Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Я тут сравнил две схемы по шумам в LTSpice и получил не совсем мне понятные результаты.

Все, загадка разрешилась.

LTSpice измеряет уровень шумов относительно уровня источника, поэтому усиление сравниваемых
схем должно быть +/-0.5 Дб одинаковым ( на 1 KHz )
Схема на JFET имела усиление на ~6 Дб меньше - и уровень шумов у нее был занижен.
После того, как усиление было выровнено, уровень шумов стал примерно одинаковым (что и ожидалось).
 

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Так ведь это круто. Можно строить УВ и на полевиках.
Все эти усилители - diff amp JFET, УВ Иван и т.п. должны иметь примерно
одинаковый уровень шума (с ГВ 100мH 300 ом) - +/-2 Дб - 2..3 нв/гц^1/2
- что вполне достаточно (ИМХО) для УВ.
Что бы перейти на другой уровень шумов (pV вместо nV), нужен совсем другой дизайн.
Вот пример схемы от Gerhard Hoffmann (это не УВ) - обратите внимание на конденсатор на входе,
8 параллельных баснословно дорогих JFET, резистор в 66 Мег ( попробуй размести его на плате без утечек !) и т.д. и т.п

Gerhard Hoffmann Sch.png
 

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Кто нибудь знает, есть ли коплиментарная пара транзисторной сборки SSM2210? Или подобная сборка pnp структуры?

2SA1312 PNP / 2SC3324 NPN - SMD, по шумам близки к SSМ2210 (Rbase ~50 Ом), можно купить в Digi-key, модели прилагаются
 

Вложения

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Так смотрят удельный вклад шумов элементов?

Вот картинка из LTSpice режима Noise Simulation

На ней есть автоматически генерируемые данные V(onoise), V(inoise),gain

V(onoise)
- это шум на выходе, заданном в директиве .noise
gain
- это усиление между источником и выходом, заданными в директиве .noise
V(inoise)
- это приведенное ко входу напряжение шумов, считаемое по простой формуле V(inoise) = V(onoise)/gain
Задумка здесь иметь данные по шумам, независимые от Ку,например. К сожалению, когда меняется Ку, обычно это происходит из-за изменения каких-то параметров схемы - поэтому изменение Ку все-таки влияет на V(inoise).

Поэтому, когда нас интересует приведенное к какой-то точке напряжение шумов,
мы должны показать plot V(точка интереса)/gain

noise_add_plot.png
 

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Но в этом случае, виртуальное охлаждение не имеет смысла, т.к. импеданс источника в громадное кол-во раз меньше
Реальные параметры компонентов могут быть другие (на картинке - демо для специалистов)
 

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Уменьшение уровня шумов УВ

Перед тем как начать улучшать шумы УВ, наверное, есть смысл разобраться, кто же там главный источник шума ?
В этом нам поможет идеальный усилитель УВ, собранный (в LTSpice) на идеальном ОУ. К выходу УВ мы подключим А-weighting фильтр ( МЭК-А ) для измерения шумов. В качестве референса мы будем использовать хорошую советскую ГВ 6B24.710 с параметрами L=400mH V=0.5mV (315Hz) R=400 Ohm. Модель головки соответствует скорости 19 см/сек.

Методика измерения S/N ratio следующая:

- В режиме работы .tran подаем сигнал SINE(0 0.72m 315) с V1 и измеряем выходное напряжение на входе фильтра МЭК-А (назовем его Vref).
- Переводим режим работы в измерение шума и для plot V(onoise) вычисляем RMS шума (назовем его Vnrms). Для этого нажимаем клавишу Ctrl + левую кнопку мыши, когда курсор на title(надпись V(onoise)) окна результатов. При этом выскакивает маленькое окошко, в котором RMS уже посчитано.

Считаем S/N формуле S/N = 20 * log ( Vref/Vnrms ) ( Результат - в dBA.)

