Сверхлинейный повторитель без общей ООС

[Sagittarius]

Неинвертирующий усилитель при усилении сигнала от источников с высоким выходным сопротивлением, например, РГ, вносит большие, но не замечаемые конструктором искажения. Это происходит за счёт взаимодействия нелинейного делителя, состоящего из линейного выходного сопротивления источника и нелинейного входного сопротивления усилителя. Нелинейным оно становится вследствие
1. изменений напряжения между коллектором и базой или затвором и стоком, что приводит и к изменениям в такт с сигналом входящих в делитель паразитных параметров транзистора: модуляции толщины базы напряжением на коллекторе, что выражается в зависимости тока коллектора от напряжения на коллекторе

2. Нелинейной зависимости Скб от напряжения Uкб, или Ссз от напряжения Усз, например:

Получается вот такая эквивалентная схема нелинейного делителя для входа неинвертирующего обычного усилителя:

С таким фокусом пришлось столкнуться в усилителях "Амфитон-104":

узел РГ -> Т1

и "Амфитон 002-с":

см. узел РГ -> Т2.

Этот эффект также есть во всех усилителях в точках перехода с РГ на следующий каскад усилителя. Подметил этот эффект Никитин, но с его решением можно не соглашаться, если предложить своё.

 

Искажения - суть плоды ИЗМЕНЕНИЙ РЕЖИМОВ активных элементов усилителя
в течение периода сигнала. Устраняем ИЗМЕНЕНИЯ РЕЖИМОВ - получаем линейность.

Без ООС. 

Режим это
напряжение между выходными электродами элемента,
напряжение меж его входными электродами
и его ток.

Способы устранения изменений режимов:

1. Для ООСного усилителя достаточно устранения изменений режимов единственного неподООСного каскада - каскада сравнения. Для этого нужен набор максимального усиления холостого хода Кухх, охват ООСью и правильная коррекция. Тогда Удифф (режим входного каскада по напряжению меж входами) стремится к нулю в силу приобретённого Кухх:

Удифф = Увых / Кухх

2. Для безООСного повторителя устранение изменений режимов достигнуто
а) слежением по входному напряжению, что даёт неизменность выходных межэлектродных напряжений, Укэ,

и
б) высокими импедансами нагрузок всех каскадов, до выходного - это даёт исключение изменений токовых режимов транзисторов,

но полной неизменности режимов ВСЕХ каскадов в усилителе достигнуть невозможно, поэтому
в) для уменьшения последствий изменений межэлектродных выходных напряжений выходного каскада
действует уже низкое выходное сопротивление предыдущего каскада,
г) токовые изменения режимов выходного каскада уже компенсировать нечем, да и незачем,
учитывая назначение повторителя - работу на высокоомное входное сопротивление УМ. Но можно выходной каскад зашиклаить, это повысит линейность повторителя на низкоомных нагрузках.

Если мы знаем причину искажения, можем решить проблему искажений РГ-усилиель проблему двумя способами: или неправильно, или эффективно. Или мы, не считаясь с затратами, создаём релейный регулятор громкости с процессорным управлением - что уменьшает искажения, но не устраняет их полностью, или схемотехническим решением удаляем первопричину искажений - изменение напряжения коллектор-база в течение периода сигнала.

Второй способ сводится к линеаризации входных каскадов следящей обратной связью по напряжению на коллекторе/стоке. Это значительно упрощает и удешевляет узел РГ-повторитель и придаёт ему высокую линейность.

 

Мы можем вживить такой повторитель:

или лучший, симметричный:



в имеющийся усилитель и не заботиться о сопротивлении регулятора громкости. Тем более, в "Радиотехнике УП-001" этот резистор дискретный, и разбирать-пересчитывать-перепаивать его на меньше сопротивление не хотелось ну никак.

Буфер был построен и измерен:

Для 2 В на 33 кОма нагрузки.

Неплохо для штуки, появившейся из сплетения аксонно-нейронных узлов и кремниевых массивов процессорного арифметико-логического устройства.

[Sagittarius]

Токи:
Т13, Т14: 3 мА
Т10, Т11: 3 мА
Т9, Т12: 6 мА
Т3, Т4: 600 мкА
Т1, Т2: 70 мкА.

