Jung/Wurcer pojačavač izobličenja

[branko tod]

Braca je probao da iskljuci servo, ali je problem ostao. OP B pravi izoblicenja
jer je na ivici Vcm i svaki AC napon ga gura u nelinearni rezim.

[Dragan100]

Inputi opampa iza FETova leže kod @Brace negdje 2,5VDC ispod +Raila i sa OPA1611 je kako kažeš sasvim na ivici Vcm (+Vcc - 2V)
i svaki AC signal na Drainovima FETova gura opamp u taj nelinearan režim.
Ako je več probao bez servoa, onda treba prvo rešiti Vcm kod opampa poslije FETova.

Slično ovome:

[Braca]

Dragane, slažem se s tvojom analizom, još jednom hvala.

U ovom kolu, mirna struja kroz ulazni par FET-ova se menja jednostavno - postavljanjem struje kroz servo FET.
Pri Ids od 100uA imamo struju od 2x2mA na ulaznom paru, odn. pad napona od 0,5V na R7 i još po 2V na R6 i R5, čime je 1611 u bezbednom CM režimu (±2,5V u odnosu na napajanje, DS traži ±2V).
Spektar izmeren pri izlaznom naponu od 2V je u prvom prilogu.

Pri Ids od 200uA imamo struju od 2x4mA na ulaznom paru, odn. pad napona od 1V na R7 i još smo dublje unutar bezbednog CM režima (±5V), ali se THD ipak pogoršava (v. drugi prilog).
Probao sam i sa 2x6mA, THD je bio još gori.

Problem, dakle, nije u CM opsegu desnog opampa - možda je servo, ali on ne bi trebalo da ima problem sa CM jer samo prati struju kroz R7.

Obzirom da je drugi harmonik dominantan, pretpostavljam da se radi o nekoj asimetriji u mojoj realizaciji (ne u šemi, ona radi kod @PMA i @JensH sa diyaudio.com).
Svi kritični otpornici su 0,1%, sve komponente pre lemljenja izmerene, isprobano sa nekoliko različitih opampova, pa ipak mu nešto fali .

[Dragan100]

Dragane, slažem se s tvojom analizom, još jednom hvala.

U ovom kolu, mirna struja kroz ulazni par FET-ova se menja jednostavno - postavljanjem struje kroz servo FET.
Pri Ids od 100uA imamo struju od 2x2mA na ulaznom paru, odn. pad napona od 0,5V na R7 i još po 2V na R6 i R5, čime je 1611 u bezbednom CM režimu (±2,5V u odnosu na napajanje, DS traži ±2V).
Spektar izmeren pri izlaznom naponu od 2V je u prvom prilogu.

Pri Ids od 200uA imamo struju od 2x4mA na ulaznom paru, odn. pad napona od 1V na R7 i još smo dublje unutar bezbednog CM režima (±5V), ali se THD ipak pogoršava (v. drugi prilog).
Probao sam i sa 2x6mA, THD je bio još gori.

FETove treba držati na tih 2mA.
R7 treba mijenjati na veču vrednost iz tih 125R, staviti 220R...330R
i time sa 4mA imamo 4mA*330R=1,32V, onda imamo na R5 i R6 još po 2V pada napona,
tako da bi bili na ulazima OPA1611 na 11,7VDC i sa večim AC amplitudama takodjer u bezbednom Vcm.

Problem, dakle, nije u CM opsegu desnog opampa

Nije za sada sa malim ulaznim amplitudama!

- možda je servo, ali on ne bi trebalo da ima problem sa CM jer samo prati struju kroz R7.

Servo ako je OPA134, svakako da je van Vcm režima, DC-->bias LTPja čak moguče da odradi/radi,
dok AC popravke uopšte kako???
Tu treba nači neki FET, CMOS arhitekture opamp, gdje mu idu IN do +Vcc, tada bi neometano radio DC+AC.

Obzirom da je drugi harmonik dominantan, pretpostavljam da se radi o nekoj asimetriji u mojoj realizaciji (ne u šemi, ona radi kod @PMA i @JensH sa diyaudio.com).
Svi kritični otpornici su 0,1%, sve komponente pre lemljenja izmerene, isprobano sa nekoliko različitih opampova, pa ipak mu nešto fali .

