Gtlab Forum

Тематический => Негитарная электроника => Тема начата: Peratron от Декабря 17, 2017, 08:15:04 pm

Название: История одной разработки: сезон 3 (тизер)
Отправлено: Peratron от Декабря 17, 2017, 08:15:04 pm

Почему такое название?
А патамушта (тм) это ещё не сам полноценный сериал в стиле "дневник разработчика" - там многабукафф и потому логически связный материал в полном объеме родится не в ближайшее мгновение (тема трудная и пропахано много конструкторских бугров).
Вместе с тем, я живу в здесь-и-сейчас - и то, что было вот только что на моём конструкторском столе, требует выхода здесь-и-сейчас.
А завтра оно умрёт, утонув в болоте текучки и повседневщины.
А то, что техническую ценность этот мновенный результат таки представляет - не сомневаюсь.
Хотя это и не законченное решение - но даже неудачная, не заработавшая как надо схема представляет ценность для общего анализа.
Потому попробую начать не с начала - а с того, что ближе всего.
А когда пропишу в разумном формате то, что предшествовало дню сегодняшнему - обязательно прибавлю к теме.

Основной поток сознания - тут: http://peratronika.ucoz.ru/forum/7-203-1
Там пока только предисловие - кого сама тема заинтересует, загляните для лучшего понимания.

Для начала - лёгкое предисловие и тут.
Сезон 3 посвящён концептуальной разработке новой концепции УМЗЧ. А именно: разделение сущностей - гибридизация аналогового и цифрового (импульсного - строго говоря) способов усиления с разделением функций.
То есть, за качество звука отвечает строго аналоговая часть схемы, а цифровая - только за снятие с аналоговой части излишнего тепла.

Данный эпизод касается поиска наиболее удачной конфигурации цифровой части.

В предыдущих сериях (ТМ) исследовано несколько конфигураций (про них будет рассказано в полном варианте опуса). ЗиС (здесь-и-сейчас) исследуется конфигурация с синхронным выпрямителем: в питании УМЗЧ используется концепция разделения питания модулей - для чего сетевой модуль ограничен выпрямителем и генератором меандра (100...200 кГц / 155 Вольт), а все остальные потребители трансформатор и вторичный выпрямитель несут в себе.

Для питания аналоговой части нужно "летающее" питание с большим током (пиковый ток нагрузки) и управляемым напряжением Un + Ua (то есть, напряжение на нагрузке плюс остаток, достаточный для работы аналогового звена в режиме электронного фильтра).

Схема с синхронным выпрямлением получается наиболее элегантная - по сравнению с импульсными стабилизаторами, работающими асинхронно: аттач 1

[не знаю, как вставлять картинки в текст - потому они будут в аттаче в порядке упоминания]

Управление производится ШИМом, который генерится моновибратором на 555.
Удвоение тактовой частоты очень благоприятно сказывается на качестве работы - при частоте меандра 100 кГц, питание производится с частотой 200 кГц.
Кроме того, когерентность уменьшает помехи.

Ну, и главное - получается очень хорошая динамика управления: аттач 2
Управляющая функция на графике - жёлтая.
Выходное напряжение (на нагрузке 4 Ом) - синее.

Нелинейность управления в данном случае вызвана экспоненциальным зарядом хронирующей ёмкости в одновибраторе. Легко преодолевается использованием генератора тока.

Можно видеть, что пульсации на нагрузке весьма невелики - доли вольта. Чего должно быть вполне достаточно для эффективной работы аналогового сглаживателя с небольшим падением напряжения на мощном камне (1...2 В при токах 5...10 А)

Ну, а теперь, собственно говоря, перехожу к той проблеме, что погрузила меня в некоторый ступор и заставила отлипнуть от симулятора - из-за чего появилось окно для сброса инфы сюда: пока извилины шевелятся в попытке осознания проблемы - можно заняться неглавным процессом.

