Усилитель короткого тракта "Мимино" (მიმინო). Сверхлинейный.

Rus2000

I=U/R
... Не смейте забывать учителей.
Пусть будет жизнь достойна их усилий.
Учителями славится Россия.
Ученики приносят славу ей...

(c) А. Дементьев​

В уже далёком 2019-м году ученик Владимира Акопова попросил помощи с постройкой современного усилителя мощности:
Любые советы и подсказки приветствуются!
Ранее он поделился схемой составного транзистора, придуманной его учителем в 1985-м году:
S-preamp-Akop+.jpg
эту схему придумал Акопов Владимир - мой учитель из Тб. Ему сейчас наверно 70 лет. Даже не знаю, жив ещё или нет. И все авт. св-ва его идеи
Собственно, на основе этой схемотехнической идеи и строился усилитель.

Ссылка на тему Финна на Паяльнике - Мимино. Мощный дискретный глубокоОООСник в АВ.

Навигатор по теме:
1. О модернизации тройки Акопова и о потенциале схемы.
2. Актуальная схема и расчетные параметры.
3. Собранная плата и измерения.
4. Рекомендации любителям "допилинга".
5. Сборка, настройка и звук.
6.
7.
N.
 
Тройка Акопова имеет относительно низкое входное сопротивление (как у одиночного транзистора).
Поэтому в некоторых случаях (если входное сопротивление критично) требуется дополнительный повторитель на входе тройки.

Несколько лет назад было проведено глубокое исследование поведения различных вариантов повторителя и по его результатам выбрано несколько оптимальных версий.
Вот такой повторитель на Т1:
Симметрон-Bax-Akop.gif
был применен в Симметроне.
Условное название - четверка Баксандала-Акопова.
Повторитель (Т1) увеличивает входное сопротивление. Дополнительно он обеспечивает термостабилизацию этого узла (если транзисторы Т1 и Т3 имеют равную/близкую температуру).

В схемах, где термостабильность этого узла некритична (например там, где режимы задаются внешними ГСТ), можно применить другой вариант повторителя для тройки Акопова:
Мимино-Lenin-Akop.gif
Условное название - четверка Ленина-Акопова, т.к. именно Ильич первым выложил в общий доступ практически аналогичную схему.

В принципе, в обоих вариантах четверок можно заменить тройку Акопова на следящий каскод Хоксворда, например, вот так:
Ed-EF-Hawk.gif

Но в случае данного усилителя, в память о талантливом инженере, применена именно тройка Владимира Акопова и производные от нее узлы.
Вдобавок, вариант с Хоксвордом реально занимает чуть больше места и требует чуть больше монтажных работ. Некритично, но тем не менее.


Изначально планировалось взять за основу модифицированный усилитель Лина с дифкаскадом на входе и комплементарным ВК:
640px-Lin_amplifier_evolution._6._Complementary_output.png
По сути, это мощный операционный усилитель.
Нужно заменить в нем все три транзистора УН на гораздо более линейные четверки Ленина-Акопова. Оба ГСТ нужно выполнить с применением троек Акопова (т.к. в этих местах не требуется высокое входное сопротивление каскада).
Резистор нагрузки дифкаскада заменяется токовым зеркалом, чтобы получить максимум усиления от дифкаскада.
Термоузел - с повышенной стабильностью выходного напряжения, для более точного управления током покоя ВК.
На выходе - тройка Локанти, как наиболее линейная из простых повторителей на биполярах. Тут ничего принципиально нового или уникального.

Каркас усилителя напряжения (кликабельно):
VA_Mimino_Base+.gif
Хорошо видны три четверки Ленина-Акопова, токовое зеркало Вилсона и тройка Акопова в ГСТ ВК УН.

Полная схема усилителя с таким УН теоретически позволяет получить без цепей коррекции почти 170дБ усиления на частоте 20кГц:
Mi-25-v10_FullGain.gif

Если выделить на Ку схемы 26дБ (примерно 20 раз усиления), то в петле, теоретически, можно оставить до 144дБ.
Правильно и "тонко" скорректированная схема с одной петлей ООС показывает более 125дБ петлевого усиления и приемлемый клип.
Но добавляются моточные узлы, усложняются цепи частотной и динамической коррекции.
Можно организовать несколько петель ОС и получить примерно те же 120+дБ усиления в главной петле, ну или заметно меньше, если цепи коррекции упростить.
Чем сложнее частотная коррекция, тем сложнее настройка при разбросе параметров применямых компонентов схемы.

В итоге было принято решение оставить единственную петлю ООС, отказаться от индуктивностей в коррекции и выделить часть усиления на линеаризацию узлов, т.е. в локальные ООС, как учил великий и могучий sia2.
Причины выбора именно такого решения будут показаны далее в этой теме.
Вы увидите, что очень высокая линейность может быть получена даже при относительно небольшом петлевом усилении.
 
