Усилитель мощности S-AUDIO ZD-50

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 коррекции, с заходом за 180 градусов. Схема основана на идее композитного операционного усилителя, 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” коррекции 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:

S-AUDIO ZD-50 ldsound_ru (1) 

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 эффекта желательно ставить шунтирующие конденсаторы как можно ближе к LM3886 и минимизировать индуктивность цепей питания. Реально замеренные 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):

S-AUDIO ZD-50 ldsound_ru (1)

 

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 не обнаружен. 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 клеммах. Также параллельно выходным клеммам 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 соответственно 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).

 

Общий вид одного канала собранного усилителя представлен на рисунках:

S-AUDIO ZD-50 ldsound_ru (2)S-AUDIO ZD-50 ldsound_ru (3)

 

Автор работы: Николай Швыдкий (Nick)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *