HELP - у деда мороза проблемы с устойчивостью усилителя.

[hvac14400]

всех с наступающим : )

делал усилитель сабвуфера для ёлки, по этой схеме - http://akotov.narod.ru/sab.html

решил слегка увеличить выходную мощность - до 600 вт. поднял питание до 100 в (под нагрузкой), выходные транзисторы поменял на 6 в параллель SiHG20N50C, всё работало отлично, только полоса сверху была около килогерца. может быть для сабвуфера оно и достаточно (а может и нет), но я решил её тоже слегка расширить - до 20 кгц.
входная ёмкость полевиков большая - нужен драйвер, наткнулся в инете на схемы промышленных усилов Сarvin и решил позаимствовать схему драйвера у них, т.к. топология похожая - опер, драйвер, выходной каскад.
взял схему драйвера от киловаттного модуля, типа с запасом - http://carvinimages.com/schematics/F120 ... 2028-5.pdf

в результате сращивания с дискретным опером финальная схема приобрела следующий вид - https://pp.userapi.com/c841123/v8411232 ... L6oA2I.jpg

и всё - оно начало звенеть начиная примерно с четверти питающего напряжения. даже если воткнуть на выход цобеля, а параллельно резистору оос конденсатор, на переходной характеристике звон, на верхушке синуса звон, при клиппинге могут вылетать предохранители и т.д.

пролистал треть форума, но тем с заголовками описывающими мою проблему не нашёл. зато нашёл кучу постов, где вы лихо исследуете потенциальную устойчивость в микрокапе, к сожалению с этим софтом у меня всё плохо - в восьмой версии половина схем вообще не моделируется, в десятой режим по постоянке считает, а по переменке чушь получается.
как вы это делаете? : D

усилок собран на печатной плате, под схему драйвера я тоже печатку развести успел, времени брать другую схему и делать всё с нуля уже не остаётся - поможите успокоить то что сейчас есть?
в какую версию микрокапа заколотить схему?

[WP_]

Нормальное явление. Удивительно было бы, если бы не гудел. Пять каскадов. Устойчивость самая непредсказуемая. Дабы не гудело и легко корректировалось - два каскада и повторитель. А это чудовище весьма сложно успокоить.

[Slabovik]

Я боюсь, что этого монстрика уже не исправить. В исходной схеме два каскада усиления по напряжению - так и надо было оставить. Третий каскад - уже очень много, т.к. даже два каскада часто не удаётся успокоить.

Смотрите (ищите) 11-й микрокап, там есть (в десятке вроде появилсz) инстумент "Stability Analysis" - очень помогает.
p.s. Конденсатор паралельно резистору ООС тут не панацея, тут нужно "изготовить" доминирующий полюс на ФЧХ, что означает, что ФЧХ/АЧХ должен формировать один "медленный" каскад, а остальные должны быть весьма быстрыми, чтобы их полюса были настолько далеко, чтобы быть "под плинтусом" на той частоте, на которой они случились.

Последний раз редактировалось Slabovik Вт дек 26, 2017 14:57:25, всего редактировалось 1 раз.

[hvac14400]

какие каскады выкинуть? я в усилителях не особо разбираюсь, вроде они тут все нужны, чтобы например на затворы верхнего плеча нужную амплитуду (около 100в) раскачать.
ну и для нижнего плеча чтобы сигнал был не относительно земли, а минусовой шины.

можно не выкидывать каскады, а снизить их усиление, путём местной ос - резисторы в эмиттерах увеличить? транзюки специально "отобрать" с дубовым h21

Добавлено after 7 minutes 1 second:

Slabovik писал(а):

p.s. Конденсатор паралельно резистору ООС тут не панацея, тут нужно "изготовить" доминирующий полюс на ФЧХ, что означает, что ФЧХ/АЧХ должен формировать один "медленный" каскад, а остальные должны быть весьма быстрыми, чтобы их полюса были настолько далеко, чтобы быть "под плинтусом" на той частоте, на которой они случились.

мне кажется R56 и R58 с параллельными им конденсаторами как раз для чего-то подобного задуманы, я не в курсе для чего эти цепочки и как их считать, подобрал номиналы в симуляторе по отсутствию звона, но в железе не проканало

[Slabovik]

По-хорошему, УНЧ делится пополам. Первая половина усиливает напряжение. Вторая половина усиливает ток. Усилитель тока практически не вызывает проблем с устойчивостью, т.к. по напряжению он не усиливает (но он всё-равно вносит свою задержку). Проблемы обычно вызывает усилитель напряжения. Каждый каскад усилителя напряжения имеет свой полюс, характеризующийся частотой перегиба - это такая точка на АЧХ, где усиление каскада из горизонтальной линии "ломается" в линию "-6дБ/октава". Усилитель будет устойчив, если петлевое (не усилителя, а в петле ООС) усиление на частоте второго полюса (там, где -6 дБ/окт переходит в -12 дБ/окт) будет менее (желательно значительно менее) 0 дБ. Математика там сложная (терпеть не научился дифуры), но сами критерии весьма наглядные. Вот, к примеру http://www.tehnoinfa.ru/teorijasistempravlenija/28.html

