Сверхлинейные композитные усилители.

[TFV]

Виктор, Ваши рекомендации(требования) в организации питания?

 

[Sagittarius]

Они многократно изложены практически везде и сводятся к требованию низкого импеданса рельс питалова в широком диапазоне частот. Импеданс состоит из:
резистивной составляющей - для её уменьшения шины питания должны быть толстыми и широкими,
ёмкостной составляющей - для её увеличения наращиваем ёмкость ЭК и керамики на шине, наряду с Low-ESR применяем ЭК с большим ESR (искусственные снаббер-элементы) и комбинируем их с керамикой так, чтобы получить минимум резонансов ЭК и керамики в диапазоне частот работы ООС,
индуктивной составляющей: для её уменьшения шины должны быть широкими, лежащими над земляным полигоном, шунтирование конденсаторами должно проводиться как можно ближе к ногам ИМС, чтобы укоротить дорогу "конденсатор - вывод ИМС".

 

[TFV]

Спасибо.
Какую емкость конденсаторов предполагает Ваша схема из этой темы ?

 

[Sagittarius]

В принципе, в блоке питания 2.000 мкФ в плечо вполне достаточно. Кроме того, надо разделить питание каскадов RC-звеньями фильтров, т.к. композит усиливает с высоким коэффициентом усиления не только полезный сигнал, но и помехи с питания первого ОУ.

 

[TFV]

Что то маловато...

 

[Sagittarius]

Нормально. Первый ОУ - эталонный. Если он нахапает помех с питалова - соотношение сигнал/помеха уже никак не улучшится. Если помехи проникнут во второй ОУ, а оттуда - на выход, то первый подавит их на глубину своего усиления для данной частоты. Защищаем от помех ОУ1, может, и ИМС-стабами на 12 В, тогда для ОУ2 2000 мкФ в плечо - с головой, а больше ёмкости - по желанию.

 

[fagos]

Я так понимаю, первый ОУ в композите включен в инверте во избежание ухудшения характеристик из-за синфазного напряжения? Ведь инверт уменьшает входное сопротивлениевсе же. Виктор, можно чуть обоснование такой структуры композита, если не затруднит.

 

[Sagittarius]

Да, в неинвертирующих усилителях за счёт синфазного сигнала 1,5...2 В Кг прибавляет примерно 0,000.1% к искажениям от нелинейности других каскадов. Композиты разрабатываются для получения на порядок меньших искажений, поэтому инверт тут самое правильное решение.

 

[fagos]

И по итогу проигрыш будет особенно заметен на ВЧ, где падает подавление синфазного сигнала ОУ и снижается общая глубина ООС, так? Просто меня заинтересовала тема композитов и я маленько подчитываю попадающиеся мне документы по ним и готовые конструкции рассматриваю. И откровенно многие не нравятся - начиная от потери петлевого, на которое вы обращали внимание, до непонятных конструкций с двумя неинвертами подряд. Кстати, отсюда вопрос еще один вытекает - каковы минусы использования следящего питания по выходу для первого ОУ, ведь оно снижает синфазное напряжение.

 

[Sagittarius]

И по итогу проигрыш будет особенно заметен на ВЧ, где падает подавление синфазного сигнала ОУ и снижается общая глубина ООС, так?

Да, конечно.

Просто меня заинтересовала тема композитов и я маленько подчитываю попадающиеся мне документы по ним и готовые конструкции рассматриваю. И откровенно многие не нравятся - начиная от потери петлевого, на которое вы обращали внимание, до непонятных конструкций с двумя неинвертами подряд.

Один неинверт, второй, допустИм. Что он наискажает - то первый исправит. Но синфазные искажения у него будут малЫ, т.к. его входное синфазное напряжение будет равным Удифф2 = Увых/Ку2, где Увых = Увых усилителя, а Ку2 - усиление ОУ2, в звуковом диапазоне не менее 100....1000 раз. Если у нас Увых = 10 В, синфазное напряжение второго ОУ составит 10...100 мВ, а это не трагедия.

Кстати, отсюда вопрос еще один вытекает - каковы минусы использования следящего питания по выходу для первого ОУ, ведь оно снижает синфазное напряжение.

Тут ошибка. Мы применяем следящее питание, изменяющееся за потенциалом входа, для улучшения входных характеристик. Тогда на входе усилителя:

2 В, и питание ОУ тоже меняется на 2 В, входной каскад работает в неизменных условиях по напряжению "вход - шина питания". Если снимать следящий сигнал с инв.входа ОУ1 и в сохранности транслировать его на шину питания ОУ1, разница "вход - шина питания" по переменному току составит Удифф 2 мВ, и подавление входным дифкаскадом синфазного напряжения зависит от петлевого усиления усилителя. Из двух факторов искажений входного дифкаскада:
1. изменений тока эмиттеров/истоков
и
2. изменений коллекторного/стокового напряжения
второй отпадает, остаётся только первый.

Если применить слежение по выходному напряжению Увых1, то оно равно
Увых1=Увых/Ку2, для данного случая - 200 мВ, чего недостаточно. С уменьшением частоты сигнала Ку2 растёт, Увых1 падает, эффективность следящей обратной связи уменьшается. Поэтому напряжение для слежения надо брать или от входного сигнала, или с инв. входа усилителя, и подавать его только для одного ОУ1.

 

[fagos]

Да, я не совсем понятно и корректно выразился, следящее по входу получается. Я имел ввиду первый из описанных вами случаев, но и рассмотрение второго поучительно)

 

[Sagittarius]

В инв.усилителях синфазное напряжение в интересующем нас смысле, как изменяющее напряжение база-коллектор или затвор-сток транзисторов входного дифкаскада, равно дифференциальному (разностному) напряжению усилителя, а оно определяется как
Uдифф=Uвых/Ку с разомкнутой ООС для данной частоты сигнала,
и ввиду большого исходного Ку его вообще можно не принимать во внимание: там будут десятки - сотни микровольт.

Недостатков у такого решения четыре: шумы и искажения, а также необходимость найти меж ними компромисс и контролировать его для любого источника, который будет доступен пользователю - а это уже невыполнимая задача.
1. Входной резистор из состава цепи ООС довольно большого сопротивления (для улучшения линейности источника сигнала) хорошо шумит.
2. Если выбрать этот резистор низкоомнее - иногда 1 кОм, то возрастёт токовая нагрузка на предыдущий каскад, который мы иногда в мечтах принимаем за идеально сверхлинейный, и он может начать вносить искажения:
при Uвх = 2 В и Rвх = 1 кОм от источника сигнала требуется отдать 2 мА тока сигнала с искажениями на 20 дБ меньше, чем у нашего усилителя. В источнике может быть установлен ОУ с током покоя 4 мА, током ВК 1 мА, и отдача 2 мА в нагрузку переведёт этот ВК в класс АВ с заходом в отсечку и соотв. искажениями. Ещё хуже будет, если у нас усилитель с Ку=-2 и нагрузка требует бОльшего выходного и входного напряжений. Выходные напряжение и ток источника закономерно придётся увеличить, а с ним - и искажения.
Но мы их не увидим, так как не рассчитывали на такие плохие источники сигнала и, как бы, не отвечаем за них: наш-то усилитель хороший. Поэтому для работы с инв. усилителями весть тракт должен быть проверен.

 

[fagos]

То есть, по-хорошему, нужен для минимизации последствий еще и буферный каскад перед самим композитом, да желательно с разгрузкой по току))

 

[Неуч]

То есть, по-хорошему, нужен для минимизации последствий еще и буферный каскад перед самим композитом, да желательно с разгрузкой по току))

ну это уже сложный композит будет , а на него некоторые хаспада кипятком писают. Хотя лишь единицы схему прототипа видели

 

[Sagittarius]

Некоторые гаспада сами себе гилмор ищут, и высокую частоту первого полюса в ущерб глубине ООС пропагандируют: дескать, так гилмора больше. Иногда мне сдаётся, что некоторые радиолюбительские форумы выполняют роль разделов "Почему это не работает" в книге Хила с Хоровицем, а их участники засланы рептилоидами с задачей отбросить нас в лютое средневековье.
Опыт подсказывает, что мы не можем долго ждать разумного поведения от господ. Всем не угодишь.

 

[TFV]

Виктор, а какие Вы рекомендуете диоды в выпрямитель и как Вам советские оранжевые(2Д312 и др.) ?

 

[Sagittarius]

По советскому оттраслевому ОСТу нет класса 3 в обозначении диодов КД. Видимо, имелся в виду КД213. Они, а также (и особенно) КД2997 - отличный выбор для усилителя мощности.

 

[fagos]

Отличные корпуса диодов, осталось найти где там маркировка буквенная, как пишет автор))

Неуч, я уточню на всякий случай, что я имел ввиду не три ОУ в одной общей петле, а просто буфер и уже потом композит.

 

[Sagittarius]

Несмотря на распространение программ компьютерного моделирования, способы оптимизации частотной коррекции ещё не очевидны. Например, общая ошибка при проектировании композитов - использование местной петли ООС во втором каскаде, работающей в звуковом диапазоне частот, от постоянного тока. Тогда вместо предельной суммы даташитных усилений ОУ с разорванной петлёй ООС разработчик получает усиление Ку1(без ООС)+Ку2(ООС), довольно небольшое по сравнению с максимально возможным. Потери петлевого усиления могут достигать десятков децибел.

Здесь установка Сдоп разорвёт местную ООС и увеличит петлевое усиление.

Иногда меж ОУ композита ставится делитель сигнала, на котором мы теряем глубину ООС. Подобные схемы вызывают в организме такое волнение, что впору закурить от сотенной долларовой банкноты. Ведь делитель нам не нужен, лучше умножитель!

Например, имеем такую широко известную схему:

с делителем R6/R2 и таким графиком зависимости петлевого усиления от частоты:

и довольно хорошими параметрами.

Но и они могут стать лучше, если устранить работу делителя на звуковых частотах вставкой конденсатора С16:

Получаем такой график петлевого усиления:

а также заработанные непосильным трудом 26 дБ выигрыша в глубине ООС на частоте 20 кГц и 50 дБ - на 1 кГц.

Несмотря на то, что это немного противоречит идеям Пола Шанена:

и Джона Евена:

по которым был спроектирован этот усилитель, нужно иметь в виду, что работа этих делителей интересует нас лишь постольку, поскольку нам необходимо обеспечить правильное сопряжение АЧХ ОУ в районе частоты единичного усиления композита. Уменьшение величины коэффициента деления на интересующих нас звуковых частотах ни Евеном, ни Шаненом никоим образом не ограничено.

Мы обладаем вычислительной мощностью, в терминах Евена и Шанена определяемую примерно в шесть - восемь тон логарифмических линеек, которыми они в своё время пользовались, и можем обязаны уменьшить этот Кд установкой конденсаторов, выделенных на схемах красным цветом, чем получить более глубокую ООС и меньшие искажения в звуковом диапазоне и на ближнем ультразвуке, куда простираются гармоники частот ЗД. Чистый профит.

 

[Неуч]

Можно и так сделать ,как давно на веге показано, да и везде .
Икто мне не скажет,что у меня типа трехполюсной коррекции применено