Усилитель со связью по цепям питания ОУ

[El-Eng]

По просьбе Murlockа выкладываю свою версию известного усилителя. Это - восстановленная по памяти на современных компонентах схема усилителя, когда-то разработанного и изготовленного мной. Схема промоделирована на PSPICE. Указанные компоненты - те, на которых проводилось моделирование. Если кому-то интересно - задавайте вопросы, буду отвечать по мере возможности.

[ssc]

Я тут быстренько окинул беглым взглядом, в принципе кое-что очень толково, понравилось зеркало Уилсона.Интересная идейка.Теперь что не понравилось.Начну как водится, с выхлопа.Во-первых, сам выходной каскад.Шиклай с Ку=1 имеет много преимуществ перед дарлингтоновской двойкой, основные нас интересующие-для полной раскачки на его вход надо подать меньшее на величину Uпор.э-б напряжение, он более толерантен к импедасу нагрузки (меньше джиттер фазы).Кроме того, в итегральном дарлингтоне tip122/127 в цепи базы первого транзистора стоят слишком высокоомные резисторы(10кОм), поэтому получить высокий первый полюс АЧХ на диаграмме Боде будет сложно из-за слишком большого времени рассасывания неосновных носителей тока базы ВК.Единственно, в чем уступает шиклай двойке, так это в термостабильности, но тут надо отметить, что это достаточно просто лечится.Далее-защита ВК от прегрузок по току.По той же причине и не только по спаду импульсов на базе управляющего транзистора последний не будет успевать закрываться полностью, кроме того, такая схема срабытывает и на переменную составляющую напряжения.Хорошо это или плохо?С точки зрения "сохранности" ВК наверно хорошо, а вот с точки зрения получения минимальных нелинейных искажений плохо.Лично мне представляется более правильным такой путь-рассчитать импульсный ток УМ и выбрать порог срабатывания защиты немногим больше этого значения.В этом случае защита будет настроена только на "спасение ВК" от КЗ.Оставим "софтклиппинг" эстетствующим личностям.Чтобы регулирующий транзистор успевал закрываться да и вообще был гарантированно закрыт в исходном состоянии между его базой и эмиттером надо поставить резюк на несколько сотен ом, а чтобы исключить срабатывание от переменной составляющей установить в цепь базы ФНЧ.Тут тоже есть подводные камушки-резистор между точкой соединения ВК и датчиком тока, поскольку он ограничивает ток базы и определяет точку открывания шунтирующего транзистора-им особо не поиграешься (сотни ом-единицы килоом) и по этой причине номинал конденсатора ФНЧ для ЗЧ диапазона получается внушительным.Да и сопротивление токозадающего резистора скорее всего придется увеличить-падения напряжения на нем будет недостаточно для гарантированного открывания шунтирующего транзистора.Но хочется отметить, что при правильном выборе его номинала выходное напряжение снизится практически незаметно, а вот польза кое-какая все-же будет: уменьшится проявление эффекта Эрли в выходном каскаде.Тут уж разуный компромис..ну и последнее, что хотелось бы сказать по поводу защиты ВК-это то, что при работе УМ с выходной мощностью, близкой к максимальной, увеличение напряжения на базе шунтирующего транзистора будет приводить к его приоткрыванию, внося макронелинейность во входную ВАХ ВК.Чтобы этого не происходило, надо отделить коллектор шунтирующего транзистора от базы ВК p-n переходом.Эффект ограничения тока ВК конечно же несколько снизится, но останется достаточным для надежного его закрывания.Ну и наверно последнее-терморезистор вполне можно заменить кремниевым p-n переходом, причем достаточно термоконтакта его одного с ВК-тут уж все зависит от тепловых сопротивлений переход-корпус-среда.Если был неточен, поправьте меня, господа коты..

[El-Eng]

ssc, вы правильно обратили внимание на применение токовых зеркал. Это действительно одна из особенностей усилителя. Применение их дало сразу несколько плюсов:
1. предсказуемость и стабильность тока покоя транзисторов предвыходного каскада (нужно обеспечить тепловую связь между Q1 и Q2, а также между Q10 и Q11);
2. возможность работать в любом режиме от А до B;
3. нечувствительность к пульсациям питающих напряжений.

