Главная Контакт Ссылки
Усилитель мощности S-AUDIO ZD-50 Версия для печати
Написал Николай Швыдкий   
Monday, 09 November 2009

Очень высокие характеристики данного усилителя достигаются за счёт глубокой ОС, главным образом в звуковой области частот. Усилитель основан на широко известной микросхеме LM3886. Глубокая ОС достигается путём добавления ещё одного, "более высококачественного" ОУ. Таким образом глубина ОС на 20KHz достигает 70dB и больше на более низких частотах.
Для сравнения у обычного включения LM3886 с Ку=12 глубина ОС на 20KHz всего около 30dB. Т.е. глубина ОС в звуковом диапазоне у данного усилителя минимум на 40dB (в 100 раз) больше, чем у стандартного включения и соответственно потенциально искажения в звуковом диапазоне на столько же меньше.

Уменьшаются также шумы, они теперь определяются входным ОУ. Хорошая устойчивость при такой глубине ОС достигается благодаря многопетлевой ОС и "хитрой" частотной корекции, с заходом за 180 градусов. Схема основана на идее композитного операционного усилителя [1], но значительно усовершенствована. Частота единичного усиления в петле ОС всего 1MHz, что делает схему не столь критичной к монтажу и улучшает повторяемость. Также благодаря "хитрой" корекции входной ОУ работает с очень малым сигналом (можно сказать как селектор нелинейных искажений). На его выходе в нормальном режиме работы усилителя всего около 100 mV [График 1]. Т.е он работает в очень линейном режиме, можно сказать что в плане искажений его характеристики приближаются к идеальному ОУ.

График 1. Напряжение на выходе U2.
1. Напряжение на выходе U2. (крупнее)

Исследование работы множества прототипов сделало ясным тот факт, что искажения реального усилителя определяются конструкцией усилителя. Главным источником искажений являются магнитные поля от цепей питания LM3886, так как они содержат компоненты выпрямленного выходного тока (сигнала). Наводясь на вход усилителя и цепи ОС это приводит к повышению, главным образом чётных, гармоник на ВЧ сигналах (выше 2-3KHz). Для минимизации данного эфекта желательно ставить шунтирущие конденсаторы как можно ближе к LM3886 и минимизировать индуктивность цепей питания. Реально замерянные гармонические искажения у последнего прототипа (версия D7.12.86) на 10KHz 50 W 4 Ohm около 0.0001%.

График Боде показывает глубину ООС от частоты и фазовый набег. Красным цветом - без U2, т.е. почти стандартное включение LM3886 с усилением около 20, дан для сравнения [График 2]. При обеспечении критерия устойчивости Найквиста, фаза может заходить за 180 градусов на частотах ниже (и выше) частоты ед. усиления ОС, в данном случает это около 1 MHz. Как видно из графика фазовый запас усилителя составляет около 40 градусов. Также видно что срез не 6дБ на октаву, а 12dB на октаву, так как первые 2 полюса довольно низкочастотные (это полюса самих U2 и U3), хотя с LT1363 второй полюс около 10KHz. В районе 50KHz находится ещё один полюс, образованный коррекцией U2, а в районе 250KHz находятся 2 нуля. Т.е коррекция по сути 3-х полюсная, с небольшим заходом за 180 градусов. График для LM318 дан при номиналах указанных ниже.

График 2. Глубина ОС усилителя и фазовый набег в петле ОС (график Боде).
2. Глубина ОС усилителя и фазовый набег в петле ОС (график Боде) (крупнее).

Рекомендуемые ОУ на место U2 - LM318, AD8065, LT1363. Для оптимальной работы усилителя на базе LM318, нужно изменить С14=68pF, R21=510, R22=220.
Чтобы повысить помехоустойчивость, были установлены цепочки C8, R12 и C11, R15. Они уменьшают коэф. передачи ОС выше 10мГц, тем самым уменьшают уровень помех выше этой частоты на инверсных входах обоих ОУ. В принципе их тоже можно не ставить, так как практически значимый эффект от них необнаружен. С7 - составной, параллельно 390pF запаивается чего то типа 22...47pF.
На схеме нет выходного фильтра - я использовал 18 витков на 8 мм оправе провод 1.5 мм и параллельно 10 ом резистор, они были размещены прямо на выходных клемах. Также параллельно выходным клемам желательно поставить последовательную цепочку из плёночного 0.1µF и 2Вт 10 Ohm резистора. Для питания одного канала усилителя я использовал 2 моста из диодов шоттки и соответсвенно 2µFx50V.
Для достижения описанных характеристик усилитель нужно делать исключительно как двойное моно.
При соблюдении номиналов и точности входных цепей и цепей ОС, необходимости в настройке нет. Иначе желательно подобрать R22 по минимуму напряжения на выходе U2, подав на вход синус 100Hz около 0.25 вольта и C7 по минимуму напряжения на выходе U2, подав на вход синус 20KHz около 0.25 вольта.

Принципиальная схема усилителя (в формате PDF).

Рисунок 3 Верхняя сторона платы
Рисунок 3 Верхняя сторона платы (крупнее)
Рисунок 4 Нижняя сторона платы
Рисунок 4 Нижняя сторона платы (крупнее)

Общий вид одного канала собранного усилителя представлен на рисунках 3 (верхняя сторона платы) и 4 (нижняя сторона платы). 

Литература:

  • Yewen J. High-precision composite op-amps. Electronics & Wireless World, vol.93, no.1612, Feb. 1987, pp. 227-8.
  • С. Агеев. Сверхлинейный УМЗЧ с глубокой ООС Радио, 10/1999, 11/1999.
  • J. Lurie, Paul J. Classical Feedback Control with MATLAB. ISBN 0-8247-0370-7

Николай Швыдкий aka Nick

След. >
up Главная | Новости | Усилители мощности | Предусилители | Акустика | Источники сигнала | FAQ | Форум | Карта сайта up
 

Mambo is Free Software released under the GNU/GPL License.