Автор Тема: Сверхлинейный балансный послеЦАПовый усилитель  (Прочитано 641 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн Artem

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 202
  • +2/-0
  • Виктор, Красноармейск
  • Поблагодарили: +9
Среди радиолюбителей настойчиво разбрасывается деза, что дискретные усилители отжили своё, не позволяют достичь высокой линейности и только монолитные ОУ спасут нас от полного краха.
Что такое монолитные ОУ?
Говоря просто, это пример самого оленьего расточительства усиления и линейности. Например, для распространённых ОУ второго поколения, от LM741 до ОР134, ОРА637 и подобных, Ку20кГц второго каскада усиления достигает 74 - 80 дБ, тогда как полный Ку ОУ на этой частоте - от 30 до 70 дБ. Это хорошо видно по даташитной кривой зависимости Ку от частоты:
 

Только вдумайтесь: часть ОУ даёт усиления больше целого! :) Из-за неоптимальной миллеровской коррекции теряются десятки дБ усиления, а хорошим ОУ считается тот, у которого потери петлевого усиления (и линейности) на частоте 20 кГц достигает 50 дБ! Мы платим хорошие деньги за ОУ, но высокую линейность получаем только на частотах до 100 Гц. Это смеху подобно. :)
Такое чудо происходит по причине удобной заводской миллеровской коррекции, а вмешаться в схему и оптимизировать коррекцию монолитного ОУ зачастую невозможно.
Ещё хуже обстоят дела для ОУ, используемых после ЦАП, которые работают в условиях сильных помех частоты дискретизации - от 44,1 кГц и до 192 кГц, где петлевое усиление намного меньше, чем в звуковом диапазоне. ОУ в таких условиях вносят большие интермодуляционные искажения, поэтому для их минимизации к ОУ в этих позициях предъявляются самые высокие требования по входной перегрузочной способности и усилению до охвата ООС. Собственно говоря, любой ОУ в звуковом тракте после ЦАП работает с той или иной величиной подмешанной к полезному сигналу составляющей частоты дискретизации, плохо поддающейся фильтрации по причине близости частоты дискретизации к звуковому диапазону.

В дискретной схемотехнике высокая линейность достигается очень просто, обычно - двумя каскадами усиления напряжения, поскольку эти каскады изначально заточены под предельное усиление, высокую исходную линейность и оптимальную коррекцию.       

Разберём работу одной половины балансного усилителя.
По сути, это усовершенствованная и дополненная схема Шиклаи:


где Т1 - это Q8, а Т2 - это Q15 усилителя.
J2 над Q8 фиксирует напряжение Uкэ Q8 = Uиз J2 при изменении входного напряжения, что эквивалентно применению одиночного биполярного транзистора с бесконечным сопротивлением коллектора, нулевой ёмкостью Скб и повышает исходную линейность каскада на величину до 40 дБ относительно одиночного транзистора.

Нагрузкой каскада Q8J2 служит высокий импеданс источника тока на Q14 и входа повторителя Q20 пары Баксандала:

Особенностью пары Бансандала является связь коллектора Т1 (Q21 усилителя) с эмиттером Т2 (Q15 усилителя). Благодаря этой связи нелинейный ток паразитных составляющих импеданса коллектора Т2: Скб и сопротивления коллектора (путь которого показан красным пунктирной линией) поступает в эмиттер Т1, включенного для этих токов по схеме с ОБ с опорой базы на напряжение Uвх, и следует на эмиттер Т2, вычитаясь из тока эмиттера Т2 на резисторе R2. В итоге нелинейные составляющие тока коллектора Т2 компенсируются, а пара Т1Т2 в целом работает как идеальный высоколинейный транзистор с высоким входным сопротивлением, бесконечным сопротивлением коллектора Т2 и нулевой Скб Т2 (Q15 усилителя).   
 
Q15 нагружен на источник тока Q23 и двухтактный повторитель Q3Q4, работающий в классе А. С выхода повторителя усиленный сигнал уходит в нагрузку Rload и в цепь ООС R28R1.

R29C1, С4 и R31С3 - это цепи частотной коррекции усилителя.

Общие цепи обеих половинок усилителя: источник тока дифкаскада Q5-Q7 и адаптивные источники токов Q14Q16 позволяют достичь высокого подавления синфазных составляющих сигнала.
Для привязки потенциала выхода на постоянном токе к потенциалу общего провода использован сервисный усилитель Q24 - Q27. От выходов 1 и 2 через резисторы R23R24 напряжение подаётся на базу Q25. Это напряжение сравнивается с потенциалом базы Q24 и коллекторные токи дифкаскада Q24Q25 через токовое зеркало Q26Q27 управляют напряжением на базах источников тока Q22Q23 нагрузки усилителя. Если контролируемый потенциал выходов повысится, Q25 запрётся, Q24 приоткроется, напряжение на базах Q22Q23 возрастёт и компенсирует ошибку. Подбором сопротивления R10 компенсируется падение напряжения на резисторах R23R24 и подбирается минимальное постоянное напряжение на выходах 
     
Благодаря выбранной схемотехнике и коррекции достигнута вот такая зависимость глубины ООС от частоты:



а также прогнозируется вот такой уровень интермодуляционных искажений при выходном балансном напряжении 2,3 В:

 

и вот такой - при выходном балансном напряжении 7 В:


В овалах обозначено подтверждение того простого факта, что разностная составляющая 1 кГц (и суммарная - 29к) в тесте 19+20к обусловлена нелинейностями чётных порядков и в симметричных усилителях отсутствует. Уровень составляющих 18к и 21к зависит от нелинейностей нечётных порядков, но благодаря глубокой ООС погружён довольно глубоко.   

Дифкаскады характеризуются входным перегрузочным дифференциальным напряжением, выше которого одно из плеч переходит в отсечку. Перегрузочная способность входного дифкаскада Uдиф.п = IcQ5 * (R1 + R2). Для данного случая она равна 7 В и может быть без потери линейности с улучшением отношения С/Ш снижена уменьшением сопротивления R1 и R2.

Тут затравке и конец, а кто понял - молодец.

Полученные показатели - не предел для этой схемотехники. Снизив перегрузочную способность входного каскада до 800 мВ (как у LM318/К140УД11) и улучшив отношение сигнал/шум уменьшением сопротивления R1 и R2 до 220 Ом:



можем получить прирост петлевого усиления и вот такие показатели Кими для выходного напряжения 2,4 В:



а для 7 В выходного - такие:



Поскольку получены довольно высокие характеристики, это значит, что для "железной" реализации схемотехнически обусловленные искажения доминировать не будут. Только конструктивные.

ЗЫ: Усилитель можно использовать для организации балансного входа разных требующих того усилителей.
 

 

Похожие темы

  Тема / Автор Ответов Последний ответ
19 Ответов
10853 Просмотров
Последний ответ 19 Июля 2014, 18:07:25
от pryanic
1 Ответов
1346 Просмотров
Последний ответ 23 Апреля 2017, 12:05:12
от Artem
1 Ответов
1044 Просмотров
Последний ответ 21 Марта 2017, 03:13:37
от hippo64
0 Ответов
795 Просмотров
Последний ответ 18 Марта 2017, 12:51:54
от Artem
4 Ответов
1317 Просмотров
Последний ответ 30 Марта 2017, 19:26:04
от Artem