Последнее редактирование:
В железе была собрана такая схема (кликабельно):
Mimino_k3dpi-4.gif
Гора транзисторов УН выглядит, конечно, устрашающе. Но в схеме применены транзисторные сборки в корпусах SOT-363, дешевые, компактные и доступные:
1779094330054.png
Площадь, занимаемая одной сборкой (парой транзисторов) - примерно 0,045 кв.см. Т.е. все мелкие транзисторы УН занимают на плате площадь меньше одного квадратного сантиметра.
Все 24 транзистора УН в розницу стоят меньше, чем один более-менее приличный ОУ разработки прошлого века, не говоря уже о современных ОУ.
Один транзистор в составе сборки стоит примерно $0,020.-0,025. Умножаем на 24 и получаем $0,6. Приличный ОУ за такую сумму можно приобрести только случайно.
В случае крайней нужды можно собрать УН вообще на КТ315Г/КТ361Г, если остались советские запасы. Будет не так компактно, как на сдвоенных SMD транзисторах, зато очень красиво - такие стройные оранжевые рядочки.

Расчетные технические характеристики усилителя:
Напряжение питания - +-50В.
Выходная мощность - 100Вт (8Ом)
Чувствительность - 1,35В (RMS)
THD (20кГц) - не выше 0,0001%
IMD (19+20) - не выше -150дБ (в диапазоне 20-20000Гц)
* При нагрузке 4 Ома выходная мощность около 200Вт, искажения при такой мощности примерно в два раза выше.

Расчетные гармоники (20к, 40В)
Mi-25-v7_THD20k.gif
Нужно отметить, что гармоники, попадающие в ультразвуковой диапазон, позволяют лишь косвенно оценить качество усилителя.
С точки зрения качества звучания более информативны тесты, в которых измеряются слышимые искажения.

Вот, например, расчетный спектр выходного сигнала 5кГц 40В:
Mi-25-v7_THD5k.gif
Здесь в диапазон ЗЧ попадают три гармоники искажений. На графике видны только две из них. Третья не видна, т.к. лежит ниже -160дБ.

Расчетные интермоды (19+20) при амплитуде 40 и 28 вольт:
Mi-25-v7_IMD40v.gif

Mi-25-v7_IMD28v.gif
Хорошо видно, что искажения в звуковом диапазоне лежат ниже полки неслышимых шумов.
На пресловутом "первом ватте" слышимые искажения отсутствуют как класс.

Расчетный клип (20к):
Mi-25-v7_Clip-20k.gif
 
Традиционно, никаких макетирований не проводилось. Наши схемы запускаются без танцев с бубном.
Сразу была разработана и заказана печатная плата.
PCB_v01.jpg
Размер платы: 100х170мм.
Усилитель заработал с первого включения.
При проверке/наладке были уточнены режимы, коррекция, устойчивость, стабильность, термостабильность и т.д.

В итоге выходной сигнал выглядит так:
Квадрат 1 и 20 кГц:
SQW_1k.jpg SQW_20k.jpg

Клип 1 и 20 кГц:
Clip_1k.jpg Clip_20k.jpg


Результаты измерений:
 
Петлевое усиление схемы (Loop Gain) может посчитать любой, кто понимает, как оно считается.
Когда любители считать LG выполнят верный расчет, добавим этот параметр в расчетные характеристики усилителя. :)

Любителям виртуального "допилинга" наших схем можно лишь пожелать, чтоб они снова не обгадились как беглый психически нездоровый витя ссагитариус, с его многолетними позорными попытками "допилинга" ультралинейного Омикрона.

У нас есть версии Мимино с петлевым усилением 120+дБ. Кто захочет - сможет сравнить.
Но самую верную рекомендацию по доработкам дал тов. Зеленый еще в теме безумных допилингов Омикрона:
было бы полезнее для начала построить и отладить Омикрон без изменений, с правильным током покоя и проч., а затем, если захочется, что-то менять и сравнивать результат с оригиналом.
Это в полной мере справедливо и для Мимино - сначала соберите/послушайте/померяйте, а уже потом, если захочется, пытайтесь что-то улучшать/ухудшать и сравнивайте результаты с исходной схемой.
Иначе получится так же жидко, как у тех позорных персонажей из темы про доработку Омикрона, которые оригинала не слушали, принципа не поняли, но годами публично позорились с "допилингами".


Далее тов. Финн расскажет о том, как эта схема собирается, настраивается, звучит и т.д.
 
Конечно, сборка требует наличия современного паяльного оборудования и некоторых навыков пайки Sильно Мелких Dеталей, апофеозом которых в данной схеме является корпус sot-363. Но не боги обжигают горшки и вполне себе комфортно можно запаять их жалом К-типа 3,5 мм или иголочкой. После пайки этих блошек, компоненты 0805 кажутся большими, а 1206 вообще огромными. :) Главное- соблюсти логичную последовательность монтажа и все будет хорошо.

Правильно собранный из исправных деталей усилитель запускается сразу. Применение заведомо оригинальных транзисторов в выхлопе УН, и всех каскадах тройки дает отличную повторяемость, необходимость регулировки БФК практически отпадает. Если же таковая понадобится в конкретном экземпляре, то сделать это довольно легко, т.к. элементы C5, R14 вынесены на верхний слой и доступ к ним относительно удобный, насколько это возможно при такой плотности монтажа. Один из больших плюсов транзисторных сборок, помимо распространенности, компактности и дешевизны- это практически 100% гарантия их аутентичности. Подделывать такую мелочевку тупо нерентабельно и очень геморно.

