Статус
В этой теме нельзя размещать новые ответы.

Rus2000

I=U/R
Поздравляю всех участников форума с Днем Международной Солидарности Трудящихся!!!

В этот торжественный день хочу представить концепцию и линейку ультралинейных усилителей мощности.
Ультралинейный - значит создающий искажения в звуковой полосе частот на порядок и более низкие, чем уже привычные сверхлинейники.
Если для сверхлинейника типичный уровень Кими составляет 50-200u%, то для ультралинейного усилителя этот параметр должен быть ниже 20u%.

Уже давно ни для кого не секрет, что повысить линейность УМЗЧ проще и быстрее всего можно увеличением глубины ООС.
Есть мнение, что "Любой дурак может набрать 200дБ петлевого." (с) Любой дурак
Но набрать усиление, это только малая часть проблемы. Нужно, чтобы усилитель был при этом устойчивым в любых рабочих режимах, чтобы он корректно отрабатывал перегрузку по входу, чтобы каждый его узел был при этом надежен, т.е. не попадал в область потенциально опасных режимов.
И если, допустим, предельные режимы работы рассчитать при желании достаточно легко, то с устойчивостью все обстоит несколько сложнее. Причем устойчивость нужно обеспечить как при работе УМ в линейном режиме, так и при обрыве и, особенно, при восстановлении слежения в петле ООС, которые по определению могут возникать в ООС-ных усилителях.

На текущий момент глубина ООС порядка 100-110дБ (на частоте 20кГц) уже неплохо освоена радиолюбителями.
Это Мастер, Уникум, Донецк, Парус, НаПаЛм, ВВЛП и другие наши сверхлинейные УМ.

Дальнейшее наращивание усиления каскадов УМ повышает его линейность, но может приводить к повышению сложности коррекции УМ, снижению устойчивости и повторяемости, а также к усложнению настройки УМ.

Линейка ультралинейных усилителей мощности "Адреналин" позволяет заметно поднять суммарное усиление каскадов УМ и достичь превосходной линейности как при номинальной выходной мощности (100Вт/8Ом), так и, особенно, при меньших мощностях.
Типичный коэффициент гармоник для сигнала 20кГц при номинальной выходной мощности составляет 2-4u% (0,000002%). При мощности менее 25Вт - ниже 1u%.
Коэффициент интермодуляционных искажений двух сигналов 19+20кГц при номинальной выходной мощности - не выше -210..-220дБ.
В случае младших версий УМ с единым питанием УН/ВК порядка +-35 вольт, Кг(20к) составляет примерно 50u%
Но Кими все-равно не превышает отметки -200дБ.
Простота настройки и повторяемость схем требует подтверждения в железе.

Суммарное усиление каскадов одного из вариантов УМ "Адреналин" (от входа к выходу):
2DK_OB_v03_01_AMP.gif
177дБ/20к.
Любой из вариантов имеет сходный график усиления каскадов. Могут быть незначительные непринципиальные различия, связанные с применением разных ОУ и уточнением коррекции под конкретный вариант схемы. Разброс примерно от 150 до 200дБ в зависимости от варианта.
Думаю, всем очевидно, что схема с применением LM318N будет иметь на 7-10дБ больше усиления на частоте 20кГц, чем схема с применением OPA132, например. Разумеется при правильно рассчитанной/настроенной коррекции.
В грамотной частотной коррекции (но не только в ней) главное отличие УМ "Адреналин" от некогда популярных поделок типа УМ "Натали", в которых усиление любого ОУ приводилось (и до сих пор приводится!) с помощью местной петли ООС к единому знаменателю для обеспечения устойчивости всей схемы (т.е. во избежание возбудов). Конечно, местная ООС немного линеаризует непосредственно сам ОУ, но потеря усиления в главной петле ООС не позволяет линеаризовать ту часть УМ, которая находится после него. Чем, собственно, и объясняется различное звучание любых Наталей при использовании разных ОУ. Т.е. любая Натали вносит в звуковой сигнал слышимые искажения. А степень "приятности" этих искажений зависит от примененного ОУ.

