Натарашка - гибрид Натали и Чебурашки. Сверхлинейный.

Rus2000

I=U/R
Предлагаю совместными усилиями довести до ума усилители, имеющие в своем составе узлы, заимствованные у Чебурашек и Наталей.
Это предложение относится и к автору Натали. У меня прекрасная память, но я не злопамятный - в этом мире и так слишком много зла и ненависти, чтобы я тоже множил их. КМК, надо делать мир лучше, наступив на собственную гордыню...
Важный офтоп:
Переход с обсуждения схемотехники на персоналии будет пресекаться, невзирая на лица...

"Натарашка" - предварительное название усилителя, составленное из частей имен родительских усилителей. Т.к. "Чебурли" произносится не очень благозвучно, с легкой руки Виктора было оставлено название "Натарашка".

Входной ОУ - общий узел обоих родителей. Используется в усилителях для уменьшения числа элементов, уменьшения площади платы, упрощения монтажа и настройки. С точки зрения усиления и/или линейности, преимуществ перед грамотно построенными дискретными усилителями не имеет, зато занимает мало места.

От Натали усилитель получает первый каскад транзисторной части УН, т.е. входную четверку.
Особенности входной четверки УН и варианты ее модернизации были достаточно подробно рассмотрены в теме Чебурашек.
Наверное, надо будет продублировать их и здесь...
Продублировал в этой теме чуть ниже - входная четверка.

В предлагаемой конструкции использованы первый и третий способы одновременно. Это позволяет с минимальными затратами железобетонно стабилизировать режимы четверки по постоянному току и гарантированно защититься от помех с рельс питания.

Для уменьшения шума стабилитронов, применены низковольтные приборы, у которых преобладает туннельный пробой перехода, характеризующийся гораздо меньшим шумом (как минимум, на порядок ниже, чем при лавинном пробое).
Стабилитроны задают рабочие точки ПНВТ.
Токи холостого хода определяются эмиттерными резисторами ПНВТ.

На входе четверки применена динамическая защита, не влияющая на нормальную работу усилителя за счет того, что в нормальном режиме защитные диоды смещены в обратную сторону.
А при перегрузке ни один каскад УН не входит ни в насыщение, ни в отсечку (если не грубить с коррекцией усиления в верхней части звукового диапазона).

От Чебурашки усилитель получает выходной каскад УН и выходной повторитель.
Выходной каскад УН выполнен на парах Баксандала, позволяющих нивелировать недостатки каскадов с ОЭ.
Поэтому полное название этой версии усилителя - "Натарашка Баксандальная" :)
Проводились эксперименты с тройками Акопова ("Натарашка Акопская") и с ОЭ, каскодированными парами Баксандала ("Натарашка Каскодная"). Но т.к. даже "Натарашка Баксандальная" показала превосходные результаты, было принято решение пока не усложнять схему.

Выходной повторитель - классическая тройка ОК.
Количество предвыходников и выходников можно и нужно уточнить в зависимости от питания и нагрузки усилителя.

Для исключения искажений, возникающих во входных каскадах большинства ОУ при подаче на них синфазного сигнала, применено инвертирующее включение усилителя, при котором синфазка на входах ОУ отсутствует.
Но ничто не мешает применить ОУ, нечувствительные к синфазке, и переделать усилитель в неинвертирующий.
Также можно собрать входной каскад усилителя на дискретных элементах, но это будет уже совсем другой усь...

В усилителе используется одна общая петля ООС, хотя возможностей накрутить петель в этой топологии хватает.
Каюсь - пробовал многопетлевость, но отказался, т.к. простая коррекция показала себя отлично.
 

Rus2000

I=U/R
"Натарашка Баксандальная" схема принципиальная:


На текущий момент получены такие результаты:
Ку@20кГц = 113дБ. Запас по фазе - 57 градусов


Кг < 3u%, Кими < -150дБ


Переходная характеристика отличная, Клип терпимый:

Такой клип после выходной индуктивности становится вполне приемлемым. Подвозбудов при выходе из клипа не обнаружено.
Если нужен идеальный клип до катушки, придется сбросить еще 6-10дБ усиления. Но надо уточнить это дело в железе.

