УМ Фотон, или модернизация усилителя с ТОС

[Rus2000]

Схемотехнически простые, но неплохо звучащие усилители с ТОС придуманы уже давно.
Базовая структура у них очень простая: входная четверка (симметричный ОК-ОЭ), симметричный выход УН на каскадах с ОЭ и мощный повторитель. Все это охвачено петлей ООС, сигнал которой подается в эмиттеры входной четверки.
Такие усилители выпускались промышленно и создавались любителями: Маранцы, Сайрусы, Мириады, Апексы, Линксы и еще множество вариаций на эту тему.

Ну и в какой-то момент Финн предложил допилить ТОС-ник до сверхлинейного состояния.
Исходная задача: получить максимум линейности и, соответственно, отличный звук, при минимальных затратах.
За основу был взят один из самых простых, но эффективных вариантов реализации ТОС-ника:


В процессе моделирования и макетирования в исходную схему были внесены изменения:
- Для повышения линейности и термостабильности входного каскада добавлены следящие каскоды на выходы четверки.
- Для повышения линейности и термостабильности выхода УН применены четверки Акопова-Баксандала.
- Уточнены режимы и коррекция.

Уточненная версия схемы:

Петлевое - 81дБ/20кГц. Расчетные искажения на нагрузке 8 Ом - не хуже 0,00022%. На первом ватте - не хуже 0,00002%

После проведения полевых испытаний по результатам прослушивания был снижен ток покоя ВК УН, повышена чувствительность схемы и уточнена коррекция.
Текущая версия Фотона, работающая в железе:

Петлевое - 67дБ/20к. Расчетные искажения на нагрузке 8 Ом - не хуже 0,001%. На "первом ватте" - не хуже 0,0001%.

Усилитель, собранный без ошибок и из исправных деталей, требует только настройки тока покоя и порога срабатывания триггерной защиты.

Относительно исходной версии Фотона, потеряно 14дБ петлевого усиления, но звук, по словам Финна, стал лучше.
Т.е. тут наблюдается феномен, требующий тщательного изучения: снижение линейности почти в 5 раз привело к улучшению звучания.
На текущий момент просматриваются два возможных объяснения:
- Рост искажений источника при повышении уровня сигнала в 3 раза (уровень при прослушивании обоих вариантов схемы регулировался программно, усилитель был подключен непосредственно на выход ЦАПа).
- Рост искажений входной четверки при увеличении амплитуды сигнала на ее входах. Но тут, вроде, приняты меры по борьбе с этим явлением.

Тема на Паяльнике:

https://forum.cxem.net/index.php?/topic/238199-%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD-%D1%81%D0%B8%D0%BC%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D1%83%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C-%D1%81-%D1%82%D0%BE%D1%81/

https://foru m.cxem.net/index.php?/topic/238199-%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD-%D1%81%D0%B8%D0%BC%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D1%83%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C-%D1%81-%D1%82%D0%BE%D1%81/

Собранная плата:

 

[Rus2000]

Клип 18кГц:

На 1кГц еще красивее.

Квадрат 20кГц:

Конденсатор ФНЧ временно отключен.
Показан только положительный фронт, для большей подробности. Отрицательный выглядит аналогично.

Спектры на нагрузке 6 Ом:









Интермоды 19+20к (12 ватт):

Видно, что попадающие в звуковой диапазон компоненты спектра искажений имеют уровень ниже 0,0004%.

Спектрами занимался наш коллега:

ЦАП AH-D6.1 был в роли генератора а АЦП был откалиброванная ASUS Xonar Essence STX II

 

[Rus2000]

Про улучшение звука при уменьшении петлевого (и линейности) и про улучшение, вообще, относительно стартовой версии схемы.

Слежение за выходами четверки заметно улучшает звук по сравнению с голой четверкой.
Дальнейшее заметное улучшение происходит только при увеличении чувствительности схемы примерно в 3 раза (с 15 до 47).
Но чувствительность даром не дают, поэтому за нее пришлось выложить столько же петлевого усиления.

Это позволило снизить входной сигнал УМ в те же самые 3 раза.
Поэтому улучшение звучания может быть связано либо со снижением искажений входной четверки, либо со снижением искажений источника (т.к. сигнал на вход подавался непосредственно с выхода ЦАП и уровень регулировался программно).
Этот вопрос еще предстоит изучить.

Флуд в духе "ААА_мы_говорили, что сверхлинейность это не главное" будет пресекаться без дальнейших предупреждений.
Просто потому, что повышение линейности схемы по сравнению с исходным Сайрусом/Апексом слышно прекрасно.
Тут нечто другое.
Как говорит тов. Финн - "Все чистенько, но подача отличается".

Сравнения проводились вот с этой схемой:

Петлевое - 32дБ/20к.
Расчетные искажения почти на два порядка выше, чем у Фотона. И это слышно. Но "подача" отличается.
Точнее, отличалась.
Сейчас "подача" не отличается, а линейность выше.

 

[Sаgittarius]

Было. Ку=1,5к/0,022


Стало. Ку=1,1к/0,022
Или что то же самое,
Ку=UR43/UR40

но важность этой формулы вы поймёте 8-ю абзацами ниже.
Пока что 27% усиления исчезло.
Почему?
На выходе первого каскада находится критическая точка этого схемотипа. Первый каскад нагружен на резистор, чем нарушает максиму Видлара: для съёма максимального усиления с каскада грузи его на ГТ или зеркало.
Что можно сделать?
Повысить сопротивление резистора. В 2 раза увеличишь - +6 дБ усиления. В 3 раза - +10 дБ.
Ну, и примерно во столько же раз лягут искажения.

