Усилитель с отрицательным выходным сопротивлением

Усилитель с отрицательным выходным сопротивлением

Твик и доработка разных автомобильных усилителей

вторник, 9 сентября 2014 г.

Автомобильный усилитель с отрицательным выходным сопротивлением.

Выходное сопротивление усилителя является одной из самых распространенных причин, почему одни и те же электродинамические громкоговорители (динамики) могут звучать по-разному, в зависимости от используемого усилителя (акустическое оформление и провода при этом одинаковые).
Конечная задача любого конструктора аудиосистемы — задемпфировать динамик (в данном случае речь будет идти о мидбасах) так, чтобы собственные колебания затухали как можно быстрее, то есть чтобы динамик не "подгуживал" (варианты: не бубнил, не гудел, а бас не был: тяжелый, рыхлый, несобранный, кашеобразный, вальяжный, жирный, бухающий, тупой, сдавленный, трубный, дряблый, медленный, грязный, худосочный, монотонный, унылый, бледный, заунывный, .. и т.д.и т.п.)

Однако средств для этого не так уж много. Возможны три основных способа демпфирования электродинамического громкоговорителя:
— механическое демпфирование, определяемое потерями на внутреннее трение в подвесе
— акустическое демпфирование, определяемое особенностями акустического оформления
— электрическое демпфирование, определяемое выходным сопротивлением УМЗЧ.

В этой статье будет описана практическая реализация третьего способа, то есть подгонка оптимального демпфирования связки усилитель/динамик (без пассивных фильтров), с помощью оперативной регулировки выходного сопротивления УМЗЧ.
Косяки инсталла (акустические эффекты — резонансы дверей и салона авто, не оптимальное акустическое оформление, "туннель" сзади динамика. электрические эффекты — тонкие силовые и акустические провода, плохой контакт. и т.д и т.п.) — это уже отдельная тема.

Как видно из анализа, есть динамики, которые хотят обыкновенного низкого выходного сопротивления усилителя — это стандартная ситуация.
Есть динамики, которые хотят положительно выходного сопротивления усилителя, и это я уже успешно делал и применял — http://halin-kvdam.blogspot.com/2013/11/genesis-stereo-100.html
А есть динамики, которые хотят именно отрицательного выходного сопротивления усилителя. вот этим мы сейчас и займемся.

Задача: посмотреть как УМЗЧ с регулируемым отрицательным выходным сопротивлением будет демпфировать (контролировать) динамик FOCAL UTOPIA 7W2 (а также 6W3. или другие подобные динамки, которые требуют отрицательного выходного сопротивления усилителя).
Думаю, что это будет первый автомобильный усилитель с отрицательным выходным сопротивлением.

Электрическое демпфирование не изменяет КПД динамика. Снижение его отдачи на резонансной частоте достигается уменьшением амплитуды подводимого напряжения, что приводит к снижению рассеиваемой на звуковой катушке мощности, а значит, к расширению динамического диапазона динамика и работающего с ним УМЗЧ.
Таким образом, при использовании УМЗЧ с отрицательным выходным сопротивлением достигается не только оптимальное демпфирование мидбаса, но и снижение нелинейных искажений звукового сигнала вблизи резонансной частоты мидбаса в акустическом оформлении, т. е. именно в той области частот, где они максимальны, что позволит ему работать на больших мощностях без гудежа.

Для экспериментов взят простой бюджетный усилитель JBL GTO 2000.
Вначале его доработаю в полный директ, а затем установлю платку каналов формирования ПОСТ и ООСН , которая позволит регулировать выходное сопротивление каждого канала усилителя примерно от минус 0,2 до минус 1,2 Ом (можно сделать диапазон регулирования и меньше и больше, но для начала остановлюсь на таком).

Затем, если эксперимент удастся, буду дорабатывать уже усилитель, который планируется использовать в конкретной инсталляции.

Принцип, по которому будет дорабатываться усилитель, очень доходчиво изложен в статье А. Фрунзе "УМЗЧ с отрицательным выходным сопротивлением" и заключается в совместном использовании положительной обратной связи по току (ПОСТ) и отрицательной обратной связи по напряжению (ООСН).

Усилитель JBL GTO 2000.

Ток холостого хода — 0,82 А
Вторичное напряжения не стабилизированное:
При входном 14,7 — ± 33,5 вольта
При входном 12,4 — ± 28,28 вольта
Частота работы преобразователя БП — 51,24 кгц
Напряжение питания для ОУ и дифкасакадов УМ (при 14,4 входных) — +16,8 и -16,1 вольта (а конденсаторы в стоке стоят на 16 вольт!)
Наводки во вторичке — 80 мВ рр
Наводки на выходе — 40 мВ рр
Шум с выкрученными на минимум гейнами и в полную полосу — 10 мВ, на максимальной чувствительности — 100 мВ .
Чувствительность выходного каскада УМ составляет примерно 1 вольт RMS.
Индикация уровней на верхней крышке усилителя работает как положено — как только светодиод 0 дБ зажигается полностью — как раз в этом момент происходит начало ограничения верхушек (клипп) выходного сигнала УМ.
Печатная плата усилителя — гетинаксовая .

Довольно шумный усилитель с провальными высокими, невнятной серединой, рыхлым и несобранным басом. В стоке он достаточно хорошо может потянуть мостом сабик 4 Ом на
200 Вт.
Максимальное напряжение питания во вторичке составляет ± 33,5 вольта, так что даже теоретически, на нагрузке 4 Ом усилитель выдаст всего около 70 Вт, а реально измеренное составляет только 62 Вт RMS.
На нагрузке 2 Ом все гораздо лучше и свои 110 Вт усилитель спокойно отрабатывает. это я к тому, что при доработке двух каналов в синфазные, на нагрузке 4 Ома усилитель, как выдавал, так и будет выдавать честные 60 Вт RMS на канал.

