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.

[sia_2]

Извиняюсь за возможно глупый вопрос, а как расшифровывается (или что это такое) ПЛ ?

Стержневой ленточник, П-образный Ленточный. Фактически это тор, магнитопровод которого намотали не на кругляк, а на прямоугольник.
Но прямые катушки позволяют гораздо плотнее упаковать медь при намотке, а более прямоугольная форма - загнать больше меди и железа в отведенный объем. При правильном выполнении - это самый рациональный трансформатор, особенно при восьмигранном или близком к круглому сечению магнитопровода (оптимальная форма - слегка сплющенный с внутренней стороны круг). Все эти расчеты есть даже в книжках 1910-тых годов.

Offтопик:
p.s. Преклоняюсь перед инженерами тех лет - обладая крайне ограниченными технологическими возможностями, они за счет отличного понимания сути дела нередко получали результаты, за которые и сегодня не то что не стыдно, а гордиться можно. К примеру, железнодорожные мосты Вышеградского и Шухова имели вес конструкций на единицу грузоподъемности вдвое-втрое меньше современных, а прослужили в разы дольше. При этом они были еще и много красивее. 75-л.с. мотор Испано-сюизы 1909 года на стенде оказался экономичнее и долговечнее (хотя и тяжелее) современных.
Такая культура проектирования осталась сейчас только в авиастроении, причем не советском.

[Nick]

Т.е. он (сердечник) без зазоров, цельный ?

[sia_2]

Т.е. он (сердечник) без зазоров, цельный ?

Круглый (R-core) или восьмигранный - цельный, прямоугольный пилят и шлифуют. При нормальной шлифовке торцов и сборке на клею - ничем не хуже цельного. Морока с распиловкой и шлифовкой окупается возможностью более плотной укладки меди на катушку.

[qwerty]

Цельных ПЛ не видел (может мало живу, видел только прямоугольное сечение ?). Сердечник из двух частей, стягиваемых болтами/шпильками-таких полно. Серия ТС-ХХ, ТПП....Как вариант еще есть ШЛ (два ПЛ рядышком)

[Nick]

При нормальной шлифовке торцов и сборке на клею - ничем не хуже цельного.

Насколько я помню в этом иногда и была проблема трансов в бытовой технике 80-90 годов (по крайней мере в Радиотехнике У-101 и Одиссей 010, хотя если не чего не путаю Одиссей бывал и с тором) . Собрать хорошо видимо не так просто ?

[sia_2]

Насколько я помню в этом иногда и была проблема трансов в бытовой технике 80-90 годов. Собрать хорошо видимо не так просто ?

В советской бытовой технике ПЛ если и применялись, то зачастую изготовленные настолько плохо, и из такого кровельного материала, что обсуждать нечего. Нормального железа на военку не хватало, строго фондировалось.

[Nick]

В советской бытовой технике ПЛ если и применялись, то зачастую изготовленные настолько плохо, и из такого материала, что обсуждать нечего. Нормальных на военку не хватало, строго фондировались.

В этом то и тут проблема, в широкой продаже кроме как торов ничего нет, незнаю как у вас. Да и думаю тор хороший изготовить проще и дешевле. А транс не их цельного сердечника я бы опасался покупать, разве что только хорошо проверенный.

[Ромыч]

Ну а Ш-образные чем плохи? кроме некоторых неудобств с их монтажом. Впрочем, при желании это ИМХО не проблема.

[sia_2]

Ну а Ш-образные чем плохи? кроме некоторых неудобств с их монтажом. Впрочем, при желании это ИМХО не проблема.

1. При равной т.н. габаритной мощности (Sc*So) толщина намотки у них вдвое больше - больше длина витка, соответственно сопротивление и потери в меди выше, и в то же время хуже охлаждение обмоток.
2. Нет симметрии конструкции и соответственно компенсации поля рассеяния. БОльшая толщина намотки дополнительно увеличивает индуктивность рассеяния.
3. Хуже компонуются при необходимости ограничить толщину.

Для аудиотехники и измериловки важнее всего п.2.

[Nick]

Сергей, а это разве совсем неправда насчёт торов: "благодаря замкнутому круговому сердечнику без свободного конца (и видимо намотке), имеют примерно на 80% - 95% меньшее магнитное поле рассеяния, чем классические трансформаторы." ?

[sia_2]

В этом то и тут проблема, в широкой продаже кроме как торов ничего нет, незнаю как у вас. Да и думаю тор хороший изготовить проще и дешевле. А транс не их цельного сердечника я бы опасался покупать, разве что только хорошо проверенный.

Средний тор - да, технологичнее ПЛ. Реально хороший же тор (с межобмоточным экраном, рядной укладкой провода и равномерным распределением обмоток) - делается только на заказ и очень дорог. При этом выигрыш по массе в сравнении с ПЛ можно получить только при геометрии в виде тонкого кольца, у которого близки внешний и внутренний диаметры. Такие торы у меня есть, но компоновать их в аппаратуре очень неудобно. Выигрыша же по внешним габаритам при равных с ПЛ сопротивлениях обмоток и индукции, на торе получить нельзя в принципе.

Добавлено через 1 минуту

Сергей, а это разве неправда насчёт торов: "благодаря замкнутому круговому сердечнику без свободного конца (и видимо намотке), имеют примерно на 80% - 95% меньшее магнитное поле рассеяния, чем классические трансформаторы." ?

По сравнению с Ш-образными, с одной катушкой - правда. Но у стержневого - поля рассеяния катушек противофазны и компенсируют друг друга. При этом сами поля у катушек ПЛ вдвое меньше, чем у Ш, за счет меньшей толщины намотки, и при их идентичности хотя бы в 2% (что более чем реально в серии) - имеем снижение поля рассеяния ПЛ по сравнению с Ш на два порядка (снижение на 98-99%). А намотать тор с неравномерностью шага обмоток лучше 3..5% - утопия (отсюда и цифра 80-95%). Межобмоточная емкость у торов всегда выше.

