Ультралинейные повторители для работы с высокоомными источниками сигнала

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
13,194
6,702
Плюк
Ультралинейный безОООСный буфер для регулятора громкости.

Изначально была поставлена задача сделать буфер перед УМ с нелинейностью не более 20u% при следующих условиях:
1. Сопротивление регулятора громкости - до 250кОм.
2. Сопротивление нагрузки - не менее 5кОм.
3. Номинальный уровень сигнала - 2В (амплитудное значение).

Дополнительные требования к устройству - легкодоступные детали, отсутствие разделительных конденсаторов в сигнальных цепях, равнодушие к качеству источника питания и отсутствие специальных настроек/регулировок.

В результате нескольких итераций усложнения/упрощения обычного параллельного усилителя получилась вот такая схема:


Коэффициент гармоник (20кГц, 2В) = 2u% при сопротивлении нагрузки не менее 4,7кОм и сопротивлении источника сигнала от нуля до 65кОм (что соответствует регулятору громкости с R=260кОм).
Интермоды лежат ниже уровня -163..165дБ:


Примечательно, что искажения падают при снижении уровня сигнала: при 1В входного напряжения получается 1u% гармоник, а при 0,5В входного симулятор просто показывает нулевые искажения.
При увеличении амплитуды входного сигнала искажения прогнозируемо растут, но все-равно остаются на очень низком уровне: при 4В входного - 7u%, а при 8В входного - 29u%.

Оптимизация шумов пока не проводилась. Для этого нужно будет использовать малошумящие транзисторы на входе и оптимизировать их ток покоя с учетом сопротивления источника сигнала.

В схеме может потребоваться установка небольших (десятки Ом) сопротивлений в базы ГСТ (Т5-Т6) и в базы транзисторов слежения (Т7-Т8).

Также, схему можно еще немного упростить:
1. Установить стабилитроны/светодиоды/резисторы вместо пар диодов смещения ГСТ (разумеется с соответствующей подстройкой токов ГСТ).
2. Заменить R7 и R8 одним резистором 43-47кОм.
3. Удалить диоды Д3 и Д4. Правда, при этом потенциалы коллекторов выходных транзисторов становятся меньше, чем потенциалы баз, но схема прекрасно симулится и даже уровень искажений не увеличивается.

В сумме это позволяет убрать из схемы 5 копеечных элементов. Но, думается, что не стОит экономить на спичках.
 

Sagittarius

Витя "интеграторовед" Подлец сквернослов плагиатор
1 Мар 2017
28,742
5,578
Гейропы
ru.wikipedia.org
Хотя это уже прямое покушение как на мой авторитет, так и прямая нахлобучка американского кентукиана (кому там его жалко), но уровень фашистской диктатуры на форуме настолько суров, что я от души плюсанул пост Рус2000: очень хорошо.
И проще, чем у меня. :)
 

Alan Bins

Штурман Билли
1 Апр 2018
4,955
1,939
40
Бомба! :)

Поставлю его на платы ВВЧ и Чебурашка SMD.
Тотальная экономия на микросхемах буферов.
Тем более муне нравятся инверты-вот и буфер им. ;)

P.S На Т7 и Т8 у на по 165 мвт -туда думаю надо в ТО-92.
Желательно ли обеспечить контакт корпусов каких либо транзисторов между собой?
Глянул модель параметры очень впечатляют .ОУ можно не ставить.
 

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
13,194
6,702
Плюк
Alan Bins написал(а):
P.S На Т7 и Т8 у на по 165 мвт -туда думаю надо в ТО-92.
Желательно ли обеспечить контакт корпусов каких либо транзисторов между собой?
Глянул модель параметры очень впечатляют .ОУ можно не ставить.
1. Вот смотрю на схему и думаю: а не слишком ли много у нас линейности? ;D
Может быть есть смысл вернуться к изначально заданным параметрам (10-20u%)? Это позволит снизить рассеиваемую буфером мощность раза в 2-3. Точнее, наоборот: при уменьшении режимных токов искажения заметно подрастут.
2. Термоконтакт не особо нужен, но если очень хочется, то можно собрать попарно Т3+Т9 и Т4+Т10, или попарно-перекрестно Т3+Т10 и Т4+Т9. Рассеивающие относительно большую мощность Т7-Т8 лучше отодвинуть подальше от Т1-Т4, Т9-Т10.
 

Alan Bins

Штурман Билли
1 Апр 2018
4,955
1,939
40
Rus2000 написал(а):
Alan Bins написал(а):
P.S На Т7 и Т8 у на по 165 мвт -туда думаю надо в ТО-92.
Желательно ли обеспечить контакт корпусов каких либо транзисторов между собой?
Глянул модель параметры очень впечатляют .ОУ можно не ставить.
1. Вот смотрю на схему и думаю: а не слишком ли много у нас линейности? ;D
Может быть есть смысл вернуться к изначально заданным параметрам (10-20u%)? Это позволит снизить рассеиваемую буфером мощность раза в 2-3. Точнее, наоборот: при уменьшении режимных токов искажения заметно подрастут.
2. Термоконтакт не особо нужен, но если очень хочется, то можно собрать попарно Т3+Т9 и Т4+Т10, или попарно-перекрестно Т3+Т10 и Т4+Т9. Рассеивающие относительно большую мощность Т7-Т8 лучше отодвинуть подальше от Т1-Т4, Т9-Т10.
Линейности много не бывает,быть может надо даже предусмотреть возможность работы на нагрузку 2-3 кОм с целью
снижения сопротивления резисторов ООС УМ.
Можно поставить для всех вариантов bd139/140 надо глянуть в ЛТС что нибудь в корпусе то 126.
 

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
13,194
6,702
Плюк
Alan Bins написал(а):
Rus2000 написал(а):
Alan Bins написал(а):
P.S На Т7 и Т8 у на по 165 мвт -туда думаю надо в ТО-92.
Желательно ли обеспечить контакт корпусов каких либо транзисторов между собой?
Глянул модель параметры очень впечатляют .ОУ можно не ставить.
1. Вот смотрю на схему и думаю: а не слишком ли много у нас линейности? ;D
Может быть есть смысл вернуться к изначально заданным параметрам (10-20u%)? Это позволит снизить рассеиваемую буфером мощность раза в 2-3. Точнее, наоборот: при уменьшении режимных токов искажения заметно подрастут.
2. Термоконтакт не особо нужен, но если очень хочется, то можно собрать попарно Т3+Т9 и Т4+Т10, или попарно-перекрестно Т3+Т10 и Т4+Т9. Рассеивающие относительно большую мощность Т7-Т8 лучше отодвинуть подальше от Т1-Т4, Т9-Т10.
Линейности много не бывает,быть может надо даже предусмотреть возможность работы на нагрузку 2-3 кОм с целью
снижения сопротивления резисторов ООС УМ.
Можно поставить для всех вариантов bd139/140 надо глянуть в ЛТС что нибудь в корпусе то 126.
Это уже сварочник получится, а не буфер РГ. ;D
Я тут набросал самую простую схемку буфера с суммарным потреблением 9,9мА и мощностью на Т7-Т8 около 100мВт.
Искажения - 6u% при неизменных остальных условиях.
 

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
13,194
6,702
Плюк
Alan Bins написал(а):
Платка буфера...
Ну ты даешь!!! :)
Я еще не успел выложить полную схему.
На работе лежит. Завтра закину.
Там есть еще пара нюансов, которые желательно на плате предусмотреть.
Ну и номиналы уточнить. Либо поставить номера элементов, чтоб не было разночтений.

БезОООСный буфер несколько сложнее, чем кажется. Мы уже привыкли, что ООСь все выпрямляет, а тут, оказывается, нужны кошерные транзисторы, сваренные комсомолками-девственницами из одобренной на XIX-м партсъезде болванки кремния.
 

Alan Bins

Штурман Билли
1 Апр 2018
4,955
1,939
40
Rus2000 написал(а):
Alan Bins написал(а):
Платка буфера...
Ну ты даешь!!! :)
Я еще не успел выложить полную схему.
На работе лежит. Завтра закину.
Там есть еще пара нюансов, которые желательно на плате предусмотреть.
Ну и номиналы уточнить. Либо поставить номера элементов, чтоб не было разночтений.

БезОООСный буфер несколько сложнее, чем кажется. Мы уже привыкли, что ООСь все выпрямляет, а тут, оказывается, нужны кошерные транзисторы, сваренные комсомолками-девственницами из одобренной на XIX-м партсъезде болванки кремния.
Ну как выложишь нарисую и эту. :) Уточни нюансы и проставь на схеме номера.

А что с этим не так ? Cмотрел в ЛТС -все отлично (только АФЧХ и шумы не смотрел,меандр супер! ).
2N3904/06 подходят сюда хорошо.
 

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
13,194
6,702
Плюк
Повторитель был проверен на неприхотливость к типам и параметрам используемых транзисторов.
Оказалось, что применение КТ315 и КТ361 более полных, или более точных, или, шире, более других моделей транзисторов приводит к резкому росту искажений.

Детальный анализ повторителя показывает, что ключевыми элементами для получения сверхвысокой линейности являются ГСТ и следящие повторители.
Именно они обеспечивают точное поддержание постоянного напряжения К-Б входных и выходных повторителей.
Замена этих узлов на идеальные источники тока и повторители позволяет получить Кг=1..2u% чуть ли не с любыми транзисторами.
Если же установить "плохие" ГСТ и повторители слежения, то резко возрастают искажения и/или требования ко входным транзисторам.
Самый же неприхотливый узел в данной конструкции - выходной повторитель. Но это не значит, что тут можно применять МП42Б. ;)

Простой ГСТ с двумя диодами в опоре оказался "плохим" ГСТ.
ГСТ со стабилитроном в опоре показывает гораздо лучшие результаты.
Аналогичные результаты и у двухтранзисторных ГСТ, причем они менее требовательны к параметрам применяемых в них транзисторов.
Установка сложных каскодированных ГСТ незначительно улучшает ситуацию по сравнению с простыми ГСТ. Но перфекционисты, наверное, могут и должны использовать именно каскодированную версию. ;)

В следящем повторителе лучше всего себя показывают модели транзисторов с большой бэтой - от 400 и выше.
Попытка поставить в этом месте транзисторы средней мощности BD139/140 или обычные BC547A/557A приводит к резкому росту искажений даже при использовании идеальных ГСТ.
Здесь отлично работают корделловские модели BC550C и BC560C. У них бэта около 500, ЕМНИП.
Составные транзисторы почему-то показывают плохие результаты.
Короче говоря, в следящем повторителе нужно использовать очень хорошие транзисторы с большой бэтой (от 400 и выше).

Входные повторители равнодушны к параметрам применяемых транзисторов и хорошо работают ТОЛЬКО на идеальную нагрузку.
В случае реальных ГСТ и транзисторов слежения от входных повторителей требуется повышенное усиление по току, чтобы хоть частично компенсировать неидеальность нагрузки.
Поэтому тут тоже хорошо себя показывают приборы с большим коэффициентом передачи тока.

Т.о. для перфекционистов можно кратко сформулировать методику отбора транзисторов (на один канал) примерно таким образом:
1. Берем кучку заведомо нормальных малошумящих транзисторов, например, BC550C и BC560C. Может есть более подходящие варианты?
2. Отбираем из них пару самых "бэтистых" при токе порядка 10-12мА. Эти пойдут в следящие повторители.
3. Отбираем из оставшихся еще две пары при токе 2-4мА - эти пойдут во входные повторители.
4. Следующая пара уходит в ГСТ.
5. Последняя пара - выходной повторитель.
*Транзисторы в парах не обязательно должны быть равными по характеристикам. Главное, чтоб они были лучшими из транзисторов своего типа проводимости.

Повторюсь, это для тех, у кого есть желание и возможность сделать по-максимуму.
Для простых нормальных людей достаточно просто выбрать десять лучших с помощью обычного тестера и запаять их, особо не заморачиваясь с сортировкой.

2N3904/3906, наверное, не очень подходят, т.к. по паспорту макс бета у них - 300, а реальная около двухсот. Корделловские модели 3904/3906 показывают 160, а Филипсовские (3904Т) - 225. И результат моделирования не ахти. Тут надо проверять в железе.
Модель 3904/06 от NXP, которая показала результат 2u%, имеет параметр BF=300. Короче говоря, слишком оптимистичная модель, наверное.
 

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
13,194
6,702
Плюк
Варианты буфера с разными ГСТ. Кг указан для низкого и высокого выходного сопротивления источника сигнала (100 Ом и 62кОм).
Нумерация одинаковая у всех трех схем. Т.е. все базовые элементы имеют одинаковые индексы.
Дополнительные элементы имеют свои индексы. Случайных совпадений быть не должно. Сравните сами:

Буфер с простыми ГСТ на транзисторе и стабилитроне:

В ГСТ требуются транзисторы с высоким коэффициентом передачи тока.

Буфер с простыми двухтранзисторными ГСТ:

ГСТ нормально работают и с транзисторами попроще.От хороших тоже не откажутся ;)
Я предпочитаю именно эту версию - она проще остальных при сходных параметрах.
К диодам Д1-Д2 лучше добавить еще по одному, как в предыдущей или следующей схеме (Д3-Д4).

Буфер с каскодированными ГСТ (экстремальная версия):

Максимальный результат достигается при использовании в ГСТ транзисторов с высоким коэффициентом передачи тока.
Можно помоделировать, какой (какие) из трех транзисторов наиболее критичны к бэте...

Буфер для скупых лентяев-пофигистов:
Тоже сверхлинейный, но обрезанный по-максимуму.
Выкладываться пока не будет - и без этого уже зоопарк версий.
 