Перечень работ по доработке усилителя JBL GTO 2000:

1. В обратной связи УМ вместо стоковых 100 мкФ (С152 и С252), ставлю 220,0*25v и меняю их местами с резисторами R272 и R172 (замена местами — так нужно для подачи обратной связи с каналов формирования ПОСТ и ООСН ).
2. С52 и С67 — устанавливаю 270,0*50v
3. С51 и С61 — устанавливаю 1000,0*50v
4. К конденсаторам вторички С52 и С62 добавляю ещё два конденсатора 3300,0*50v
5. На входе бортового питания устанавливаю 2200,0*25v (потом поставил лежа аксиальный 3300 мкФ, так как стоя в этом месте конденсатор упирается в плату индикации) и после дросселя 2 штуки 4700,0*25v.

6. В питании ОУ и дифкаскадов УМ, конденсаторы С181 и С182 — устанавливаю 1000,0*25v
7. Меняю балластные двухватные резисторы R186 и R180 в параметрическом стабилизаторе на 15 вольтовых стабилитронах — 220 Ом на трёхватные номиналом 330 Ом.
8. На выходных землях УМ разрезаю дорожки и устанавливаю резисторы 0,1 Ом 5 Вт, которые будут выполнять роль датчика тока для канала формирования ПОСТ .
9. Переносим резисторы R164 и R264 (потом я их все таки переставил обратно — после резисторов 0,1 Ом) и цепочки RC: R165, C161 и R265, С261 на выходе УМ до места подключения резисторов 0,1 Ом.

10. Разделительные конденсаторы С130 и С230 перед входами УМ — устанавливаю неполярные Nichicon Muse ES номиналом 10,0*50v
11. На входе не будет никаких разделительных конденсаторов, каждый вход канала будет усиливаться одним ОУ в инвертирующем включении, усилением 0,4-2,4, входное сопротивление 25 кОм. Чувствительность усилителя будет от 0,9 до 5 вольт, (на входе УМ поставил 3,6 кОм, в обратной связи вместо 18кОм поставил 10 кОм).
12. Входной ОУ устанавливаю LME49860, а так как стоковые ОУ были в корпусах L, и чтобы использовать ОУ в корпусе DIP делаю небольшую переходную платку.
13. Гейны делаю раздельные. место под второй потенциометр использую место потенциометра бастбуста, устанавливаю линейные потенциометры 50 кОм. по типоразмеру там нужны R12, но можно приспособить и R16.

14. Делаю платку каналов формирования ПОСТ и ООСН, которую устанавливаю на свободном месте в усилителе около выходных клемм УМ.
15. Во вторичных цепях питания ставлю керамические блокировочные конденсаторы 0,1*250v
16. Дополнительно в питании предварительного каскада на ОУ, ставлю конденсаторы 220,0*25v и около ОУ блокирую пленкой 0,15 мкФ.
17. Оставшиеся ОУ фильтров обесточиваю, ненужные связи — или выпаиваю элементы, или прорезаю дорожки.

Фото почти доработанной платы усилителя:

Напряжение питания ОУ при максимальном входном напряжении (14,7 вольта) становится не выше 15,8 и 15,2 вольта, то есть 15 вольтовые стабилитроны уже не выходят из режима стабилизации.
Наводки во вторичке уменьшились до 20 мВ, на выходе УМ наводки становятся 10 мВ.
Усилитель теперь шумит на максимальном гейне 5 мВ, на минимуме гейнов — 1 мВ.
При максимальной мощности на нагрузку 4 Ома и одновременной работе 2 каналов, напряжение питания с 33,5 вольт просаживается до 31 вольта, на выходе УМ имеем неискаженную синусоиду размахом 61 вольт, что соответствует мощности 58 Вт на канал.
Звучание теперь цельное, стали хорошо и слитно звучать басы, появилась внятные верха. не хайэнд, конечно, но по крайней мере теперь усилитель однозначно не будет слабым звеном в в хайфайных инсталляциях. а может даже и выше.

Теперь о платке каналов формирования ПОСТ и ООСН.
За основу беру схему каналов ООСН и ПОСТ из статьи О. Салтыкова и А. Сырицо " Звуковоспроизводящий комплекс", . лень перерисовывать, а вот так это все выглядит в оригинале:

Некоторые номиналы входных цепей я изменил, так как в оригинальной схеме датчик тока 0,5 Ом, а я использовал резистор 0,1 Ом, немного сдвинул ниже по диапазону начало действия ПОСТ и ООСН. ну и так далее.
Получилась вот такая платка для двух каналов формирования ПОСТ и ООСН :

Земли левого и правого каналов намеренно разделены.

Подключаем теперь платку каналов формирования ПОСТ и ООСН к нужным точкам в усилителе.

Включаем и немного регулируем:
На вход усилителя подаем сигнал 50-150 Гц.
Лучше всего подстраивать резистором R34 равенство ПОСТ и ООСН — двухканальным осциллографом по самому минимуму синусоиды на базе транзистора V7. сравнивая синусоиды на выходе УМ и на базе V7, регулируем так, чтобы минимум синусоиды на базе V7 был посередине начала увеличения в фазе/противофазе по отношению к выходному сигналу.

Грубо можно настроить и так: без нагрузки (с отсоединенным каналом формирования ПОСТ и ООСН) подаем на вход сигнал 50-150 Гц и измеряем напряжение Vo на выходе УМ.
Затем подсоединяем канал формирования ПОСТ и ООСН, подключаем резистивную нагрузку (уже как положено после датчика тока и номинал нагрузки должен соответствовать электрическому сопротивлению конкретного динамика, в данном случае для 7W2 это составляет 3,7 Ом), и подстроечным резистором R34 добиваемся, чтобы на выходе УМ напряжение стало равным Vo.

Установив таким образом равенство глубины ПОСТ и ООСН, далее можно резистором R24 устанавливать требуемую величину отрицательного выходного сопротивления УМЗЧ.
Проще всего это сделать «на слух». Для этого желательно выбрать трек с большим содержанием низкочастотных составляющих в сигнале. После этого, отключив громкоговоритель одного из каналов и прослушивая фонограмму через второй, перемещением движка резистора R24 добиваются максимального контроля и естественности звучания этого мидбаса в автомобиле. Затем то же самое повторяем для другого мидбаса и в самом конце корректируем звучание при совместной работе мидбасов в салоне автомобиля. Слышимый эффект — уходит горбик на 100-120 Гц, вроде как басов становится меньше, но на самом деле появляются совсем не гудящие, а четкие басы — уменьшение добротности происходит четко согласно импеданса мидбаса — сопротивление растет, а выходная мощность именно на низких частотах уменьшается. то есть динамик контролируется усилителем.

