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):
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.
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):
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.