Что касается выходного каскада - здесь полный простор для творчества, дарлингтоновская пара выбрана для понятности и наличия модели. В оригинале стояли КТ814-КТ815 плюс КТ803А в квазикомплементарном включении. Выходной каскад и его защита были спроектированы в соответствии с рекомендациями Титце-Шенка. Дам некоторые пояснения: цепочки R5C2 и R16C5 предотвращают от возбуждения на частоте среза выходных эмиттерных повторителей, цепочки R4R6R9 и R20R15R13 вместе с транзисторами Q5, Q8 - элементы защиты выходных транзисторов, величины резисторов рассчитаны по Титце-Шенку, резисторы R4, R20 обеспечивают дополнительную защиту выходных транзисторов от короткого замыкания в нагрузке. Насколько защита влияет на Кг сказать трудно, на модели при почти полной амплитуде (20В на 4Ом) Кг=0.015%. Работу защиты я, в свое время, проверял тупо замыкая выход на землю при подаче на вход номинального сигнала - выдерживает без последствий.

Пара слов про задание тока покоя ВК. Для этого использована схема на транзисторе Q6 (тоже взято из Титце-Шенка). NTC термистор R8 нужно разместить на радиаторе выходных транзисторов. Схема легко позволяет устанавливать нужный ток покоя выходного каскада (резистором R14) и хорошо стабилизирует его по температуре. В оригинале ток был порядка 300мА.
Естественно, все это, при желании, можно заменить цепочкой из нескольких кремниевых диодов, размещенных на радиаторе ВК, но регулировать и подбирать ток покоя станет потруднее.

[ssc]

предсказуемость и стабильность тока покоя транзисторов предвыходного каскада (нужно обеспечить тепловую связь между Q1 и Q2, а также между Q10 и Q11)

Лучше всего использовать сборки.Их ассортимент хорошо представлен, они недефицитны и недороги..а пользы-целый вагон.

Дам некоторые пояснения: цепочки R5C2 и R16C5 предотвращают от возбуждения на частоте среза выходных эмиттерных повторителей

Скорее всего вот так-от возбуждения на частоте среза эмиттерных повторителей ВК предотвращает ООС через внутренне сопротивление источника питания, осуществляемая через конденсаторы С2,С5.Резисторы R5 и R16 не могут оказать сколько-нибудь заметного влияния в силу незначительности номиналов (100Ом).Их функция заключается в защите двухтактного УН от превышения тока в случае срабатывания устройства защиты ВК.Кроме того, частоту среза ВК, а стало быть, и первый полюс АЧХ можно повысить, обеспечив более быстрый разряд диффузионной емкости баз ВК.Для этого надо между базами ВК и землей установить резисторы 20-100к, в зависимости от параметров транзисторов.Плата за это-снижение усиления с разомкнутой по переменному току ООС.Однако, THD в этом случае может даже и уменьшится из-за увеличения Ку в области более высоких частот.Правда, как показывает практика, частота среза ВК на двойке дарлингтонов из-за их относительно низкого входного сопротивления (по сравнению с тройкой, где оно может достигать 500кОм и более) достаточно высокая а такая мера для двойки не совсем эффективная.

Насколько защита влияет на Кг сказать трудно..

Увеличивает THD в несколько раз.Ну тут как и всегда компромисс-либо то, либо другое..

Пара слов про задание тока покоя ВК. Для этого использована схема на транзисторе Q6 (тоже взято из Титце-Шенка). NTC термистор R8 нужно разместить на радиаторе выходных транзисторов. Схема легко позволяет устанавливать нужный ток покоя выходного каскада (резистором R14) и хорошо стабилизирует его по температуре. В оригинале ток был порядка 300мА.Естественно, все это, при желании, можно заменить цепочкой из нескольких кремниевых диодов, размещенных на радиаторе ВК, но регулировать и подбирать ток покоя станет потруднее.

Цепочку из последователь включенных диодов ставить вовсе необязательно, просто терморезистор меняется на кремниевый диод, включенный в прямом направлении, последовательно с ним устанавливается добавочный резистор в несколько сотен Ом, но так, чтобы ток, протекающий через диод был бы 0,5..1мА.Соответственно пересчитываются номиналы нижнего плеча двухполюсника.В этом случае постоянная Больцмана для кремниевого p-n перехода при выбранном токе, число последовательно включенных p-n переходов в ВК и их ТКН очень хорошо согласуются между собой, в большинстве случаев термоконтакта с ВК требует лишь только этот диод.Ток покоя же регулируется как обычно.

