов.

Как сделать без буферов в петле ООС

Макет по такой схеме был собран и прекрасно работает (с подробностями можно ознакомиться на том же форуме), клип и квадрат хорошие, искажения достаточно низкие для такой простой схемы.

[свернуть]

[Кокон]

alexcp, браво

Дмитрий Косачев, ты хоть представляешь куда сам лезешь?
TinaTi слышал такое?
Видал как выглядят дешифрованные модели оттуда и в том же микрокапе?J
И хотя-бы приблизительную структуру примененных тобой ОУ.

И заявляешь про клип

Похоже alexcp не сдержался, я ведь тоже не сдержался глядя первый раз на Омикрон.
Правда об этом я нигде не писал

Да и вообще форум для свободного обмена мнением, а не бездонный источник похвальбы.

[dortonyan]

петлевым усилением здесь жертвуется в пользу простоты реализации и отсутствия проблем с клипом.

Проверяли клипп по факту?
Для снижения генерации при ограничении композита ОУ следует выбирать с минимальным временем выхода из ограничения (особенно в схеме с заходом фазы за 180гр.).
Где-то в ветке по СЛ Агеев писал критерий для данного параметра. Могу ошибаться, но вроде это время должно быть меньше периода частоты единичного усиления. Это одна из причин, по которой для СЛ ОУ выбран именно LM318.
В схеме ZD-50 ОУ так же выбраны с небольшим временем выхода из ограничения: у 8065 и 318 оно около полутора сотен нс (для 1363 в ДШ нету, но наверное тоже небольшое).
А у 1612 - это время нормировано в 500нс, при большей (относительно ZD-50) частоте единичного усиления композитной схемы. Так что на счет "гладкого" клиппа есть сомнения.

[Дмитрий Косачев]

Не идите на поводу у посредственного инженера alexcp, который называет "более элегантным" решение с пятью (!) параллельными ООС - с высоким качеством звука реализовать это в железе невозможно!
А так же его соратника по "соседнему форуму" с ником Кокон, который не смог довести до ума даже простейший схемотип Yewen*а в ЦАП, хотя это было сделано участниками форума с блеском!
Обоих я добавил в Чёрный список и больше их сообщения никогда не увижу, что рекомендую сделать каждому.

Проверяли клипп по факту?

Так же не советую безрассудно относиться к постулатам господина Агеева. Гладкий клип не нужен - никто в здравом уме не будет слушать усилитель в клипе.
Главный критерий выхода из клипа - это выход без устойчивой последующей генерации с минимально разумным периодом затухания.
В моём усилителе прогнозируется следующая картина выхода из клипа:

[dortonyan]

Дмитрий Косачев, alexcp не при чем. Про схему "мягкого" клиппа из СЛ речь тоже не идет.
На счет выбора ОУ для композита я сразу обратил внимание, просто решил, что вы на этот момент "забили" сознательно, т.к. клип в ушнике маловероятен, особенно при напряжении питания +/-18В.

вы же прекрасно понимаете, что клип можно будет проверить "по факту" только после того как будет устранён звон усилителя.

Ну я просто коряво выразился. Правильнее было спросить - откуда такая уверенность. Я сразу решил, что речь идет про быстрый выход из клиппа.
Если же под фразой "отсутствия проблем с клипом" подразумевается просто отсутствие срыва в генерацию, то вопрос снят.

В моём усилителе прогнозируется следующая картина выхода из клипа:

Я бы еще проверил - правильно ли модели ОУ симулируют время выхода из ограничения. Вдруг оно там нулевое.

[Дмитрий Косачев]

вы на этот момент "забили" сознательно, т.к. клип в ушнике маловероятен

Нет, всё максимально сознательно. Выход из клипа моделировался, без этого никуда. На самом деле "забить" можно было бы спокойно - коэффициент усиления и выбор напряжения питания тоже не случайны. С моим текущим ЦАП в клипе не окажемся никогда. Но это не только вопрос самого клипа, но и выхода усилителя в режим и выхода из него с неполностью разряженными конденсаторами по питанию.

Я бы еще проверил - правильно ли модели ОУ симулируют время выхода из ограничения. Вдруг оно там нулевое.

Не нулевое, иначе не было бы переходного процесса на выходе из клипа. Модели у TI очень хорошие, я бы сказал, что лучшие из всех ОУ представленных на рынке.

[Meta|_]

Кстати, в тему клипа, я никогда особо не задумывался: исключают ли обычные jack/minijack КЗ при втыкании/вытыкании наушников? Что-то мне подсказывает, что можно нарваться на кратковременное КЗ.

[alexcp]

Не исключают. В частности, джеки Neutrik, как у ТС, коротят как правый канал (тот, что ring) на землю, так и каналы между собой. ОУ, впрочем, терпят.

[MCA10.5.64]

Дмитрий Косачев, Если планируйте в дальнейшем КИТ, тогда я куплю КИТ или платы.

[Meta|_]

ОУ, впрочем, терпят

В контексте сабжа важно, что с вероятностью 99.9% это будет клип. То есть нужно принять меры, чтобы оно гарантировано не могло сорваться в генерацию в таких условиях. Симулятору тут верить нельзя...

[Дмитрий Косачев]

Если планируйте в дальнейшем КИТ, тогда я куплю КИТ или платы.

Не планируются.


Звон усилителя устранен, первое сообщение темы отредактировано: обновлена до актуальной схема, добавлены осциллограммы (на эквиваленте нагрузки 240 Ом) выхода из клипа на частотах 1 и 20 кГц, а также прямоугольника с частотой 20кГц и входными амплитудами 2 и 10 В.

Проект завершен. Большое спасибо всем, кто конструктивно критиковал и высказывал советы по реализации!