Конденсаторы при R56 R58 ни к чему - они компенсируют рабочие и монтажные ёмкости и подбираются уже по месту. Тут ведь ещё фишка - модели в симуляторах малость "не от мира сего" и не совсем совпадают с реальными условиями. Например, у всех транзисторов там высокая бета... Так что в симуляторе отлаживается принципиальная работа и выверяется так, чтобы запас по устойчивости был значительный - реальность внесёт свои коррективы.

Конденсаторы, корректирующие положение полюса - это как раз C2 и C3

[hvac14400]

небольшое дополнение - как только я его собрал и запустил (сгорал 2 раза до драйвера и третий с драйвером), мне сразу непонравился один факт - при увеличении частоты у него не амплитуда сначала начинает падать как у всех нормальных усилителей, а сначала синус превращается в треугольники - просто прямая под углом, и только потом падает амплитуда этих треугольников - это проблемы со скоростью нарастания из-за недостаточности тока ун?
кстати с драйвером всё то же самое при большой (80 в) амплитуде на выходе - килогерц до 17 только он тянет, если амплитуду уменьшить раз в 10 - примерно на 140 кгц начинаются треугольники.

[Slabovik]

Это недостаток скорости нарастания напряжения. Ещё это называют динамическими искажениями.

[hvac14400]

>Конденсаторы, корректирующие положение полюса - это как раз C2 и C3

я пробовал ещё на первой схеме (без драйвера) их выпаивать - звенит, и даже если впаять 50 пф вместо 100 тоже генерит. и вроде в симуляторе полоса больше зависела именно от них, а не от входной ёмкости полевиков - там что 3 наны, что 15, разницы особо не было.

>Каждый каскад усилителя напряжения имеет свой полюс, характеризующийся частотой перегиба - это такая точка на АЧХ, где усиление каскада из горизонтальной линии "ломается" в линию "-6дБ/октава". Усилитель будет устойчив, если петлевое (не усилителя, а в петле ООС) усиление на частоте второго полюса (там, где -6 дБ/окт переходит в -12 дБ/окт) будет менее (желательно значительно менее) 0 дБ.

т.е. нужно разомкнуть ос, затем найти самый медленный каскад, потом второй по низкочастотности и сделать так, чтобы на частоте его среза произведение Кус всех каскадов было меньше единицы?

[Slabovik]

По-хорошему, надо начать конструирование с УН. Его же "обвязать" обратной связью и добиться устойчивости.

разомкнуть ос, затем найти самый медленный каскад, потом второй по низкочастотности и сделать так, чтобы на частоте его среза произведение Кус всех каскадов было меньше единицы?

Ну, в общем-то да. Но будет проблема с определением всех этих Ку и частот. Гораздо удобнее "втыкать" это в "Stability Analysis" в микрокапе

[hvac14400]

получилась вот такая фигня в стабилити - https://pp.userapi.com/c834301/v8343011 ... wBcm7s.jpg

и как это понимать?

схема:

aa1 - Copy.txt

(56.39 KiB) Скачиваний: 168

расширение тока на .cir поменять.

[musor]

а ще лучше не связывать ся с MOSFET в аналном режиме кстати есто готовые чипы на 100500квт с рарашиваенм мощи мостом

[hvac14400]

жжош сцукко
мосфеты поставил потомушто 60 руб штука, а так можно было бы и на игбт сделать - http://cxema.my1.ru/publ/usiliteljam_mo ... 0-1-0-4968

[Slabovik]

Понимать, что устойчивости нет от слова совсем.
Phase Margin - показывает запаздывание фазы сигнала при 0 дБ усиления в петле. Для хорошей устойчивости должно быть менее 135°
Gain Margin - показывает усиление в петле при сдвиге фазы на 180°.
В хороших случаях Phase Margin находится много левее Gain Margin, вот здесь практически идеальный график viewtopic.php?p=3224274#p3224274

p.s. По вашей модели (но она сама ещё под вопросом, т.к. вопросы к транзисторам) если С14 поставить 68p, C8,C9 по 330p, С13 68p, а C16 убрать, то получается вот это


Уже можно надеяться на более-менее нормальный отклик. Но плохо здесь то, что фаза начинает убегать уже с килогерц и "держится" выше планки только благодаря корректирующим емкостям.

