• Объявления

    • admin

      Размещайте материалы своей компании БЕСПЛАТНО!   18.04.2018

      Редакционная политика портала позволяет размещать на бесплатной основе различные типы материалов: интересную информацию, наработки, технические решения, аналитические статьи и т.д. Пример такого блога. Взамен мы рекламируем ваш блог в наших группах в соц. сетях, ну и плюс естественная самореклама от пользователей форума и блогов, которые будут читать ваш блог. К примеру охват одного поста только в нашей группе VK составляет более 10 тыс. человек. Т.е. мы предлагаем бартер - вы ведете у нас блог и публикуете какую-то полезную и интересную информацию связанную с вашим производством, а мы рекламируем ваш блог в наших соц. сетях. Блоги можно полностью кастомизировать: поставить изображение шапки, сделать меню или оглавление, также в своем блоге вы будете модератором - сможете удалять комментарии и т.д. Ведение своего блога требует времени и навыков, но рекламный эффект колоссальный, т.к. это живое общение и отклик. Посты не должны быть рекламой, а также должны соответствовать правилам форума. Для тех компаний, которые будут публиковать интересный контент, права в дальнейшем будут расширяться - сможете публиковать больше ссылок, пресс-релизы, новости компании, анонсы и т.д. Ну а если вы хотите размещать платную рекламу: условия и прайс размещения на сайте и форуме, коммерческая тема на форуме, реклама в группе VK.

peratronika

  • записи
    2
  • комментариев
    19
  • просмотров
    329

ИСТОРИЯ ОДНОЙ РАЗРАБОТКИ (сезон 4): качаем мощщу

peratron

310 просмотров

Жанр этого поста - рабочий дневник конструктора. То есть, попытка зафиксировать творческое движение мысли в процессе конструирования не определившегося ещё поначалу устройства. Приходится начинать блог сразу с сезона 4 - потому, что первые три истории зафиксированы в моих дневниках, но ещё не перенесены сюда. Но поскольку именно эта конкретная тема стала горячей для меня в здесь-и-сейчас - то первой в блоге фиксируется именно она. Остальные перекочуют сюда тоже - но чуть поздней.

 

Итак, сегодня мне приспичило:  для нового микрофонного предусилителя у меня был разработан любопытный узел балансного усиления - и мне захотелось попробовать его в приложении к проблеме мощного усилителя. Потому зарядил симулятор (PSPICE/OrCAD) и отрисовал изначальную схемку:

PWR2018_sch1_001.gif.c19ff74ec279ad08e2c3a93d030f52fe.gif

Смотрим спектр:

PWR2018s1.gif.7e6228b33a938d136151c22cb6582d68.gif

Хм... А не кисло, однако же ж...

Пояснение:  на спектрограмме одна клетка - это 20 дБ.

В привычных нулях - 0.0003%, где-то и как-то - хотя я нули считать не люблю и предпочитаю видеть спектральные палки: это гораздо информативней.

Спектр - не из самых лучших, конечно. Но и не забор, уходящий в бесконечность - спад имеет место быть: вторая группа от первой падает на -26 дБ и дальше чётные уходят, хотя нечётные  таки торчат. Но за -120 - это уже не столь критично. И пока это только "первый подход к снаряду" - переключательные искажения можно попытаться почистить.

ЛИРИЧЕСКОЕ ОТСТУПЛЕНИЕ 1

Скрытый текст

 

Звуковоспроизведение - это в некотором смысле религия. Для адептов ключевыми являются мантры, которые многие возводят в догмы. Потому стоит озвучить ключевые принципы, которые я, не возводя в догму, тем не менее считаю важными и в процессе поиска нужного схемотехнического решения использую, как критерии совершенства синтезированной схемы.

В ХЗТ (Хорошо Звучащих Трактах) главным критерием я считаю быстрый спад гармоник - для меня этот критерий свидетельствует о здоровье петли ООС. Быстрый - это значит спад огибающей не ниже 20-26 дБ/окт. При меньшей скорости спада следует подозревать недостаточное быстродействие петли - либо чрезмерно усиление в петле, либо полюса слишком занижены.

Средства достижения этой цели - "короткий" тракт в сочетании с минимизацией глубины ООС.

UPD1  (18.10.2018):  Для предметной иллюстрации - плохой спектр:

5ba12bfb114d0__.thumb.png.63186928547a782ec013226806aaae7d.png

Приборные искажения - порядка 0.01%. Но при этом - забор гармоник, уходящих в бесконечность при недостаточной скорости спада огибающей...

 

Теперь комментарии к разрабатываемой схеме.

Я сторонник отделения мух от котлет - усиление по напряжению должно быть отделено от усиления по току и у каждого из этих функциональных каскадов своя индивидуальная петля ОС.  Такой подход существенно упрощает выполнение требований по устойчивости и чрезвычайно благотворно влияет на спектр, препятствуя перекачке энергии в высшие гармоники, выскальзывающие из под действия физиологического фильтра, определяющего субъективное звучание тракта.

Такая концепция приводит к тому, что выходной каскад (усилитель тока) вырождается в повторитель.

ХИНТ: мне симпатична концепция никитинского выходника на полевых транзисторах - http://www.ant-audio.co.uk/Theory/N-channel MOSFET output stage with improved linearity_Rus.pdf

Потому разрабатываемый в этом НИОКР проект в изрядной степени родственен означенному никитинскому проекту - хотя последний прямым прототипом и не является.

В качестве УН для повторителя, охваченного 100%-й ООС мне захотелось применить свою новую разработку - весьма прикольный парафазный каскад, который в микрофонном преампе (для которого он придуман) показал очень интересный результат:

L1013_S1.gif.f688dc82f7dae0cc0e7c1b68c3e4e4a7.gif

Уникально чистый спектр с единственной палкой с уровнем -120 дБ!

ХИНТ: я мучил этот каскад на предмет того, к чему может привести неидеальность компонентов - подставлял вручную в плечи компоненты с реальным разбросом. И даже при замене модели транзистора на другой тип - то лишь выползала вторая гармоника, но не хуже -110...115 дБ. Высших не наблюдалось!

ХИНТ: каскадик сей довольно прикольный - и весьма непривычно работающий. Потому предлагаю помедитировать над ним как следует, прежде чем вносить контрпредложения и вообще критиковать.

В общем, показало себя нововведение весьма неплохо и в мощном повторителе - при том, что с переключательными искажениями я ещё не боролся. Хотя имею намерение всерьёз с ними сразиться - тем паче, что в предыдущих сезонах ИОР я нашёл эффективный алгоритм противодействия переключалке.

Ключевое решение - отказ от контроля выходного сигнала двухтактным компаратором и замена оного однотактным. Тогда выходной ток формируется не по принципу "от каждой твари по паре" и заменяется принципом "где сколько чего убудет - того в другом месте прибавится". Разумеется, подразумевается взаимодействие плеч.

Но в этом первом подходе я ограничился классическим двухтактом с классическими переключательными эксцессами - и перспективный результат получен именно в таком варианте. Что и вдохновляет.

Едем дальше - оценим петлевое усиление и вообще, что там творится в петле. Для этого посмотрим, что у нас между базами дифф-каскада:

PWR2018s2.gif.b67d02ed33ae914fffe802ae8a17c8a4.gif

Амплитуда сигнала между базами - порядка 100 мкВ, что при входной амплитуде 10 В даёт петлевое усиление порядка 100 дБ (на 1 кГц) Форма сигнала, включающая корректирующие добавки - достаточно плавная. То есть, исходные искажения тракта - весьма небольшие.

Годится! Можно ехать дальше...

Смотрим, что будет на 20 кГц:

PWR2018s3.gif.3a127bef70f3608455306b11489d1ded.gif

Ого! Внушаить (с) Х.М.  На 20 кГц практически не происходит увеличения искажений! Волшебно... Просто праздник какой-то...  :wub:

Впрочем, быстрая петля и есть быстрая петля - и на СЧ, и на ВЧ она трудится не в разнос...

 

Замечания по нюансам.

  • применённый новый каскад изначально парафазный, что открывает перспективу на построение истинно парафазной мостовой схемы;
  • Регулировка начального тока - R5. При этом, смещение термокомпенсированное - поскольку определяется БЭ-переходами Q3, Q5;
  • надо исследовать такой вопрос: не являются ли оставшиеся искажения с явно выраженной чётной структурой остатком того факта, что ток управления нижнего плеча уходит в землю, а ток управления верхнего плеча - в нагрузку, и если это так, то попробовать отвязать управление от нагрузки;

 

(11.0918)  UPD1: Мысль о влиянии тока управления на ток нагрузки оказалась верной! Убрал ток из нагрузки, пустив его на землю через PNP с общей базой, подвязав базу к истоку МОПа, а эмиттер - к нижнему концу R1

Результат такой:

PWR2018s4.gif.486fb8adb23e28fff0d2c4f911c7f93d.gif

Офигеть!!! Спектр - лучше не бывает (не нужно). Падает стремительным домкратом  :o

 

Чё та будет дальше?!

 

(15.09.18)  UPD2:  Глянул фазу.

PWR2018p1.thumb.gif.216cf41cced9728ba3d02066de87b1fc.gif

Гляжу тупо - разрываю петлю, балансирую по режиму и смотрю на графики. Может есть методика глядеть фазу и полюса без разрывания петли?

М-да... Не всё ура.

Петлевое усиление - 100 дБ, как и посчитал выше.

Первый полюс - высоко: 10 кГц. Второй - 1 МГц.

Фаза на 0 Дб - таки забегает за 180... Плохо :aggressive:

По идее - должно выть. Но сим рисует чисто - хотя обычно при возбудных ситуациях он встаёт раком.

Пошёл медитировать - куда выгребать? Опускать первый полюс? Грести на опережение?

 

/продолжение следует/



15 комментариев


Рекомендуемые комментарии

Ну, что? Кто поднимет перчатку - и займётся макетированием в реале?

Мне не с руки заниматься концами в нынешней жизни. А идею довести до живого уся - хотелось бы...

Бензин ваш - идеи наши.  Ы?

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
В 11.09.2018 в 17:28, peratron сказал:

Ну, что? Кто поднимет перчатку - и займётся макетированием в реале?

За непринципиальными отличиями эта схема подобна опубликованной Акулиничевым в журнале Радио №3 за 1980 год.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

В том то и дело, что отличие - абсолютно принципиальное:  в акулиничевском усе реализованно именно то, что и заявлено в статье. То есть, стабилизатор режима. И не более того.

5b9bd544014ec__80-3.gif.04a497dec697ee40fa58c38d86cd743e.gif

В моём усе стабилизация режима - это вторичный бонус. Главное же в том, что каскад на Q2, Q3, Q4,Q5 - это парафазный (балансный) усилитель с очень высокой линейностью и огромным усилением.

У Акулиничева усиление ограничено малым значением входного сопротивления второго дифф-каскада, определяемым сопротивлениями R2 и R4 (2.2 кОм всего лишь).

У меня входное сопротивление ограничено только входным сопротивлением транзисторов - то есть, составляет многие сотни кОм.

Высокая линейность обеспечивается обратной связью через транзисторы Q3, Q5, выполняющие по совместительству роль динамической нагрузки и замыкающие токи первого каскада на шину питания - что далает режим второго каскада независимым от токов первого каскада. Датчиком ООС является R5, потому и получается очень линейно.

Что характерно - в позиции Q2, Q4 прекрасно работают МОПы. Исходно я этот каскад разработал для микрофонного преампа - и там применение 2N7000 вместо ВС550С улучшало параметры (уменьшало единственную третью гармонику ещё на 20...26 дБ).

ХИНТ: прикольно, что эти транзисторы вообще можно ставить разного типа - и существенно работу уся это не изменяет. Подбор Q2, Q4 не нужен.

Важно понять - каскад на Q2, Q4 парафазный: Q3, Q5 поддерживают суммарный ток на R5 неизменным - что приводит к связи плеч по принципу "чего в одном месте убудет, того в другом прибавится".

По входу этот каскад - токовый. И усиливает с гигантским коэффициентом токовую разницу - стабилизируя при этом их сумму. Другими словами, каскад имеет очень высокий КОСС.

Очено важно! Частотные свойства очень высоки - при этом, местные ООС в этом каскаде не портят фазу в общей петле.

Я пока не оценивал фазовые характеристики этой новой конфигурации - но меня впечатлило, что на 20 кГц искажения не возрjсли (!!).

Я пока только начал изучать свойства этого нового усилителя и не всё проверил досконально - на сам по себе уровень искажений о многом говорит. Я в симуляторе такого ещё не видел...

 

И, да - спасибо за указание на акулиничевскую разработку. Действительно, есть нечто общее и в обсуждение его надо включать. Но разница - конкретна и принципиальна!

 

 

 

И ещё...

Применение мощных МОПов - довольно принципиально в данном случае: отсутствие токовых искажений существенно увеличивает общую линейность.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
3 часа назад, peratron сказал:

У меня входное сопротивление ограничено только входным сопротивлением транзисторов - то есть, составляет многие сотни кОм.

Для триодов, имеющих h21э=100 на токе 4мА дифференциальное входное сопротивление выходит 1,5 кОм. У Акулиничева же - 4кОм (1,3мА) при 4,4кОм шунтирующей нагрузки. Ну да, преимущество в +6дб.