Pasiva iako kritična tolerantno za te rezultate nije/nevidim problem,
različiti opampovi servoa nisu dali još do sada neke bolje rezultate, ....jer su izgleda svi izvan Vcm kao servo!,
pa ne rade popravke u AC domeni!
Napiši koje si do sada stavljao, pogledat čemo po DSovima kakav Vcm imaju.

Ja u simulaciji Tina sa zadnjim modelima (2021...22) JFE2140, OPA134 servo i OPA1611 uopšte nemogu podesiti mirnu struju na FETovima,
jer mi OPA134 van svojeg Vcm uopšte ne podesi pravilno OUT servoa, time ni pravilnog biasa FET LTPja!

OPA197, OPA192, TLV197, OPA992, bili bi odlični kandidati za taj servo, ili slični opampovi koji su predvidjeni za High-side monitoring/cuurent sensing

@PMA i @JensH neznam kako su uspjeli dobiti tako dobre rezultate tim odabranim opampovima (servo)?
Možda nisu imali ni nekog uticaja sevoa u AC kod merenja, pa je odradjeno samo sa DC korekcijom več tako dobro?
....mogu samo nagadjati!
:-)

[Dragan100]

R7 stavljen 270R, podešen bias FETova @2mA/FETu
Ulaze OPA1611 imamo na +12VDC
Servo OPA197

Pošto ima kompozit i svoj ulazni Vcm,
i baš zbog tih +12VDC na ulazima OPA1611, sa min pojačanjem 2V/V
treba odraditi THD na niskim nivoima ulaza.
Stavljeno 100mVpeak na ulaz.
Rezultati su po očekivanjima sada bolji i približno smo tu na -130dB.
Harmonici su vidno "popeglani", za šta je "krivac" servo (DC+AC, sa što širim BW i dosta brzim SR)
i ni jedan nije naglašen...

[Dragan100]

Primer za kojeg je dao @Branko ideju:
-9V odradi se sa slobodno sa "431 iz +15VDC Raila, dva otpornika i kond, zatrebamo nekih 5mA, 5mA pustimo za "431.
-servo sam stavio OPA134
-bias FET LTPja 4mA, @2mA/FETu

Rezultati podjednaki za BW, ulazni šum, SNR, jedino se za dlaku promenio THD,
ali još uvijek smo tu oko -130dB i ujednačenog spektra harmonika!

[Braca]

Nemam ni jedan od opampova koje si nabrojao.

Našao sam samo jedan OPA177F (CMI: Vcc - 1V) i podesio struju servo-FET-a na 200uA, što je kod ulaznih FET-ova dalo po 5mA.
Rezultat THD se bitno pogoršao jer su se sada "probudili" svi viši harmonici.

Obzirom na kondenzator od 1uF u originalnoj šemi (Wurcer), U1 ne vidi mnogo od signala (koleno filtera je na 30Hz, -33dB na 1000Hz).
S druge strane, PMA je svoj preamp uradio bez tog kondenzatora.
Na žalost, nije objavio pod kojim uslovima je izmerio spektar, ali kada pogledaš šemu vidiš da se radi o preampu sa pojačanjem od 6dB i atenuatorom.
Prema tome, očekivane vrednosti signala na ulazu u njegov preamp odgovaraju standarnom linijskom nivou od max. 2Vrms.

[Braca]

Vidim da se dok sam pisao ovde dosta toga desilo.

Uradio sam ranije i jedno merenje sa 0,5Vrms na ulazu, ali ga nisam sačuvao.
THD je bio niži za samo 6dB (2. harmonik).

Imam još i 49710 (CMI: Vcc -0,9V), pa ćemo videti kako ide sa predloženim modifikacijama.

[Dragan100]

Servo mora biti iz FET-CMOS familije, pa ti je taj OPA134 najoptimalniji od ovih sad što jih imaš.

Možemo ugurati jedan divider prema -IN OPA134 servo (4K7 i 10K), koji če povuč cca 1mA
R7 pustiš 125R, jer ti je za sada OPA1611 u rangu Vcm za male ulazne signale (do 1Vpeak)
i podesiš struju kroz R7 na 5mA (pad napona 625mV na R7), po 2mA/FETu + taj 1mA za divider
R9 stavi 33K.
Sad su ti ulazi kod servo OPA134 na oko +9,3VDC sa napajanjem +/-15VDC.

Probaj tako, ja u simulaciji dobivam sličan THD, ispod -130dB ulaznim signalom 1KHz @100mVpeak


Ili na originalnoj shemi upisani popravci:

[Dragan100]

@Braca
Upisao sam ti i u originalnoj shemi popravke, da se ima lakšu referencu na več obstoječe elemente.
Pogledaj prijašnji post.

[Dragan100]

Obzirom na kondenzator od 1uF u originalnoj šemi (Wurcer), U1 ne vidi mnogo od signala (koleno filtera je na 30Hz, -33dB na 1000Hz).
S druge strane, PMA je svoj preamp uradio bez tog kondenzatora.

Na žalost, nije objavio pod kojim uslovima je izmerio spektar, ali kada pogledaš šemu vidiš da se radi o preampu sa pojačanjem od 6dB i atenuatorom.
Prema tome, očekivane vrednosti signala na ulazu u njegov preamp odgovaraju standarnom linijskom nivou od max. 2Vrms.

Nisam prije zapazio! Promaklo mi, prespavao izgleda, izmaknulo se pažnji... :-)

U1 radi kao error amp, gdje na svom +IN ima okačenu referencu-->pad napona na R9 (5K) od +Raila. 
Ta referenca je sa JFET CCSom i otpornikom dovoljno precizna i mirna (AC), da može biti i bez konda. 
Može se za C3 staviti kond 1uF ili raditi i bez njega, 
C3 (orig.shema) je samo dodatna filtracija same REF tačke i nešto smanjuje impedancu REF tačke na višim freq.

-IN je aktivan ulaz gdje U1 nadgledava promene od nivoa reference i ovaj ulaz nema RC konstantu, 
ograničen je rad (DC+AC) U1 samo sa BW i SR odabranog opampa.
U1 tako sve u svojim mogučnostima popravlja tu razliku izmedju fiksne/tvrde/tihe REF na +IN i (DC+AC) razlike na -IN ulazu.

Struja kroz R7 je manja --> -IN je pozitivniji od +IN U1 --> U1 povuče OUT servoa prema -Railu --> 
--> struja kroz R7 je sada veča, sa večim padom napona, što U1 na -IN vidi negativnije od +IN REF -->
--> U1 ponovo popravlj stanje, sada sa OUT prema +Railu...itd... i to radi brzinom SR i širinom BW, 
a tačnost error ampa vodi OLG, ulazni offset, šumovi...

Ulazni strujni bias servo opampa, koji je odmah greška podešenog biasa na R7, 
skupa sa ulaznim strujnim šumom i naponskim šumom predstavljaju največi error samog opampa, ako je i ulazni naponski offset mali,
što se i vidi u spektru harmonika.
Zanimljivo bi bilo monitorirati osciloskopom ulazni signal sinus 1KHz versus signalom OUT servoa, 
razlika u obliku signala i fazna greška odmah su pokazivači višeg THDja.
 
Opamp servo znači biramo takav, da ima što manju ulaznu bias struju i što manji ulazni strujni šum, 
uz takodjer nizak ulazni naponski šum, nizak ulazni naponski offset, visok OLG, ....i još po koju sitnicu.
Input voltage common mode jasno mora biti skoro do +Vcc, ili iči dalje sa dividerom ispred -IN servoa.
 
OPA134 je sasvim OK/čak odličan (ali uz dodan divider ispred -IN!!!), a OPA197 što sam pronašao po listi opampova TI, najprimerniji/excellent.
Vidjeti slične FET/CMOS ulazne opampove.

@PMA i @JensH nisu stavili pod kojim uslovima su odradili mjerenje.
6dB pojačanja je za ovaj sklop minimum, tu je i najviši ulazni naponski šum {>6nV/sqrt(Hz)}, 
takodjer na drain-ovima FETova imamo i najvišu moguču amplitudu AC.
Ako stavimo Rg (ovaj ide izmedju source-va FETova) od cca20R, tada imamo 40dB pojačanja,
ulazni naponski šum se spusti skoro do 1,5nV/sqrt(Hz), sklop je sada primeran za sičušne signale ranga <1mVpeak,
i amplitude na drainovima su sada skoro nemerljive. 
BW se nam jasno uža sa svakim +dB pojačanja, pa i ovaj kompozit ima svoju graničnu OLG  :-)


Moje mišljenje oko testa ovog sklopa, kojeg ima @Braca na stolu:

-pustiti R7 od 125R
-dodati divider ispred -IN 4K7+10K, vidjeti shemu u prijašnjem postu (ovaj povuče dodatni oko 1mA kroz R7)
-promeniti R9 na 56K, struju servo FETa imamo oko predvidjenih 100uA
-podesiti sa R8 trimmer pad napona na R7 na 625mV=>5mA, 2x2mA/FETu + 1mA divider
OPA1611 ima svoje ulaze na cca 12,5VDC, a OPA134 na cca 9,5VDC i oba su u rangu svojih ulaznih Vcm.
Kasnije test odraditi sa i bez C3.
Ulazni signal neka je ranga do <100mVpeak, iako imamo samo 6dB pojačanja kompozita.

[Braca]

Dragane, još jednom puno hvala!

Jutros sam još jednom kontrolisao sklop i proverio DC i AC na nekoliko tačaka.
Na izlazu iz U1A praktično nema AC komponente, na opsegu osciloskopa od 1mV vide se samo tragovi AC od 1kHz (1Vrms na ulazu) i šum od 3mVpp.
Wurcer je pisao da izbor U1 nije kritičan, ali ću pri prvoj sledećoj nabavci poručiti OPA192, takođe i za neke druge projekte.

Isprobaću tvoj predlog, ali meni ulazni napon od 100mV ne ispunjava zahtev za primenu u ovom projektu.
Ideja je da zbog niskog šuma i pojačanja od 6dB taj sklop bude na ulazu, a moguće i da zameni INA849 (imao sam grešku pri proračunu šuma u PSpice, on je zapravo 11nV/sqrtHz.

JensH nije prezentirao svoja merenja, ali je taj sklop na ulazu u njegov QuantAsylum, koji predstavlja AP SYS za skromni budžet. Prema tome, njegov THD mora da bude bar na nivou onoga što je izmerio @PMA.
Za razliku od Wurcer-ove šeme, njegov DC režim se fiksira na 11V (prati ulazni napon na U1B i poredi sa Zener diodom od 11V).

Pošto je @PMA jedini napravio funkcionalni audio preamp sa Wurcer-ovom šemom, pitaću ga da li bi ponovio merenje s Cosmos-ovim ADC.
To je u maju i najavio:
https://www.diyaudio.com/community/threa...st-7030728

[Braca]

Ravnomerni THD spektri u simulacijama s ulaznim naponom od 100mVp imaju objašnjenje: na tim nivoima dominira sopstveni šum sklopa, odatle i jednakost harmonika.

Harmonici leže na nivou od -142dBc, što odgovara pragu šuma od oko 11nv/rtHz i slaže se sa simulacijom nivoa šuma u PSpice - odličan rezultat .

[Dragan100]

Ako pogledaš Tina shemu i grafove
https://forum.yu3ma.net/thread-2543-post...#pid124117
OUT servoa zapravo INV prati amplitudu ulaznog signala (ta koja se formira na R7), amplitudnom i faznom greškom (sve u svojoj mogučnosti servoa),
kojom se cancelira (DC+AC) promene na R7, što se i vidi iz grafa Vccs, rezultirajučom greškom unutar +/-10uV,
sa ulaznim signalom od +/-500mVpeak.

Na izlazu U1A nemaš AC komponente (osim nekog residua i šuma) jer ti je OPA134 van Vcm
i radi samo DC (pa i to mukom!  :-)  )
Sad zapravo radi kao da bi imao fiksan CCS od spoja R2-R3 prema -Rail, znači bez AC Current feedbacka i bez te AC modulacije.
Zato i takav THD, kao kod klasičnog takvog kompozita.



(b), © sheme imaju ulaze opampa cca 4V ispod +Raila, (a) shema oko 0...-1V

OPA192 odličan ti je izbor i za druge projekte, treba ga imati na zalihi, može i kao U1B, pa se stavlja OPA2192

Probaj taj moj predlog, samo malo imaš toga promijeniti, ništa konceptualno, samo da se dobije U1A u njegov Vcm.

Test sam predložio sa ulaznim signalom do +/-100mVpeak, jer i u simulaciji dobivam dobar rezultat THDja,
a kod viših nivoa nešto slabiji.
Testiraj sa tako malim signalom, da barem dobiješ sliku nalik @PMA i @Jens.

Kasnije ga možeš testirati i do kog ulaznog Vcm zapravo ide ovaj kompozit, 
sa 6dB pojačanja trebao bi bez poteškoča iči i preko +/-2Vrms ulaznog signala,
zapravo sve dok OPA1611 ne predje svoj Vcm (DC+AC)!