З.Ы. Попаду домой-промоделирую вашу схемку в микрокапе...

[El-Eng]

Лучше всего использовать сборки

Согласен.

от возбуждения на частоте среза эмиттерных повторителей ВК предотвращает ООС через внутренне сопротивление источника питания, осуществляемая через конденсаторы С2,С5.Резисторы R5 и R16 не могут оказать сколько-нибудь заметного влияния в силу незначительности номиналов (100Ом).Их функция заключается в защите двухтактного УН от превышения тока в случае срабатывания устройства защиты ВК

Нет-нет, это тоже рекомендация Титце-Шенка. Двухтактный УН не боится превышения тока, его ток жестко задан конфигурацией токового зеркала.

Ну тут как и всегда компромисс-либо то, либо другое

Ну, на мой взгляд, при 0.015% можно пойти на компромисс.

Цепочку из последовательно включенных диодов ставить вовсе необязательно

Возможно. У меня просто был термистор, с ним мне показалось надежнее.

Попаду домой-промоделирую вашу схемку в микрокапе

Любопытно будет сравнить результаты. Я моделировал на OrCAD PSPICE. Только обратите внимание, я столкнулся с интересной проблемой: во многих моделях ОУ, зависимость потребляемого тока (по выводам питания) от амплитуды выходного сигнала - некорректна. Модель OP-176, в этом плане, ведет себя правильно.

[ssc]

Нет-нет, это тоже рекомендация Титце-Шенка. Двухтактный УН не боится превышения тока, его ток жестко задан конфигурацией токового зеркала

Ну, скажу вам, не всегда и не всем, да и не во всем можно верить... увы, правда жизни..фомулу рассчета интегрирующей RC-цепочки и ее постоянную времени же знаете..подставьте значения...даже без учета Rб.. а по поводу тока-при срабатывании защиты и при питании 25В ток через каскад УН и токовое зеркало будет 35..60мА..опять же правда жизни и "обратная" диалектика материализма, если хотите ...оно конечно, не криминал, но все же..

Только обратите внимание, я столкнулся с интересной проблемой: во многих моделях ОУ, зависимость потребляемого тока (по выводам питания) от амплитуды выходного сигнала - некорректна. Модель OP-176, в этом плане, ведет себя правильно.

В микрокапе тоже есть такое...самая подходящая в нем для такого моделирования серия AD от analog devices...

[El-Eng]

Ну, скажу вам, не всегда и не всем, да и не во всем можно верить...

Здесь я все же склонен довериться Титце-Шенку. Беды от этих RC-цепочек нет, а польза, надеюсь, есть. Впрочем, кому что нравится, приведу лишь цитату:


Конденсаторы там, как вы, наверно, догадались - 470пФ.

при срабатывании защиты и при питании 25В ток через каскад УН и токовое зеркало будет 35..60мА

Ток УН нужно правильно рассчитать. Например: ток потребления OP-176 на моей модели ~ 2mA. Зеркала имеют коэффициент отражения 10, но из-за разности напряжений Uбэ, ток УН получился равным 15мА. В покое каждый транзистор рассеивает 375мВт, что вполне допустимо. Ток этот практически не зависит от нагрузки и даже в случае короткого замыкания он останется равным этой величине. Согласен, запаса там нет, и в случае длительной работы на максимальной мощности могут возникнуть проблемы, я бы в реале поставил транзисторы помощнее (там стояли КТ814-КТ815). Но, хочу заметить, что схема эта публиковалась не для тупого повторения, а для того, чтобы поделиться некоторыми идеями с теми, кто продолжает разрабатывать дискретные транзисторные усилители.

TSh.png

(23.72 KiB) Скачиваний: 5096

[ssc]

Поднимем тему...дошли лапы до модели в капе....(лучше поздно, чем икогда).. Единственно корректно работающими ОУ с раскачкой по питанию в этой среде как и предполагал, оказалась серия AD, наиболее корректно работающим-AD825.С целью сохранения режимов работы (ток потребления ОУ около 6 мА) изменены номиналы резюков в цепях его питания и уменьше коэффициент отражения токового зеркала.

Спойлер

Спойлер

Вложения

El-Eng.rar

(6.98 KiB) Скачиваний: 400

[Максим_В]

Q2Q11 лучше поставить дарлингтоны .Ун станет линейнее .

