Эволюция Quad 405 или 30 лет спустя

[Andrey_1983]

B@R5uk фотки вашего творения в студию если можно конечно

[Александр Ханжов]

drible
как Ваши успехи?
Я просто сегодня приехал с Азовского моря и вспомнил
про Вас. Добились Вы чего хотели?
Главное, не опускайте руки. У меня порой они тоже опускаются,
но тем на менее старайтесь всегда поставить по всем точку.
Простите что я Вам даю банальные советы.
Желаю успеха! Если что пишите.

[B@R5uk]

B@R5uk фотки вашего творения в студию если можно конечно

Фотки будут, как доделаю корпус. Своего фотика нет, понесу усь целиком к другу для полноценной фотосессии. =)

[Andrey_1983]

Ждемс фотосессию

[B@R5uk]

Прогнал усилитель через райтмарк на хорошей звуковухе. Получит THD 0,022%, при этом мост не настроен. Мне показалось, что райтмарк как-то странно измеряет нелинейные искажения, потому что когда мерил на ноутбуке (у него вход и выход очень шумные), то получил THD 0,2%. Не совсем понятно ещё на какой частоте они измерены. Мерил не на полной мощности, потому что жалко свои уши, колоняки громко орут.

[B@R5uk]

Попробовал настроить мост с помощью компьютера. Параллельно колонкам подключил делитель напряжения, подал с него сигнал на вход звуковухи, замутил в Матлабе простенький спектроанализатор. Вместо постоянного конденсатора моста поставил переменный на 4-270 пФ. На вход усилителя с выхода всё той же звуковухи подал синус частотой 9 кГц, спектроанализатор при этом показывает гармоники 9 кГц и 18 кГц. Частота дискритизации звуковухи 48 кГц. Её АЧХ имеет спад после 20 кГц, поэтому частота 18 кГц прекрасно разрешается. Моя идея была такова: крутить КПЁ, смотреть на соотношение амплитуд 1-ой и 2-ой гармоник, в момент, когда ёмкость попадёт в соотношение L = Rа * Rб * C (баланс моста) амплитуда 2-ой гармоники должна быть минимальной. При этом, если ёмкость делать меньше или больше этого значения, то искажения будут расти. То есть на графике зависимости искажений усилителя от ёмкости конденсатора должен быть явный минимум.

Чем я собственно и занялся. И получил полное противоречие с теорией! Никакого мимимума на графике не получилось! Искажения были максимальны при максимальной ёмкости конденсатора, при уменьшении ёмкости равномерно уменьшались и, наконец, были минимальны при минимальной ёмкости. Как будто на выходе нет никакой индуктивности! Я, конечно, понимаю, что разница между теорией и практикой на практике значительно больше, чем в теории, но не до такой же степени! Уважаемые мудрые коты, помогите, пожалуйста, разобраться в чем дело.

На всякий случай схема моего варианта Квода:

[KRAB]

Это не Квод!

[Borodach]

Так "Кводов" много ... .




http://www.google.ru/search?um=1&hl=ru& ... 0%BC%D0%B0

[B@R5uk]

А что по моему вопросу? Где я накосячил, что не учёл, что у меня теория с практикой не сходится? Почему искажения минимальны не в тот момент, когда мост сбалансирован, а в тот, когда ООС ОУ по ВЧ минимальна? В какую сторону вообще копать? Я понимаю, что играет шикарно, и вроде бы можно как есть оставить, но всё же что-то мне покоя не даёт, что-то незакончено, чего-то не хватает.

[alexsan]

а потому что собрано по другому в кводе оос организована по другому

[B@R5uk]

Это не Квод!

а потому что собрано по другому в кводе оос организована по другому

Если уж на то пошло, то в приведённой мной схеме мост и вообще идея Feedforward Error Correction выражена даже, так сказать, в более "академическом" виде, чем в Quad 405. Теор-модель можно глянуть, например, здесь:


Но я не пойму, где у меня прокол? Может стоит копать в сторону быстродействия ОУ? Если в модель ввести ОУ с задержкой, подправить соответствующим образом мост, то можно получить более лучший результат?

[B@R5uk]

Вот, решил повспоминать теорию:



Uи — напряжение искажений, вознакающие в выходном каскаде, работающем в режиме B.
Zн — импеданс нагрузки.



Зануляя скобку перед напряжением искажений получаем предпоследнюю формулу-требование для линейного усилителя.
Если бы всё было идеально, то:



Реально же, наверно, будет что-то вроде этого:



f1 — частота единичного усиления A1.
τ — временная задержка A1, если считать, что она для всех частот одинкова (на сколько это справедливо?).

[B@R5uk]

Эврика!

Я понял в чём моя проблема, почему от регулировки ёмкости не было особого толку. Оказывается, причина в высоком активном сопротивлении катушек моста, а так же от части в ОУ. Катушки я намотал довольно тонким проводом около ∅0,6мм, поэтому их собственное сопротивление вышло 35мΩ. Соответственно, ослабление искажений осуществляется всего в 0,035Ω / 47Ω = 0,00074 раза. Однако, я нашёл простой способ скомпенсировать не только активное сопротивление выходной катушки, но и чрезмерное усиление А1! Но обо всём по порядку.

Сначала схема модели:



За тем система уравнений:



Из необозначенного на схеме:
k — собственный коэффициент усиления A1, в общем случае комплексная величина (учитывая фазовое смещение А1, зависящее от частоты);
Uи — напряжение искажений, вознакающие в выходном каскаде, работающем в режиме B;
Zн — импеданс нагрузки.
Решая эту систему получаем такое выражение:



Как обычно, чтобы сделать усилитель наиболее линейным, необходимо сделать коэффициент перед напряжением искажений как можно меньше. Неприятность заключается в том, что он так или иначе зависит от частоты. Но, тем не менее, рассмотрим его по-ближе:



Величины R1/Z1, 1/k, Z2/R2 по крайней мере в области звуковых частот достаточно малы, поэтому в знаменателе практически единица. Величиной R1/(k*Z1) так же можно пренебречь, поэтому выражение для коэффициента напряжения искажений очень сильно упрощается:



Затем необходимо обратить внимание на то, что этот коэффициент имеет как мнимую, так и действительную часть. Вот именно вторая часть может загубить всё дело на корню! Мнимая — это реактивная составляющая катушки (из Z2/R2) и конденсатора (R1/Z1). Обе составляющие пропорциональны частоте но разного знака, по этой причине пригодные к занулению. Действительная часть складывается из активного сопротивления в катушке (тоже из Z2/R2) и величины (R0 + R1) / (k * R0), присутствующей из-за небесконечного коэффициента усиления А1, эти составляющие разного знака и, если повезёт, могут сами занулиться, но, в общем случае, к сожалению, не подлежат никакой регулировке. Однако есть и на них управа. Обратим внимание на то, что величина Z1 стоит в выражении в знаменателе, поэтому если подключить параллельно конденсатору моста резистор подходящего сопротивления, то в выражении для коэффициента напряжения искажений появится ещё одно слагаемое (при параллельном включении складываются величины обратные импедансам), с помощью которого можно скомпенсировать и действительную часть в коэффициенте напряжения искажений! А именно:





Как видим всё прекрасно зануляется, и получается следующие два условия баланса моста (первое — классическое для идеальной катушки и А1 с бесконечным усилением):



Второе условие диктует требование для А1: его коэффициент усиления обязан быть постоянным в как можно более широком диапазоне частот. То, что он окажется при этом не очень большим, не страшно, всё равно это можно скомпенсировать. Однако он не может быть меньше величины (R1/R0 + 1) * R2/RL, иначе скомпенсировать не получится (из-за отсутствия деталей с отрицательным сопротивлением ). В случае выполнения равенства мост получается сбалансированным без резистора RC. Из этого всего видно, что единственное, что может нарушает баланс моста -- падение коэффициента усиления A1 на высоких частотах. Это является ответом на вопрос, который я задавал в этой теме несколько страниц назад, а именно: "Почему вместо кучи транзисторов не используют один ОУ?" К сожалению, производители стремятся получить в ОУ как можно более высокий коэффициент усиления, поэтому, даже для весьма быстродействующих ОУ спад этого коэффициента начинается ещё в середине диапазона звуковых частот, в то время как здесь требуется небольшое, но стабильное во всём звуковом диапазоне усиление. Надо будет подумать, как искусственно можно зарубить усиление ОУ и выровнять его коэффициент, не влияя при этом на мост. А так же посмотреть не существует ли готовых ОУ с требуемыми параметрами.

Ещё хочется заметить, что в большинстве статей и справочников приводится некорректное описание работы моста, в частности такой момент:

На низких частотах баланс моста может нарушаться из-за активной составляющей в полном сопротивлении индуктивности. Малый уровень нелинейных искажений на этих частотах обеспечивается за счёт глубокой ООС.

Как видно из приведённых выше формул это не верно (разумеется, на столько, на сколько обсчитанная мною модель соответствует реальности). Активная составляющая индуктивности нарушает баланс моста во всём диапазоне частот, причём вклад она вносит, в отличие от коэффициента усиления A1, постоянный. А слишком глубокая ООС может потребовать дополнительной компенсации.

[Gudd-Head]

Ну, тогда, если временная задержка постоянна для всех частот, то на графике ФЧХ будет экспонента. Если на высоких задержка уменьшается, то будет какая-то более плавная кривая.

Для наглядности я через лень всё-таки выложу характеристики ОУ 4,5 МГц:

Если всё так сложно, то задам вопрос так: как без ФЧХ прикинуть на какой частоте у К544УД2А сдвиг фазы будет 5°?

Как видно, примерно на частоте среза (начала спада характеристики).

Просто в расчётах я предположил, что спад усиления происходит 3дБ/октава, то есть пропорционально частоте, но он мог бы быть и 6дБ/октава, то есть пропорционально квадрату частоты, тогда бы диапазон частот оказался бы шире.