Читайте также:  Перевод слов при наведении курсора

Обнаружилась небольшая ложка дегтя — при включении, когда еще идут переходные процессы, с каналов формирования ПОСТ и ООСН в обратную связь УМ поступает "типа" сигнал положительной обратной связи, из-за чего выходной каскад УМ увеличивает свое усиление практически до максимума. Почему "типа" — напряжение на транзисторах V7 и V8 устанавливается не сразу, из-за разных параметров фильтрующих цепочек питания R30C9, R22C11. разная скорость зарядки конденсаторов — в минусовых цепях резисторы но номиналу больше, чем в плюсовых, вот плюс раньше всего и выскакивает.
Если аудио сигнала на входе нет, то ничего страшного не происходит, только лёгенький пук, а вот если сигнал на входе есть, то громкость возрастает и через несколько секунд устанавливается на свой номинальный уровень.
Есть два основных решения — поставить реле на выходе УМ с задержкой на 3-4-5 секунд, или на такое-же время разрывать аудиосигнал со входа.

Планируемый усилитель под доработку уже с релюшками на выходе, там этот вопрос считай уже решен, а здесь пока думаю, какой вариант проще сделать. Чтобы гарантированно избавиться от пуков, конечно, лучше поставить реле на выходах УМ.

Использовал реле RM84-P-24V на 24 вольта, номинальный ток через катушку реле примерно 14-17 мА. Контакты реле рассчитаны на номинальный ток нагрузки 8 ампер. Схема задержки срабатывания — самая обыкновенная на одном транзисторе, запитываю её от VCC2 (28-33 вольта), номиналы получились 200 кОм и 2200 мкФ, ограничивающий резистор 510 Ом. На катушке реле, при таком раскладе (в зависимости от входного питающего напряжения), падает 21-25 вольт. Реле срабатывает при входном напряжении питания от 10,8 вольт.

Саму платку с транзистором разместил .. где можно было примостить, там и разместил.

Для оперативной регулировки уровня отрицательного выходного сопротивления в верхней плексигласовой панели (над красными ручками) просверливаю отверстия 4 мм .

Усилитель в сборе:

И вот, наконец, слушаем — при работе даже (хотя, почему даже — результат работы усилителя с отрицательным сопротивлением будет слышен с любым динамиком) на обыкновенные динамики очень хорошо слышно, что в зависимости от положения регулятора выходного сопротивления R24 изменяется уровень низких частот — чем больше в минусе выходное сопротивление усилителя, тем меньше басов, что нам и требовалось.

Если посмотреть измерения, то при увеличении нагрузки с 3,7 Ом до 40 Ом (резистор R24 в максимальном положении) выходной сигнал на низких частотах уменьшается в 1,5 раза, что соответствует отрицательному выходному сопротивлению 1,24 ома.
Значит с технической точки зрения всё получилось и работает.

Осталось испытать на реальном динамике в реальной машине.
Если даже с фокалами и пойдет что-то не так, то в любом случае этот усилитель пригодится кому-то, у кого уж очень сильно гудят миды .. можно будет не трогая инсталл, просто поставить этот усилитель и избавиться от гудежа.

10.09.2014 года.
Зафиксирую дату.

Результаты прослушки (независимыми и уважаемыми мной экспертами в области автозвука) динамиков FOCAL UTOPIA 7W2 с этим усилителем таковы: усилитель полностью контролирует фокалы!

Самый лучший контроль над 7W2 получается при выходном сопротивлении усилителя примерно минус 0,2-0,4 Ом. Ясно, что хотелось-бы еще добавить мощи на динамики, но усилитель больше 60 Вт выдать не может.

Сами собой напрашивающиеся выводы: не беря во внимание окрас, который вносит в звучание тот или иной усилитель, а говоря только о контроле усилителя над динамиком — получается такая картина: если у нас уже есть конкретный динамик, в конкретном акустическом оформлении, которое требует нулевого (низкого) выходного сопротивления — тогда у нас все нормально. Если получается, что требуется положительное или отрицательное выходное сопротивление усилителя — надо или менять динамики, или переделывать акустическое оформление или применять усилитель с нужным выходным сопротивлением.

Чтобы закрыть вопрос с FOCAL UTOPIA 7W2, о стается взять более мощный и качественный усилитель, и сделать его с отрицательным выходным сопротивлением.

Так что, если кому интересно — остается подождать, пока я это сделаю и опишу здесь-же.. думаю к началу ноября будет всё готово..

Твик и доработка разных автомобильных усилителей

вторник, 9 сентября 2014 г.

Автомобильный усилитель с отрицательным выходным сопротивлением.

Выходное сопротивление усилителя является одной из самых распространенных причин, почему одни и те же электродинамические громкоговорители (динамики) могут звучать по-разному, в зависимости от используемого усилителя (акустическое оформление и провода при этом одинаковые).
Конечная задача любого конструктора аудиосистемы — задемпфировать динамик (в данном случае речь будет идти о мидбасах) так, чтобы собственные колебания затухали как можно быстрее, то есть чтобы динамик не "подгуживал" (варианты: не бубнил, не гудел, а бас не был: тяжелый, рыхлый, несобранный, кашеобразный, вальяжный, жирный, бухающий, тупой, сдавленный, трубный, дряблый, медленный, грязный, худосочный, монотонный, унылый, бледный, заунывный, .. и т.д.и т.п.)

Однако средств для этого не так уж много. Возможны три основных способа демпфирования электродинамического громкоговорителя:
— механическое демпфирование, определяемое потерями на внутреннее трение в подвесе
— акустическое демпфирование, определяемое особенностями акустического оформления
— электрическое демпфирование, определяемое выходным сопротивлением УМЗЧ.