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
13,194
6,702
Плюк
По топологии печатной платы:
1. Сигнальные земли каналов должны идти отдельными прямыми дорожками от входов к выходам.
2. Линии питания каналов идут отдельно (для двойного моно, когда источники питания каналов разные), но нужно предусмотреть три перемычки (или парные площадки для капли припоя) для возможности подключения обоих каналов от одного источника.
3. Заливка земли должна быть отдельной для каждого канала.
3. Точки подключения экранов к землям - пока под вопросом.
4. Для первой и второй схем легко сделать единую плату (предусмотреть местА для разных конденсаторов ГСТ, а опорный транзистор ГСТ установить, используя одно из отверстий для стабилитрона).
4а. В принципе, можно на эту же плату добавить и каскодные транзисторы с обвязкой - два резистора и два транзистора не очень много места займут. Кому не нужно - поставят перемычки К-Э вместо каскода.
5. Базовые резисторы R13-R16, R19, R20 опциональны, но местА для них должны быть (хотя бы под вертикальную установку (2,5мм между отверстиями)). Под вертикальную установку даже лучше - небольшая индуктивность там не помешает, а места занимают немного и перемычки коротенькие получатся...
6. Для универсальности очень желательно, чтоб ноги транзисторов стояли треугольником. В этом случае легко установить приборы с любой цоколевкой (КБЭ, БКЭ). Изначально лучше, наверное, ориентироваться на цоколевку BC5x0C (КБЭ) и шелкографию делать под нее. Хотя, в принципе, можно просто обозначить выводы и не отображать контур транзистора.
 

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
13,194
6,702
Плюк
Помню про эту заначку. ;)
Но как-то жалко ставить 5 транзисторов ГСТ для 4 транзисторов повторителя...
Оно и на одном-двух транзисторах работает неплохо.

Но для развития этой схемы пригодится.
Тут просматриваются два пути: улучшение параметров ГСТ и введение двухкаскадного следящего повторителя, возможно, по формуле 1-2 для раздельного следящего питания входного и выходного каскадов буфера.
 

Alan Bins

Штурман Билли
1 Апр 2018
4,955
1,939
40
Rus2000 написал(а):
По топологии печатной платы:
1. Сигнальные земли каналов должны идти отдельными прямыми дорожками от входов к выходам.
2. Линии питания каналов идут отдельно (для двойного моно, когда источники питания каналов разные), но нужно предусмотреть три перемычки (или парные площадки для капли припоя) для возможности подключения обоих каналов от одного источника.
3. Заливка земли должна быть отдельной для каждого канала.
3. Точки подключения экранов к землям - пока под вопросом.
4. Для первой и второй схем легко сделать единую плату (предусмотреть местА для разных конденсаторов ГСТ, а опорный транзистор ГСТ установить, используя одно из отверстий для стабилитрона).
4а. В принципе, можно на эту же плату добавить и каскодные транзисторы с обвязкой - два резистора и два транзистора не очень много места займут. Кому не нужно - поставят перемычки К-Э вместо каскода.
5. Базовые резисторы R13-R16 опциональны, но местА для них должны быть (хотя бы под вертикальную установку (2,5мм между отверстиями)).
6. Для универсальности очень желательно, чтоб ноги транзисторов стояли треугольником. В этом случае легко установить приборы с любой цоколевкой (КБЭ, БКЭ). Изначально лучше, наверное, ориентироваться на цоколевку BC5x0C (КБЭ) и шелкографию делать под нее. Хотя, в принципе, можно просто обозначить выводы и не отображать контур транзистора.

Пункты 1,2,3,5 принято! :)
Точкой подключения земляного полигона думаю надо сделать по вывод питающей земли.

4,4а Тут пока что больше мне понравится или пусть автор обозначит приоритет.
В любом случае пока в работе МАСТЕР 1-2-4 ,а после него ВВЧ простенький.

6.Подумаю над этим -но почему не 2N3904/06- они должны быть лучше BC.

Спасибо за хорошую задачу думаю после текущего сделаю. :)
 

SAB 2

Постоялец
6 Сен 2018
406
159
На smd можно поставить BC847С/BC857С. h21=420min/Ic=2mA. В Чип/Дипе по 3р/шт. Можно по сотне штук купить и подбирать)))
 

MakarOFF

Старожил
8 Мар 2017
1,289
378
KSA992/KSC1845 из корпусных подойдут http://www.mouser.com/ds/2/149/KSA992-88789.pdf http://www.mouser.com/ds/2/149/KSC1845-88467.pdf Кстати, по рассеиваемой мощности получше чем 970/2240 будут, 0,5 против 0,3 Вт, в некоторых случаях можно в мощные усилители ставить в узел УН и первыми транзисторами выходной тройки.
 

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