LTSpice имеет замечательную опцию для резисторов - noiseless , так что, отключая шумы у различных резисторов (а ОУ у нас не шумит), можно с легкостью определить главного злодея-"шумовика" - и это резистор R2 !!! Вклад остальных резисторов и (забегая вперед) реального ОУ + JFETs намного меньше
( естественно, резисторы и ОУ должны быть хорошего качества).

Вычисляем S/N идеального усилителя - у меня он получился 73 dBA.

ideal_regular.png

Затем делаем резистор R2 noiseless и снова вычисляем S/N - у меня он составляет почти 80 dBA.

ideal_noiseless.png

Ok, сейчас самое время замерить S/N практического усилителя (испоьзуется известная схема ОУ + JFET).

jfet_amp_without_integrator.png

Результат - 72 dBA S/N ( как видим, ненамного хуже, чем у идеального усилителя).

Теперь попробуем уменьшить влияние вредного резистора R 2. Способ известный - охлаждение с помощью интегратора с утечкой. Схема интегратора взята из усилителя Агеева (некоторые номиналы изменены, ОУ должен быть достаточно быстрым(не TL082)). При этом собственный интегратор схемы ОУ + JFETs становится ненужен, но появляется разделительный конденсатор (3 пленочных конденсатора по 10мкф).

jfet_amp_with_integrator.png

Применение интегратора не только улучшает S/N на 6 (!) dbA, но значительно уменьшает ВЧ составляющую шума. Недостаток - дорогие и громоздкие пленочные конденсаторы на входе.

Выводы - ИМХО, для катушечного аппарата охлаждение не требуется, а вот для кассетного есть смысл его применить.

Руководствуясь этим примером, Вы легко можете (попробовать) добавить охлаждение к Вашему любимому УВ.

 

Вложения

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Моя нескончаемая сага об усилителе воспроизведения близка к завершению (наконец).

Вот схема полного УВ для катушечного магнитофона (9.5 и 19 см/сек).

Она включает усилитель-корректор для высоких частот. Лучшая из известных мне схем усилителей-корректоров - это корректор из УВ Агеева, но от ее использования пришлось отказаться, т.к этот корректор так сдвигает фазу, что УВ начинает самовозбуждаться при паразитной связи между входом и выходом всего в 1 пф и инвертор на выходе не помогает. В результате я остановился на схеме с LC контуром. LC контур позволяет добиться нелинейности АЧХ на высоких частотах ( 20KHz- 19 см/сек, 16KHz - 9.5 см/сек) в пределах +/- 1дБ - для магнитофонов это хороший показатель.

По линейности этот УВ относится к сверхлинейным (по терминологии этого форума), по шумам - предлагаю Вам оценить самим ("хе-хе" (c) Белка)

rep_amp_prn.png

rep_amp_ltspice.png
 

Вложения

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
... говорю, там биполярные транзисторы должны быть. В каскоде том.
Вот две простых схемы - с каскодом на BJT и каскодом на JFET.
Они работают примерно на одном токе и имеют примерно одинаковое усиление.
При этом, что бы добиться такого же усиления как и JFET каскод, BJT схема
становится несколько громоздкой.

Вопросы:

- чем, собственно, схема на BJT каскоде лучше(в данном конкретном случае) схемы
на JFET каскоде, как Вы утверждаете?
- и если она все-таки лучше, не могли бы Вы привести такую схему?

jfet_vs_bjt.png
 

Вложения

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Пока Иван П. ищет (я оптимистичено верю в это :) ) решение для идеального каскода для УВ,
я выскажу своё видение входного каскада УВ.
Каскод на JFET превоcходит каскод на BJT на входе УВ. Естественно, у него есть свои недостатки,
один из которых - сигнал ООС в истоковый резистор надо подавать через конденсатор.
Но вот когда мы складываем два таких каскада в дифф усилитель, этот недостаток уходит.
Теперь я скажу банальную вещь - во всем, кроме шумов и числа транзисторов, дифф усилитель УВ
ДРАМАТИЧЕСКИ превосходит небалансный - особенно в уровне IMD и подавлении шумов источника питания.
А JFET транзисторы нынче недороги:).
 

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Корректирование спада высоких частот в УВ.

Он вызван неидеальностью ГВ и других участников процесса.

correction.png
На рисунке
А
- АЧХ ГВ,
B - НЧ коррекция(50/70/90/120 мкс) - нарисована для наглядности в противофазе
C
- коррекция, создаваемая цепью 2-го порядка. Это может быть LC контур или
фильтр на ОУ (в аппаратах фирмы Lyrec и некоторых аппаратах фирмы Studer).
Заметим, что цепью 2-го порядка является и часто используемое шунтирование ГВ конденсатором.

Обратите внимание на кривую D. Это остаточный провал между кривой 2го порядка и спадом ВЧ ГВ.
Он корректируется кривой 1-го порядка( RC цепочка).
Очень тяжело добиться общего сопряжения лучше, чем +/- 1 дБ (да это и ненужно на практике).
Мне известна только одна попытка добиться бескомпромиссной коррекции на ВЧ - и это, конечно, Агеев в его УВ на полевых транзисторах.
 

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Надо сократить УВ максимально возможным образом
Если будете идти в этом направлении, то для проверки выходной АЧХ обязательно используйте
эквивалентные схемы ГВ. Цель - неравномерность выходной АЧХ +/- 1 дБ (сам по себе подъем ВЧ контуром неважен)
 

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Вот два варианта схемы УВ Сухова - оригинальная и с дифф каскадом.
Усиление у них одинаковое и шумят они примерно одинаково.
Возникает вопрос - а как же быть с известным тезисом "дифф усилитель шумит на 3 дБ больше"?

noise_cmp.png
 

Вложения

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
После выравнивания токов у дифф пары с оригинальным УВ (69 мкА) шумы у дифф УВ
стали на 10% больше оригинального УВ - но не на 40%(3дБ)!
Выходит что:
- правило +3дБ не универсально (?)
- в дифф УВ, играя с токами входного каскада, можно приблизится по шумам к несимметричному УВ
noise_below_100uA.png
 

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Нет смысла применять то, что не даст нам зримых ништяков.
Вы же борец за ультралинейность :)
Сравните ради интереса IMD (19+20) оригинального УВ Сухова и УВ Сухова с дифф каскадом(где ток коллектора 150 мка)
 

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Все, завершаю собственную эпопею с УВ. Вот на чем сердце успокоилось

rep_amp_9_53.png

rep_amp_19.png

Рабочий диапазон частот - до 20 KHz (19 см/сек) и 16 KHz (9.53 см/сек) при неравномерности +/-1дБ
Уровень шумов УВ (при симуляции) - -72..-74 дБА

Вот окончательная схема ( в формате Электроника - 004, сам я использую другой формат - с шинами питания +24В/-21В).
Ее ужё можно собирать;)

rep_amp_el004.png
 

Вложения

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Катушка у Перельмана 33 миллигенри,

Я использую отличные готовые индуктивности компании Bourns. Они имеют точность 5%
(подстроечых конденсаторов не требуется), допускают небольшой постоянный ток и имеют приемлемую стоимость.

Пример: RL181S-333J-RC - 33 mH

Mouser No: 652-RL181S-333J-RC
Price: $1.38 (Qty: 1)
 

Вложения

Grisha Perelman

Постоялец
12 Фев 2020
140
170
52
Гриша, ты когда проектируешь фильтры - корректоры, на GD внимание обращаешь? Не сильно оно у тебя меняется в самом слышимом диапазоне 0.5 - 5кгц ?
corr19.png
Что где сильно меняется? (*.asc file уже выкладывал). Если АЧХ - то для магнитофонов АЧХ +/- 1дБ - это очень неплохо ( в реальных аппаратах, да на уровне записи поближе к 0 дБ - там такое творится :( ..)
 

О Нас

  • Наше сообщество существует уже много лет и гордится тем, что предлагает беспристрастные и критические обсуждения среди любителей радиоэлектроники. Мы каждый день работаем над тем, чтобы быть лучше.

Быстрая Навигация

Пользовательское Меню