[Nick]

Но у стержневого - поля рассеяния катушек противофазны и компенсируют друг друга.

В "ближнем поле" видимо тоже будет не очень хорошо.

Добавлено через 4 минуты

делается только на заказ и очень дорог.

Тут можно заказать такие торы (только неуверен насчёт рядной намотки), но от 5 шт. Реально недорого (раза в полтора дороже чем обычный) получается только от 10-20 штук. Для любителей это конечно не подходит.

Добавлено через 2 минуты
Вообщем я понял, ПЛ бывают хорошие, только их надо где-то найти, что думаю не легко, да и стоить он должен явно дороже, при том же качестве...

Добавлено через 1 минуту

Межобмоточная емкость у торов всегда выше.

Это наверно можно вылечить синфазными трансформаторами ?

[sia_2]

В "ближнем поле" видимо тоже будет не очень хорошо.

В ближнем поле у стержневика рассеяние тоже меньше, чем у тора - катушки ближе друг к другу, меньше разница расстояний до них, лучше их идентичность, поэтому и компенсация точнее.
При заданных же габаритах сделать тор, даже просто сравнимый с качественным ПЛ, физически невозможно, независимо от цены. К примеру, разница в индукции во внутренних и внешних витках железной ленты типового магнитопровода ОЛ 120/80 составляет полтора раза, поэтому понятие средней индукции в торе весьма абстрактно. У ПЛ этот эффект (вызываемый разной длиной магнитного пути по длине магнитопровода) при правильной конструкции (достаточно длинных катушках) выражен гораздо меньше. Мощностные же параметры трансформатора от индукции зависят не линейно, а квадратично.

Offтопик:
Если я пишу вещи, которые кажутся противоречащими "общему мнению" и "здравому смыслу", это означает, что вопрос уже был изучен более досконально, и все шишки уже набиты. Кому охота их набить самому - ради бога, мне не жалко.
p.s. не наводит ни на какие мысли тот факт, что все по-настоящему мощные трансформаторы в электротехнике делаются только стержневой конструкции и никакой иной ?

[Nick]

Offтопик:

Если я пишу вещи, которые кажутся противоречащими "общему мнению" и "здравому смыслу", это означает, что вопрос уже был изучен более досконально, и все шишки уже набиты.

Сергей, зная вас не один год, я ни грамма не сомневаюсь в том что вы пишите верные вещи, но всё же обычно существуют какие то условия при которых что-то не выполняется, интересно их знать для полноты картины. Насчёт ПЛ, я понял что они лучше, но теперь я также понял что их делать нужно качественно, иначе будет как общепризнанно (торы лучше) . Прошу меня простить за кучу вопросов и огромное спасибо за информацию, думаю она будет полезна не только мне.

[Audiomaniac]

sia_2, ПЛ-это же такой, как у меня щас? Может и правда его врукопашную перемотать как полагается...

[Nick]

sia_2, ПЛ-это же такой, как у меня щас?

Да, только правильно намотанный и собранный . Ещё непонятно какое там железо.

[sia_2]

Подробный анализ оптимальных конструкций трансформаторов был выполнен на заре развития электротехники, еще в конце 19 века, с привлечением вариационного исчисления - инженеры тех лет знали высшую математику много лучше нас, конформные преобразования и интегралы по кругу/поверхности брали на раз. Я нашел отголоски этих работ лет 12-15 назад, именно тогда, когда стал разбираться, почему не получается сделать в требуемый размер тор с малой просадкой при работе на выпрямитель. А "первым звонком" для меня послужил фактический провал попытки в детстве сконструировать сварочный трансформатор на торе (тоже думал, типа тор - это всегда самая лучшая конструкция).

[Wired]

sia_2, ПЛ-это же такой, как у меня щас? Может и правда его врукопашную перемотать как полагается...

да. только боюсь перематьівать придется все и первичку и вторички, как НИК уже сказал еще вопрос, какое там железо и как обработаньі торцьі.

[sia_2]

sia_2, ПЛ-это же такой, как у меня щас? Может и правда его врукопашную перемотать как полагается...

Вторичные обмотки мотать первыми, первичную сверху. Площадь используемого сечения меди (долю в заполнении окна) выбрать примерно 60% в сумме на вторичные обмотки, 40% - на первичную. Число витков на вольт подобрать по тестовой обмотке под конкретный магнитопровод (после его шлифовки). Изолирующими прокладками между обмотками не злоупотреблять (достаточно между первичной и вторичной), межслойные при современной изоляции проводов не нужны. Диаметр провода подобрать под целое число слоев при заданном числе витков, при необходимости сложить 2-3 провода. Высший пилотаж - прямоугольный или шестигранный провод с гильзовой (бескаркасной) намоткой виток к витку на разбираемой оправке из оргстекла или фторопласта с заливкой катушки под вакуумом смолой - на тот же магнитопровод влезает вдвое больше меди. Торцы пришлифовать на плите, это очень просто (всей работы на 5-15 мин). При сборке не пережимать магнитопровод, лучше всего усилие затяжки контролировать по току холостого хода. "Магнитный" клей для хорошо пришлифованного стыка вреден. Крепежные фланцы - должны быть немагнитные (алюминиевые).
Фото мобилой из книжки 1912г. - видна рациональная геометрия (длинная катушка с малой толщиной намотки):

[Nick]

А "первым звонком" для меня послужил фактический провал попытки в детстве сконструировать сварочный трансформатор на торе

Я кстати видел такой, даже ремонтировал (в детстве ), но он для сварки проволкой.