Сверхлинейный УМ НаПаЛм, или наш симметричный ответ Ломакину с Паршиным

Rus2000

Rus2000

I=U/R

Репутация:

Сверхлинейный УМЗЧ НаПаЛм - по начальным буквам Натарашка-Паршин-Ломакин.
Регулярный забег по граблям, любезно оставленным нам в наследство инженерами Паршиным и Ломакиным в лохматом 1987 году, приводит к пониманию того, что без перехода к симметричному варианту УН полноценная защита усилителя от перегрузки по входу будет, как минимум, не проще еще одного каскада УН.
Т.е. если силы и средства, потраченные на антиклип ВВЛП, бросить на добавление симметричной половинки в УН, то можно получить еще и бесплатную прибавку в 6дБ к усилению/линейности.

Первая же модель симметричного ВВЛП была проверена вместе с Натарашкой - у них разница лишь в последнем каскаде УН - меняем две пары Баксандала на два ОБ и все, усь практически готов. Вот та асимметричная версия, из которой вышел НаПаЛм:
Кто скажет, какой известный усилитель получится, если в этой схеме заменить пару Баксандала на каскад с ОБ? ;)
Ломакина-Паршина, разница только в том что отсутствует местная ООС с выхода усилителя на базу первого транзистора, и тройка вместо двойки.
Потом только уточнялись детали в процессе циклического усложнения/упрощения схемы.

Т.к. каждая половинка первого каскада УН требует постоянного смещения относительно нуля, было опробовано две версии - простая, со смещением входов ПНВТ на цепочке диодов, и более сложная, с ПНВТ, собранным на четверке транзисторов, как в Натарашке.
Результаты сходные, но более сложная версия на 5-6дБ линейнее за счет меньшей амплитуды выходных токов ОУ.
Отличия в названии версий: 2Т и 4Т, по кол-ву транзисторов первого каскада УН.

Традиционно, рассматривалась инвертирующая схема включения УМ, как не требующая специальных ОУ на входе. К счастью, высоколинейных буферов у нас уже хватает для того, чтоб согласовать вход такого УМ практически с любым регулятором громкости или, шире, источником сигнала.

В работе было три варианта по питанию/мощности:
  • УТ с общим питанием УН-ВК +-15 вольт, Ку=4
  • УМ с общим питанием УН-ВК +-30 вольт, Ку=10
  • УМ с раздельным питанием УН-ВК 68/53 вольт, Ку=20

Рассматривалось несколько вариантов антиклипа, из которых пока отобралась следующая тройка:
  • Самый простой - делитель на резисторе и паре диодов,
  • Не влияющий на сигнал - с нормально запертыми диодами, как в Натарашке,
  • Самый мягкий - с диодами в местной нелинейной ООС ОУ.
При макетировании я бы предусмотрел установочные места для всех трех вариантов, а уже по результатам обмеров принимал решение, какой из них оставить в финале.
 
Последнее редактирование:
Rus2000

Rus2000

I=U/R

Репутация:

Сверхлинейный УМЗЧ НаПаЛм
Инвертирующий УМЗЧ с одноэтажным питанием УН-ВК 30-32В. Ку=10.
MA_NaPaLm_LM318_4T_v04 схема:

Версия антиклипа - с самым мягким ограничением.
На схеме, традиционно, две версии уся - с RCL-коррекцией и без нее.

Петлевое усиление без RCL:

Петлевое усиление c индуктивной коррекцией:


АФЧХ (без входного ФНЧ):


Интермоды 19+20к (без и с коррекцией):



Переходная характеристика:


Клип:

Клип для версии с RCL-коррекцией.
Без коррекции еще красивее.
 
Rus2000

Rus2000

I=U/R

Репутация:

Очень простая версия сверхлинейного УМ НаПаЛм с двумя транзисторами в ПНВТ.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ:
Данная конструкция в "железе" не проверялась, при включении может свистеть, дымить, гореть и/или привести к поражению электрическим током.
Автор не несет ответственности за ущерб, причиненный экспериментальными экземплярами УМЗЧ третьим лицам, их имуществу и/или окружающей среде.
При проектировании ни одно животное не пострадало.
По линейности, стоимости и простоте сборки/настройки аналогична младшему Парусу (ПараФинну). Даже проще на один транзистор.
Так же всеядна к типам применяемых ОУ и разбросу параметров комплектующих.
Применение на выхлопе низкочастотных транзисторов типа КТ818/819 (так же, как в Парусе) тоже возможно, но требует проверки и подтверждения в железе.
Кто соберет - не пожалеет.

