Собираем сверхлинейный усилитель Сергея Агеева.

[Эзотехник]

Транзисторный усилитель с глубокой ООС и ОУ на входе. См. журнал "Радио" №10-12 за 1999 г. и №1,2,4-6,9-11 за 2000 г.

[Эзотехник]

Q2: А почему сейчас про него вспомнили?
A: усилитель обладает высокой мощностью ( долговременно 160 Вт на 4 Ома с фазовым углом до 50°), низкими искажениями, надёжностью, подробной документацией.

Q3: Почему некоторые называют этот УМЗЧ "монстром" и "радиопередатчиком"?
A3.1: За сложность, необычную для бытовой hi-fi аппаратуры. Схемотехника профессиональных усилителей с длительным гарантийным сроком (например Crest Audio V series) имеет такую же сложность. В Hi-End усилителях Accuphase также применяются параллельные выходные транзисторы (до 7 шт в плечо).
A3.2: За широкополосность. Но конструкции Accuphase собраны на платах из фольгированного стеклофторопласта, а сигнальные линии на них, по мнению Д.В. Андронникова, рассчитаны из условий согласования волновых сопротивлений. Эти приёмы характерны для СВЧ устройств.

далее - слегка отредактированные ответы автора усилителя
Q4: Почему не применили токовую ООС?
A: Цель была получить устройство с некоторым комплексом характеристик. Мне кажется, это удалось.
https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...7&postcount=52
Претензии по "недостаточному" сечению силовых цепей на печатной плате необоснованы. Толщина меди выше обычной (80...90 мкм), и, главное, индуктивность ленты много меньше, чем круглого провода. А нормы на ток печатных проводников совершенно другие - порядка 1А на 1мм ширины благодаря хорошему охлаждению.

Q5: ток дорожка выдержит, но сопротивление у неё остаётся.
A: Оно практически не играет роли. Что такое пара сотых ома на каждый транзистор, когда их несколько штук!

Q6: почему некоторые фирмы делают многослойные платы для УМЗЧ?
A: Реклама + не умеют разводить. Halcro DM58 я видел. Им просто лень "вылизывать" двухсторонние. На 4 слоях разводить много проще. А что надежность контакта к внутренним слоям низка и их сложно делать толстыми - игнорируют.

Q7: Что из диодов можно ставить без подбора в ограничители сигнала (VD1,2 и т.д.): КД409, 1N459, BAV99 (но они SMD и 2 диода в корпусе). В схеме УВ ещё упомянуты FDH300, 1N457A, 1N458A, BAS45, MMBD1503.
A: Мне нравятся BAV199, КД512, но в принципе исправные КД521/522 вполне проходят.

Q8: В интеграторе биполярный ОУ должен давать много НЧ шума при 2,2 МОм сопротивлении на входе.
A: НЧ шум там дают именно 2,2 МОм, чисто тепловой. Коэффициент шума LM108 (140УД14) с его сверхмалым истинным (а не скомпенсированным) входным током 1-2 нА (меньше, чем ток утечки затвора прогретого до 80°C полевого ОУ), не превышает 1...2 дБ.

Q9: Сколько вносит интегратор в общий шум усилителя?
A: На частотах выше 10 Гц его вклад пренебрежимо мал (менее 0,5%, или 0,05 дБ).

Q10: Для упрощения можно было убрать из БПА RC цепочки ФНЧ 2-го порядка и взять сигнал ошибки c выхода интегратора. Или сильно разные постоянные времени нужны?
A: Правильно последнее. К тому же - независимость.

Q11: Можно ли применить в предоконечных каскадах транзисторы MJE15032/33 и KSE340...MJE350?
A: Работать с ними будет без проблем, но ёмкости (и соответственно нелинейность ёмкостей) у них раза в 4 больше, чем у рекомендуемых. Вырастет нелинейность на ВЧ и немного ухудшается быстродействие.

Q12: А сколько у них ёмкость коллектора?
A: При нулевом напряжении под 300 пФ у первых, под 50 - у вторых. По сравнению с 70 и 5 у 2SA1837 и 2SA1380.

Q13: Тогда наверное они обеспечивают малое изменение параметров (например Ft) от Uкэ и Iк.
A: Увы. Нет этого у них.

Q14: За что тогда Lynx хвалил MJE15032, кучу драйверов перепробовав?
A: фактически за то, что не генерят при недостаточно продуманном монтаже.

Q15: Хватит ли трёх транзисторов MJL21193/21194 на выход при нагрузке 100Вт, 4 Ома?
A: Да, при питании ±36...39В.