При постоянстве полосы усиления (произведения частоты среза на к-т усиления, BW) спад составляет 20 дБ/декада (т.к. это напряжение, т.е. 20·log(Ку[раз])).

[B@R5uk]

В общем, спустя время я продолжил свои теоретические изыскания на тему Квода. Разумеется копал я в сторону возможности использования в нём интегрального ОУ. Покурив за это время разные умные книжки, повглядывавшись внимательно в даташиты я понял, что завал коэффициента усиления ОУ происходит за счёт внутренних (или внешних) цепей частотной коррекции и для большинства современных ОУ прекрасно описывается такой формулой:



Где k — коэффициент (комплексный) усиления ОУ на частоте ω, k0 — максимальный коэффициент усиления ОУ, ω0 — частота единичного усиления ОУ (круговая).

Все свои предыдущие рассчёты я делал исходя из предположения, что А1 — некоторый усилитель напряжения с постоянным в некотором диапазоне частот коэффициентом усиления (действительным). Однако, если теперь в качестве усилителя А1 рассматривать вполне конкретный реальный ОУ, то принципиально ничего не меняется, более того всё становится гораздо лучше, потому что возможность балансировки моста расширяется на всю рабочую область частот ОУ (во всяком случае до частот где сдвиг фазы ещё не становится маргинальным).

Итак, всё та же модель, за исключением того, что А1 — реальный ОУ с реальными характеристиками:



Катушка Z2 всё так же имеет внутреннее сопротивление, балансировка моста происходит всё так же параллельно включенными конденсатором и резистором Z1:



А вот коэффициент усиления А1 описывается формулой, приведённой в начале этого поста. Подставляя в старое выражение для коэффициента напряжения искажений значения параметров модели (с новым выражением для k), получим:



Откуда условие баланса моста:



Как видим, выражение для ёмкости конденсатора немного "поправилось". Всё остальное осталось прежним. Наиболее парадоксальное следствие это изменения — это тот факт, что роль конденсатора С могут выполнять цепи внутренней частотной коррекции ОУ! И если они слишком "глубоки", то мост невозможно будет сбалансировать (отрицательных ёмкостей не существует ). В этом случае придётся увеличивать значение индуктивности L и корректировать номиналы других элементов моста, либо же брать более быстродействующий ОУ.

В частности для моей схемы с К544УД2А, у которого единичная частота 15 МГц, в схеме R0=75Ω, R1=560Ω цепь частотной коррекции ОУ играет роль "фантомного" конденсатора моста ёмкостью 160 пФ !!! Причём для моей индуктивности L именно такая ёмкость и была нужна. Это полностью объясняет тот совершенно выбивший меня из колеи факт, что при подлючении в мост дополнительной реальной (а не "фантомной") ёмкости, минимальные искажения мой усилитель давал при минимальном её значении.

Итог таков. На мой взгляд ОУ в подобных схемах с мостом использовать можно, но делать это надо осторожно, грамотно подбирая элементы моста. Затем необходимо преодолеть следующую сложность: максимальная амплитуда на выходе ОУ не соответствует выходному напряжению УМЗЧ, а выходной ток ОУ недостаточен, чтобы раскачать мощные выходные транзисторы. Следовательно между ОУ и выходными должен быть каскад, решающий эти проблемы и не добавляющий новые, то есть не изменяющий АЧХ и ФЧХ ОУ.

[Borodach]

Что-то так теории много, а собрал кто-нибудь ... ?

[alexsan]

Что-то так теории много, а собрал кто-нибудь ... ?

на ДАТАГОРЕ собирают и есть готовые сборки

[Borodach]

Небось за деньги ... ?

[alexsan]

http://datagor.ru/blogs/datagor/1855-an ... lchii.html

[Borodach]

Конечно за деньги, но мне больше отзыв понравился ... .

"Отзывы
Попался мне отзыв человека после прослушивания оригинального квода, с которым я полностью согласен:

mummy: Удалось мне на некоторое время заполучить на прослушивание пред Quad 34 и усь Quad 405-2.
Я был довольно таки скептично настроен, потому что раньше я у себя в комнате, со своими АС (Naim Allae) не слыхал т.н. винтажной техники.
Однако после всех проделанных манипуляций для подключения (используются старые разъемы, типа советских ДИНов) я таки все присоеденил (пришлось повозиться немного с Naim бананами) и включил для начала "Shpongle" - "Tales Of The Inexpressible"...
Включил и словил себя на только на 6-м треке "Shpongleyes", поняв наконец, что меня зацепило в этой связке до такой степени - это необычайное ощущение реальности передачи происходящего. У меня создалось ощущение, что музыка вокруг меня и весь этот эмбиент в начале трека - не сон, а реальность. Далее последовало еще несколько электронных коллективов - эффект был таким же.
Причем ощущение реальности происходящего меня не покидало и в других комнатах - было желание вернуться и "досмотреть" трек"