Как сделать?
На вход второго каскада установить повторители. Один повторитель - +0,65 В падения напряжения на нагрузке - R43, два повторителя - +1,3 В.
Ку=UR43/UR40
Для сохранения режимов сопротивление R43 придётся увеличить, отсюда повысится усиление и улучшится линейность.

Но ещё круче сделать так:



Напряжения на коллекторе каскода у нас достаточно, можно откусить от него хоть 3 В, хоть 10 В.
Единственное требование - подбор диодов с общим разбросом не более 50 мВ и стабилитронов с разбросом 100 мВ. Это технически легко выполнимо.
Ну, шо я сделаю, если приспичило взяться за ТОСник. Надо добивать его до конца.

Различие разбросов именно такое просто потому, что резисторы в нагрузках будут иметь разброс сопротивлений не менее 1%, и для 10 В разброс 1% равен 100 мВ.

Так победим.
Диоды, стабилитроны, конечно, внесут свои искажения. Но усиления и общей линейности они добавят гораздо больше.

 

[Rus2000]

Пока что 27% усиления исчезло.

И ты накатал этот свой длиннющий и бестолковый пост ради 2дБ???
Конечно беда. Все пропало, гипс снимают...

На вход второго каскада установить повторители

Ну да.
И его термостабильность сразу улетучится.
Сейчас УН термостабилен, как танк на постаменте.
Мыслить надо ширше, а к людям попроще.

Ку=UR43/UR40

Не так считается.
Физику и математику прогуливал?

 

[Sаgittarius]

2дБ?
Конечно беда.

На самом деле, каскад должен дать 80 дБ максимум. Дал? Не?
Всего 50 раз или 34 дБ?
Даже меньше?
Хм. А чо оно так?

 

[Sаgittarius]

И его термостабильность сразу улетучится.

Ну, дык. Теперь ты понял, почему я не брался за ТОСники. Гиблый схемотип.
Кстати, для схемы со стабилитроном так категорично говорить нельзя. Есть термостабильные приборы.

 

[Rus2000]

На самом деле, каскад должен дать 80 дБ максимум. Дал? Не? Хм. А чо оно так?

На самом деле выше написано, что петлевого было 82дБ. И Ку схемы 24дБ.
Так что каскады "дали" 106дБ/20к в уже скорректированном усе.
Позже "перекачали" часть усиления в чувствительность.

 

[Rus2000]

Теперь ты понял, почему я не брался за ТОСники. Гиблый схемотип.

Вас с Ильичом послушать, так все схемотипы гиблые.
А они, таки, работают. И линейности мы из них выжимаем прилично.
Ильич сказал "выжимаете сок из дифкаскада" (за точность цитаты не ручаюсь, поправьте, если что).

 

[Sаgittarius]

Так что каскады "дали" 106дБ/20к

А должны были дать овер 160 дБ: 80 дБ - входной, свыше 80 дБ - выходной.
Это замеренные данные, не фантастика.
На резистивной нагрузке первого потерялось свыше 50 дБ усиления.

 

[Sаgittarius]

Вас с Ильичом послушать, так все схемотипы гиблые.

Это вполне научное явление: на входе в сверхлинейность многие отфильтровались.

 

[Sаgittarius]

И линейности мы из них выжимаем прилично.

Тысячная процента неприлична. Это пусть коекаер с ней носится.

 

[Rus2000]

должны были дать овер 160 дБ

Т.е. если двухкаскадный Мастер дает 100+дБ/20к, то простенький двухкаскадный ТОС-ник должен давать в 1000 раз больше???
Когда и кому он столько задолжал?

 

[Sаgittarius]

Ильич сказал "выжимаете сок из дифкаскада"

Не ведаю контекста. Но выжимать надо.

 

[Sаgittarius]

Т.е. если двухкаскадный Мастер дает 100+дБ/20к, то простенький двухкаскадный ТОС-ник должен давать в 1000 раз больше???

Во-во. МАСТЕР даёт петлевого 110 дБ/20к, а Кухх, о котором речь, у него на КуООС (27 дб) больше.

 

[Rus2000]

Тысячная процента неприлична.

Вот тут мы приходим к вопросу, который мне интересен больше, чем попытки выжать сок из ТОС-ника за счет потери термостабильности, или обсуждение гиблости схемотипов.

А именно: улучшение "подачи" при повышении чувствительности и росте искажений.
Тысячная - это сейчас. До повышения чувствительности было меньше тысячной.

Надо бы найти причину...

 

[Sаgittarius]

Тысячная - это сейчас. До повышения чувствительности было меньше тысячной.

Надо бы найти причину...

Сделай ему КуООС=10, не более, и сосредоточься на линейности от РГ.

 

[Rus2000]

Нет РГ.

 

[Rus2000]

свыше 80 дБ - выходной.

80дБ/20к, это значит, что Фед этого каскада будет равна 200МГц.
Патамучо спад тут идет со скоростью 20дБ/декаду.

Сферические рассуждения в вакууме, конечно увлекательны.
Но придется уносить это все в забавные непонятки...

 

[Sаgittarius]

Вот это меня смущает. Симуль может не просчитывать линейность при Укб=0.
Перекинь в железе коллекторы повыше: