Усилитель мощности Параллакс. Эволюция простых сверхлинейников

[finn32]

ОПИСАНИЕ

Параллакс- дальнейшее развитие и усовершенствование схемы простой версии Паруса/ПараФинна.

https://forum.cxem.net/index.php?/topic/210889-усилитель-парафинн/&do=getNewComment

Товарищ Rus2000 с RCL, всем нам хорошо знакомый, проанализировал имеющиеся возможности дальнейшего набора петлевого усиления для этой топологии и предложил простое и изящное решение: параллельный НЧ канал с интегратором третьего порядка.

Само решение интегратора не ново. Впервые оно было применено Владимиром Платошкиным в его усилителях Велес и Сталкер-2. Далее идею интегратора накачки развил Евгений Букварев в своем усилителе "Интеграл". 

https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=90347

Который стал логичным продолжением темы Евгения по интегратору накачки.

https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=88580

Следующим шагом в наборе петлевого усиления, при помощи интегратора накачки, стал ВВ-2021, разработанный Евгением в соавторстве с Вадим Авхимовичем, ака belka.

https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=90315

Увеличение порядка интегратора от изначальной идеи Евгения дало свои плоды в усилителе Параллакс.

Также немаловажную роль в наборе петлевого усиления сыграло применение разделенной нагрузки УН с резистором ПОС. Этот метод тоже был опробован Евгением Букваревым в усилителе "Интеграл" и показал хорошие результаты.

Усложнение схемы на десяток копеечных деталей позволило получить петлевое усиление 150 дБ/20 кГц и до 220 дБ по диапазону.

Расчетные КНИ в звуковой полосе.

Расчетные ИМИ.

Для проверки всех выкладок и расчетов мной была трассирована и заказана двухслойная плата с возможностью сборки как простой версии ПараФинна, так и его модифицированной версии без параллельного НЧ канала и с ним. По результатам долгого и тщательного макетирования была оставлена такая схема.

Как видим, все лаконично и просто.

Особенности схемы относительно предыдущей версии младшего ПараФинна:

-увеличено входное сопротивление до 10 кОм.

-ППК поставлена между входами ОУ.

-добавлен параллельный НЧ канал на OP2.

-исключен межэмиттерный дроссель индуктивной коррекции дифкаскада и резистор последовательно с ним.

-применены опоры на светодиодах.

-добавлена триггерная защита по току на тиристоре, простая и надежная.

- используется разделенная емкостная нагрузка УН, что позволяет значительно поднять его усиление. 

Схема выше является  базовой  для самостоятельного трассирования и повторения усилителя. Принципиальных ошибок не содержит, 200% работоспособна.

ВАРИАНТЫ СБОРКИ

Платы, разосланные форумчанам, которые учавствовали в заказе, позволяют реализовать все 3 версии усилителя: младший ПараФинн по схеме из соответствующей темы по ссылке выше, ПараФинн по новой схеме без параллельного канала и, непосредственно, Параллакс. 

На младшем предыдущей версии подробно останавливаться не буду, там все примерно понятно. 

Для продвинутой версии ПараФинна без НЧ канала на готовой плате схема выглядит так.

Н.У. на схеме- те детали, которые не устанавливаются в данной версии схемы. Красным пунктиром- заземление базы Т2, которое необходимо выполнить, если ОР2 не установлен.

Схема имеет примерно 106 дБ петлевого без индуктивной коррекции (что дополнительно улучшает помехозащищенность), увеличенное до 10 кОм входное сопротивление, токовую защиту триггерного типа (можно не распаивать, но я советую защиту, все же, ставить), 2 пары выходных транзисторов для уверенной работы на 4 Ома без резкого спада беты и ухудшения частотки. Характеристики по искажениям примерно равны или немного лучше таковых у младшей версии ПараФинна. 

Схема Параллакса на готовой плате выглядит так.

Детали Н.У. по прежнему не устанавливаются. Остальное собирается по схеме. 

Собранная плата во время тестов.

НАСТРОЙКА

Важно! Во время сборки R35 не запаиваем! Это нужно будет для корректной настройки ППК.

Основа настройки этой топологии усилителя- ПротивоПерегрузочная Коррекция (ППК). Представлена RC-цепочкой R3C3. Для упрощения настройки и некоего усреднения результатов от экземпляра к экземпляру, С3 выбран фиксированным. Начальные номиналы резистора R3 указаны ориентировочно (для версии без НЧ канала и с ним они различны). В процессе настройки R3 заменяется подстроечным многооборотным, 4,7- 10 кОм, на коротких проводках, включенный по схеме реостата. 

Процесс настройки следующий:

-устанавливаем начальные номиналы ППК по схеме для соотв. версии усилителя.

-сажаем усилитель на радиатор (обязательно!)

-на выход усилителя вешаем LR фильтр, после него щупы осциллографа (без нагрузки!)

-включаем усилитель через лампу и смотрим выход. Отсутствие периодических колебаний на выходе говорит о том, что номиналы ППК корректны и генерации на начало настройки нет.

-измеряем постоянное напряжение на выходе. При указанном ОУ оно не должно превышать 20 мВ.

-убеждаемся в корректности регулировки термоузла. Для этого вращаем подстроечник установки ТП R22 ПРОТИВ часовой стрелки. Лампа в первичке должна начать светиться, что означает корректную регулировку ТП.

-исключаем лампу, устанавливаем рабочий ТП ВК 70-100 мА и подаем на вход синус 1 кГц. Увеличиваем сигнал до начала ограничения и смотрим, что кажет осциллограф. Переходы в ограничение и обратно должны быть чистые, без бахромы  и больших всплесков. Должно получиться примерно так.

Дальше подаем синус 10-20 кГц и опять смотрим. Такой вид- очень хорошо.

Может быть чуть хуже, больше "запилы". Это не критично для таких частот.

Квадрат особо смотреть смысла нет, но я сфоткал на всякий. На 20 кГц имеет вид.

Если при подаче сигнала на экране видим такое,

то это значит, что необходима подстройка резистора ППК. Делаем это в режиме онлайн, вращая движок подстроечника и наблюдая, как меняется картина. Как добились хорошего сигнала- настройка закончена.

-далее проверяем сигналы под нагрузкой. Для этого можно использовать эквивалент 4-6 Ом соотв. мощности. Сигналы на ХХ и под нагрузкой в продвинутой версии ПараФинна и в Параллаксе отличаться не должны. 

-впаиваем R35 и переходим к настройке токовой защиты.

 

Настройка защиты

Практика показала, что настройка токовой защиты с помощью опорного напряжения иногда не очень удобна и не всегда корректна, т.к. учитывается мгновенная мощность и пиковый ток. 

Для корректной настройки защиты усилитель необходимо запитать от штатного БП либо от БП с близким к штатному напряжением. Далее, нагрузив усилитель на эквивалент 4 Ома, поднимаем сигнал на выходе до тех пор, пока не начнется ограничение. Если при этом будет срабатывать защита, то, вращением подстроечника R34, загрубляем порог и продолжаем. Как только ограничение достигнуто, снижаем выходную амплитуду на 2 Вольта и так оставляем. Теперь, подстроечником R34, снижаем порог Токовой Защиты (ТЗ) до тех пор, пока не произойдет сработка. Снижаем амплитуду на выходе, сбрасываем ТЗ и убеждаемся, что сработка происходит за пару вольт до ограничения. Повторяем процедуру несколько раз, при необходимости подстраиваем порог. После настройки подстроечник лучше зафиксировать лаком, чтобы случайно не крутануть при настройке ТП.

ЗАМЕНЫ 

Входной ОУ: допустима замена практически на любые типы с соответствующими изменениями расчетных характеристик и обязательной подстройкой ППК. 

ОУ интегратора: допустима замена практически на любые ОУ. Оптимально TL071, LF356, КР544уд1.

Транзисторы ВК: теоретически любые. В макете применены 1943/5200.

Транзисторы драйверов: помимо указанных на схеме с аналогичной цоколевкой пойдут 2SA1837/2SC4793, KTA1837/KTC4793, 2SA1930/2SC5171. Возможно будут работать КТ850/КТ851, но этот вариант не проверялся.

T1,2,3,4,5 при питании до +-35 (не выше!), можно применять практически любые в корпусе ТО-92 с напряжением К-Э не ниже 65 В. Кроме 5551/5401 хорошо работают BC546/556, корейцы 1024/3206, оригиналы 1145/2705 , 992/1845 и т.д.

При питании выше +-35 следует применять транзисторы в ТО-126, т.к. рассеиваемая мощность на них уже превысит возможности ТО-92.

Максимальное напряжение питания рекомендуется не выше +-45 В. При таком питании можно применять пары 1380/3502, 1381/3503, 1142/2682, 1109/1609, 940/9115 Нежелательно, но можно 649/669, 340/350. 

Важно!

Применение транзисторов с меньшими или бОльшими межэлектродными емкостями, нежели указанные на схеме, приводит к необходимости подстройки ППК из-за изменения петлевого усиления.