[hvac14400]

>вот здесь практически идеальный график viewtopic.php?p=3224274#p3224274

не ну с интегральным-то опером "любой дурак сможет" - именно так и сделано у Carvin, плюс там ещё частотные коррекции всякие : ) я такую схему тоже моделить пытался (в LTSpice) и там звон элементарно убирался кондёром с выхода оу на его вход.

транзисторы у меня в железе конечно стоят другие, ибо их нет в моделях, а как создавать свои я не в курсе. завтра поразбираюсь подробнее с режимом симуляции стабильности, потому как

>разомкнуть ос, затем найти самый медленный каскад, потом второй по низкочастотности и сделать так, чтобы на частоте его среза произведение Кус всех каскадов было меньше единицы?

привело меня к мысли, что кондёр нужно пихать не параллельно резику общей ос - нужно RC фильтром (может быть второго или ещё большего порядка - чтобы звуковой диапазон не затронуть) зарезать ачх какого-нибудь каскада внутри самой петли, для начала. а уже потом (возможно) корректировать полосу на выходе.

[EMiq]

Фильтр первого порядка дает вращение фазы на 90 град в пределе. Второго -180, третьего 270. Усилитель из трех каскадов усиления напряжения уже может быть потенциально неустойчивым, т.к. набег фазы от входа до выхода может составлять 180 *3 ( для трех каскадов с ОЭ). Если не принимать специальных мер по коррекции , то Общая обратная связь станет не отрицательной, а положительной - т.е. получится генератор. Для коррекции используются цепи по опережению и по запаздыванию. Запас по фазе в анализе стабильности определяет переходную характеристику усилителя на воздействие в виде прямоугольного импульса на входе. При запасе по фазе менее 45 град для двухкаскадного усилителя на выходе наблюдаются затухающие колебания на выходе после фронта и спада импульса ( "звон"). Оптимальное значение запаса 65-80 град для достижения высокой скорости нарастания и отсутствия колебаний переходной характеритики. В литературе по конструированию усилителей эти вопросы достаточно рассмотрены.

[hvac14400]

Slabovik писал(а):

Phase Margin - показывает запаздывание фазы сигнала при 0 дБ усиления в петле. Для хорошей устойчивости должно быть менее 135°

Но плохо здесь то, что фаза начинает убегать уже с килогерц и "держится" выше планки только благодаря корректирующим емкостям.

так какая разница че там с фазой происходит, если важен запас лишь в одной точке - точке единичного усиления? выкинул половину корректирующих элементов и получилось вот что -

https://pp.userapi.com/c841528/v8415282 ... ci5tUE.jpg

могу и почти линейную фазу сделать в диапазоне, в принципе, только зачем - это же фаза петли, а не усилителя вцелом?

[Slabovik]

В какой одной точке? Нифига подобного. Одна точка - это просто граница, край. До неё всё надо держать ровно, потому что там усиление уже не ноль, а много больше. Вот на 15 кГц усиление 33 дБ, а фаза уже 135°... Плюс отличия модели от реальности...
Также "ровность" влияет на поведение усилителя вообще, на его переходный процесс. Устойчивость - это не единственное, что нужно получить от усилителя...
А "фаза петли" - это и есть фаза усилителя в целом, и только делитель напряжения в цепи ООС уменьшает коэффициент усиления в петле.

Последний раз редактировалось Slabovik Ср дек 27, 2017 09:09:30, всего редактировалось 1 раз.

[hvac14400]

тогда будем крутить дальше.
вобще микрокап этот странно работает - бывает на одних параметрах получаешь картинку, потом их меняешь и она ухудшается допустим, возвращаешь всё взад, а прежней картины уже нету. ересь какая-то.

чет мне кажется тут нужна коррекция на опережение.

Добавлено after 1 hour 8 minutes 16 seconds:
накрутил - https://pp.userapi.com/c621701/v6217017 ... Mh39oU.jpg

только в этом нет никакого смысла - нагрузку поменял и всё уехало.

[Slabovik]

От нагрузки зависеть не должно.
Надо ещё попробовать, как отнесётся модель к добавлению цепочек Бушеро (R+L) и Цобеля (R+C)

Вообще, вы мои правки уже могли бы попробовать на железе. Если оно конечно живо у вас...

[hvac14400]

я в магаз за деталями могу только в сб попасть, поэтому попробовать никак, ибо таких номиналов нет в наличии (свои правки я кручу именно на том что под рукой).

в капе как-то можно строить нормальную ачх - не малосигнальную? потому как я заколотил туда исходный вариант схемы

aa.txt

(62.08 KiB) Скачиваний: 176

и он мне весело рисует такую картину - https://pp.userapi.com/c621701/v6217015 ... oN4nGI.jpg

когда на самом деле (транзиент анализ) там уже на 10 кгц ни от формы ничего не осталось, ни от амплитуды (должно быть не менее 80 в) - https://pp.userapi.com/c621701/v6217015 ... y6t3II.jpg