В этой статье будет описана практическая реализация третьего способа, то есть подгонка оптимального демпфирования связки усилитель/динамик (без пассивных фильтров), с помощью оперативной регулировки выходного сопротивления УМЗЧ.
Косяки инсталла (акустические эффекты — резонансы дверей и салона авто, не оптимальное акустическое оформление, "туннель" сзади динамика. электрические эффекты — тонкие силовые и акустические провода, плохой контакт. и т.д и т.п.) — это уже отдельная тема.

Как видно из анализа, есть динамики, которые хотят обыкновенного низкого выходного сопротивления усилителя — это стандартная ситуация.
Есть динамики, которые хотят положительно выходного сопротивления усилителя, и это я уже успешно делал и применял — http://halin-kvdam.blogspot.com/2013/11/genesis-stereo-100.html
А есть динамики, которые хотят именно отрицательного выходного сопротивления усилителя. вот этим мы сейчас и займемся.

Задача: посмотреть как УМЗЧ с регулируемым отрицательным выходным сопротивлением будет демпфировать (контролировать) динамик FOCAL UTOPIA 7W2 (а также 6W3. или другие подобные динамки, которые требуют отрицательного выходного сопротивления усилителя).
Думаю, что это будет первый автомобильный усилитель с отрицательным выходным сопротивлением.

Электрическое демпфирование не изменяет КПД динамика. Снижение его отдачи на резонансной частоте достигается уменьшением амплитуды подводимого напряжения, что приводит к снижению рассеиваемой на звуковой катушке мощности, а значит, к расширению динамического диапазона динамика и работающего с ним УМЗЧ.
Таким образом, при использовании УМЗЧ с отрицательным выходным сопротивлением достигается не только оптимальное демпфирование мидбаса, но и снижение нелинейных искажений звукового сигнала вблизи резонансной частоты мидбаса в акустическом оформлении, т. е. именно в той области частот, где они максимальны, что позволит ему работать на больших мощностях без гудежа.

Для экспериментов взят простой бюджетный усилитель JBL GTO 2000.
Вначале его доработаю в полный директ, а затем установлю платку каналов формирования ПОСТ и ООСН , которая позволит регулировать выходное сопротивление каждого канала усилителя примерно от минус 0,2 до минус 1,2 Ом (можно сделать диапазон регулирования и меньше и больше, но для начала остановлюсь на таком).

Затем, если эксперимент удастся, буду дорабатывать уже усилитель, который планируется использовать в конкретной инсталляции.

Принцип, по которому будет дорабатываться усилитель, очень доходчиво изложен в статье А. Фрунзе "УМЗЧ с отрицательным выходным сопротивлением" и заключается в совместном использовании положительной обратной связи по току (ПОСТ) и отрицательной обратной связи по напряжению (ООСН).

Усилитель JBL GTO 2000.

Ток холостого хода — 0,82 А
Вторичное напряжения не стабилизированное:
При входном 14,7 — ± 33,5 вольта
При входном 12,4 — ± 28,28 вольта
Частота работы преобразователя БП — 51,24 кгц
Напряжение питания для ОУ и дифкасакадов УМ (при 14,4 входных) — +16,8 и -16,1 вольта (а конденсаторы в стоке стоят на 16 вольт!)
Наводки во вторичке — 80 мВ рр
Наводки на выходе — 40 мВ рр
Шум с выкрученными на минимум гейнами и в полную полосу — 10 мВ, на максимальной чувствительности — 100 мВ .
Чувствительность выходного каскада УМ составляет примерно 1 вольт RMS.
Индикация уровней на верхней крышке усилителя работает как положено — как только светодиод 0 дБ зажигается полностью — как раз в этом момент происходит начало ограничения верхушек (клипп) выходного сигнала УМ.
Печатная плата усилителя — гетинаксовая .

Довольно шумный усилитель с провальными высокими, невнятной серединой, рыхлым и несобранным басом. В стоке он достаточно хорошо может потянуть мостом сабик 4 Ом на
200 Вт.
Максимальное напряжение питания во вторичке составляет ± 33,5 вольта, так что даже теоретически, на нагрузке 4 Ом усилитель выдаст всего около 70 Вт, а реально измеренное составляет только 62 Вт RMS.
На нагрузке 2 Ом все гораздо лучше и свои 110 Вт усилитель спокойно отрабатывает. это я к тому, что при доработке двух каналов в синфазные, на нагрузке 4 Ома усилитель, как выдавал, так и будет выдавать честные 60 Вт RMS на канал.

Перечень работ по доработке усилителя JBL GTO 2000:

1. В обратной связи УМ вместо стоковых 100 мкФ (С152 и С252), ставлю 220,0*25v и меняю их местами с резисторами R272 и R172 (замена местами — так нужно для подачи обратной связи с каналов формирования ПОСТ и ООСН ).
2. С52 и С67 — устанавливаю 270,0*50v
3. С51 и С61 — устанавливаю 1000,0*50v
4. К конденсаторам вторички С52 и С62 добавляю ещё два конденсатора 3300,0*50v
5. На входе бортового питания устанавливаю 2200,0*25v (потом поставил лежа аксиальный 3300 мкФ, так как стоя в этом месте конденсатор упирается в плату индикации) и после дросселя 2 штуки 4700,0*25v.

6. В питании ОУ и дифкаскадов УМ, конденсаторы С181 и С182 — устанавливаю 1000,0*25v
7. Меняю балластные двухватные резисторы R186 и R180 в параметрическом стабилизаторе на 15 вольтовых стабилитронах — 220 Ом на трёхватные номиналом 330 Ом.
8. На выходных землях УМ разрезаю дорожки и устанавливаю резисторы 0,1 Ом 5 Вт, которые будут выполнять роль датчика тока для канала формирования ПОСТ .
9. Переносим резисторы R164 и R264 (потом я их все таки переставил обратно — после резисторов 0,1 Ом) и цепочки RC: R165, C161 и R265, С261 на выходе УМ до места подключения резисторов 0,1 Ом.