О ЗВУКЕ

Звук усилителя абсолютно нейтральный, прозрачный, без превалирования по диапазону, как и положено сверхлинейнику. Первый ПараФинн себя уже зарекомендовал в этом плане.  Возникнет вопрос, а есть ли разница между петлевым в 106 дБ и 150 дБ с параллельным каналом? Отвечу: на уровне самовнушения, или я не смог услышать в своей системе. Но слушал я пока только один канал. Поэтому окончательные выводы чуть позже. 

На выходных составлю список деталей для имеющихся плат и дополню тему.

Параллельно Rus2000 сделает тему на RCL, где можно будет задать вопросы непосредственно автору схемы и обсудить теоретические вопросы, если таковые появятся.

 

 

 

 

 

 

[Adver]

[Obergan Alexey]

1 hour ago, finn32 said:

пары 1380/3502, 1381/3503

Данные пары были уже опробованы в железе ? В Большевике вроде как с ними были проблемы с устойчивостью.

А за усилитель респект! 150 дБ петлевого, это уже какая-то запредельная цифра  Интересно, будет ли преодолён порог в 200 дБ на 20 кГц

Edited March 24 by Obergan Alexey

[Adver]

[finn32]

4 минуты назад, Obergan Alexey сказал:

Данные пары были уже опробованы в железе ? В Большевике вроде как с ними были проблемы с устойчивостью

Опробованы. 

В Большевике с ними портился клип, общая устойчивость почти не страдала. Проблема в Большевике решается одним дополнительным диодом. Но я на это "забил" там.

[Adver]

Вебинар «Мощные модульные системы питания MEAN WELL 3+N. Новинки и хиты» (22.06.2023)

Приглашаем 22 июня на вебинар, посвященный подходу компании MEAN WELL к созданию мощных управляемых систем низковольтного и высоковольтного питания и зарядных установок для промышленного, технологического, телекоммуникационного, медицинского, радиопередающего и другого оборудования, а также для систем альтернативной энергетики.

На вебинаре мы рассмотрим новинки и серийную продукцию в концепции «3+N», расскажем об этой концепции и о том, как создать из готовых модулей систему питания мощностью до 360 кВт с напряжением до 380…400 В (постоянного тока). Будут представлены ИП с рециркуляцией энергии для тестового оборудования и модули управления питанием. Подробнее>>

[Ulis]

del

был невнимателен

Edited March 24 by Ulis

[Adver]

Замена DC/DC-преобразователями MORNSUN изделий европейских производителей

Третье поколение DC/DC-преобразователей популярного китайского производителя MORNSUN для монтажа на печатную плату не только не уступает по характеристикам изделиям европейских производителей, но и превосходит их по таким параметрам, как напряжение изоляции, рабочий температурный диапазон и максимальная емкость нагрузки.
Читать статью>>

[Obergan Alexey]

Правильно ли я понимаю, что повышенные требования предъявляются к резисторам R1, R2, R4, R5 ? Т.е. минимальный ТК, плюс максимальная прецизионность ?

[finn32]

Да.

R1,2,4,5 желательно ставить точную тонкопленку или мельфы, если есть возможность.

Но это не только здесь, а в любом усилителе желательно делать.

[Adver]

ИП MORNSUN на DIN-рейку для промавтоматизации – аналог продукции известных брендов

Специалистам по промавтоматизации и системным интеграторам, до недавнего времени применявшим в ответственных проектах высококачественные источники питания производства Phoenix Contact, PULS и прочих подобных производителей, после их ухода с российского рынка следует обратить внимание на высокотехнологичные DIN-реечные серии ИП LIMF, LIHF и LITF производства MORNSUN. Читать статью>>

[dmitry287]

20 часов назад, finn32 сказал:

-убеждаемся в корректности регулировки термоузла. Для этого вращаем подстроечник установки ТП R21 ПРОТИВ часовой стрелки.

Ошибочка в описании... ТП регулируется R22.

[finn32]

Поправил.

[Yurik_V]

Сегодня после обеда в свободное от отдыха время намалевал плату. Подозреваю, что получилось что-то типа "третий сорт - не брак". )

[finn32]

Термо очень далеко от ВК.

Всю плату нужно ужимать в длину и УН поближе к ВК перетащить.

Пока 3-й сорт, да.

При таких размерах СМД не нужны, тут можно все на трухолах выполнить.