Схема базовой версии с каскадом ОБ (ломаным каскодом) на выходе УН:
MA_NaPaLm_2T_v03_SCH.gif
Параметры на картинке. Уровень гармоник указан для сигнала частотой 20кГц при выходной мощности 25 ватт на нагрузку 8 Ом.

Несмотря на отсутствие повторителей на выходе ОУ, схема все-равно остается сверхлинейной. Это обусловлено тем, что максимальная амплитуда сигнала на выходе ОУ не превышает 50-60мВ, а амплитуда его выходного тока не превышает 10мкА даже без дополнительных повторителей. Т.е. он работает в сверхмалосигнальном режиме. Можно сказать, что он не работает, а просто отдыхает :).
Напряжение и ток выхода ОУ при 50Вт/8Ом:
MA_NaPaLm_2T_v03_OpAmp.gif

Петлевое усиление:
MA_NaPaLm_2T_v03_Loop.gif

Интермодуляционные искажения (для суммы сигналов 19+12кГц при выходной мощности 25Вт/8Ом):
MA_NaPaLm_2T_v03_IMD.gif

Клип:
MA_NaPaLm_2T_v03_CLIP.gif

Вместо пары диодов в опорах обоих каскадов с ОБ можно применить обычные красные светодиоды (прямое напряжение порядка 1,6 вольта).
Для этого потребуется лишь немного увеличить номиналы резисторов в эмиттерах обоих каскадов с ОБ, для сохранения расчетных режимных токов.
Применение светодиодов улучшает термостабильность схемы, но немного уменьшает максимальный размах выходного напряжения. Насколько это критично - надо смотреть.

Тип и количество выходников можно легко уточнить под конкретные требования/условия.

Расчетное напряжение питания 25-35 вольт.
При повышении напряжения питания более 37 вольт необходимо использовать вместо транзисторов 5401/5501 в корпусах ТО-92 более мощные подходящие транзисторы в корпусах ТО-126, например 1380/3502 или аналогичные.
В крайнем случае можно применить в УН один из вариантов разгрузки по мощности транзисторов Т1 и Т2, например с помощью стабилитронов или каскодов (различные варианты разгрузки УН подробно рассмотрены в теме УМ "Парус").
 
Последнее редактирование:
Rus2000

Rus2000

I=U/R

Репутация:

Версия с раздельным питанием УН-ВК 68/53 вольт, Ку=20...
 
Rus2000

Rus2000

I=U/R

Репутация:

Простой сверхлинейный ушник "НаПаЛм" с общим питанием УН-ВК +-15 вольт, Ку=4...
Схема проверена Аланом Бинсом 01/06/2019.
Запустилась практически сразу. Отчет Алана на 5-й странице этой темы.
Схема (HA_NaPaLm-S_v01):

Использована схема антиклипа на нормальнозапертых транзисторах.

Графики петлевого усиления (сначала БЕЗ RCL-коррекции, ниже - с ней):


Фед намеренно выбрана высокой (9,3МГц). Выходные транзисторы позволяют.
Поэтому было грех не воспользоваться такой возможностью поднять петлевое в звуковом диапазоне.

Клип:


Квадрат (без С17):
 
Rus2000

Rus2000

I=U/R

Репутация:

Версия с токовыми зеркалами на выходе УН:
NaPaLm-TZ_v01.gif

Особых преимуществ перед вариантом с ОБ не имеет. Но при этом несколько сложнее.
 
finn32

finn32

Ветеран

Репутация:

Сверхлинейный УМЗЧ НаПаЛм
Инвертирующий УМЗЧ с одноэтажным питанием УН-ВК 30-32В. Ку=10.
MA_NaPaLm_LM318_4T_v04 схема:

Версия антиклипа - с самым мягким ограничением.

Клип:

Клип для версии с RCL-коррекцией.
Без коррекции еще красивее.
С5 закорочен.
В ВВЛП антиклипп на диодах ругали, а тут поставили. Где логика?
 
Sagittarius

Sagittarius

Старовер

Репутация:

Диоды в петле ООС ОУ - сомнительное решение. Лучше простой нелинейный R/D-делитель в базах входных транзисторов четвёрки.
 
Rus2000

Rus2000

I=U/R

Репутация:

Так и надо. С5 остался от экспериментов с другими цепями АК.

В ВВЛП антиклипп на диодах ругали, а тут поставили. Где логика?
Логика в величинах постоянной и переменной составляющей напряжения на диодах в нормальном режиме работы усилителя.

В ВВЛП к диодам приложено постоянное напряжение порядка 1 вольта, т.е. по 250мВ на диод.
Диоды в таком состоянии ведут себя, как плохие резисторы, поэтому образуется паразитная нелинейная местная ООС ОУ.
Она сбрасывает Ку ОУ, что негативно сказывается на линейности уся в целом.
С помощью дополнительных цепей можно занулить постоянку на выходе ОУ, это уменьшит негативное влияние цепей АК.
Но эти дополнительные цепи, как минимум, не добавляют нам ни усиления, ни линейности.
А можно сделать ПНВТ симметричным, что автоматом добавит 6дБ к усилению/линейности, и при этом также автоматом позволит получить ноль на выходе ОУ.
 
Rus2000

Rus2000

I=U/R

Репутация:

Диоды в петле ООС ОУ - сомнительное решение. Лучше простой нелинейный R/D-делитель в базах входных транзисторов четвёрки.
Смотря с какой точки зрения на это смотреть.
Например, с точки зрения формы сигнала в клипе, эта цепочка лучше, чем нелинейный R/D-делитель.
А с точки зрения прозрачности цепей АК в клипе, лучше всего вариант с нормальнозапертыми диодами, как в Натарашке/Полторашке (первая картинка в этой теме).

Но лучше все-таки экспериментально проверить, что будет в железе лучше по совокупности параметров:
...Рассматривалось несколько вариантов антиклипа, из которых пока отобралась следующая тройка:
- Самый простой - делитель на резисторе и паре диодов,
- Не влияющий на сигнал - с нормально запертыми диодами, как в Натарашке,
- Самый мягкий - с диодами в местной нелинейной ООС ОУ.
При макетировании я бы оставил места для всех трех вариантов, а уже по результатам обмеров принимал решение, какой из них оставить.
Второй и третий есть на этой странице, а от первого на схеме остались закороченные R5C5 - надо только убрать перемычку и два диода в землю дорисовать встречно-параллельно.
 
finn32

finn32

Ветеран

Репутация:

Логика в величинах постоянной и переменной составляющей напряжения на диодах в норма
Т.е. при наличии постоянной составляющей на выходе ОУ эта цепочка вредна и вносит искажения, а с исчезающе малой постоянной составляющей на выходе ОУ уже искажений не вносит и можно ее применять, я правильно понимаю?
 
Rus2000

Rus2000

I=U/R

Репутация:

Логика в величинах постоянной и переменной составляющей напряжения на диодах в норма
Т.е. при наличии постоянной составляющей на выходе ОУ эта цепочка вредна и вносит искажения, а с исчезающе малой постоянной составляющей на выходе ОУ уже искажений не вносит и можно ее применять, я правильно понимаю?
Да. Но не совсем так.
Я там выше написал поподробнее.
Чем ближе к нулю постоянка на выходе ОУ, тем меньше влияние такой цепочки.
Т.е. в таком виде она будет влиять на сигнал всегда, но с некоторого момента можно этим влиянием пренебречь.
Наример, для уменьшения такого влияния в схеме установлено по два диода последовательно. Если ставить по одному диоду, то клип лучше/красивей, но растут искажения в линейном режиме.
 
finn32

finn32

Ветеран

Репутация:

Теперь понятно, спасибо.
 
Sagittarius

Sagittarius

Старовер

Репутация:

А по-моему, здесь зарыта собака. Если диоды стоят себе простым нелинейным делителем, делитель оказывается под петлёй ООС. Параметры усилителя под петлёй определяются сначала элементами петли - при достаточной глубине ООС, и уж потом неподавленными искажениями. Поэтому нелинейность делителя в какой-то мере снижается.
Если же диоды работают в петле ООС, то их нелинейность будет сама диктовать искажения усилителя. ИМХО, следует избегать таких ситуёвин.
 
Rus2000

Rus2000

I=U/R

Репутация:

Понимаю твои сомнения.
Именно поэтому надо предусмотреть в пилотной версии платы несколько вариантов.

Если к диодам не приложено какой-либо значимой постоянки, то на переменке амплитудой 20-50мВ (по 10-25мВ на диод) динамическое сопротивление диодов будет достаточно большим, что в комплексе с низким сопротивлением резистора инвертирующего входа не даст знАчимого напряжения на этом входе.
Но проверить все эти соображения надо.
И/или подобрать диоды с наиболее пологим начальным участком ВАХ.
 
Rus2000

Rus2000

I=U/R

Репутация:

Есть еще интересный вариант АК.
Выложу позже в теме ВВЧе. Если в железе заработает хорошо - будет отличный вариант АК.
 
Неуч

Неуч

Ветеран

Репутация:

Все давным давно в микрокапе дано и даже фото плат заводских.
 
Rus2000

Rus2000

I=U/R

Репутация:

Может, стОит собрать все в одном месте?
 
Сверху Снизу