Читайте также:  Oscar ошибка line 0

10. Разделительные конденсаторы С130 и С230 перед входами УМ — устанавливаю неполярные Nichicon Muse ES номиналом 10,0*50v
11. На входе не будет никаких разделительных конденсаторов, каждый вход канала будет усиливаться одним ОУ в инвертирующем включении, усилением 0,4-2,4, входное сопротивление 25 кОм. Чувствительность усилителя будет от 0,9 до 5 вольт, (на входе УМ поставил 3,6 кОм, в обратной связи вместо 18кОм поставил 10 кОм).
12. Входной ОУ устанавливаю LME49860, а так как стоковые ОУ были в корпусах L, и чтобы использовать ОУ в корпусе DIP делаю небольшую переходную платку.
13. Гейны делаю раздельные. место под второй потенциометр использую место потенциометра бастбуста, устанавливаю линейные потенциометры 50 кОм. по типоразмеру там нужны R12, но можно приспособить и R16.

14. Делаю платку каналов формирования ПОСТ и ООСН, которую устанавливаю на свободном месте в усилителе около выходных клемм УМ.
15. Во вторичных цепях питания ставлю керамические блокировочные конденсаторы 0,1*250v
16. Дополнительно в питании предварительного каскада на ОУ, ставлю конденсаторы 220,0*25v и около ОУ блокирую пленкой 0,15 мкФ.
17. Оставшиеся ОУ фильтров обесточиваю, ненужные связи — или выпаиваю элементы, или прорезаю дорожки.

Фото почти доработанной платы усилителя:

Напряжение питания ОУ при максимальном входном напряжении (14,7 вольта) становится не выше 15,8 и 15,2 вольта, то есть 15 вольтовые стабилитроны уже не выходят из режима стабилизации.
Наводки во вторичке уменьшились до 20 мВ, на выходе УМ наводки становятся 10 мВ.
Усилитель теперь шумит на максимальном гейне 5 мВ, на минимуме гейнов — 1 мВ.
При максимальной мощности на нагрузку 4 Ома и одновременной работе 2 каналов, напряжение питания с 33,5 вольт просаживается до 31 вольта, на выходе УМ имеем неискаженную синусоиду размахом 61 вольт, что соответствует мощности 58 Вт на канал.
Звучание теперь цельное, стали хорошо и слитно звучать басы, появилась внятные верха. не хайэнд, конечно, но по крайней мере теперь усилитель однозначно не будет слабым звеном в в хайфайных инсталляциях. а может даже и выше.

Теперь о платке каналов формирования ПОСТ и ООСН.
За основу беру схему каналов ООСН и ПОСТ из статьи О. Салтыкова и А. Сырицо " Звуковоспроизводящий комплекс", . лень перерисовывать, а вот так это все выглядит в оригинале:

Некоторые номиналы входных цепей я изменил, так как в оригинальной схеме датчик тока 0,5 Ом, а я использовал резистор 0,1 Ом, немного сдвинул ниже по диапазону начало действия ПОСТ и ООСН. ну и так далее.
Получилась вот такая платка для двух каналов формирования ПОСТ и ООСН :

Земли левого и правого каналов намеренно разделены.

Подключаем теперь платку каналов формирования ПОСТ и ООСН к нужным точкам в усилителе.

Включаем и немного регулируем:
На вход усилителя подаем сигнал 50-150 Гц.
Лучше всего подстраивать резистором R34 равенство ПОСТ и ООСН — двухканальным осциллографом по самому минимуму синусоиды на базе транзистора V7. сравнивая синусоиды на выходе УМ и на базе V7, регулируем так, чтобы минимум синусоиды на базе V7 был посередине начала увеличения в фазе/противофазе по отношению к выходному сигналу.

Грубо можно настроить и так: без нагрузки (с отсоединенным каналом формирования ПОСТ и ООСН) подаем на вход сигнал 50-150 Гц и измеряем напряжение Vo на выходе УМ.
Затем подсоединяем канал формирования ПОСТ и ООСН, подключаем резистивную нагрузку (уже как положено после датчика тока и номинал нагрузки должен соответствовать электрическому сопротивлению конкретного динамика, в данном случае для 7W2 это составляет 3,7 Ом), и подстроечным резистором R34 добиваемся, чтобы на выходе УМ напряжение стало равным Vo.

Установив таким образом равенство глубины ПОСТ и ООСН, далее можно резистором R24 устанавливать требуемую величину отрицательного выходного сопротивления УМЗЧ.
Проще всего это сделать «на слух». Для этого желательно выбрать трек с большим содержанием низкочастотных составляющих в сигнале. После этого, отключив громкоговоритель одного из каналов и прослушивая фонограмму через второй, перемещением движка резистора R24 добиваются максимального контроля и естественности звучания этого мидбаса в автомобиле. Затем то же самое повторяем для другого мидбаса и в самом конце корректируем звучание при совместной работе мидбасов в салоне автомобиля. Слышимый эффект — уходит горбик на 100-120 Гц, вроде как басов становится меньше, но на самом деле появляются совсем не гудящие, а четкие басы — уменьшение добротности происходит четко согласно импеданса мидбаса — сопротивление растет, а выходная мощность именно на низких частотах уменьшается. то есть динамик контролируется усилителем.

Обнаружилась небольшая ложка дегтя — при включении, когда еще идут переходные процессы, с каналов формирования ПОСТ и ООСН в обратную связь УМ поступает "типа" сигнал положительной обратной связи, из-за чего выходной каскад УМ увеличивает свое усиление практически до максимума. Почему "типа" — напряжение на транзисторах V7 и V8 устанавливается не сразу, из-за разных параметров фильтрующих цепочек питания R30C9, R22C11. разная скорость зарядки конденсаторов — в минусовых цепях резисторы но номиналу больше, чем в плюсовых, вот плюс раньше всего и выскакивает.
Если аудио сигнала на входе нет, то ничего страшного не происходит, только лёгенький пук, а вот если сигнал на входе есть, то громкость возрастает и через несколько секунд устанавливается на свой номинальный уровень.
Есть два основных решения — поставить реле на выходе УМ с задержкой на 3-4-5 секунд, или на такое-же время разрывать аудиосигнал со входа.