Можно довести петлевое до 140дБ@20кГц и Кг до 1u%!!! Но при этом в клипе УН входит в отсечку и результат на выходе выглядит ужасно.

Модель в аттаче.
 

Вложения

Rus2000

I=U/R
Резерв для модели с отличным клипом...

Клип нормализуется вместе со сбросом усиления на верхнем краю звукового диапазона.
Для этого достаточно увеличить номиналы резисторов R20 и R23.
При их увеличении уже до 680 Ом клип становится практически нормальным. При этом остается 108дБ петлевого на 20кГц, а Кг ожидаемо увеличивается до 6u%.
 

Rus2000

I=U/R
Простой сверхлинейный ушник "Натарашка Баксандальная" с общим питанием УН-ВК +-15 вольт, Ку=4
Алан Бинс разработал плату для этого ушника. Доработанная схема, плата и описание чуть ниже в этом сообщении.

Схема принципиальная:
4916
На схеме, традиционно, две версии уся - с RCL-коррекцией и без нее.
Вместо "четверки" в УН применена "двойка". Этого достаточно. Можете сами посмотреть амплитуды токов и напряжений на выходе ОУ.
На текущий момент получены такие результаты:
Ку@20кГц = 115дБ. Запас по фазе - 47 градусов. Это без индуктивностей в УН и ВК.
Кг < 13u%, Кими < -160дБ, при амплитуде выходного сигнала 8 вольт.
При 6 вольтах на выходе, Кг падает ниже 9u%.
При выходной амплитуде 10% от номинальной, Кг опускается до 1u%.

Переходная характеристика отличная, Клип отличный (применен антиклип на нормальнозапертых транзисторах).
Кривая петлевого усиления традиционно красивая ;)
 

Вложения

Последнее редактирование:

Rus2000

I=U/R
Продублирую здесь разбор входной четверки:
Rus2000 написал(а):
Давайте разберем ПНВТ "параллельник-четверку" по запчастям.
Т.к. это симметричная структура, рассмотрим только ее половину (например, ту, которая в положительном плече):


Что мы тут видим?
Непосредственно ПНВТ, это транзистор Т2 и резистор R3. (Сразу вспоминается ПНВТ усилителя Ломакина-Паршина, на котором было съедено немалое количество собак :) ).
А чем у нас занимаются Т1, R1 и R2?
Правильно - задают рабочую точку Т2 и обеспечивают согласование с высокоомным источником сигнала.
Т.е. мало того, что усиления они нам не дают, так еще и подключены к низкоомному выходу ОУ, т.е. и согласования с них никакого...

Наверное, главная польза - обеспечение рабочей точки для Т2?
Ничего подобного! В таком виде, как это изображено на схеме, положение рабочей точки Т2 зависит от напряжения питания! Вдобавок к этому, помеха с плюсовой рельсы питания бодро шагает через делитель R1/R2 в эмиттерный переход Т2 и усиливается!
Короче говоря, расфуфыренная Натали на поверку оказалась дешевенькой Наташкой с неустойчивым характером током покоя первого каскада УН (не говоря уж об ОЭ во втором).
Настроение у нее меняется от дуновения ветра в Кемеровской губернии ;D

Из этой неприятной ситуации просматривается три выхода:
1. Использовать стабилизированное питание для этого каскада (например, взять +-15В с питания входного ОУ).
На первый взгляд все хорошо. но есть подводные камни.
Питание одного, а тем более, нескольких ОУ все-таки не очень стабильно, но, наверное, мы можем этим пренебречь в первом приближении.
R2/R1 образуют делитель полезного сигнала - т.е. мы сначала ослабляем сигнал ради вывода ПНВТ на рабочую точку, а затем этот сигнал усиливаем. "Сначала мы создаем проблемы, а потом героически их преодолеваем" (с) Жванецкий.
2. Использовать ГСТ вместо R1 (ну и в другое плечо тоже нужно не забыть поставить).

На первый взгляд - неплохое решение. Но все-таки похоже на стрельбу из пушки по воробьям - ради вывода одного (!!!) транзистора ПНВТ на рабочую точку, приходится использовать 2-3 транзистора и еще кучку обвязки.
3. Использовать ГСН вместо R2 (так же не забываем про минусовое плечо).