PS:
Poslijepodne odradim i simulacijska merenja oko drain-ova, da vidimo (DC+AC) stanje na ulazima OPA1611

[Braca]

Dragane, uradio sam izmenu koju si predložio: na ulazu u U1A imamo 9,5Vdc, struja kroz dif. FET-ove nešto preko 2mA po grani.

Na žalost, pri ulaznom naponu u dif. stepen od 1Vrms (2Vrms na izlazu) dobijam isti THD kao i ranije.
Smanjenjem ulaznog napona na 0,27Vrms (minimalni izl. napon Viktorovog oscilatora), odn. izlaz za -11dB u odnosu na nivo od 2Vrms, dobija se na 2. harmoniku samo 10dB niže izobličenje, a na trećem samo 4dB manje (v. prilog).

Problem, dakle, ostaje.
Ostaje da vidim šta će PMA da kaže.

Tebi puno hvala na trudu, a nešto smo i naučili na ovom primeru.

[Dragan100]

Da, problem očitno još persistira negdje. Takav spektar dobivam simulacijski kad eliminišem servo i postavljam tu vezu R2-R3 na GND.
Po spektru harmonika kao da nema uloge servo!?
Jesi u mogučnosti da prečekiraš OUT servoa za AC signal?

Pogledaj i C2 33p (da nije 330pF, takodjer i C1) kako je vezan, da nije slučajno na +Vcc. Tako bi prespajao i R7, pa je AC CF freq uskračen.
Koliko ti je opterečenje na izlazu?
Možeš i bez njega, jer je NFB 2K prema servou (Virtual GND) i predstavlja več opterečenje.

[Braca]

AC komponentu izlaza iz OPA134 imaš u prilogu.

Spoljašnje opterećenje na izlazu je 1,2k (ulazni otpor ADC-a), ali to kod 1611 to ne bi smeo biti problem jer po DS-u pri izlazu od 3Vrms (kod mene je 2V) i opterećenju od 600R, THD+N (BW od 80kHz) je u blizini -140dBc, što znači da je čist THD ispod -140dBc.

Ožičenje sam proverio više puta. Jasno mi je da na perforiranoj pločici ne mogu očekivati performanse dobro urađene pločice (AD797 na adapteru nisam uspeo da smirim), ali to ne može biti objašnjenje za 50dB razlike.

[Dragan100]

Braca, hvala za okačen oscilogram OUT servoa.

Po oscilogramu vidim samo širokopojasni šum cca 1mVrms!
A tu je za očekivati sliku oscilograma ulazne INV amplitude, to jest nekih 380Vpeak @997Hz + taj šum!
Nešto nije u redu u okruženju opamp servoa ili nije OK sam opamp!
Koje još opampove imaš pri ruci?
OPA177 slobodno probaj, iako neoptimalan tu, podesi ponovo struju @2mA/FETu,
poslije pregledaj oscilogram OUT servoa, i ako inverzno prati ulazni signal, spremno kasnije za test THDja.

U medjuvremenu sam odradio simulaciju bez servoa, pogledajmo si rezultat THDja.
Kao da se poklapa tvojim zadnjim prilogom THDja sa modifikacijm (dividerom ispred servoa)

[Dragan100]

Ovako nešto očekujemo sa 0,27Vrms diff.ulazom @1KHz (382mVpeak),
-merenje servo OUT AC
-one "kvrge" u oscilogramu su zbog PrintScreen capture  :-)

[Braca]

Dragane, proverio sam spojeve na servo-kolu i zamenio 2SK117 novim jer sam ovaj prethodni već ranije koristio, ali se ništa nije promenilo.
Inače, na tom mestu sam do sada isprobao LT1007, OPA117, OPA134, OPA627 i OPA827 i svi su davali isti rezultat.

Kod prethodnih merenja u servo-kolu je još bio i kondenzator od 0,47uF, a jutros sam i njega odstranio da bih imao istu konfiguraciju kao u tvojoj simulaciji.
Posle te zamene oscilogram na izlazu iz U1A se uopšte nije promenio.

Kad smo kod tog kondenzatora, već sam pomenuo da ga je Wurcer imao u svojoj originalnoj šemi, što meni govori da on nije ni hteo da ima AC komponentu na ulazu u servo.
@PMA i @JensH nemaju taj filter u svojim realizacijama, a ja vidim da on nema nikakvog uticaja na THD.

Moraću da napravim pauzu sa ovim prototipom dok ne uspostavim kontakt sa @PMA.