УМ Омега: 100 Вт, без ООС, в классе А

Sagittarius

Старовер
УМ без общей ООС труднее сделать линейными, чем глубокоООСные. Но престижнее.
Поэтому после анализа в LTSpice пары схемотехнических решений можно смастерить вот такую схему, см. аттач.

В ней Т1Т6 с обвязкой - источники тока. Они задают режимы работы дифкаскада с повышенной линейностью на парах Шиклаи Т2Т3 и Т4Т5. Обычный диф здесь вносит слишком много искажений. С нагрузочного R11 сигнал снимается на каскад Т8-Т10-Т12, также с местной линеаризацией. Без подобных мер спроектировать линейный каскад усиления напряжения с ОЭ, работающий в широком диапазоне изменения коллекторного напряжения - порядка 80 вольт, немыслимо от слова ваапсче. В целом такой УН вносит 0,03% при выходном напряжении 40 В ампл, 100 Вт \ 8 Ом, а с уменьшением выходной мощности искажения уменьшаются тоже.

Каскад усилителя напряжения нагружен на динамическую нагрузку Т7-Т9-Т11 с обвязкой. Здесь также используется линеаризация каскада, без которой хороший повторитель получить невозможно.

С коллектора Т11 усиленный сигнал подаётся на оконечный повторитель Т25-Т36. Для экономии тока и мощности он работает в специальном квази-двухтактном режиме, за соблюдением которого следит узел Т19-Т20-Т21-Т22-Т23. Т19 задаёт опорное напряжение на базе Т20 относительно +Упит. С увеличением тока верхнего плеча Т20 запирается и через токовое зеркало Т21-Т23 уменьшает ток мощных транзисторов нижнего плеча Т26...Т36 ровно на ту же самую величину, которую отдало в нагрузку верхнее плечо.
Благодаря этому работающему в классе А мощному выходному каскаду можно выставить ток покоя, равный току одной полуволны сигнала плюс небольшой запас на неотсекаемость. В целом, ток покоя экономичного-А ВК вдвое меньше, чем в стандартном ВК А-класса. Также вдвое меньше и рассеиваемая транзисторами ВК мощность.

Выходной повторитель от базы Т7 собственных искажений практически не вносит - что-то около 0,01%, а плностью весь усилитель вносит 0,04% на 20к 100 Вт / 8 ом.
БезООСные УМ с такой линейностью ноукой пока не изучены.

Теперь посмотрим на вспомогательные узлы.

Питание.
Поскольку усилитель гребёт почти весь установленный ток Белоярской ГЭС, практически он представляет собой радиатор и плату, густо уставленную ЭК блока питания, между которыми кое-где можно заметить транзисторы. ЭК не жалеть.

Термостабильность.
Т19, Т21, Т23 установлены на радиаторе. Этого достаточно.

Токовая защита.
С эмиттерных резисторов R56R57 и R58-R62 ВК снимается напряжение, зависящее от тока через Т25, Т26. При превышении некого порога Т18Т24 отпираются и включают через R32 квазитиристор Т14Т15. Он через ключ Т13 обесточивает УН, а ключом Т17 обнуляет опорное напряжение Т20. Т20-Т23 запираются, транзисторы ВК уходят в отсечку. Усилитель спасён.
Для сброса защиты однократным коротким нажатием имеется нефиксируемая кнопка СА2.

Интегратор или ДС-серво.
Собраны на ОУ А1 ОРА627. Для полного устранения нелинейных искажений от защитных диодов Д1Д2 (как в УЗЧ Зуева, Агеева или Никитина http://s1.stuffed.ru/y2017/03-07/0/505998.png) ОУ использован в инвертирующем включении. Информацию о постоянной составляющей А1 получает с выхода УМ через R33, а R20 подаёт нужный потенциал на базу Т7.

Компенсация сопротивления проводов АС.
Куда же без неё-то. Выполнена она с применением одного провода, одного переменного резистора в реостатном включении и двух конденсаторов опционально. См. внизу схемы. Для ценителей ИТУН-ного звука есть переключатель СА1. Вращением регулятора R7 и выбором положения СА1 можно подобрать желаемое звучание.
Внимание: штука эта очень опасна! Многие аудиофилы потеряли остатки лица, по качеству звучания выбрав вместо желаемого ИТУН-режима бОльшее демпфирование АС.
 

Вложения

vasa1970

Не проверенный
Внимание: штука эта очень опасна! Многие аудиофилы потеряли остатки лица, по качеству звучания выбрав вместо желаемого ИТУН-режима бОльшее демпфирование АС.

Виктор не все так однозначно - в случае универсального усилителя и Нч в многополосной системе- да потеряют лицо а вот в качестве Сч и Вч усилителей ИТУН зачастую предпочтителен особенно при среднем качестве динамиков.
 

Sagittarius

Старовер
Да, это так. Но мы не могли такой недешёвый усилитель использовать только как полосовой.
 

Sagittarius

Старовер
Поступил вопрос: что конкретно делают Т8, Т10, Т12 в усилителе напряжения, нет ли там ошибок и будет ли этот каскад работать?

Каскад работает, ошибок нет.

В "тройке" Т8, Т10, Т12 "эталонный" транзистор - Т10, и по линейности его работы сверяется местная ООС от коллектора Т12. Причин нелинейности Т10 всего три:
1. Изменение тока эмиттера Т10. Ток каскада при работе на нагрузку R20 6,8к меняется на 14 мА, что очень много с точки зрения линейности.
2. Изменение напряжения на коллекторе Т10 превышает 80 В, в связи с этим - большие изменения Скб и тока коллектора (эмиттера) в течение периода сигнала.

