Як можна зробити поганий аудіопідсилювач?

Дізнавшись, наскільки великі підсилювачі потужності, і що деякі надзвичайно хороші - особливо при низькому рівні потужності - доступні за розумними цінами, мені цікаво, чому всі аудіопідсилювачі, великі чи малі, не досягають відмінних показників, просто комбінуючи хороший малосигнальний підсилювач з простим етапом виходу.

Я маю на увазі, що з opamp немає необхідності турбуватися про всі ці напруги зміщення та стабільність температури, просто дотримуйтесь оппамп і будь-які неперевершені Дарлінгтонські транзистори, і вам добре йти.

Якісь підводні камені?

Використання операційних підсилювачів в підсилювачах може різко спростити їх конструкцію, але оппамп не є ідеальним. Якщо вони мали б нескінченне посилення над повною пропускною здатністю, вони мають тенденцію до коливань , тому вони внутрішньо компенсуються, що обмежує їх пропускну здатність. Обмежена пропускна здатність робить підсилювач схильним до перехідних інтермодуляційних спотворень (TIM), типу спотворень набагато більше дратує, ніж гармонічне спотворення (HD).

Причина, яка публікується лише у форматі HD, а TIM ніколи не полягає в тому, що набагато простіше отримати гарні цифри HD. Кого б не вразила така цифра, як 0,01% гармонічне спотворення? Більшість клієнтів не усвідомлюють, що ця цифра абсолютно не має значення, оскільки загальне спотворення системи здебільшого визначається динаміками, які легко додають спотворення на кілька відсотків.

Етап живлення також не має своїх проблем. Підсилювачі класу А майже не використовуються через низьку ефективність. Підсилювачі класу B або AB мають перехресне спотворення, коли один транзистор переймає інший. Це нелінійне спотворення, яке не можна компенсувати зворотним зв'язком . Не може бути правдою. Якщо хтось може тут просвітити, я хотів би це почути. .

Остаточна цитата на opamps:

"Не існує такого поняття, як безумовно стабільний підсилювач, якщо він не лежить на столі з відключеною потужністю" [ 1 ]

Подальше читання
[1] Додаток Intersil AN9415: Зворотній зв'язок, ОП та компенсації

Цікаве запитання - відповідь (ну і моя відповідь) - ви можете зробити чудовий підсилювач звуку таким чином. Вам все одно доведеться приділити деяку увагу етапу виходу та загальному дизайну, але використання opamps - це не проблема (і це дуже поширене в наші дні для основних, дешевих підсилювачів з хорошою продуктивністю).
Хоча opamps - це зручний інструмент і є чудові сучасні з наявних, безумовно, існує ще багато способів скористатися ними для досягнення поганого результату, якщо ви не звернете уваги на деталі.

Це не означає, що люди купуватимуть це, хоча дизайнери знають це, тому ви все одно отримаєте високі клапанні підсилювачі "Hi-Fi" вартістю> 2000 фунтів с 2% THD. Можна, можливо, сказати, що наміром було зробити тут "поганий" підсилювач, оскільки (за іронією долі) це заробить більше грошей - на жаль, "чудовий" означає багато різних речей для багатьох різних людей.
У вас є суб'єктивістський табір, який в основному вирішив, що людське вухо є більш точним, ніж будь-який інструмент вимірювання, і чує речі, які ніхто з них не бачить. Тому вони завжди можуть сказати: "Так, ваш THD + n дійсно <0,001% від 20Гц-20кГц, але ви не дозволяєте зробити незмірний ефект x своїм дизайном, і саме тому це не добре звучить для вуха"

Якби бажання технічної досконалості було все, що мало значення, то такі речі, як кабелі без кисню, які коштують сотні, ніколи не потраплять на ринок :-)

Я думаю, ви, можливо, захочете прочитати "Посібник з звукового дизайну малого сигналу" Дугласа "та" Посібник з дизайну підсилювачів звукової потужності "
. У його книгах обговорюється використання як підсилювачів, так і дискретних транзисторів. Він зважує сильні / слабкі сторони, що включає в себе безліч реальних даних випробувань, і наводить приклади, де можна отримати кращі показники роботи з дискретними транзисторами.

Насправді, у побутовій електроніці зазвичай звукові підсилювачі низької та середньої потужності є повністю на мікросхемі, прозваному «чіп-підсилювачем».

Одне з питань полягає в тому, що більшість тих дешевих підсилювачів, на які ви натякаєте, не мають достатньо широкого перепаду напруги для керування вихідним етапом, який сам по собі не має посилення напруги. Якщо підсилювач працює на +/- 15 В макс., А після цього ми ставимо ступінь потужності, вихідний розмах все ще обмежений +/- 15 В. Є оптичні підсилювачі, які працюють на значно більших напругах, але вони дорожчають.

Додавання додаткового посилення напруги після підсилювача, такого, що посилення укладено в глобальний цикл зворотного зв’язку, є ризиковим і заперечує частину переваги простору та економії коштів, оскільки тоді більше складності виражається в дискретних компонентах, ніж просто на етапі виходу.

Проте насправді це іноді робиться. Наприклад, подивіться на гітарний підсилювач Marshall 8008 . Операційний підсилювач приводить в дію додаткову стадію посилення напруги, а потім етап виходу. VAS цікавий: він використовує пару комплементарних транзисторів у загальній базі, з базами, прив'язаними до рейок +/- 15V відповідно. Зворотній зв'язок приймається прямо з вихідного етапу, тому додаткове посилення включається в цикл зворотного зв'язку. Незважаючи на те, що підсилювач підсилюється з внутрішньої точки зору, VAS має свою компенсацію у вигляді C15 та C17. Повний коефіцієнт посилення відкритого циклу підсилювача не використовується, оскільки він має локальний зворотний зв'язок через R3, а R45 також, здається, відіграє певну роль у забезпеченні більш локального шляху зворотного зв’язку всередині глобального.

Підсумовуючи це, якщо коливання вихідної напруги знаходиться в межах типового підсилювача (або навіть за його межами), немає переваги у використанні підсилювача, оскільки ви можете використовувати мікросхему, як LM3886. Тим не менш, використання підсилювачів як точки підсумовування зворотного зв'язку з дискретним етапом виходу не є нечуваним.

Майте на увазі також вимоги до приводу етапу виходу. Підсилювач, що має середню вихідну потужність на 100 Вт для навантаження в 8 Ом, використовуючи стандартний вихідний ступінь випромінювача, потребуватиме повороту приблизно на +/- 40 вольт до піку від стадії водія. Операційні підсилювачі, які можуть виводити ці «високі» напруги, значно дорожчі, ніж звичайні аудіосигнали. Крім того, існує проблема належного зміщення виходу та забезпечення стійкості зміщення до температури; використання opamp як драйвера не вирішує магічно цю проблему.

Існують способи використання дискретних транзисторів на драйвері та на етапах виходу, разом із пов'язаною схемою зсуву, і використовувати операційний підсилювач, як драйвер, наприклад, тут відзначають додатки . Ці схеми, здається, в першу чергу для швидкісних додатків, і те, яку перевагу вони можуть мати для високошвидкісного аудіофайлу (де заявлена ​​мета, як правило, мати якомога менше ступенів посилення та зробити кожен з них максимально лінійним до цього до зворотного зв'язку, що застосовується) незрозуміло.