[El-Eng]

Ун станет линейнее.

Но ухудшится температурная стабильность токовых зеркал. Впрочем, тут больше дело в индивидуальных предпочтениях.

[25602]

Поднимем тему...дошли лапы до модели в капе....(лучше поздно, чем икогда).. Единственно корректно работающими ОУ с раскачкой по питанию в этой среде как и предполагал, оказалась серия AD, наиболее корректно работающим-AD825.С целью сохранения режимов работы (ток потребления ОУ около 6 мА) изменены номиналы резюков в цепях его питания и уменьше коэффициент отражения токового зеркала.

У меня при применении реальных моделей параметры поскромнее вышли но все равно достаточно высокие.
Вместо 80u(0,00008%) на 20кГц у меня вышло 320u(0,00032%) на 20кГц.
Но тут есть другой момент, вот несколько цитат из моей старой темы про УМ со схожей топологией
МА - УМ Марка Александера, схему если нада могу прицепить.

Усилитель МА (как и большинство построенных по подобной структуре) имеет большую динамическую нелинейность, вызванную в основном тем, что УН на большом сигнале переходит в режим AB: после обесточивания одного из токовых зеркал петлевое усиление скачком падает вдвое (выключается половина усиления). Соответственно, большой реальный спектр IMD. Приведенные в статье значения IMD/DIM искажений измерены не анализатором спектра, а сняты по методике, оценивающей лишь амплитудные искажения и не учитывающей практически полный переход их в фазовые в усилителях с ООС при угле петлевого усиления, близком к 90 градусам. Я об этом писал.
Именно по причине скромных реальных характеристик усилитель МА за почти 20 лет (с 1989) широкого повторения не нашел, несмотря на весь промоушн.
Единственный более-менее ценный материал в статье Александера - правила разводки силовых цепей УМ.

Дело в том, что петлевое усиление и скорость нарастания в схеме МА задается именно "нагрузочным" резистором ОУ (он выполняет роль резистора "на землю" от "-" входа в классической схемотехнике ОУ с ТОС). Увеличение этого резистора автоматом просаживает петлевое усиление. Если поставить условие, чтобы выходной каскад ОУ (и токовые зеркала) не выходили из класса А, то этот резистор придется увеличить на два порядка (!), чтобы максимальный ток через него при полном размахе на выходе ОУ не превышал 1.8....1.9 тока покоя выходного каскада (т.е. порядка 1-2 мА), при питании ОУ +/-12 резистор потребуется порядка 5...10 кОм. Петлевое усиление и быстродействие "выходной" части при этом пропорционально снизятся. С таким низким петлевым усилением (и током, отдаваемым в УН) эта схема практически потеряет работоспособность (т.е. функционировать будет, но весьма посредственно). Плюс линейность и частотные характеристики токовых зеркал в дискретном исполнении хуже, чем у классического folded cascode.

[ssc]

У меня при применении реальных моделей параметры поскромнее вышли но все равно достаточно высокие.
Вместо 80u(0,00008%) на 20кГц у меня вышло 320u(0,00032%) на 20кГц.

Результаты, полученные от моделирования в МС схем с раскачкой драйверов током потребления ОУ ни в коем случае не следует принимать за истину, т.к нет хоть сколько нибудь корректно работающей модели ОУ в этом режиме.Мультисим вообще же в этом плане следует отнести к "студенчески-ознакомительным" приложениям.

Усилитель МА (как и большинство построенных по подобной структуре) имеет большую динамическую нелинейность, вызванную в основном тем, что УН на большом сигнале переходит в режим AB: после обесточивания одного из токовых зеркал петлевое усиление скачком падает вдвое (выключается половина усиления).

Я в деталях не помню схему МА, но для данного усилителя подобная параллель неприменима - выходной каскад работает с вполне определенным током покоя, задаваемым падением напряжения на аналоге двухполюсника при протекании через него тока токового зеркала.Таким образом, положение начальной рабочей точки ВАХ системы фиксировано точно так же, как и в любом другом усилителе класса "АВ".Вот если бы убрать цепь установки тока покоя и реализовать смещение ВК как в первоисточнике по кл. "АВ1", тогда да, замечание было бы справедливым.

...оценивающей лишь амплитудные искажения и не учитывающей практически полный переход их в фазовые в усилителях с ООС при угле петлевого усиления, близком к 90 градусам. Я об этом писал.

..."с точки зрения банальной эрудиции мы не можем отрицать фундаментальные тенденции человеческих эмоций" - этот бред следует читать именно так....приведите мне хотя бы одну диаграмму Боде из дого же МС, которая бы однозначно свидетельсвовала о "переходе количественных изменений в качественные"

дальше коментировать смысла не вижу - не учтены особенности конкретной схемы, приведенной автором.

[El-Eng]

К сказанному ssc добавлю, что, возможно, рост искажений на пиках сигнала связан с тем, что при величине резистора на выходе ОУ в 39 Ом, на пиках сигнала происходит перегрузка ОУ по току и начинают срабатывать его внутрениие цепи защиты.

[ssc]

Опять же, внимательно смотрим схему, конденсатор С3.С ростом частоты сигнала часть выходного напряжения с выхода усилителя начинает поступать на выход ОУ и его нагрузочный резистор, это напряжение оказывается синфазным с напряжением на выходе ОУ, что эквивалентно увеличению сопротивления его нагрузочного резистора.

[25602]

Я в деталях не помню схему МА, но для данного усилителя подобная параллель неприменима - выходной каскад работает с вполне определенным током покоя, задаваемым падением напряжения на аналоге двухполюсника при протекании через него тока токового зеркала.Таким образом, положение начальной рабочей точки ВАХ системы фиксировано точно так же, как и в любом другом усилителе класса "АВ".Вот если бы убрать цепь установки тока покоя и реализовать смещение ВК как в первоисточнике по кл. "АВ1", тогда да, замечание было бы справедливым.

При чем тут ВК? Конкретно написано про УН и перегрузку выходного каскада ОУ.
ОУ уходит в AB, как только от УН потребуется ток выше, чем (~1.8*Ixx), т.е. скорость нарастания более, чем (~1.8*Ixx)/(Скорр+Спар). Ixx - ток покоя выходного каскада ОУ (а не всего ОУ в целом!).

[ssc]

.. Ixx - ток покоя выходного каскада ОУ

А что за коэффициент 1,8 откуда он взялся/или как получен?

ОУ уходит в AB

Любопытно... ..а "до того" он где?

[alpatov]

Как к Ивановской схеме прикрутить Видерхольда? Почему базу ВТ1 не подключили к корпосу через стабилитрон а подали +15 В.

Вложения

pic001.gif

(29.89 KiB) Скачиваний: 305

DDR-RFE.png

(187.49 KiB) Скачиваний: 272

15.PNG

(106.52 KiB) Скачиваний: 274

[12943]

Все эти ивановские схемы - в отвал. Схема Видерхольда, это только древняя находка, она очень давно доведена до совершенства, давно устарела и заменена вот этим: https://rcl-electro.ru/threads/%D0%A1%D ... D0%B0.165/

[alpatov]

12943 писал(а):

Все эти ивановские схемы - в отвал.

Вы не правы! У меня Ивановский усилитель переиграл по качеству звука даже фирменный SDY. Об этом все мне говорят слушатели, слухачи когда я включаю два усилка для сравнения. У меня на ивановский усилитель перспектив больше чем на сверхлинейный на биополярных транзюках. Полевик звучит круче всегда, он ближе к лампе. Ни на одной акустике вы сверхлинейность не услышите, по причине неравномерности слуха человеческого уха в 16 Дб. Меня сверхлинейность не интересует вообще. Меня интересует реально простой и качественный усилитель. Поэтому я и спрашиваю как просто прикрутить оставив 544 уд2. Это реально крутая микросхема.

[12943]

Я безусловно прав. Лучший усилитель - неискажающий усилитель. Слушатели, которым нужен ламповый звук, это никчёмный балласт, они не могут быть использованы для проведения экспертизы.
Все эти - переиграл, "круче" - ниачём. Только правильно поставленный слепой тест с не ангажированными слушателями.
Сверхлинейность слышна на любой акустике, с любыми другими компонентами и не стоит приплетать какую-то "неравномерность слуха".
Нужна точная формулировка для терминов, "неравномерность слуха", что это? Неравномерность относительно чего? В какой области физических величин?
Меня пустая болтовня про "крутость" не интересует абсолютно. Если нужен простой и качественный, не вносящий в звук ничего, то ссылку я дал, всё.