Для получения высокой линейности на 20 Гц и выше ёмкость С2, С3 должна быть 100 мкФ. Можно ставить оксидные конденсаторы без особых требований к аудиофильности, с большими последовательным сопротивлением ESR и последовательной индуктивностью ESL. Модель повторителя при 2 В ампл сигнала 20 Гц на сопротивлении нагрузки 33 кОм, ёмкость С2, С3 - 100 мкФ + 1 Ом + 100 наногенри (типично - ESR=20...30 миллиом и ESL=30 наногенри) показывает Кг 0,000.04%.

[Sagittarius]

Если вы думаете, что это всё сложно и неправильно, гляньте сюды: https://www.diyaudio.com/community/threads/mpp.154210/page-2

Цитата

В любом случае, сейчас я еду в Вену, где встречусь с другом, у которого есть анализатор Audio Precission последнего поколения, а еще он очень хороший инженер. Надеюсь, мы сможем найти время после работы, чтобы починить новый канал. Возможно, какой-то компонент неисправен, потому что я не смог найти ошибку в топологии. Следите за обновлениями.

Люди разрабатывают примерно то же, что и я, но то, что выходит, навевает просто жуть:

Импортная вещь.

  Факторов искажений каскада всего два:
Изменение в течение периода сигнала
1. Тока через усилительный элемент и напряжения на его управляющем участке:
эмиттерном переходе,
затвор-исток,
сетка-катод,
дифференциального напряжения меж входами ОУ.
2. Напряжения на усилительном элементе:
коллектор-эмиттерного,
сток-истокового,
анод-катодного,
входного напряжения ОУ - равного напряжению на ус. элементе дифкаскада ОУ.

Знание причин искажений позволяет анализировать схему на предмет их величины и устранения схемотехническим путём.
В буферах устранены такие факторы искажений:
1. Искажения от изменения тока элемента при заданном выходном напряжении
устраняются строго по закону Ома
И = У / эР
повышением импеданса нагрузки каскада. Тут - увеличением числа каскадов повторителя до трёх. Меньшего количества недостаточно. А также нагрузкой входного каскада на генераторы тока.
2. Искажения от изменения напряжения на элементе устранены плавающим (следящим) питанием входного каскада. Для того, чтобы цепи управления слежением как можно меньше нагружали выход каскада (см. требование п. 1), коллекторы входного слаботочного каскада запитаны от эмиттеров выходного каскада с гораздо большим током.

Также важна конфигурация, схемотехника повторителя: параллельный усилитель легко допускает такое питание коллекторов, а стандартный дарлингтон требует
а) сложных цепей смещения, подключенных со своими шумами и помехами прямо к источнику сигнала, и
б) большого количества доп. элементов для слежения
- хотя, для его отбраковки с головой хватило бы и первого пункта.

[Sagittarius]

Буфер не сдается ни уровню сигнала в 2 вольта, ни нагрузке 5кОм, ни сопротивлению источника сигнала больше 100кОм.
Уровень интермода - 0.000 04%.
Как измерял: выход E-MU -> усилитель на NE5534 -> пассивный режекторный фильтр на 1кГц (убираем интермод ЦАП и ОУ) -> буфер -> нагрузка 5.1кОм -> пассивные режекторные фильтры на 19 и 20 кГц (не даем АЦП генерировать свой интермод).
Что получилось:
Вход буфера напрямую подключен к выходу режекторного фильтра:

Вход буфера подключен к выходу режекторного фильтра через резистор 100кОм, усиление NE5534 увеличено примерно вдвое для сохранения уровня сигнала:

Входной сигнал +6дБВ (2Вскв), на втором графике чуть больше, примерно 2.1В. На FFT уровень низкий из-за фильтров после буфера, но на самом деле там вот такое:

Пик интермода 1кГц на FFT -130дБВ. Он ослаблен фильтрами после буфера на 8дБ, т.е; на самом деле это -122дБВ. Получается, что уровень интермода по отношению к уровню входного сигнала 122+6 = 128дБ, или 0.000 04%.

https://rcl-electro.ru/threads/Ультралинейные-повторители-для-работы-с-высокоомными-источниками-сигнала.43/page-37

Там надо понимать одну вещь. Эта тема - вторая половина моей темы про этот повторитель. Тему разделил тамошний админ нерусь-200, чтобы выдать эту схему за свою. Но первую половину темы можно найти в конце раздела про предусилители.