Планируемый усилитель под доработку уже с релюшками на выходе, там этот вопрос считай уже решен, а здесь пока думаю, какой вариант проще сделать. Чтобы гарантированно избавиться от пуков, конечно, лучше поставить реле на выходах УМ.

Использовал реле RM84-P-24V на 24 вольта, номинальный ток через катушку реле примерно 14-17 мА. Контакты реле рассчитаны на номинальный ток нагрузки 8 ампер. Схема задержки срабатывания — самая обыкновенная на одном транзисторе, запитываю её от VCC2 (28-33 вольта), номиналы получились 200 кОм и 2200 мкФ, ограничивающий резистор 510 Ом. На катушке реле, при таком раскладе (в зависимости от входного питающего напряжения), падает 21-25 вольт. Реле срабатывает при входном напряжении питания от 10,8 вольт.

Саму платку с транзистором разместил .. где можно было примостить, там и разместил.

Для оперативной регулировки уровня отрицательного выходного сопротивления в верхней плексигласовой панели (над красными ручками) просверливаю отверстия 4 мм .

Усилитель в сборе:

И вот, наконец, слушаем — при работе даже (хотя, почему даже — результат работы усилителя с отрицательным сопротивлением будет слышен с любым динамиком) на обыкновенные динамики очень хорошо слышно, что в зависимости от положения регулятора выходного сопротивления R24 изменяется уровень низких частот — чем больше в минусе выходное сопротивление усилителя, тем меньше басов, что нам и требовалось.

Если посмотреть измерения, то при увеличении нагрузки с 3,7 Ом до 40 Ом (резистор R24 в максимальном положении) выходной сигнал на низких частотах уменьшается в 1,5 раза, что соответствует отрицательному выходному сопротивлению 1,24 ома.
Значит с технической точки зрения всё получилось и работает.

Осталось испытать на реальном динамике в реальной машине.
Если даже с фокалами и пойдет что-то не так, то в любом случае этот усилитель пригодится кому-то, у кого уж очень сильно гудят миды .. можно будет не трогая инсталл, просто поставить этот усилитель и избавиться от гудежа.

10.09.2014 года.
Зафиксирую дату.

Результаты прослушки (независимыми и уважаемыми мной экспертами в области автозвука) динамиков FOCAL UTOPIA 7W2 с этим усилителем таковы: усилитель полностью контролирует фокалы!

Самый лучший контроль над 7W2 получается при выходном сопротивлении усилителя примерно минус 0,2-0,4 Ом. Ясно, что хотелось-бы еще добавить мощи на динамики, но усилитель больше 60 Вт выдать не может.

Сами собой напрашивающиеся выводы: не беря во внимание окрас, который вносит в звучание тот или иной усилитель, а говоря только о контроле усилителя над динамиком — получается такая картина: если у нас уже есть конкретный динамик, в конкретном акустическом оформлении, которое требует нулевого (низкого) выходного сопротивления — тогда у нас все нормально. Если получается, что требуется положительное или отрицательное выходное сопротивление усилителя — надо или менять динамики, или переделывать акустическое оформление или применять усилитель с нужным выходным сопротивлением.

Чтобы закрыть вопрос с FOCAL UTOPIA 7W2, о стается взять более мощный и качественный усилитель, и сделать его с отрицательным выходным сопротивлением.

Так что, если кому интересно — остается подождать, пока я это сделаю и опишу здесь-же.. думаю к началу ноября будет всё готово..

Многие радиолюбители, занимающиеся высококачественным звуковоспроизведением, с нетерпением ждут свежих публикаций по УМЗЧ в надежде собрать своими руками самый современный и самый совершенный (в плане звуковоспроизведения) усилитель.

В последнее время многие радиолюбители, разочаровавшись в “транзисторном направлении”, переключаются на “ламповое". И это не удивительно, так как в поисках “своего” звука они смакетировали и прослушали почти все, что удалось найти в печати и в Интернете. Однако того, что искали, так и не нашли.

Вот, например, ответ ZugDuk’a на вопрос, какие усилители он перепробовал:"… Семи гора, Заратустра, Zen4, Follower 2009, циркпотрон Granta, различные повторители с нагрузками на ИТ, резисторы и дроссели, мостовые и однотактные. Наименее напрягающий звук дает мостовая схема с нагрузкой на пассивные элементы (резисторы и дроссели). Наиболее живой звук у фолловера Чиуффоли. Наиболее динамичный и мощный в басу— цирклотрон Гоанта с IRFP240. Хуже всех звучал Заратустра… Имеющая смысл схема — Follower 2009 на транзисторах 2SK1058. Но живость, которую дает эта схема, — искусственная. Это — эксайтирование… ”.

И таких разочаровавшихся немало. Но не спешите делать выводы. А что же лампы? Вот сообщение от Delta213: “Есть у меня усь на 300В. …Все было хорошо, слушал я и радовался, все устраивало, но тут решил провести обмеры этого усилка, прогнал через RMAA и spectraplus. Я был в шоке: 6,5% Кни на 7 Вт/8 Ом! Частокол гармоник, третья — много выше второй, да и высших много. Немал с этим бороться, раза в два снизил подбором напряжения на второй сетке, но все равно меня это не устроило. Перевел СЗМ в триодный режим, мощность всего 2 Вт, Кни 0,6% (вторая и третья), остальные — на уровне шумов, менее -80 дБ, все как в книжках. Сегодня весь день слушал, эффект: как будто расширился частотный диапазон, особенно вверх, но! Что-то не так звучит, сцена пропала, “воздуха” нет, как-то сразу транзисторный напоминать стал. Теперь хочу переключатель соорудить, пентод/триод. Боремся, боремся с Кни, а может, не надо? Но дело-то не в этом, а в том, что с кошмарным спектром он звучал интереснее, чем с “вылизанным” графоаналитически. Получается, что мой режим более линеен, в живую все плохо, да, признаю. Опять хочется назад к тому плохому откатиться”.

Читайте также:  Пропал звук в браузере firefox

Как видим, не все так гладко и с лампами (даже с легендарными 300В), как это многим представляется. Как говорится, “на вкус и цвет товарищей нет”. Одним нравится звук, обильно “сдобренный” ламповыми гармониками, другие же, напротив, не терпят какого-либо украшательства.

Не случайно возник такой класс безОСных (без общей отрицательной обратной связи) усилителей, как гибридные, которые являются компромиссом между транзисторными усилителями, не требующими выходного трансформатора, и ламповыми, создающими “благозвучный” спектр гармоник. И таких усилителей появляется все больше и больше, ведь китайская промышленность стремительно наращивает их производство. По сравнению с ламповыми они более “всеядны” и менее прихотливы к акустике.

Что же касается более правильной передачи огибающей сигналов однотактными усилителями, как утверждают их идеологи, то это — миф, который легко разбивается проверкой передачи сигналов типа “меандр” частотой 15…20 кГц. Изменение скважности сигналов говорит о появлении в них постоянной составляющей. На звуковом сигнале это приводит к “болтанке” постоянной составляющей, а соответственно, и к “болтанке” их огибающей.

Спустя 12 лет после публикации схемы транзисторного усилителя “The End Millenium” радиолюбители наконец начали “входить во вкус" безОСных усилителей. Практически все, кто послушал клон этого усилителя, влюбляются в его звук с первого раза. В нем нет тех гармоник, которым приписывают “ламповое звучание”, тем не менее, звук впечатляет своей натуральностью. Вопрос о взаимодействии усилителя и акустики периодически всплывает в печати, но оставляет после себя больше вопросов, чем ответов. Взять хотя бы, сколько разных, причем абсолютно противоположных, мнений существует об оптимальном выходном сопротивлении УМЗЧ: от стремящегося к нулю (глубокоОСные усилители) до стремящегося к бесконечности по схеме ИТУН (источника тока управляемого напряжением).

Были попытки делать усилители и с отрицательным выходным сопротивлением. Но так как эти усилители были с ПОС по току выхода, то получить отрицательное выходное сопротивление выше 150…300 Гц не удавалось. Это и не удивительно, так как ПОС способствует самовозбуждению усилителя, тем более, по току, сдвинутому по фазе относительно входного сигнала.

При пропускании через звуковую катушку динамика переменного тока I звуковой частоты на нее действует периодическая сила,пропорциональная току.

В ИТУН, благодаря высокому выходному сопротивлению, можно считать, что l=const. В обычном усилителе, т.е. ИНУН (источнике напряжения управляемого напряжением), сила, прикладываемая к диффузору со стороны катушки, зависит от тока в катушке, который определяется ее комплексным сопротивлением. Это сопротивление, в свою очередь, зависит от омического сопротивления катушки, ее индуктивности и возникающей в ней противоЭДС, пропорциональной скорости перемещения звуковой катушки в магнитном поле.

Сопротивление катушки заметно изменяется под действием температуры, так как ТКС меди равен 0,4%/°С. Но процесс нагрева и охлаждения — относительно медленный по сравнению с частотой колебаний катушки, и поэтому он может проявляться только на очень низких частотах. Другое дело, индуктивность звуковой катушки: она непостоянна и зависит от положения катушки в магнитной системе, т.е. может уменьшаться в крайних положениях на 40% из-за уменьшения магнитной индукции.

Отсюда в усилителях с токовым выходом (ИТУН) в крайних положениях диффузора имеет место ослабление развиваемой силы со стороны звуковой катушки, что приводит к появлению нечетных гармоник в звуковом сигнале (преимущественно третьей), которые как будто придают звуку какую-то “прозрачность” и “яркость”, что многим аудиофилам очень нравится (напоминает “пентодный звук”). Более того, для усилителей типа ИТУН характерна большая неравномерность АЧХ, они очень капризны в отношении различных типов акустики из-за электрического раздемпфирования динамических головок, так что часто возникает характерное “бубнение”. В усилителях же с выходом по напряжению (ИНУН) уменьшение комплексного сопротивления приводит к росту тока, а значит, и к компенсации спада развиваемого катушкой усилия.

Мощные сигналы противоЭДС самоиндукции катушки за счет падения напряжения на акустических проводах образуют очень большие искажения. С этим явлением столкнулся при разработке УМЗЧ ВВ Н.Сухов и был вынужден использовать компенсатор сопротивления проводов. Аналогичное решение под названием “Sigma drive system” использует и японская фирма Kenwood в профессиональных мониторах, а также многие другие фирмы. Однако это решение не годится для безОСных УМЗЧ.

В процессе исследований выходных каскадов УМЗЧ [4] я изменял сопротивление источника сигнала от нуля до 30 кОм, так как выходное сопротивление драйверов известных мне безОСных УМЗЧ лежало в пределах 3…30 кОм. Когда дело дошло до ВК с корректором Хауксфорда, я обнаружил, что при нулевом сопротивлении источника сигнала и точной балансировке корректора искажения, вносимые ВК, ничтожно малы, а его выходное сопротивление стремится к нулю (ВК с высокой точностью повторяет входное напряжение).

С ростом сопротивления источника сигнала выходное сопротивление УМЗЧ становится отрицательным и снижается до минус 0,3 Ом (RMCr=30 кОм). При снижении сопротивления нагрузки (проверялось при изменении сопротивления от 8 до 1 Ом) выходное напряжение усилителя с отрицательным выходным сопротивлением возрастает, что также благоприятно сказывается на компенсации искажений динамических головок в крайних положениях диффузора за счет роста тока, отдаваемого в нагрузку. При разбалансировке корректора (до ±20%) даже при нулевом сопротивлении источника сигнала выходное сопротивление может отклоняться (до ±0,1 Ом).

При перекомпенсации обратная связь в корректоре становится положительной, а выходное сопротивление— отрицательным. При недокомпенсации выходное сопротивление растет и приближается к выходному сопротивлению ВКбез корректора. В обоих случаях растут и искажения. Но так как сам Хауксфорд и его последователи Роберт и Боб Корделлы проводили исследования при нулевом сопротивлении источника сигнала и максимально точной настройке корректора с целью снижения искажений на 40 дБ (в 100 раз) и более, то это явление они не обнаружили, и о нем нет упоминания в прессе. При публикации указанных исследований я не стал заострять внимание на этой особенности, рассчитывая продолжить исследования в составе УМЗЧ.

Как выяснилось, несмотря на возрастающий уровень нелинейных искажений (до 0,05%), звучание усилителя с отрицательным выходным сопротивлением становится более артикулированным, с большим динамическим контрастом при сохранении “шелкового верха” и прекрасно “читаемой” середины (вокала, музыкальных инструментов). Сцена становится более масштабной, кажущиеся источники звука (КИЗ), как бы “материализуются” в пространстве. Это как раз то, о чем мечтает каждый аудиофил.

Кстати, усилитель из при правильно рассчитанном и настроенном корректоре также имеет отрицательное выходное сопротивление, соответствующее выходному сопротивлению драйвера (5 кОм), т.е. примерно минус 0,05 Ом, на что авторы также не обратили внимания. По поводу качества звука модифицированного варианта этого усилителя (почти все каскады снабжены следящим питанием для устранения эффектов Миллера и Эрли) на одном из форумов встретил фразу: “….даже слышно, как пломбы поют во рту у певицы”.

На рисунке приведена схема предлагаемого безОСного усилителя с отрицательным выходным сопротивлением. Усилитель — инвертирующий. Это необходимо учитывать при подключении АС, чтобы тракт в целом был неинвертирующим, т.е. сохранял фазу исходного сигнала. Схема УМЗЧ состоит из двух каскадов: однокаскадного драйвера и выходного повторителя. В качестве драйвера использован хорошо себя зарекомендовавший простейший двухтактный “ломаный каскод”. Этот драйвер вносит малые искажения (не более

0,05%) с очень коротким спектром (гораздо короче, чем у лучших ламповых каскадов). Такой каскад может служить альтернативой для тех, кому надоело возиться с капризами ламп в гибридных усилителях. Входное сопротивление усилителя достаточно высокое благодаря взаимной компенсации базовых токов входных транзисторов и определяется, в основном, сопротивлением R2.

Коэффициент усиления по напряжению равен 30 дБ и определяется резисторами R4, R5 и R9. Буферный каскад на транзисторах VT4, VT7 и VT5, VT8 исключает модуляцию сопротивления нагрузки драйвера R9 входным сопротивлением выходного каскада (ВК) и, тем самым, способствует более четкому формированию КИЗ, а значит, и сцены в целом.

Выходной каскад уже использовался в [9] и хорошо зарекомендовал себя, поскольку практически не нуждается в налаживании. Правильно настроенный корректор Хауксфорда (НЕС — Hawksford Error Correction) на VT13…VT18 обеспечивает практически нулевое выходное сопротивление отдельно взятого выходного каскада при работе от источника с низким выходным сопротивлением. В результате, при использовании такого каскада в составе УМЗЧ с общей ООС полу» чаем усилитель с беспрецедентно низким выходным сопротивлением, обеспечиваемым совместным действием корректора и общей ООС.

Корректор Хауксфорда представляет собой сбалансированную систему ООС, выполненную на транзисторах токового шунта VT13, VT14, причем базы транзисторов используются как инвертирующие входы, а эмиттеры — как неинвертирующие. Инвертирующие входы отслеживают входное напряжение и отвечают за смещение выходных транзисторов, Неинвертирующие входы контролируют выходное напряжение посредством резисторного делителя R26-R27, и, как только это напряжение отклоняется от входного, транзисторы усиливают сигнал рассогласования, который выделяется на коллекторах транзисторов VT13, VT14 и восстанавливает равновесие.

При выполнении баланса выполняется компенсация искажений близко к 100%. Как отмечено выше, расчетные формулы для балансировки справедливы только для нулевого источника сигнала. С ростом выходного сопротивления источника сигнала баланс нарушается в сторону ПОС по напряжению, что приводит к отрицательному выходному сопротивлению. Но даже в усилителях с общей ООС это не вызывает ухудшения устойчивости.

Таким образом, регулировку выходного сопротивления можно производить как подбором резистора R18, так и изменением сопротивлений резисторов R26, R27. Однако не следует сильно увлекаться. При увеличении (по модулю) отрицательного выходного сопротивления (более чем минус 0,4 Ом) на некоторых типах акустики возможно “трубное” звучание из-за подъема частот в области 150…250 Гц (на “седле” АЧХ НЧ-головки), В данном усилителе отрицательное выходное сопротивление получено в самом конце тракта — в выходном каскаде (повторителе напряжения). Поэтому, в отличие от ПОС по току, оно отрицательно практически во всей звуковой полосе частот и даже за ее пределами, что нереально сделать с помощью ПОС по току по вполне понятным причинам.

Проблемы с устойчивостью легко решаются подбором конденсаторов С6 и С7. В случае необходимости их емкость можно увеличить до 220…330 пФ. Если учесть, что фаза сигнала начинает “крутиться” с частоты, в 10 раз меньшей, то даже в этом случае до 68 кГц будет обеспечена синфазная коррекция ошибок. Ток покоя усилителя можно подстраивать изменением в небольших пределах сопротивления резисторов R213 R24 (110… 130 Ом).

Ссылка на основную публикацию
Украли сумку с документами что делать
В связи с угрозой распространения на территории Российской Федерации коронавирусной инфекции приостановлен личный прием граждан в судах. Смотреть как изолируются...
Титан квест охота земля
Продолжаем проходить Нормальный уровень сложности оригинальной игры Titan Quest теперь в кооперативе. Окунаемся в атмосферу древности, эпоху героев и великих...
Титан квест секретная комната
Мой канал на youtube - http://www.youtube.com/user/GGPharmacist Записи предыдущих частей — http://www.youtube.com/playlist?feature=edit_ok&list=PLjjvJi9Qjo0PjJQUgjyL4ewNXV4LB7Q28 Онлайн трансляции вы можете увидеть на канале GG!! -...
Ультра исо вам необходимо иметь права администратора
Очень многие пользователи, когда им нужно сделать загрузочную флешку Windows или с дистрибутивом другой операционной системы, прибегают к использованию программы...
Adblock detector