[Dormedont]

В 24.03.2023 в 15:26, finn32 сказал:

Максимальное напряжение питания рекомендуется не выше +-45

Есть готовый трансформатор, выдаёт после выпрямителя +- 49в при максимальном напряжении в сети.

Допустимо такое напряжение или придётся отматывать? 

[finn32]

Это много. Отматывать.

[belinsk]

55 минут назад, Dormedont сказал:

Допустимо такое напряжение или придётся отматывать? 

Как вариант можно домотать ещё одну обмотку и соединить последовательно с первичкой.Индукция снизится и напряжение на вторичке тоже.За одно и ток холостого хода уменьшится.При необходимости дополнительную обмотку можно отключить и использовать трансформатор с родными напряжениями.

[J_Ohm]

В 24.03.2023 в 16:55, Obergan Alexey сказал:

150 дБ петлевого, это уже какая-то запредельная цифра  Интересно, будет ли преодолён порог в 200 дБ на 20 кГц

Динамический диапазон слуха от порога чувствительности до болевого всего 130 дБ. - И это ведь даже не для порождаемых и маскируемых полезным сигналом искажений. Кто бы ни услышал улучшение звука при таком раскладе, он себе бессовестно врет.

[finn32]

Вопрос не столько в улучшении или в ухудшении, вопрос, есть ли разница вообще. А она может иметь место и зависеть не столько от абсолютных величин измеренных статических искажений, сколько от порождаемых интермодуляционных и динамических. Последние вообще стандартными методами не измеряются. Метрология тут больше формальная, спортивная, так сказать.

[J_Ohm]

7 минут назад, finn32 сказал:

А она может иметь место

Не может. - При такой глубине, - ну никак.

[finn32]

Утверждение из серии: "Суслика видишь?".

То, чего не слышали лично Вы, от Вашего мнения не зависит.

[J_Ohm]

Меньше всего это зависит от мнения, основанного на прослушивании воочию.

[finn32]

Вы воочию слушали глубокоосники и сравнивали их при прочих равных? 

[Aleksey Roslik]

Сверхглубокоосники это очень интересно, и очень познавательно видеть новые реализации. Однако я вижу в этом не более чем спорт, интересный с точки зрения инженерной, но абсолютно безсмысленный с точки зрения всей системы в комплексе, источник - усилитель - АС - помещение в котором стоит АС - человеческое ухо. А это ещё не вникая в то, на какой аппаратуре была вообще произведена запись и т.д. 

Линейные усилители с глубиной ОС хотя бы 40-50дБ на частоте 20кГц, я уверен в 99% случаев с учётом вышеописанных внешних факторов отличить невозможно. 

44 минуты назад, finn32 сказал:

есть ли разница вообще

 

47 минут назад, finn32 сказал:

сколько от порождаемых интермодуляционных и динамических. Последние вообще стандартными методами не измеряются.

Тут с Вами полностью согласен, последнее время я об этом задумывался неоднократно, очень интересно было бы побольше узнать информации на тему измерения этих самых искажений. Прошу прощения за оффтоп, может направите в нужную тему где это обсуждалось? (Может в личные сообщения) буду очень благодарен

[J_Ohm]

22 минуты назад, finn32 сказал:

Вы воочию слушали глубокоосники и сравнивали их при прочих равных? 

Нет, я не нахожу в таком сравнении объективности.

[finn32]

6 минут назад, Aleksey Roslik сказал:

Линейные усилители с глубиной ОС хотя бы 40-50дБ на частоте 20кГц, я уверен в 99% случаев с учётом вышеописанных внешних факторов отличить невозможно. 

Возможно. Нужен хороший тракт. Уже 100500 раз писАл.

8 минут назад, Aleksey Roslik сказал:

Прошу прощения за оффтоп, может направите в нужную тему где это обсуждалось?

Этим вопросом плотно занимались на Вегалабе. В частности Евгений Букварев. В некоторых его темах проскакивала информация,точно не скажу в каких. Можете написАть ему в ЛС, чтобы из первых рук, так сказать.

3 минуты назад, J_Ohm сказал:

Нет

Тогда откуда выводы? 

[J_Ohm]

1 минуту назад, finn32 сказал:

Тогда откуда выводы?

Из расчета.

[finn32]

Предоставьте расчет, посмотрим его объективность.

[belinsk]

Лучшее враг хорошего!Но практически у всех людей есть непреодолимая тяга к лучшему!Если для получения 150дб схема усложнится на один ОУ и несколько пассивных элементов и при этом усилитель устойчив и с хорошим клипом,то почему бы и нет?Даже если на слух это не отличимо от 105дб!