На примере УМ "Парус" было показано, что уже при петлевом усилении порядка 100дБ/20кГц замена ОУ не приводит к какому-либо слышимому изменению звучания усилителя (хотя с приборами разницу в линейности зарегистрировать можно). Разумеется, это справедливо только при достаточно линейных остальных каскадах усилителя. Например, повышение искажений усилителей с режимом "ЭА" при снижении выходной мощности это, вообще, феномен, требующий отдельного тщательного рассмотрения.

В линейке УМ "Адреналин" петлевое усиление составляет величину порядка 120-130дБ на частоте 20кГц, в зависимости от конкретной версии и применяемых ОУ, что позволяет абстрагироваться от проблемы искажений, связанных с неудачной схемотехникой, и сосредоточиться только на конструктиве усилителя, как то разводка платы, экранирование проводников, точки подключения общего провода, паразитные контуры, потенциалы, утечки, паразитные токи и другие тонкости конструктивного исполнения УМ.
Даже при использовании бросовых ОУ типа 544УД1 или TL071 можно добиться параметров, не уступающих УМ "Парус". Для этого придется немного изменить параметры коррекции, но петлевое усиление все-равно останется достаточным для обеспечения очень высокой линейности схемы.
 

Rus2000

I=U/R
Тема будет временно закрыта для комментариев.
По мере наполнения все откроется.
 

Rus2000

I=U/R
В очередной раз обращаю внимание на то, что реализация последнего каскада (каскадов) УН не имеет принципиального значения, но у каждого их них есть свои нюансы. Этот важный момент подробно рассмотрен в темах усилителей "ВСЛ", "Парус", "НаПаЛм" и будет показан ниже на примерах разных версий УМ "Адреналин".

ПНВТ последнего каскада УН может быть с практически равным успехом организован на каскадах с ОЭ (см. УМ "ВВЛП" и "НаПаЛм"), разогнутых дифкаскадах (см. тему "ВСЛ") или обычных дифкаскадах (УМ "Парус" или "Чебурашка")
А выходной каскад УН, т.е. ПТВН, может быть организован как на каскадах с ОБ и вариантах ОБ с парами Баксандала, тройками Акопова, с обычными или следящими каскодами, так и на токовых зеркалах различной топологии, и даже комбинациях ОБ с токовыми зеркалами. Также можно организовать ПТВН на каскадах с ОЭ, парах Баксандала, тройках Акопова и т.д.
Каждый из всех этих вариантов имеет свои плюсы и минусы, и оптимальный вариант исполнения последнего каскада УН определяется по совокупности параметров, в зависимости от поставленной задачи.

ПНВТ на разогнутых дифах (топология Видерхольда-Агеева) проверен и оптимизирован на примере УМ "ВСЛ", и в дальнейшем рассматриваться пока не будет, как не имеющий преимуществ перед другими вариантами ПНВТ.
ПНВТ на симметричной двойке (ОЭ) и четверке (ОК+ОЭ) транзисторов - самый простой в реализации при сравнимой с дифкаскадом линейности.
ПНВТ на одном или двух (симметричный вариант) дифкаскадах - наиболее линейный и гибкий вариант ПНВТ. Но в симметричном варианте несколько сложнее предыдущего.

Теперь расмотрим варианты непосредственно выхода УН (ПТВН):
ПТВН с общей базой (ломаный каскод или токовычитатель) - оптимален при едином питании УН и ВК. Достаточно линеен, обеспечивает максимальное использование источника питания (при низком опорном напряжении) и симметричное ограничение сигнала при перегрузке по входу даже при асимметричной раскачке (только в одно плечо). Это, воообще, один из лучших вариантов ВК УН. Термостабильность определяется источниками опорных напряжений в базах. См. УМ "Парус"
ПТВН с общей базой на тройках Акопова - оптимален при раздельном питании УН и ВК. Чрезвычайно линейный каскад. См. УМ "Парус".
ПТВН с общей базой на парах Баксандала - разновидность первых двух. Есть и плюсы, и минусы. ИМХО, первые два варианта лучше, в зависимости от питания.
ПТВН с общей базой и каскодами - следящие каскоды линейнее обычных, но ни те, ни другие не имеют преимуществ перед тройками Акопова при сравнимой сложности.

ПТВН с ОЭ дают асимметричное ограничение (клип) при асимметричной раскачке в схемах с единым питанием УН/ВК, имеют недостаточную термостабильность и худшие частотные свойства.
ПТВН с ОЭ на парах Баксандала гораздо термостабильнее при условии хорошего теплового контакта между транзисторами в парах. В них блокируется паразитная емкость выходного транзистора УН. Клип такой же, как и у простого ОЭ.
ПТВН с ОЭ на тройках Акопова - лучший из трех по линейности. Но термостабильность не лучше простого ОБ. Можно скрестить второй и третий варианты, тогда получится четверка Акопова-Баксандала, но это слишком сложный вариант, ИМХО.
Можно еще закаскодить простой ОЭ, но преимуществ перед тройками Акопова это не дает.

ПТВН с токовыми зеркалами - более термостабильная разновидность каскада с ОЭ. Так же инвертирует сигнал. Позволяет достаточно гибко управлять коэффициентом отражения зеркал. В некоторых случаях это может быть преимуществом. При выборе типа/схемы токового зеркала желательно обеспечить блокировку паразитной коллекторной емкости выходного транзистора зеркала.

ПТВН с одновременным применением ОБ и токовых зеркал позволяют получить дополнительное усиление, но нужно учитывать преимущества и недостатки ТЗ.

Таким образом, УМ "Адреналин" можно реализовать во множестве вариантов последнего каскада УН:
ДК+ОБ и симметричный вариант 2ДК+ОБ. Причем ОБ как обычный, так и с тройками Акопова, парами Баксандала и различными каскодами.
ДК+ТЗ в симметричном варианте. Токовые зеркала используются любые по вкусу и настроению.
ДК+ОЭ в симметричном варианте. ОЭ можно каскодировать, менять на пары Баксандала или тройки Акопова.
Четверка+ОБ. Причем ОБ как обычный, так и с тройками Акопова, парами Баксандала и различными каскодами.
Четверка+ТЗ. Токовые зеркала также применяются по ситуации.
Четверка+ОЭ. ОЭ можно каскодировать, менять на пары Баксандала, тройки Акопова или четверки Акопова-Баксандала.

Навскидку, получается штук 30-40 вариантов :)
Причем, все из них полностью работоспособны. Отличаются лишь некоторые детали.
А нам нужно просто выбрать самые лучшие по совокупности параметров.
 

Rus2000

I=U/R
После ознакомления со схемами УМ линейки "Адреналин", многие могут справедливо поинтересоваться, почему же применена многопетлевая ООС, которую так часто критиковали раньше?
Ответ очень прост. Введение вложенных петель снижает усиление в главной (общей) петле ООС.
Поэтому в схемах, имеющих исходно небольшое усиление, обрезание этого усиления дополнительной местной петлей ООС приводит к тому, что на линеаризацию всех каскадов остаются нищенские 30-40 или, в лучшем случае, 65-75дБ, и суммарная линейность усилителя получается гораздо меньше, чем при использовании монопетлевой ООС.
Т.е. местная петля ООС, это примерно как обрезание детородного органа, условно, на 5 сантиметров.
Если он (орган) имеет исходно скромные параметры, то минус 5см - это катастрофа. :)
Однако, в случае, например, тридцатипятисантиметрового прибора, удаление каких-то пяти сантиметров (всего 15%) погоды уже не делает.
Особенно, если вся удаленная часть будет направлена на устойчивость :)
Очевидно, что вялые 35см гораздо хуже, чем упругие 30. :)

Если серьезно, то проверены и монопетлевые, и двухпетлевые варианты.
Монопетлевые - линейнее! :)
Однако, при таком большом петлевом усилении разница в линейности обоих вариантов лежит ниже порогов регистрации любых существующих средств измерения, и, тем более, человеческого слуха.
При этом, правильно организованная и согласованная вложенная петля ООС позволяет упростить настройку ультралинейного УМ, по сравнению с монопетлевым вариантом.
В случае монопетли получается слишком много взаимозависимых параметров. Это, конечно, не проблема для подготовленных специалистов, но может быть камнем преткновения для любителей.

Самый важный момент заключается в том, что местная петля, охватывающая последний каскад УН и ВК, должна быть абсолютн
 

Rus2000

I=U/R
Примерно в середине апреля, при посредничестве третьего лица, я предлагал Могильному прекратить межфорумные баталии и сделать совместно один из вариантов ультралинейного усилителя. Предлагал без всяких предварительных требований и условий.
Это позволило бы Вадику выйти из текущей печальной ситуации практически без потери лица и получить бонусом один из лучших усилителей на сегодняшний день.

К сожалению, он отказался от сотрудничества. Точнее, он выдвинул список своих условий. :)

Т.е. он считает, что для того, чтобы я отдал ему для макетирования свою скрупулезно рассчитанную схему, я должен еще и прогнуться перед ним.

Выводы делать вам, дорогие читатели.
Я считаю, что если человек хочет найти решение проблемы, то он ищет варианты решения. А если не хочет, то он ищет оправдания.
 

Rus2000

I=U/R
Сначала рассмотрим наиболее оптимальные варианты из нескольких десятков, кратко описанных выше, при едином питании УН/ВК +-35 вольт.
Из всего множества вариантов выбраны только те, которые обеспечивают симметричный клип и максимальный КПД при едином питании УН/ВК.

Вариант с дифкаскадом и ОБ (модернизированный младший Парус)
Только выход УН на ломаном каскоде (и ГСТ в другом плече) обеспечивает симметрию клипа при асимметричной раскачке.
Можно, конечно, выполнить эту схему и на двух симметричных дифкаскадах, но для простого усилителя с относительно низким питанием достаточно и одного дифа (см. УМ "Парус")
Схема:
MA_DK+OB_v03_SCH.gif

Интермоды:
MA_DK_OB_v02_IMD.gif
Т.е. искажений в звуковом диапазоне нет. ;)

Петлевое усиление по сравнению с младшим Парусом:
Loops_Sail_vs_AD.gif

В УМ Адреналин Фед выбрана вдвое меньшей намеренно, ради большей устойчивости и всеядности схемы.
Можно сдвинуть ее в район 5-6МГц, и поднять тем самым линейность на ультразвуке.
Но в звуковом диапазоне частот линейность при этом практически не изменится.
 

Rus2000

I=U/R
Четверка+токовые зеркала:
PA_AD_v05_08_SCHp.gif
Параметры на картинке.
Выбор типа токового зеркала непринципиален, нужно лишь немного уточнить коррекцию
Проверено с несколькими типами зеркал, от простого Видларовского, до сложных буферизованных и каскодированных.

Петлевое усиление:
PA_AD_v05_08_Loop.gif

Интермоды 19+20к при мощности 100Вт/8Ом:
PA_AD_v05_07_IMD.gif

Клип:
PA_AD_v05_08_Clip.gif
Можно сделать лучше. Есть варианты решений.
 
Последнее редактирование:

Rus2000

I=U/R
Два дифкаскада + тройки Акопова
Принято решение не усложнять выход УН, т.к. при таком уровне петлевого усиления разницу между простым ОБ и ОБ на тройках Акопова обнаружить практически невозможно.

Два дифкаскада + ОБ:
2DK_OB_v03_05_sch.gif
Параметры на картинке. При мощности ниже 25Вт искажения опускаются на уровень нанопроцентов.
Для бОльшей термостабильности можно реализовать каркас ГСТ так же, как в УМ "Парус".

Петлевое усиление:
2DK_OB_v03_05_Loop.gif

Интермоды 19+20к при мощности 100Вт/8Ом:
2DK_OB_v03_05_IMD.gif
Видно, что продукты искажений лежат более чем на 200дБ ниже уровня сигнала.
 
Последнее редактирование:
Статус
В этой теме нельзя размещать новые ответы.
Сверху Снизу