Не делайте из усиления культа. Каскады с ОЭ (и дифкаскады в том числе) не дадут вам его реализовать, вынуждая опустить частоту среза частотной коррекции (не предусмотренной, кстати) подальше от предельной частоты транзисторов.

У того усилителя была проблема с устойчивостью, причем для разных полуволн сигнала не симметрично.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Не делайте из расчёта на пальцах культа - просимулируйте и найдите ошибки в своих представлениях о работе схемы.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
7 часов назад, peratron сказал:

найдите ошибки в своих представлениях

Будьте добры, назовите их сами, но только конкретно и лаконично. - Ума не приложу, какие такие "ошибки в своих представлениях" я по-вашему должен найти и зачем. Новых представлений схема не вызвала, а прежние досель не подводили.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Зарядите схему в симулятор и проведите измерения.

Первая ошибка - это пытаться оценить схемотехнику на пальцах.

Что касается особенностей схемы - я выше уже сказал:

13 часа назад, peratron сказал:

По входу этот каскад - токовый. И усиливает с гигантским коэффициентом токовую разницу - стабилизируя при этом их сумму. Другими словами, каскад имеет очень высокий КОСС.

Это система с параллельной ООС - что принципиально меняет представление о работе всего усилителя.

 

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Ошибка дает неправильный результат, на который Вы не затруднились бы указать.

1 час назад, peratron сказал:

что принципиально меняет представление о работе всего усилителя

- Хорошо уже, что хоть у кого-то. :)

@peratron Вы бы спецификацию выложили коллективу, а еще лучше - модель.

 

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Что именно вы хотите доказать?

Что вы персонально умней симулятора и считаете точней, чем компьютер?

Есть данные симуляции - они вполне конкретно показывают, что схема обладает необычными возможностями. Вы говорите, что не обладает? Ну-ну...

8 минут назад, J_Ohm сказал:

Вы бы спецификацию выложили коллективу, а еще лучше - модель.

Спецификацию чего?

Модель чего?

Схема приведена, приведены результаты симуляции.

Модели использованы стандартные - которые в классических схемах показывают параметры, соответствующие этим схемам. То есть, уровень артефактов - на один-два порядка выше,  что совершенно соответствует среднему по отрасли.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

М1 и М2 - стандартные модели irf740 из ОрКАДовской библиотеки.

Могу распечать спайс-модель - хотя она совершенно стандартная.

Остальные транзисторы - BC550C/560C, тоже стандартные.

Мне интересна перекрёстная проверка - на других симуляторах. Такое сравнение прибавит объективности...

Изменено пользователем peratron

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Глянул усиление на входах своего парафазника - с баз Q4, Q2 и до нагрузки 4 Ом усиление 60 дБ.

Входной дифкаскад добавляет до 100 дБ, то есть даёт ещё 40 дБ...

2 минуты назад, NBN сказал:

А что с максимальным размахом напряжения на выходе?

Ну, что и должно быть: низ качается до насыщения нижнего полевика, верх не докачивает до шины питания парафазника 1.2 В + напряжения открывания верхнего полевика. Потому пришлось добавить маломощный источник на первый случай. В принципе, можно обойтись бутстрапом - потребление небольшое.

Но на данном этапе это не имеет значения - это нюанс второго порядка значимости. Сейчас важно определиться с потенциальным уровнем искажений, фазой и прочими петлевыми заморочками.

А так - качает от рельса и до рельса. Как и положено...

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

(15.09.18)  UPD2:  Глянул фазу.

(картинка - в основном тексте)

Гляжу тупо - разрываю петлю, балансирую по режиму и смотрю на графики. Может есть методика глядеть фазу и полюса без разрывания петли?

М-да... Не всё ура.

Петлевое усиление - 100 дБ, как и посчитал выше.

Первый полюс - высоко: 10 кГц. Второй - 1 МГц.

Фаза на 0 Дб - таки забегает за 180... Плохо

По идее - должно выть. Но сим рисует чисто - хотя обычно при возбудных ситуациях он встаёт раком.

Пошёл медитировать - куда выгребать? Опускать первый полюс? Грести на опережение?

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
3 часа назад, peratron сказал:

Спецификацию чего?

Модель чего?

Как чего? Схемы, конечно.

Скрытый текст

Спецификацией называется перечень элементов на схеме. Модель всей схемы для симуляции как правило можно перемещать в виде файла. У вас в OrCad не так что ли?

 

1 час назад, peratron сказал:

По идее - должно выть.

Квазистабильность. Кратковременная перегрузка схемы поможет ей прийти к самовозбуждению. В реальности обычно заводится от чиха.

Изменено пользователем J_Ohm

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас