Grisha Perelman

Постоялец
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
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
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
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
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
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
... 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
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
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
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
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
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
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
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
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 :( ..)
 
Сверху Снизу