Q16: А 2 шт. в плечо при увеличении питания и 100 Вт, 8 Ом?
A: На 8 Ом - вполне, только питание не выше ±55В.

Q17: в журнале и текстовом файле - перечне материалов приведено много вариантов замен транзисторов, которые должны требовать разной коррекции.
A: Как ни странно, схемотехника и коррекция вылизана так, чтобы работало на всём.

Q18: хоть 12*КТ818, хоть 4*MJE3281?
A: Как раз в отношении последних - именно так. Их реальные характеристики (удельные ёмкости и зависимости граничных частот от тока) довольно близки, естественно, учитывая множитель 3 для 819.

Q19: Достаточна ли мощность рассеяния корпусов ТО-92 в БПА у стабилизаторов 78L12, 79L12 при 24В на входе?
A: Впритык, но хватает. Возможно, при следующем заказе плат посадим дублеры в ТО-220.

Q20: К176ИЕ5 от 12В разве может работать? (по справочникам для 176-ой логики питание 9В±5%)
A: Живёт так.

Q21: А может вход интегратора лучше брать после выходного ВЧ фильтра (LRRC+LRRC), c незаземлённой части последнего С. "Горячих" проводов меньше станет, с которых помехи лезут.
A: С точностью до наоборот. Помехи-то лезут снаружи.

Q22: использование вместо 4 шт. LM317/337 двух M5230 даст некоторую экономию денег, резисторов и площади платы.
A: Сомневаюсь. 317-337 валяются на каждом углу, а M5230 надо искать.

Q23: у нас в основном белорусско-китайский noname продают
A: Белорусские 337/317 нормальные.

Q24: Хотелось бы избежать проверок объёмного сопротивления коллектора транзисторов и т.п., если их заказать у хорошего поставщика.
A: Нормальный импорт проверять нужно только выборочно - не лажу ли подсунули.

Q25: А может сделать список критичных к качеству деталей по каталогу Эльфы с их номерами?
A: Подумаю. Эльфа не самый дешевый каталог, я больше люблю Mouser и Digi-Key.

Q26: Существует ли форум или FAQ по сборке и настройке этого усилителя, кроме статей в "Радио" 2000 г.?
A: Вопросов мало. При нормальной сборке вообще ничего, кроме тока покоя и иногда - порога срабатывания "мягкого" ограничителя, выставлять не надо. Главное - это аккуратность. У 80% людей просто не хватает аккуратности.

Q27: Может устроим на vegalab ветку для вопросов?
A: Пожалуйста, только часто писать не смогу.

Q28: Заодно доп. реклама вашему усилителю будет (если платы ещё не разобрали)
A: А я не особо его рекламирую - зачем? Он ведь трудоёмок, пусть делают только те, кому это действительно надо и кто может его нормально собрать.

Q29: Почему вы свои находки не публикуете?
A: Публикую, но это очень трудоёмко. Сделать хорошую статью сложнее, чем саму конструкцию...

Q30: А компенсатор проводов на ОУ DA4, "заимствованный из измерительной аппаратуры", также применялся в усилителях Kenwood. От него толк есть или он только наводки собирает (сеть+гармоники и радиочастотные)? Почему японцы перестали их делать?
A: Потому, что дома он не нужен.

Значит для автосаба пригодится .

Q31: "А что изменить для использования DA4 в качестве каскада формирования отрицательного выходного сопротивления"

Ответ: ввести явный резистор-датчик тока в "земляную" ветвь (сопротивлением порядка 0,2 Ома), и изменить коэффициент передачи каскада на DA4 в зависимости от желаемой величины отрицательного сопротивления. Формула для расчета там очевидна.

[sia_2]

Правило "1А на 1 мм ширины" соответствует толщине фольги 35 мкм, если она катаная и 50 мкм, если она электроосажденная. Как правило, при производстве плат первые 35 (сейчас часто 18 ) микрон "родные", дальше электроосажденный слой, получающийся при металлизации отверстий. Я стараюсь заказывать такие платы с фольгой 50 мкм, на которую наращивается еще не менее 30.

[ИГВИН]

В чём смысл применения четырёх последовательных конденсаторов по 0,022 мкФ?

Поставили низковольтные. Очень неграмотное решение
Не задумываясь над этим долго, не делайте так.

И когда нужны резисторы R1...R3 (470 Ом) параллельно индуктивностям? В усилителе они пригодятся?

Резисторы не помешают.

Offтопик:
Сорри, что вклинился. Не сразу разобрался, что идет диалог...

