Усилитель без ОООС, для комбика... и не только

[Elick]

Наконец таки закончил я "научную" часть и макетирование. Цель - Оконец с мягким ограничением, и, по бюджетным возможностям, максимально ламповым звуком. Сразу оговорюсь, из ламповости там токовый выход, мягкое ограничение (даже при 3-х кратном!!! превышении входного сигнала на экране всё кругленько, и на слух совсем не противно), и изменение скважности сигнала при перегрузе, причём меняется она плавно. Никаких заумных изысков по иммитации насыщения транса конечно нет. Если кто хочет, в эту схему легко ставится транс, т.к. схемотехника ламповая.
При проектировании опирался на известную схему от Медведа, http://gtlab.net/gtlab2/print.php?type=A&item_id=59 но перелопатил её практически в 0. От исходника не осталось почти ничего. От входного каскада отказался сразу, для его успешной реализации требуется полевик с напряжением отсечки в полпитания. У меня такого не было, да и опера сейчас не дороже.Усилительную часть сделал ОИ-ОБ, так как он мне очень понравился в Бобовой примочи, как на чистом, так и на перегрузе. Ну и выход сделал ОИ, по аналогии ОК. Всё это отлично работает на макете, но до переноса на чистовик, хотел услышать отзывы от форумчан по поводу схемотехники. Надеюсь на хорошие дельные предложения. Итак схема:
http://img833.imageshack.us/img833/1223/schematee.jpg
Осциллограммы на эквиваленте:
Вход 1В эфф: http://img854.imageshack.us/img854/5982/70611651.jpg
2В эфф: http://img528.imageshack.us/img528/363/26903983.jpg
3В эфф: http://img43.imageshack.us/img43/1434/95880811.jpg
4В эфф: http://img689.imageshack.us/img689/5319/63969086.jpg
Одним файлом + моделька для LTspice http://www.onlinedisk.ru/file/925196/
На картинках не осциллограммы, но на осциллограммах всё 1в1 кроме наклона полочки на "4В эфф". На осциллограмме полочка чуть более пологая.
Мощность в номинале 10W.
По звуку все сошлись в одном: это ламповые 10W. Видимо сказалась сглаживание пиков сигнала, как в ламповом прототипе. Поэтому громкость можно делать побольше, и при этом не режет уши на пиках, как в традиционных каменных усях. Конец звук не красит, очень чистый и читаемый верх, глубокий, рояльный низ, воздушная серединка. Звучит красиво, но пока не было рядом лампового комбика в таком формате, чтоб сравнить лоб-в-лоб.
Если кому интересно могу описать методику отстройки.
Из недостатков необходимость 4-х независимых источников питания, средний КПД ~45%.

P.S. На основе этой же схемы был намакечен усил с выходной мощностью 100W на 8Ом. Его перегрузочные способности пока проверить не удалось ввиду отсутствия мощного трансформатора с нужными токами. Скажу пока, что всё нормально работает при питании выхода 2Х80В, и преда 90В. Схема почти та-же, за некоторыми дополнениями. Как пройдёт испытания и её выложу, если будет интерес.

[Rst7]

Всё это отлично работает на макете, но до переноса на чистовик, хотел услышать отзывы от форумчан по поводу схемотехники. Надеюсь на хорошие дельные предложения.

Слишком много лишних деталей.

Кроме того, я щас не соображу, но кажется в конкретно такой топологии все-таки выходной каскад в виде повторителя будет, а не в виде генератора тока. Точнее скажу завтра, когда такой каскад нарисую, щас лень (ибо Ваш .asc не открывается нормально).

[Rst7]

Дабы не быть голословным за лишние детали - http://forum.gtlab.net/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1321372880

[Elick]

@ Rst7

Я пробовал повторитель. Мне не понравился звук. Он зажатый был, почему и перешёл на ИТ. Может Вы предложите как то по другому. У меня было примерно так: http://img692.imageshack.us/img692/8886/powerfet.jpg

[Rst7]

У меня было примерно так:

Вот то, что было - это повторитель чистой воды. То, что у Вас стало - это нечто среднее - выходное сопротивление повысилось, но ненамного (если я, конечно, щас полусонный не ошибаюсь, точнее скажу завтра). Посмотрите по ссылке, которую я дал, на "вариант 2" - там как раз все реализовано так как надо.