По сути этих двух пунктов: в каждый данный момент времени в течение периода сигнала у нас в позиции Т10 работает другой транзистор, с другими н21э, Скб и каскад имеет иной Ку, чем до этого и после. Изменение Ку каскада в течение периода сигнала - это и есть техническое определение искажений. Если мы знаем, что, как и почему меняет параметры каскада, мы можем с этими изменениями бороться.

3. Высокое выходное сопротивление предыдущего каскада (R11C9), снижающее эффективность последовательной ООС по току эмиттера, которая реализована установкой R19.

Подобные причины нелинейности свойственны всем подобным каскадам УН, в том числе работающим под ООС.

Отсюда понятны принятые для уменьшения этих искажений меры:
1. Применение пары Шиклаи Т10Т12 резко уменьшает размах переменной составляющей тока коллектора Т10 - с 14 мА до 0,1 мА. Сами изменения тока покоя никуда не делись и "перешли" к Т12, но его нелинейность исправляется усилением Т10, работающего в намного более линейном режиме.
2. Но вот зависимость тока коллектора Т10 от напряжения на коллекторе никуда не исчезла и ухудшает линейность каскада на Т10. А ведь это у нас эталонный каскад сравнения для местной петли ООС Т10Т12.

Чтобы уменьшить влияние коллекторного напряжения, использована пара Баксандала: Т8Т10. Здесь любые "самостийные" изменения Uбэ Т10, в том числе и от изменений коллекторного напряжения, приложены к эмиттерному переходу Т8, опирающемуся на референсный потенциал эмиттера Т5 предыдущего каскада. Увеличение Uбэ Т10 вызывает увеличение Uбэ и тока Т8. Увеличение падения напряжения на R19 от тока Т8 уменьшает ток эмиттера Т10 почти на ту же величину, на которую он пытался измениться под действием изменений коллекторного напряжения. В паре Баксандала Т8 уменьшает чувствительность Т10 к изменения коллекторного напряжения.

3. Низкое выходное сопротивление эмиттера Т8 помогает эффективно работать последовательной ООС в паре Шиклаи Т10Т12.

Как известно, Кг каскада с ОЭ растёт на 1% с увеличением входного сигнала на 1 мВ. Хотя главную роль в "тройке" Т8Т10Т12 играет каскад с ОЭ на Т10, принятые меры позволили даже при 1,8 В входного напряжения на базе Т8 снизить уровень собственных искажений такой связки до менее чем 0,03%.

Без подобных мер все попытки линеаризации УН усилителей без общей ООС типа "Миллениумов" обречены на провал.
 

Phantomas

Старожил
Как по мне, так без ООС-ные усилители - это сферический конь в вакууме, особая форма инжинерного мазохизма. Куча недостатков при не очевидных достоинствах. Но в научных целях, конечно полезная вещь.
 

Sagittarius

Старовер
Подписуюсь. :) В чисто лечебных целях я бы принуждал адептов-безООСия к двум вещам:
к проектированию безООСных усилителей
и
к прослушиванию через них музни с магнитофонов и проигрывателей, в которых УК, УВ и УЗ собраны без ОООС, а также CD-дисков, записанных через звукорежиссёрские пульты с безООСными усилителями.
 

Phantomas

Старожил
Sagittarius написал(а):
Подписуюсь. :) В чисто лечебных целях я бы принуждал адептов-безООСия к двум вещам:
к проектированию безООСных усилителей
и
к прослушиванию через них музни с магнитофонов и проигрывателей, в которых УК, УВ и УЗ собраны без ОООС, а также CD-дисков, записанных через звукорежиссёрские пульты с безООСными усилителями.

Это уже не оправданная жестокость, по сути геноцид ;)
 

Sagittarius

Старовер
Начну с главного: полностью безООСный УМ сделать невозможно.
Детализирую, почему.

Основное напряжение входного сигнала сейчас - 2 В. Как на выходе лазерного проигрывателя или ПК. Входной каскад любого безООСного усилителя должен превратить это напряжение в выходной ток с минимальными искажениями.

Конечно, можно напряжение уменьшить. Насколько уменьшим напряжение, настолько же проиграем в шумах. Терять С/Ш тоже неохота.

Поэтому выход только один: наращивать перегрузочную способность входного каскада. А это ну ооочень сложно. Для одиночных транзисторов невозможно вовсе. Поэтому тут поставлен сложный дифкаскад:

два источника тока - Т1 и Т6.
Дело в том, что перегрузочная способность дифкаскада Uвх = 2 (Iэ х Rэ). Но и при этом мы получаем не высококачественный ДК, а всего лишь транзисторы будут работать почти в отсечке. А нам нужно как можно меньше искажений. По формуле Uвх = 2 (Iэ х Rэ) при фиксированном токе для этого надо увеличивать сопротивление эмиттерных резисторов. Повышаем сопротивление резисторов - увеличиваем и приложенное ко входу шумовое напряжение.

Поэтому резистор R9 установлен меж эмиттерами ДК, но постоянный ток по нему не протекает.

А сам дифкаскад для повышения линейности выполнен на парах Шиклаи: Т2Т3 и Т4Т5. Пара Шиклаи охвачена глубокой ООСью. За счёт ООС она линейнее, чем один транзистор. Но ей требуется частотная коррекция: это и есть цепи R6С2 и R13С8.
 
Сверху Снизу