[Karen]

Сергей, приведи, плиз, список известных тебе СЧ-головок, работающих при низком вых. сопротивлении усилков

Offтопик:
A3.3: Вспомнилось, что пару лет назад на саммите глав СНГ Назарбаев сказал: "Я недавно узнал, что в переводе с испанского "монстр" означает "лучший друг""

[sia_2]

СЧ головки - Audax HM170Z018, PHL 6.5" с ходом 2.7 мм (она там такая одна).

[sia_2]

Q33: Вы упоминали, что транзисторы 2N5401 бывают разных производителей и отличаются втрое по ёмкости коллектора. Нашёл нечто с бледной маркировкой, Ck = 5 пФ. Это нормальная величина?

А Нормальная, если это замерено при обратном напряжении 1..2 В.

Q34: Что лучше применить на месте диодов VD36,37 (с выхода на оба питания)? Выбирать наверное по мин.ёмкости или время рассасывания тоже важно? Доступны КД213, 10CTQ150, FR302,
FR307 и К-Б переходы ВЧ-транзисторов.

А Последнее очень ненадежно (слабый вывод базы, не рассчитанный на большие токи). Рассасывание непринципиально, важен минимум емкости при выдерживании ударного тока ампер 40.

Может дроссель мелкий (например ферритовую трубку) последовательно с ними включить?

А Ни в коем разе - функция этих диодов - защитить уже запертые выходные транзисторы.

Q35: В схеме осциллографа с импульсным БП нашёл вариант сетевого фильтра (см. рис.). В чём смысл применения четырёх последовательных конденсаторов по 0,022 мкФ? И когда нужны резисторы R1...R3 (470 Ом) параллельно индуктивностям? В усилителе они пригодятся?

А 4 кондера - просто не было высоковольтного в наличии. Резисторы стоят для перестраховки (проще взять феррит с большими потерями, типа 1000НН).

[Эзотехник]

Поставили низковольтные. Очень неграмотное решение

Агрегат древний, дефицита кондёров тогда не было. Рядом стоят К15-5 на 1,6 и 6,3 кВ. А поставили 4 шт. КМ-3 на 250В. Хватило бы и 2х-3х, может так потери увеличили или реактивную мощность набирали?

Сорри, что вклинился.

Одна голова - хорошо, а 3 - мажоритарный контроль (с) Змей-горыныч

[sia_2]

Насчет дефицита... Не застал ты его, видимо
А дурацких решений в любой совейской, да и буржуйской аппаратуре полно. Мало ли какая блажь в голову начальнику конструкторов или нормоконтролеру пришла

[Эзотехник]

застал, но это военка, у них снабжение хорошее было. К15-5 разных номиналов рядом полно. И в "бытовуху" тех лет их ставили без счёту, в отличие от КМ.
Всё, допёр - другие по высоте не помещались в экран, а класть набок ТУ не разрешали.

A34: Рассасывание непринципиально, важен минимум емкости при выдерживании ударного тока ампер 40.

А откуда такой ток возьмётся? Это в случае возврата катушки из механического клиппинга (максимального смещения) или электрического (ограничения по вых. напряжению)?

И ещё ток индукции должен вызвать скачок напряжения на батарее электролитов. Может с шин питания на массу ограничительные диоды поставить, например 1.5KE43A при напряжении питания 40В?

[sia_2]

При отключении или ограничении выходных транзисторов "отбойные" диоды отводят ток, запасенный в индуктивности ГГ и фильтров. Длительность его невелика, так что ни радиаторов на них, ни ограничительных диодов параллельно кондерам питания не нужно.

[sia_2]

Сергей, а какой ток покоя предвыходных транзисторов в СЛ выставляется для случая 8-омной нагрузки СЧ-ВЧ канала /8 пар BD243-244,по 40мА/ ? И можно ли такой же ток покоя выходных выставить для широкополосной системы при том же номинале сопротивления нагрузки ?

Предвыходные BD139-140, обязательно Philips, ток по 24-27 миллиампер. Напряжение питания не выше +/-37..38 В на холостом ходу и номинальном напряжениии сети.
Внимание: это почти предельный режим для них, поэтому на радиатор их надо ставить качественно, обязательно на хорошем по теплопроводности изоляторе (керамика или слюда) и с пастой.
Ток покоя и напряжения питания для широкополосной системы такие же, просто нужен вдвое более мощный БП по сравнению с СЧ-ВЧ.

Сергей, я прочитал что вы рекомендуете использовать LM318, но всё же интересно как вы смотрите например на AD843, AD845 или какие нибудь другие более скоростные и линейные (чем LM318). Как при этом нужно поменять коррекцию? Спасибо.