После сборки и первого запуска перво-наперво проверяем постоянное напряжение на выходе усилителя. Оно должно быть в пределах 15-40 мВ. При необходимости возможна регулировка, подгоном номинала резистора в одном из плеч токового зеркала Q9. Конденсатор С7 возможно не устанавливать, замкнув его пятаки перемычкой. Но при этом время установления околонулевого смещения выхода со значения 100 мВ может доходить до минуты.
После проверки и возможной юстировки постоянки на выходе, подключаем на выход УМ осциллограф (а, если постоянка сильно отличается в большую сторону- тем более подключаем) и смотрим на максимальной чувствительности отсутствие ВЧ периодических колебаний при замкнутом входе и без нагрузки на выходе. Если все в порядке, то на вход подаем сигнал и смотрим стандартные сигналы: квадрат 1 и 20 кГц и ограничение синуса 1 и 20 кГц. Далее подключаем эквивалент нагрузки 4 Ома и смотрим опять те же сигналы. Должно получиться примерно как на слайдах выше. Особенно тщательно смотрим подход к ограничению на 1 кГц: макушку синуса не должно заметно "лохматить". Допускается маленький одиночный очажок в дельте около полувольта перед самым ограничением в нижней полуволне. Если же артефакт сильно заметен, то нужно будет задействовать резистор БФК и рулить по аналогии с такой же настройкой в Парусе, Параллаксе или любом подобном глубокоосном УМ с такой коррекцией.

Термоузел в Мимино довольно точный, с очень малой перекомпенсацией. После прогрева и установки рабочего ТП (120-150 мА) нужно оставить усилитель поработать вхолостую 5-7 минут, заново замерить ток покоя, потом дать поработать под нагрузкой еще пару минут и опять замерить ток покоя. Конечная цель- убедиться в отсутствии недокомпенсации при рабочей температуре радиатора не выше 50 градусов. При необходимости ток покоя скорректировать и процедуру повторить.

Настройка порога токовой защиты особенностей не имеет и выполняется аналогично таковой в Парусе, Параллаксе, Фотоне и т.д., имеющими модифицированную тиристорную защиту от Арасланова.

На сегодняшний день собрано 3 платы усилителя, одна пилотная и 2 чистовых, запуск штатный, подстройка коррекции от схемных номиналов не потребовалась. Статистику замен полупроводников в УНе и ВК от схемных соберу позже, информацию дополню.
Насчет железных измерений: будем искать варианты.
По звуку можно сказать, что подача отличается от того же Параллакса. Мне показался более живым, больше послезвучий слышно, округлее что ли. В общем, как обычно, субьективщина и ничего более. :) Слушал с перерывами около недели, все нравится, дискомфорта нет на любой вменяемой громкости. Фирменная фишка- не орет вплоть до клипа- присутствует. На больших мощностях звук не портится никак и это отличный показатель.

Если подытожить, то считаю усилитель крайне удачным:
-отсутствие ОУ снимает кучу вопросов с поиском оригиналов, их переборкой и подгонкой.
- слежение во входном каскаде позволяет работать напрямую с высокоомными РГ без роста искажений, а присутствие БФК позволяет безболезненно пересчитывать конденсатор входного фильтра в довольно широких пределах.
- отсутствие индуктивной коррекции во входном каскаде, что позволяет не заботиться о дополнительных мерах помехозащиты в чувствительной точке схемы.
-большой запас по мощности, высокий выходной ток, позволяющий уверенно качать большинство моделей домашней акустики, даже довольно прожорливой.
-отличная повторяемость при правильной сборке.
-доступность элементной базы (по крайней мере на момент публикации и ближайшую перспективу).
- отличный звук.

Из минусов, пожалуй, только габариты платы. Но таких монстриков на 1000 см² не вешают, минимум 3500.

Вся статистика и дополнительная информация по проекту будет публиковаться тут и в моей теме на Паяльнике. Всем хорошего звука и правильных усилителей. :)
 
КМК, непринципиально.
Можно вообще не делить, соотношение амплитуд останется прежним.
Деление на коэф-т, пропорциональный амплитуде, нагляднее показывает изменение линейности при разных уровнях сигнала.

Вот, например, такие же нормированные спектры при амплитуде 13 и 4 вольта:
Mi-25-v7_IMD13v.gif
Искажения в звуковом диапазоне ниже порога доступных измерений и глубоко ниже уровня неслышимого шума.
На ультразвуке искажения ниже уровня неслышимого ультразвукового шума.

Mi-25-v7_IMD04v.gif
Хорошо видно, что при дальнейшем уменьшении уровня сигнала искажения падают еще ниже.
На условном первом ватте искажений нет даже на ультразвуке.

С таким усилителем можно спокойно заниматься выбором акустики и источников сигнала под свои предпочтения в музыке.
 
Назад
Сверху Снизу