Итак.
Для того, что б получить искомый концептуальный результат, требуется замкнуть петлю ООС и измерять перепад напряжения на аналоговом (сглаживающем) камне.

Для изучения этого процесса пришлось заменить трансформатор (индуктивный элемент) примитивами, упростив схему - иначе анализ упирается в несходимость и никакими шаманскими плясками его вогнать в норму пока не получилось.
Ну, да ничего - в данном случае мы не трансформатор изучаем, а петлю ООС отлаживаем: аттач 3

Пояснения:
В качестве датчика напряжения на активном фильтре используется оптрон.
Поскольку на с\д может прилететь с выхода много - его надо защитить, что и делает схемка на паре биполяров.

Ну, и теперь сама проблема: аттач 4

Пояснения к графику:
красный - искажённый ШИМ (амплитуда зашкаливает);
розовый - управляющая функция, поданная на вход активного фильтра (irf540);
жёлтый - управляющая функция на входе 555 (самовозбуд);
синий - выходной после LC (самовозбуд, приводящий к забросам на стоке в обе стороны).



Я конечно понимаю - с первого подхода такие схемы не работают: петля обратной связи вообще от балды вставлена - просто, что б зафиксировать подход к снаряду и получить данные для осмысления.

Главная засада - это то, что пульсации лезут в ОС и возникает завод даже не по огибающей (как надо бы), а напрямую...

Вот теперь - думать, думать, думать...
Пропитываться проблемой - пока из ушей не полезет.

ХИНТ: будут конструктивные идеи - буду рад покалякать...

 

Название: Re: История одной разработки: сезон 3 (тизер)
Отправлено: Peratron от Декабря 17, 2017, 08:45:15 pm

Собственно говоря - если кто прилично знает особенности 555, то конкретный вопросец: я, честно говоря, за многие годы так и не удосужился применить практически самую популярную в микроэлектронике микросхему  :-[ - как-то так всё случалось, что одновибраторы я собирал по своим лекалам (на рассыпухе ли, на логике ли).
Потому не до нужной точности знаю особенности 555.

В данном варианте для получения адекватной модуляционной характеристики пришлось использовать модуляцию по опоре внутреннего компаратора.
На симе вроде б оно срослось, как мне надо - по глубине модуляции.

Но потянет ли такое управление вживье?!  :-?

Кто-нибудь этот аспект знает на практике?
А то лезть в макетирование неохота...  :-/

Название: Re: История одной разработки: сезон 3 (тизер)
Отправлено: Peratron от Декабря 22, 2017, 07:08:31 pm

Тихо шифером шурша,
крыша едет неспеша...

Поскольку после первой попытки замыкания ООС вылезло чёрт те что - стал разбираться с петлёй ОС поэтапно.
Для этого залудил схемку - аттач 5

(https://guitartonelab.ru/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fforum.guitartonelab.ru%2Fyabbfiles%2FAttachments%2FPA-50_synchro-5.png&hash=c0e43c4a07491c847ac24debe23347a78df0c617)

На irf540 - макет выходного каскада: на затвор подаётся НЧ сигнал, с истока снимается контрольное напряжение.

Одновременно с модуляцией нагрузки, производится управление ШИМом синхронного выпрямителя - с огибающей, примерно похожей на огибающую звукового импульса.

Сэмпл эксперимента: аттач 6.

(https://guitartonelab.ru/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fforum.guitartonelab.ru%2Fyabbfiles%2FAttachments%2FPA-50_synchro-6.png&hash=fcde336192d7747dfda7ebc0942c4896e32c0970)

ВНИМАНИЕ! Никаких ООС - петля пока не замкнута!
По очевидным соображениям, ток через нагрузку должен определяться модуляцией затвора 540-го (красный график) - что и происходит вполне адекватно (жёлтый график).
А вот на стоке (на выходе управляемого выпрямителя) - просто чудеса в решете!
Смотрим зелёный график - и видим... КОЛЕБАНИЯ!
Период оных - несколько периодов питающего меандра.
Амплитуда этих кол##аний - несколько вольт, против полувольта остаточной болтанки после LC-фильтра на выходе выпрямителя (на графике - это правая часть после 2.5 мсек).

Синий график - отдельно выделенное напряжение исток-сток (для наглядности).
Очевидно, что при таком размахе паразитки можно забыть про холодные транзисторы - придётся оставлять слишком много запаса на стоке и кипятиться будет сильно. 

ЧТО ЭТО?!

С такой грязью петля ОС стабильно работать не станет - она эту грязь разгонит мама-не-горюй  :o

В общем, ломаю голову над природой загадочного артефакта.
Звон LC-фильтра?
Прикол модели одновибратора?

Спотык там, где не ждал...

ХИНТ: симулятор - нашеффсё! На живом макете гарантированно б проблему не ущучил бы и не выделил бы в чистом виде - приборных средств не хватило б.
Или было б настолько трудоёмко, что наплевал бы и отступился от вкусной темы...  :-/

ХИНТ: придётся городить ШИМ-модулятор из сим-примитивов - что б исключить возможные ошибки модели 555, если таковые имеют место быть...

Название: Re: История одной разработки: сезон 3 (тизер)
Отправлено: Peratron от Декабря 24, 2017, 01:58:54 am

Замыкая круг...

Крыша! На место!..

Уфф...
Уж не помню, почему я отложил самый тупой и прямолинейный, но при том и самый естественный вариант - классический релейный стабилизатор на основе ТШ.
Помнится, что-то изобразил - оно не покатило, и я пошёл на следующий круг.
А вот сейчас - второй подход и вес взят!

(https://guitartonelab.ru/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fforum.guitartonelab.ru%2Fyabbfiles%2FAttachments%2FPA-50_fig7.png&hash=f2b17f12040cd00c42b17ecf79b166d6bfdf500d)

Рис.7

Легенда:
синий - ШИМ;
красный - напряжение на нагрузке;
зелёный - напряжение на выходе импульсного регулятора;
розовый - перепад на аналоговом ключе;
жёлтый - мгновенная мощность на аналоговом ключе.

Как видим - слежение импульсного регулятора за аналогом очень приличное: перепад держится в границах, заданных ТШ (от 1 до 3.5 В) при изменении тока от 0.3 до 6.5 А.
Мгновенная мощность не превышает 8 Вт в пике, при мощности покоя ~3.5 Вт - прекрасный результат!
Сумма плеч - 7...16 Вт.

Стереоусь - по тепловыделениям 15 Вт в покое и немногим больше - на музыке. Это при игровой мощности в нагрузке 4 Ом > 2х75 ВА!

Есть за что бороться  8-)

ЗЫ: Загогулина слева, в начале графика - это переходной процесс при включении, на который наплевать и про который забыть. Пила справа - из-за слишком сильного падения нагрузки в паузе. В принципе - тоже наплевать и забыть. Но такой запас по теплу очень располагает к существенному увеличению начального тока - что очень позитивно сказывается на качестве звучания.

ХИНТ: собственно, ради этого и имеет смысл бороться за новую идеологию - можно делать уси в чистом А с достаточной мощностью на выходе и не превращённые в электропечь.
В данном случае можно загнать начальный ток 5 А - и иметь тепло в сумме не более 30...40 Вт.
И значит - нет тепловых искажений, нет ступеньки.

ЗЫ: сечас лениво сгонять схемку в картинку - да и пока она ещё не боевая: там для упрощения жизни я пока наваял много примитивов.
Так, что буду методично заменять примитивы на живые схемы - и сброшу результат уже по готовым решениям...