1. От ОУ там требуются три вещи - а) низкая входная емкость при умеренном входном токе, б) хорошее произведение усиления на полосу в полосе часто килогерц до 100-200 и в) быстрый выход из ограничения.

Формальная скорость нарастания там достаточна всего вольт 20-30 в микросекунду, т.к. сигнал на выходе ОУ весьма невелик. Некритичность к нагрузочной способности ОУ заложена схемотехнически.

Линейность (особенно динамическая) LM318 на самом деле очень высока, любой желающий может в этом сам убедиться экспериментально, просто это не отражено в даташите - в 1971 году такие параметры не были доступны пониманию большинства потребителей и потому не указывались. Высокая динамическая линейность обеспечена тем, что линейность биполярного дифкаскада с достаточно большими эмиттерными резисторами существенно выше, чем у полевого (кстати, такой график приведен в моей статье про УВ).

Оба указанных Вами ОУ в данном применении уступают LM318 - 843 по шуму и входной емкости, а 845 - еще и по произведению усиления на полосу (у 318 при питании +/-16В оно порядка 40-50 МГц).

Я рекомендую, если уж хочется искать приключений, в этом месте попробовать LM6171, но RC-цепи в эмиттерах VT5-8 при этом нужно менять.

[Ремонт-NIK]

в) быстрый выход из ограничения.

Как смотрится по этому параметру этот опер,в сравнении с другими распространенными ОУ (другие ОУ- на Ваш выбор. )

Линейность (особенно динамическая) LM318 на самом деле очень высока, любой желающий может в этом сам убедиться экспериментально,

Offтопик:
Каким образом

?
И еще.
Бывают ли подделки?Если - да.то по каким признакам их отличить?

[Эзотехник]

Я рекомендую, если уж хочется искать приключений, в этом месте попробовать LM6171

Подробно преимущества К140УД11 расписаны в Радио 10-2000, с.17. Там же: "Что касается наилучших из существующих ОУ, невзирая на цены и редкость, то в качестве DA1 и DA4 автор рекомендует LT1468 или HA5221, а в качестве DA3 - AD842, однако при применении AD842 нужно существенно изменить цепи коррекции УМЗЧ."
Может что-то лучшее с тех пор появилось?

"Время выхода ОУ из ограничения не превышает 200нс."
А время установления, указываемое в PDF, с этим параметром слабо связано? Тому, кто ищет замену, придётся искать и обмерять все примерно подходящие операционники?

[sia_2]

1. Линейность - проверяется любым стандартным способом, на частотах 20-200 кГц, можно даже просто методом генератор-фильтр. На 1 кГц мерить смысла нет.
2. Время выхода из ограничения, к сожалению, никакой корреляции с временем установления не имеет. Редко-редко указывается как "overload recovery time". При указанной в статье полосе ООС и скорости нарастания нужно не более 150-200 нс. Из распространенных ОУ этому требованию удовлетворяют только LM6171 (но у него выход из ограничения очень резкий) и LT1363 (практически то же самое).
3. К AD842 приходилось специально делать навеску, ускоряющую выход из ограничения (у него около 700-800нс).
4. Поддельных 318 я не встречал. Это не значит, что их нет, но мне не попадались.

Так что приходилось перемерять все подряд. К моему удивлению, 318 оказался чертовски сбалансированным по всем свойствам - каждое отдельное не рекорд, но очень хорошее, а вот найти другую подобную комбинацию тяжело. Из современных я нашел только LM6171, и то у него великоват входной ток, а лучше по произведению усиления на полосу он всего вдвое.. THS4061 тоже имеет чрезмерный входной ток и емкость...

До сих пор не понимаю только одного - зачем менять ОУ, если реальные характеристики и звучание в данной конструкции определяются уже не схемотехникой, а конструктивным исполнением?

[Ремонт-NIK]

Из современных я нашел только LM6171, и то у него великоват входной ток, а лучше по произведению усиления на полосу он всего вдвое..

Offтопик:
Ну а загнать их в ограничение.наверно сложнее чем 318?

До сих пор не понимаю только одного - зачем менять ОУ, если реальные характеристики и звучание в данной конструкции определяются уже не схемотехникой, а конструктивным исполнением?

Я не собираюсь его менять.меня лично этот ОУ устраивает,просто надо же как то собирать полезную инфу по малоизвестным параметрам..

Offтопик:
Пардон.если что не так..

sia_2,

Offтопик:
Спасибо за ответы.

[sia_2]

Сергей, а вы не подскажите, если LM318 включить как буфер (к=2) то какие у него IMD и THD (20kHz)? Т.е. имеет ли смысл его заменять на входе усилителя?
Вот нашёл при k = 9 и правда неинвертирующем включении :
http://fnt-www.ss.titech.ac.jp/~haji...rtion/opa.html
THD+N = 0.0011% (-98dB) на 1kHz. По моему не самый лучший результат.

Это хорошая страница, только смотреть важнее не на THD+N, и даже не на ТНD, а на спектр искажений. Большая разница между THD+N и THD вызвана тем, что выше 150 кГц шум у 318 (кстати, как и у 5534) возрастает в несколько раз. Для звука это совершенно безразлично. А THD -114 дБ при усилении 9 - это очень даже неплохо. Но главное реальное достоинство 318 - его линейность гораздо медленнее деградирует с частотой. На 200 кГц AD797 дает уже доли процента. А 318 - меньше одной сотой.. На 20 кГц - соответственно меньше одной тысячной.

Буфер с К=2 делается с цепью ООС из двух одинаковых резисторов по примерно 2 кОм.

приложенные картинки наглядно показывают, насколько 318 даже на 1 кГц лучше патентованного opa604.

[sia_2]

Offтопик:
Ну а загнать их в ограничение.наверно сложнее чем 318?

Я не собираюсь его менять.меня лично этот ОУ устраивает,просто надо же как то собирать полезную инфу по малоизвестным параметрам..

Offтопик:
Пардон.если что не так..

sia_2,

Offтопик:
Спасибо за ответы.

Загоняются в ограничение абсолютно одинаково. Питание-то одно и то же!

[sia_2]

1. В "Радио" 11/2000 напечатаны ответы на вопросы читателей, а в конце статьи "продолжение следует".
Но в следующих номерах пусто - почему? Что там планировали опубликовать?

Ничего особенного. Простая текучка, принципиальных вопросов не было.

2. Порассуждаем о согласовании параметров выходных транзисторов для получения наилучшего качества.
Допустим, что в наличии много комплементарных транзисторов трёх мощностей и характериограф с возможностью одновременного наблюдения ВАХ пары.
В "Радио" сказано, что установка 2*8 шт. КТ818/819 в плечо снижает искажения типа "ступенька" за счёт неодновременного открывания. А если оконечные транзисторы запараллелены 2*3 шт., то случайного распределения усиления (по кривой Гаусса) не получится, слишком велик вклад каждого элемента. Излишняя одинаковость тоже плоха. А теоретический оптимальный разброс существует?
Тот же вопрос о предвыходных 2х парах.

Искажения типа "ступенька" в реальных усилителях возникают по трем причинам: индуктивности цепей плеч (эмиттеров/коллекторов/питания), неправильный выбор начального смещения и недостаточная мощность выходного/предвыходного каскадов. Теоретически, при падении напряжения на эмиттерных резисторах около 20 мВ и очень малом выходном сопротивлениии предвыходного каскада, "ступеньки" просто нет и искажения выходного каскада измеряются сотыми долями процента. Но столь точно поддерживать режим в реальных условиях невозможно. Параллельное включение нескольких транзисторов с разбросом Uбэ и отдельными эмиттерными резисторами в первом приближении эквивалентно использованию транзистора с меньшим множителем при аргументе экспоненты, или бОльшим так называемым тепловым потенциалом (не 26-28 мВ, а 50-100 мВ при комнатной температуре). Соответственно оптимальное падение напряжения на эмиттерных резисторах возрастает, а его критичность снижается.

3. В Ваших статьях говорилось, что 140УД11 лучше LM318. Чем именно? Ещё вспомните пожалуйста год выпуска и производителей микросхем, которые сравнивались. Для советских нужны подробности - металл или пластмасса, значок завода и номер приёмки

Советские просто, как правило, имеют несколько бОльший режимный ток, соответственно меньшую ЭДС шума и чуть лучшую линейность, чем от National. А LM318 от Texas ничем не хуже советских, несмотря на меньший ток потребления - похоже, там доработана топология кристалла.

[Эзотехник]

а что скажете про THS4601 - 2001 год, FET input, Gain Bandwidth Product: 180 MHz

VOLTAGE RAIL | IDEAL OUTPUT SWING (VPP) | OVERDRIVE RECOVERY TIME (ns)
+VS | 28 | 320
–VS | 28 | 340
+VS | 30 | 540
–VS | 30 | 680

По шумам лучше, чем LM318, AD825, AD843.