Этот вариант выглядит как наиболее эффективное решение проблемы. Простейший ГСН - это или стабилитрон, или светодиод, или набор диодов, включенных в прямом направлении.
 

Rus2000

I=U/R
Sagittarius написал(а):
Отличная работа. Поздравляю! :)
Nanos gigantum humeris insidentes.

Спасибо!


Меня беспокоит ход ФЧХ слева от Фед.
Обычно стараюсь сделать так, чтобы переход через 180 градусов был ниже 1МГц. Желательно, намного ниже.
Из тех соображений. чтобы в тяжелых условиях работы ВК неизбежное снижение Фт транзисторов не приводило к параметрическим подвозбудам.
А здесь этот переход на частоте около 1,2Мгц.
Вот такой подводный камень пока просматривается...
 

Phantomas

Старожил
Rus2000 написал(а):
Придется часть линейности конвертировать в устойчивость.

Таки да. Надо его более устойчивым делать. Запас по усилению (кажется так это называется) маловат, 3дБ, а надо больше 8дБ.
Немного поправил коррекцию, гармонические искажения выросли, но интермоды упали:
 

Вложения

Rus2000

I=U/R
Правильно.
Надо R20 и R23 еще больше увеличивать.
От 680 Ом, примерно, начинается нормальный клип.
Патамучо УН при перегрузке не входит ни в отсечку, ни в насыщение.

Специально показал варианты размена линейности на устойчивость:
Хочешь Кг = 1u% - забудь про нормальный клип.
Хочешь идеальный клип и чугунную стабильность - привыкай к Кг более 10-20u%, как бы сурово это ни звучало... ;D ;D
 

Sagittarius

Старовер
Слышатся жалобы, что ты неправильно решил входную четвёрку. Прогони усилитель директивой нарастания температуры. И сравни с Натали. :) Модель - ниже.
 

Вложения

Phantomas

Старожил
Rus2000 написал(а):
Phantomas написал(а):
Rus2000 написал(а):
Придется часть линейности конвертировать в устойчивость.
Запас по усилению (кажется так это называется) маловат, 3дБ, а надо больше 8дБ.
Откуда инфа про 8дБ?
Как измерено 3дБ?

На Тиане это можно посмотреть. 17дБ - хорошо, 3,8дБ - мало.
 

Вложения

Sagittarius

Старовер
С другой стороны, усиление ни при каких обстоятельствах расти никак не будет, поэтому там допустимо иметь меньший запас, чем сверху. Если надо, эвтот запас легко набирается с помощью ППК.
 

Phantomas

Старожил
Sagittarius написал(а):
С другой стороны, усиление ни при каких обстоятельствах расти никак не будет, поэтому там допустимо иметь меньший запас, чем сверху. Если надо, эвтот запас легко набирается с помощью ППК.

Лучше иметь усилитель сделанный по всем канонам устойчивости, тем более, что это почти ничего не стоит.

P.S. Кстати Найквисту тоже не нравится малый запас по усилению.
 

Вложения

Sagittarius

Старовер
Проблемы набрать запас нету в принципе. :) Два - три движения мышью.
 

Rus2000

I=U/R
Phantomas написал(а):
Sagittarius написал(а):
С другой стороны, усиление ни при каких обстоятельствах расти никак не будет, поэтому там допустимо иметь меньший запас, чем сверху. Если надо, эвтот запас легко набирается с помощью ППК.

Лучше иметь усилитель сделанный по всем канонам устойчивости...

По всем канонам должно быть не больше 40дБ петлевого!
 

Rus2000

I=U/R
Sagittarius написал(а):
Слышатся жалобы, что ты неправильно решил входную четвёрку. Прогони усилитель директивой нарастания температуры. И сравни с Натали. :) Модель - ниже.
При температуре +60 выходной ток четверки уменьшается на 1,6% для Натарашки и на 8,4% для Натали (относительно токов при дефолтной температуре в 27 градусов).
Т.е. Натарашка в пять с лишним раз термостабильнее.
 
Сверху Снизу