ХИНТ: в принципе, с учётом того, что схема управления на рассыпухе - то можно делать комплементар и в качестве базового аналога брать любую усилительную структуру.
Но мне пока симпатичней полная симметрия - и потому глаз косит в сторону цирклотрона  ::)

ХИНТ: А можно и выпендриться - слепить тепловой разгружатель для 7294  :o
У этой ТДАшки свободны выводы стоков выходного каскада и она годится для режимов G и H, а значит и для моего А(В)Д.
Правда, в смысле качества звучания тут навара немного - поскольку нет доступа к установке начального тока.
Но, тем не менее, можно делать простые и компактные уси для, скажем, недорогого контроля в бюджетной студии  :-*

Название: Re: История одной разработки: сезон 3 (тизер)
Отправлено: new_man от Декабря 24, 2017, 08:18:51 am

Наконец-то, к исходу третьего поста, я понял, о чем идет речь.
 ;D
Ператрону респект; ты так усовершенствовал свой технический суржик, что требуется перевод на русский.
 :P

Название: Re: История одной разработки: сезон 3 (тизер)
Отправлено: Peratron от Декабря 25, 2017, 02:32:31 pm

Ещё одна картинка для иллюстрации - отработка системой фронта с длительностью 50 микросекунд:

Название: Re: История одной разработки: сезон 3 (тизер)
Отправлено: Peratron от Января 07, 2018, 08:01:00 pm

Когда плотно сидишь в теме - происходит насыщение: топчешься по одним и тем же кочкам и вперёд не двигаешься. А, значит, пришла пора от те мы отлипнуть - дать извилинам немного восстановать естественную форму.

Так и сделал. В результате подсознанка выпихнула такой вот вариантик - существенно более простой, чем рассмотренные ранее.

Ключевая фишка - использование для адаптивной модуляции блокинг-генератора. В отличие от двухтактного варианта, высмотренного у Кибакина, эта версия однотактная. То есть, БГ ставится в каждое плечо и они работают независимо.
Не скажу, что такой вариант правильней - но по крайней мере он даёт возможность войти в тему с блокинг-генерацией, которая сама по себе Адъ и Израиль в радиотехнике: простота оборачивается тем, всё зависит от всего - и спроектировать на пальцах не получится. Приходится долго и нудно подбирать компоненты, режимы, сердечники - а в силу больших мощностей, которые схема должна изображать, превратить на макете всё это в дым - проще простого.
А симуляция упирается в наличие максимально вменямых моделей - что тоже отнюдь не просто и требует крайнего напряжения извилин.

Тем не менее, конечный результат крайне привлекателен - и потому двигаться по этому направлению пока считаю перспективным. Если хватит компетентности, конечно...

Картинка пока для иллюстрации - от рабочих кондиций схема ещё очень далека. Но показывает общий замысел и элегантность решения.
В данном вариате она уже гененрит - но отдельные параметры выскакивают за ОБР.
Потому шаманить ещё придётся изрядно...

Название: Re: История одной разработки: сезон 3 (тизер)
Отправлено: igorjan от Января 14, 2018, 03:15:04 pm

А что  с идеей запитки выходного каскада на лампах от ИИП без сглаживания для работы его на выходной  трансформатор на феррите?

Название: Re: История одной разработки: сезон 3 (тизер)
Отправлено: Peratron от Января 14, 2018, 05:01:53 pm

@ igorjan

Бала одна публикация на тему замены транса в ламповом мощнике на феррит (модуляторная).
К сожалению, я ссылку потерял - а сама тема была интересной.

Так, что возможно и такое - но пока это лежит сбоку от моих путей...

Название: Re: История одной разработки: сезон 3 (тизер)
Отправлено: KMG от Января 14, 2018, 06:17:58 pm

Случаем не это?
http://davidberning.com/technology
http://milas.spb.ru/~kmg/files/datasheets/ZOTL/US5612646.pdf

Название: Re: История одной разработки: сезон 3 (тизер)
Отправлено: Peratron от Января 14, 2018, 11:29:00 pm

Публикация - точно не эта.
Хотя патент вроде б похож.

Там речь шла о двухтактном выходе классического лампового уся...