[Rst7]

Проверил. Ваш выходной каскад - тоже повторитель, с малым Rвых.

На рисунке - выходной каскад Вашего усилителя без лишней обвязки и два графика - АЧХ на нагрузке в виде Celestion V30 у Вашего усилителя и у просто генератора тока (который I1).

[Elick]

@ Rst7

ОК, что исправить?
Как я понял из Вашей темы, должно получиться что то типа этого: http://img840.imageshack.us/img840/4435/cur.png

[Rst7]

Как я понял из Вашей темы, должно получиться что то типа этого:

Не совсем. Посмотрите на мою схему - там сигнал получается приложенным к участку затвор-исток выходных транзисторов. Чтобы этого добиться сделано вот что - нагрузка транзисторов фазоинвертора включена между затворами и истоками выходных тразисторов (резисторы по 10к), а режим по постоянному току устанавливается генераторами тока. В Вашей схеме для этого надо просто заменить резисторы по 3к на генераторы тока. Ну и получить в результате мою схему - ибо все остальное у Вас в схеме лишнее - операционники и т.д. Если уж очень хочется (или нет в наличии LND150) - можно фазоинвертор выполнить на каскоде полевик-биполярник. Генератор тока в истоках, кстати, очень желателен для лучшей балансировки плеч.

[Elick]

@ Rst7

Дык это, вроде как, класс А получается. Ну, или очень к нему близко. Или не прав?

[Rst7]

Дык это, вроде как, класс А получается. Ну, или очень к нему близко. Или не прав?

AB. Кстати, со всеми вытекающими типа "удвоения проводимости". Посему я и не стал реализовывать в живом железе.

[Elick]

@ Rst7

Не пойму, чем Вы выставляете ток покоя? Он напрямую зависит от напряжения на затворе выходного мосфета, соответственно от токов U5&U7.
В принципе, если в моей схеме увеличить резисторы в истоках выходных мосфетов, то получим тот самый токовый выход. По симу вроде получается.

[Rst7]

Не пойму, чем Вы выставляете ток покоя? Он напрямую зависит от напряжения на затворе выходного мосфета, соответственно от токов U5&U7.

На постоянное напряжение на затворах влияет соотношение тока генератора для диффкаскада и токов дополнительных генераторов. Разница этих токов выделяется на затворных резисторах.

В принципе, если в моей схеме увеличить резисторы в истоках выходных мосфетов, то получим тот самый токовый выход. По симу вроде получается.

Нет. Важна точка приложения входного сигнала к выходному каскаду. Между чем и чем. Увеличением резисторов в истоках ничего не добьетесь.

[Elick]

@ Rst7

Ещё можно поиграться резистором, который Вы поставили в посте 5 этой ветки размером R10 - 10МОм. У меня при 100k получаются интересные результаты в звуке. Звук вообще стал лампу напоминать. Проверил по симу, появилась ступенька на перегрузе, как в классе В. Пока осциллограмму не снимал, клиента не могу от комбика оторвать, так звук нравится!   

http://img829.imageshack.us/img829/6180/stepw.jpg

Это при 3-х кратном перегрузе входа по напряжению.

Попробуйте в Вашем симе поиграть этим резистором. У меня нет спайса селешена, и опыта намного меньше Вашего.

[Vilsi]

а можно и я вставлю слово в беседу двух спецов?
1. а вот обязательно шунтировать стабилитроны большими электролитами?
2. имхо верхним по схеме ОУ можно попасть на некоторые неудобства. поскольку операционник довольно высокочастотный, то как бы не нарваться на
а) увеличение шумов.
б) неустойчивость (потенциальная) схемы. правда, в данном случае именно эта фишка может быть весьма приятна. кажется, как раз Rst7 недавно поднимал такую тему.

[Elick]

@ Vilsi

1. Стабик на 15В необязательно, при условии, что питание 30В стабилизировано. Вообще 30В нужно очень тщательно отфильтровать, т.к. ОИ&ОБ очень чувствительны в плане фона питающей сети. У меня стоит дроссель с ёмкостью 4700мФ, потом стабилизатор на ЛМ-ке потом 470мФ. Стабилитрон шунтирован 100мФ и плёнкой 100n. Фона не слышно.
А вот второй стабилитрон в базах нужно шунтировать. Там ёмкость не менее 100мФ и чем качественней, тем лучше. Дело в том, что при работе этого каскада на базах возникают колебания с частотой сигнала, и если не отфильтровать их, то слышна грязь. Я не могу точно описать как это на слух, но это слышно. У меня стоит твердотельный электролит 100мФ и зашунтирован плёнкой 1мФ.
2. Верхний по схеме ОУ просто инвертирующий повторитель. Вообще тут ОУ выполняет роль фазоинвертора. Никакого усиления в первом каскаде не происходит. В режиме повторителя, насколько я знаю, из опыта, любой ОУ очень устойчив. В крайнем случае можно зашунтировать 100к в ООС верхнего ОУ пикушной ёмкостью.
Я уже давно перешёл на конструирование усилителей с усилением напряжения в одном каскаде. Они намного лучше звучат т.к. у них практически отсутствуют интермодуляционные искажения. Про фазовые я вообще молчу, надеюсь это понятно.
А по поводу неустойчивости, было собрано 2 экземпляра этого усилителя на макетах. Один с питанием как на схеме, второй с питаниями преда 90В, оконечника 2Х85 (ХХ), с двумя парами IRFP250 на конце. Обе схемы заработали сразу, есна, после соответствующей настройки по постоянке, но мощного источника 2х85 пока нет, и проверить мощностной режим пока не удалось.

[Elick]

Проверил осциллографом, действительно есть ступенька.
Вот тут: http://forum.gtlab.net/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1321372880/15#15
Михаил, ака OldMike специально делал иммитацию такого режима.

...
Цепочки у затворов МОСФЕТов имитуруют режим захода оконечника при перегрузе в режим В, т.е появление допольнительной ступеньки, как у лампового аналога. Если это не нужно - их тоже можно убрать...

Есть ещё одна фишка у этого усилителя. Если кто решит переделать УН в этой топологии на N-channel JFET, то нужно переделывать и выходной каскад на P-channel MosFET. Это потому, что как было указано выше, УН при перегрузе меняет скважность, и если Вы оставите выход как есть, то получите сквозные токи, т.к. скважность будет складываться по плечам, и при перегрузе, даже менее, чем в полтора раза, будет очень славный разогрев оконечников, вплоть до теплового пробоя. В данном схемном решении скважность вычитается по плечам, и таких траблов не происходит.

[Vilsi]

ну, в общем, ясно. хотя ОУ в режиме повторителя (и таки инвертора) - это для него самый тяжелый режим.
а про неустойчивость имел ввиду, что сам ОУ переходит в режим потенциальной неустойчивости (инвертор) при возникновении паразитных емкостей на инвертирующем входе, например, при изготовлении печатки, упаковке в корпус и т.д. причем при выбранных резисторах в 100к тут достаточно 5 пик, чтобы получить не совсем то, что хотелось. хотя ессно, те же 5 пик в обратной связи эту проблему решат кардинально. 

[Elick]

@ Vilsi

Резисторы можно уменьшить вплоть до 1к, если пред может работать на такую нагрузку. 100к выбрано для "стандартизации"

[Elick]

...
 Важна точка приложения входного сигнала к выходному каскаду. Между чем и чем
 ...

Всё правильно, этот резистор как раз и меняет соотношение для точки приложения. Его можно сделать подстроечным и регулировать выходное сопротивление. Кажется так, во всяком случае, по звуку очень похоже. До теоретического обоснования пока не дошёл.

[Rst7]

Всё правильно, этот резистор как раз и меняет соотношение для точки приложения.

Неправильно. На самом деле в упрощенной схеме этот резистор вообще ни на что не влияет (может быть хоть равным 0, введен мной только для наличия соединения части схемы с землей), а в Вашей большой неясно, похоже просто вылетает из режима каскад раскачки.