УМ АнтиКвод, или наш ответ Питеру Волкеру

[Rus2000]

Квод - это человек и пароход концепция:

Current dumping - это идея Питера Волкера (основателя компании "Квод") о том, как снизить искажения, не имея петлевого усиления. Идея проста - использовать маломощный, но линейный усилитель в классе А для коррекции искажений мощного искажатора усилителя класса Б. Первый усилитель, постороенный на этой идее - Quad 405 - появился в 1975 году:

В классической схеме Квода и его клонов есть ключевые решения, делающие эту конструкцию именно Кводом.
- Первое: выход УН работает, как маломощный параллельный канал, компенсирующий коммутационные искажения ВК, работающего в классе "В". Но проблема такого решения в том, что его линейность (и способность исправлять искажения ВК) тоже ограничена, и определяется собственной линейностью и быстродействием УН (при работе на относительно низкоомную нагрузку) и глубиной его обратной связи.
- Второе: Входной ОУ используется в качестве масштабирующего усилителя и интегратора. Т.е. входной ОУ, имеющий на борту 500 и более раз усиления, практически не используется для линеаризации усилителя мощности. Он усиливает сигнал в 15 раз (23,5дБ), а остальное его усиление идет на линеаризацию самого себя, чего тоже в большинстве случаев недостаточно, т.к. в местной петле ОУ остается несчастных 20-40дБ усиления (на 20кГц), в зависимости от типа ОУ.
- Далее по списку идут вольтодобавки, цепи коррекции и т.д.

В итоге на выходе получается Кг(20к) порядка 0,3%, что совсем никуда не годилось ни в конце прошлого века, ни, тем более, в конце первой четверти века нынешнего.

Можно ли из этого недоразумения вылепить что-то стоящее или дорогостоящее?

Конечно можно. Этот вопрос уже рассматривался в теме УМ "Большевик:

Если взять схему v12 и применить в УН транзисторы противоположной структуры, то получится вот такой "негатив" Большевика:

Для лучшего понимания из схемы удален следящий ОУ и его обвязка, а также затенен транзистор антиклипа.

Как только вы убираете из Квода мост (цепи корректора искажений) и переводите его ВК в режим АВ, Квод перестает быть Кводом и превращается в асимметричный ТОС-ник c буфером-интегратором на входе.
А как только входной ОУ задействуется в общей петле ООС вместо интегратора, усь становится многопетлевым.
Это прекрасно показал Зуев (Радио 11/1984) еще 37 лет назад, ровно через полгода после того, как Солнцев выложил там же (1984-05) свой клон Квода.


Глядя на бесчисленные попытки допиливания Квода, было принято решение сделать сверхлинейный усилитель, избавленный от врожденных недостатков схемы 1975-го года.
Уже показано, что для этого достаточно в "негативе" Большевика_v12 заменить один резистор на ГСТ, и уточнить коррекцию.
Т.е. основная работа была выполнена еще при проектировании Большевика.
В итоге получилось несколько версий усилителя. Отличаются способами частотной коррекции и выходными каскадами.

Далее рассмотрим одну из лучших версий.

 

[Rus2000]

"АнтиКвод" v05.4:

Разумеется, к схеме нужно еще добавить узел следящего питания для входного ОУ (см. тему УМ "Большевик"). Это позволит снизить искажения еще на 3-6дБ при увеличении сопротивления источника сигнала (например, при изменении положения регулятора громкости, подключенного непосредственно на вход усилителя).
Второй вариант - использовать ОУ, имеющие цепи слежения во входном каскаде.

Ну и, конечно, нужно поставить вместо источника V1 проверенный термоузел от Большевика:


Петлевое усиление:

С LM318 (140УД11) получается 120дБ/20к.
В принципе, можно добрать еще 10-20дБ петлевого (с соответствующим ростом линейности), но это надо тщательно проверять/уточнять в железе на предмет устойчивости, особенно, в переходных режимах.

Полученное усиление позволяет получить Кг(20к) порядка 0,00002%
и примерно такие интермоды сигнала 19+20кГц (50Вт/8Ом):

Палка 18кГц лежит ниже -170дБ, палка 1кГц лежит ниже -200дБ.
Понятно, что в железе результат будет похуже. Но правильный конструктив поможет не растерять высокую схемотехническую линейность.

Клип:

 

[Rus2000]

Можно выполнить АнтиКвод и с одной петлей ООС.
Но цепи коррекции и настройка немного усложнятся. По линейности не лучше показанного выше. По устойчивости - хуже.

Можно перераспределить усиление между местной и общей петлями ООС в пользу местной ООС.
Цепи коррекции при этом получаются чуть проще, но линейность заметно снижается. Это проверено при моделировании и подтверждено в железе тов. Боковым (см. тему УМ "Большевик" - даунгрейд схемы до уровня модернизированного Зуевика).

 

[Rus2000]

Может возникнуть вопрос: как же так получается, что практически на тех же деталях линейность повышается на несколько порядков?
Основных причин тут две:
1. ВК в классе В сам по себе генерит массу искажений. В отсутствие ООС их можно увидеть невооруженным глазом на экране осциллографа. Это та самая "ступенька", дающая очень широкий и "жесткий" спектр искажений.
ООС помогает бороться с этими искажениями, но ее возможности не безграничны, и она перераспределяет продукты искажений выше по диапазону, туда, где усиления меньше, т.е. туда где остается меньше сил для борьбы с нелинейностями.
Как только мы меняем ВК на более линейный, всем каскадам усиления сразу становится гораздо легче.
2. Потенциально большое усиление исходной схемы растрачено на местные ООС. Это, конечно, линеаризует охваченные ООС узлы, но в итоге линейность всей схемы оказывается недостаточной.
Зато как только мы собираем все или почти все доступное усиление в одну главную петлю ООС, это сразу приводит к резкому повышению линейности, т.к. искажения любого последующего каскада давятся усилением, имеющимся перед ним. А большое суммарное усиление повышает линейность входных каскадов за счет уменьшения их входного (разностного) сигнала.

Амплитуда разностного сигнала на входе УМ (при номинальной выходной мощности):

Амплитуда - менее 1 мкВ.
Не пугайтесь выбросов, соответствующих моментам коммутации плеч ВК. В мелкоООСных усилителях они тоже есть, и они примерно такой же амплитуды, но их там просто не видно на фоне огромного разностного сигнала.
Поэтому некоторые недалекие горе-специалисты думают, что если синус в точке сравнения "красивый", значит и усилитель обязательно хороший.

Напряжение на выходе ОУ и выходной ток ОУ:

Амплитуда напряжения - 3,5мВ
Амплитуда выходного тока - 20нА.
Т.е. входной операционный усилитель, можно сказать, отдыхает, но при этом еще и дает нам 3500 раз усиления.
Искажений он в таком режиме практически не вносит, т.к. его входной каскад работает практически в одной точке. Да и выходной - тоже.

Все транзисторы УН также работают глубоко в классе А.
Наиболее интересен ток выходного каскада УН:

Амплитуда - 0,5мА, при токе покоя около 5,6-6,0мА.
Т.е. выход усилителя напряжения работает в очень линейном режиме при номинальном сигнале на максимальной частоте звукового диапазона.
Любознательные могут посмотреть, как выглядит ток ВК УН оригинального Квода в теме "Квод, который кусался. Истории о самом тупом усилителе в мире". Там и модели есть, чтобы получить максимум удовольствия от процесса.

Так что логика сверхлинейников очень простая:
Ставим более линейные узлы (По возможности. Особенно это касается ВК) и набираем усиления столько, сколько можем унести.

Кста, некоторые вегаляпцы, несмотря на все их старые мантры о вреде глубокой ОООС, переключились на разработку глубокоООСных усилителей.
Букварев показал народу почти 100дБ петлевого усиления в Интеграле.
Белка, по заветам Ильича, соорудил параллельный НЧ-канал в УН своего ВВБ-21.

Это хорошо. Значит, мы старались не зря. Лед тронулся, господа, присяжные заседатели.
Сегодня и 200дБ@20к это уже не предел.

 

[Rus2000]

Тут коллеги намекнули, что нумерации версий Квода и Антиквода некоторым образом коррелируют:
Quad-405 и AntiQuad_v05.4.
Был приятно удивлен. Это забавное совпадение, не более.
Разных вариантов Антиквода и его отдельных узлов на текущий момент есть несколько десятков.
Выложена одна из оптимальных версий. Но потенциал у схемы есть, можно сделать еще лучше.

 

[Lenin]

Как бэ... мудрено сильно.
А что с клипом на 1кГц, а то у эпюры какой-то странный изгиб. Это не так уж важно, но любопытно.

 

[Rus2000]

Как бэ... мудрено сильно.

КМК, не мудреней Квода.
На один копеечный транзистор сложнее Большевика.
Опять же, в случае крайней нужды можно убрать из схемы 3 транзистора и прийти к исходному "негативу" Большевика v05.
Можно заменить выходную тройку двойкой, полностью биполярной или биполярно-полевой. Такие версии тоже просчитаны.

А что с клипом на 1кГц, а то у эпюры какой-то странный изгиб. Это не так уж важно, но любопытно.

От острого взгляда Ильича ничто не ускользнет.
Действительно, график снят после LR-фильтра. Прошу прощения, злого умысла не было..
До катушки картинка примерно такая:


Клип 1кГц: