Pojedinačni op-ampovi imaju granice u pogledu izobličenja i one su dokumentovane u odg. DS-u. THD vrhunskih op-ampova iz tekuće proizvodnje leži na nekih -120 do -130dB.
Ako su potrebna još niža izobličenja, napr. za mernu tehniku, jedan od mogućih pristupa je korišćenje tzv. kompozitnih pojačavača, tj. sklopova od dva ili više redno vezanih op-ampova, kontrolisanih globalnom povratnom spregom. Serijskom vezom se ostvaruje veliko pojačanje, a povratna spega potiskuje THD daleko ispod vrednosti individualnih komponenata.
Kompozitne strukture nisu ništa novo - mene interesuje nizak THD, ali se koriste još odavno i u druge svrhe, napr. za istovremeno postizanje brzine sklopa pri niskom šumu i DC tačnosti. Burr-Brown i LT su objavili nekoliko aplikacija na tu temu.
Za početak, predstavljam gradnju jednostavnog kompozitnog sklopa koji treba da mi da dovoljno struje za pogon 50-omskog atenuatora pro izlaznom naponu od 5Vrms.
Sastoji se od jediničnog bafera LME49600 kao izlaznog stepena i još jednog op-ampa na ulazu, šema dolazi iz evaluacionog modula za LME49600: http://www.ti.com/tool/LME49600TSBD?keyM...everything
Šema je koncipirana kao pojačavač za slušalice, pa je tu i ulazni potenciometar, ali pošto originalni evaluacioni modul košta više od 200 dolara, ja sam je realizovao na kineskoj pločici koja košta par procenata od gornje cene.
Pločica nije nešto naročito, ali za početak je dovoljno dobra. Kinezi su na ulazu predvideli kondenzator iako sklop ima DC servo - bilo bi bolje da su ta dva elka iskoristili kao bajpas za ulazni pojačavač, ali se to još može improvizovati. Pored toga, uklonili su (bez nužde) s druge strane pločice sav bakar ispod LME49600, umesto da ga ostave kao hladnjak. Ostavili su rupice da bi se metalna površina op-ampa mogla kroz njih zalemiti na gornji bakar.
Na prvoj slici se vidi prva verzija tog pojačavača. Koristio sam ga par dana kao pojačavač za slušalice i veoma sam zadovoljan zvukom. Izlazni baferi se u tom slučaju vrlo malo greju, ali u kontinualnom pogonu za moju primenu (5Vrms na 50 oma) pojačaću hlađenje s gornje strane lepljenjem hladnjaka (druga slika). Već sam ih kupio, a onda video da mi je Kinez podvalio: umesto toploprovodne lepljive trake, stavio je običnu dvoslojnu. Digikey ima kvadratiće pravog materijala u raznim veličinama, pa to neće biti problem.
Biće i merenja - aplikacija mi obećava THD od skoro -130dB pod uslovima koji me interesuju. Proverićemo...
Evo i prvog preliminarnog merenja - obećava
Konfiguracija je Viktorov oscilator na 1Vrms, pojačanje modula 3x, oba kanala u paraleli priključena na 50-omski atenuator HP355c, -6dB, tj. na ulazu u ADC imam 1,5Vrms (-10dBFS).
Spektar je bez osrednjavanja jer su u susednom stanu majstori, pa se svakih 10-tak sekundi spektar totalno uruši zbog smetnji (modul nije oklopljen).
THD iznosi -130dBc (kako DS kaže), ali ću tek osrednjavanjem videti da li je zaista tako.
Otišli majstori iz komšiluka, pa evo novih merenja
Pojačavač je spakovan u čeličnu kutiju (priprema za merenje s eliminacionim filterom i LNA) i za kontrolu je prvo urađeno merenje uz osrednjavanje rezultata. Po očekivanju, posle 16 osrednjavanja nivo šuma se smanjio za nekih 4 do 5dB, ali harmonike nisu "izronile" (prvi prilog).
Sledeće merenje je izvršeno programom DiAna (drugi prilog). Za one koji nisu pratili tu temu na velikom forumu, radi se o programu koji predstavlja softversku veziju analizatora izobličenja: od merenog signala se prvo oduzima idealna sinusoida, a ostatak se podrvrgava Furijeovoj (spektralnoj) analizi.
THD iznosi -130dB (donji levi ugao slike), ali za razliku od mojih prethodnih merenja, sada su harmonike postale vidljive.
Treće merenje je urađeno primenom "notch" filtera i LNA s pojačanjem od 60dB. Bez ulaženja u detalje proračuna, izmereni THD iznosi nekih -128dB.
Prema tome, može se reći da uređaj dostiže rezultate iz DS-a.
Braco sve pohvale, ..."lepo se ti nama igraš!" :-)
Kompozitni pojačavači su kad-tad jedino rešenje ako hočemo vrhunske parametre
kao što su THD, mali ulazni naponsko/strujni šum, DC linearnost, mali ulazni offset,
mali temp drift-parametra, visok SNR, odličan PSRR, CMRR...itd
a još preko toga i da imamo visok SR (znači i širok BW) i jake izlazne strujne zalihe.
Naručivao sam samplove dok jih je TI rado davao, pa i experimentisalo se tada više no danas...
THS6012 dual ADSL line driver odličnih parametra BW, SR, izlaznih strujnih zaliha...
ali ne i odličnog THDja, DC linearnosti, offset mu je sve nego uopšte dobar...itd,
pa se mu dodaje ulazni opamp koji ima sve ove gornje pomankljivosti THS6012
a ostalih vrhunskih karakteristika.
Odabrao sam OPA1611.
Gain-a sam trebao 10V/V ili 20dB, pa sam jih poraspodijelio tako da imam najbolji moguči THD.
OPA1611 ima THD najbolji u konfiguraciji manjeg Gain-a i tada imamo i širi BW, THD opada i kako narasta izlazna amplituda (do nekih 10Vrms, sa napajanjem +/-15VDC)
Kod kompozitnog pojačavača trebamo uravnotežiti "poraspodjelu gainova" izmedju upotrebljene opampove,
naime iako je prvi opamp odgovoran sa globalnim NFBjem, drugi opamp sa svojim lokalnim NFBjem
pomaže prvom opampu, tako da prvi opamp zapravo više ne radi cijeli mu dodeljen globalni gain
nego ima za lokalni gain drugog opampa sada manji interni efektivni gain, time i širi BW, manji THD...itd
Na kratko ima se sada viši OLG koji je zadužen ponajviše za popravku svih tih errora u kasnijem Closed-loopu
višim Headroom-om razpoložljivog OLGja.
Ubrza se i SR, jer smo za drugi opamp odabrali takvog, brzog i širokog BW.
DC preciznost nadledava prvi opamp, jer popravlja nakupljene DC greške kojih unosi DC neprecizan drugi opamp.
Šum, posledično i SNR takodjer popravlja prvi opamp, pošto nadgledava sve globalnom NFB.
Izlazne strujne resourse daje drugi opamp, rasterečivši opterečenja prvog opampa....itd beneficija.
Treba jedino dobro paziti na nastabilnost takvog kompozitnog pojačavača
jer imaju tendenciju da "pikuju" AC odzivom na višim freq,
pa jih treba limitirati/kompenzirati.
OPA1611+THS6011 (ovaj je dual, pa sam ga paralelovao i zalepio na PCB nogicama u vazduh) 3D gradja,
kompenzirao sam odziv tako da nisam imao pika na visokim freq (sig.gen + osciloskop)
i dobio negdje oko 15MHz BW,
SR na large signalima (100KHz četvrtka, izlaz na +/-10Vpeak, napajanjem +/-15VDC) ocenio sam na cca 115V/usec
OPA1611 ima inače cca 25V/usec sa velikim signalima izlaza a THS6012 oko 1000V/usec.
THD nisam merio, nisam imao mogučnosti ali trebalo bi se poklapati gornjim tvrdnjama, da se i THD smanji.
Mogu potražiti po shemama i zalepiti je tu, ako bude nekomu zanimljiva,
inače odlično svira kao pojačalo za slušalice...
@Macola BatoMM ima kompozitnu strukturu, pa i moj LM3886 u Aclassi
a i @gimba svojim pojačalom https://forum.yu3ma.net/attachment.php?aid=30999
gdje se dobio i nešto viši SR negoli samo konfiguracijom pojačala LME49810 (SR iz priloženih oscilograma)
i mogli bi nači i po koji kompozitni pojačavač, recimo Ciklotron sa LME49724...itd
U pravu si što se tiče "kompozita". Tvoja ideja s OPA1611+THS6011 je vrlo slična s Groner-ovim konceptom - kod njega je to par OPA211 + THS4031, čime je THD spustio na -180dB. Taj mi je u pripremi, zapravo "pasiva" je već izlemljena, a ostatak će verovatno biti gotov već tokom nedelje. On mi je potreban kao buffer iza Viktorovog oscilatora da bi mi pregradio njegovu izl. impedansu od 600 oma jer mi ona pravi CM izobličenja ako mi je naredni sklop u neinvertovanom modu. Pošto oscilator verovatno ide ispod -140dB, buffer mora biti bolji od njega.
01-07-2020, 02:01 PM (This post was last modified: 01-07-2020, 02:01 PM by gimba.)
@Braca hvala za pokretanje ove teme. Upravo tema koja je pocela da me interesuje kada sam poceo da pravim pojacalo. Groner ima dobar dokument o njegovom kompozitnom pojacavacu.
@Dragan100 hvala za ovakvu brzu ali lepo objasnjenu analizu. Tutorijal ukratko. Svaka cast.
I ja sam pre nekoliko godina uradio jedan ovakav kompozitni ampić za slušalice samo što je moja (kitajska) PCB bila za dual opamp a ne za dva single opampa. Evo i slike mog ampića.
01-07-2020, 04:45 PM (This post was last modified: 01-07-2020, 04:46 PM by Dragan100.)
OPA1611+THS6012 (dual paralel output)
Nisam pronašao shemu, ali po sečanju bi morala biti ova:
750R za Rfb THS6012 je po DS bez VF pikovanja, lokalni gain 750R/220R+1 = 4,4V/V
OPA1611 gain znam da sam ga držao niskog za tot cca ispod 10V/V globalne NFB, to je cca oko 390R/51R+1 = 8,6V/V
pa ispadne efektivni interni gain OPA1611 skoro podjednak 8,6-4,4 = 4,2V/V
Kompenzaciju globalne NFB znam da sam radio sa 10p i utrimovao Rcomp na cca 15MHz BW bez VF pikinga!
Za ostale vrednosti nisam siguran, ali bi trebale biti takve za pojedinačne gainove, kao u priloženom shematiku,
bazirao sam se po DS!!!
SIM Macro-i su napravljeni sa TOT performansama DS:
* OPEN-LOOP GAIN AND PHASE VS. FREQUENCY WITH RL, CL EFFECTS (Aol)
* UNITY GAIN BANDWIDTH (GBW)
* INPUT COMMON-MODE REJECTION RATIO VS. FREQUENCY (CMRR)
* POWER SUPPLY REJECTION RATIO VS. FREQUENCY (PSRR)
* DIFFERENTIAL INPUT IMPEDANCE (Zid)
* COMMON-MODE INPUT IMPEDANCE (Zic)
* OPEN-LOOP OUTPUT IMPEDANCE VS. FREQUENCY (Zo)
* OUTPUT CURRENT THROUGH THE SUPPLY (Iout)
* INPUT VOLTAGE NOISE DENSITY VS. FREQUENCY (en)
* INPUT CURRENT NOISE DENSITY VS. FREQUENCY (in)
* OUTPUT VOLTAGE SWING vs. OUTPUT CURRENT (Vo)
* SHORT-CIRCUIT OUTPUT CURRENT (Isc)
* QUIESCENT CURRENT (Iq)
* SETTLING TIME VS. CAPACITIVE LOAD (ts)
* SLEW RATE (SR)
* SMALL SIGNAL OVERSHOOT VS. CAPACITIVE LOAD
* LARGE SIGNAL RESPONSE
* OVERLOAD RECOVERY TIME (tor)
* INPUT BIAS CURRENT (Ib)
* INPUT OFFSET CURRENT (Ios)
* INPUT OFFSET VOLTAGE (Vos)
* INPUT OFFSET VOLTAGE VS. TEMPERATURE (Vos Drift)
* INPUT COMMON-MODE VOLTAGE RANGE (Vcm)
* INPUT OFFSET VOLTAGE VS. INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (Vos vs. Vcm)
* INPUT/OUTPUT ESD CELLS (ESDin, ESDout)
Tako da se rezultati simulacije drže DS i AN kompozitnih pojačavača
-poboljšanje SR, BW, šuma i SNR pa i trebalo bi i THD,
ali ovaj (THD) nije uopšte zapisan u direktivama spice modela, tako da ga izostavljam
Možda za kontrolu pogledati THD prvog i drugog opampa pojedinačno (1. sa 2K LOAD i 2. sa 50R LOAD)
i kasnije pogledati tendenciju THDja kompozitnog spoja, barem se dobija uvid šta se može očekivati... :-)
-180dB THDja tek je netrivialno izmeriti, LNA bi trebao takodjer biti kompozitni 1000x gain +, shildovanje, posebno tretiran prostor....
zamisli, dva zalutala fotona koja se slučajno zalete na ulaz stohaički dobijemo pogrešan rezultat! :-)
a šta sa neutrinima?
Trebalo bi da LM4562, iako je bipolarni, ima input bias cancelation, odnosno da opamp ima nizak offset. Ako strujni booster radi kao buffer sa jediničnim pojačanjem ne bi trebao taj dodatni servo regulator za DC offset. Offset bi trebalo da bude nizak. Ali ako je potrebno da bude nula onda ima smisla stavljati taj servo regulator.
Kod tih aplikacionih shema u DS-ovima proizvođači predviđaju upotrebu što većeg broja opampova iz prostog razloga što oni vole da se opampovi prodaju u što većim količinama. Podstiču kupce da kupuju što više.
Ivane ako mislite na semu iz Ti aplikacije, tu postoji problme zbog potenciometra na ulazu i promene ulazne izmedanse pa moze doci do pojave ofseta na izlazu op-a
Da, misio sam na TI aplikacionu shemu. OK. Nikako ne škodi servo ali neki ljudi kažu da on zna malo da pokvari subjektivni utisak zvuka. Ja mislim da ako je offset nizak, on može da se toleriše.
U pravu si što se tiče "kompozita". Tvoja ideja s OPA1611+THS6011 je vrlo slična s Groner-ovim konceptom - kod njega je to par OPA211 + THS4031, čime je THD spustio na -180dB. Taj mi je u pripremi, zapravo "pasiva" je već izlemljena, a ostatak će verovatno biti gotov već tokom nedelje. On mi je potreban kao buffer iza Viktorovog oscilatora da bi mi pregradio njegovu izl. impedansu od 600 oma jer mi ona pravi CM izobličenja ako mi je naredni sklop u neinvertovanom modu. Pošto oscilator verovatno ide ispod -140dB, buffer mora biti bolji od njega.
(01-07-2020, 04:45 PM)Dragan100 Wrote: -180dB THDja tek je netrivialno izmeriti, LNA bi trebao takodjer biti kompozitni 1000x gain +, shildovanje, posebno tretiran prostor....
zamisli, dva zalutala fotona koja se slučajno zalete na ulaz stohaički dobijemo pogrešan rezultat! :-)
a šta sa neutrinima?
Ne postoji danas analizator izobličenja koji može direktno izmeriti ni -150dB, ali postoji jedan stari trik čijim se korišćenjem čak i u "kućnoj radinosti" mogu izmeriti ekstremno niska izobličenja.
Jednostavno, između (+) i (-) ulaza op-ampa koji se ispituje veže se otpornik izvesne vrednosti i tako izobličenja pojačaju za željeni iznos.
Da ne ulazim u detalje, metod je lepo dokumentovan na str. 21 DS-a za op-amp OPA 1622.
01-08-2020, 01:08 PM (This post was last modified: 01-08-2020, 01:15 PM by Dragan100.)
(01-08-2020, 09:55 AM)Braca Wrote:
(01-07-2020, 04:45 PM)Dragan100 Wrote: -180dB THDja tek je netrivialno izmeriti, LNA bi trebao takodjer biti kompozitni 1000x gain +, shildovanje, posebno tretiran prostor....
zamisli, dva zalutala fotona koja se slučajno zalete na ulaz stohaički dobijemo pogrešan rezultat! :-)
a šta sa neutrinima?
Ne postoji danas analizator izobličenja koji može direktno izmeriti ni -150dB, ali postoji jedan stari trik čijim se korišćenjem čak i u "kućnoj radinosti" mogu izmeriti ekstremno niska izobličenja.
Jednostavno, između (+) i (-) ulaza op-ampa koji se ispituje veže se otpornik izvesne vrednosti i tako izobličenja pojačaju za željeni iznos.
Da ne ulazim u detalje, metod je lepo dokumentovan na str. 21 DS-a za op-amp OPA 1622.
Pozdrav
Poznajem tu metodu,
dobiva se vrlo veliko pojačanje svih errora (THD...) otpornikom izmedju ulaza (ranga 10R)
sa pogojem da ima izlaz iz sig.generatora (izvor) vrlo nisku impedancu!!! (kao Virtual GND),
dok ostane globalno pojačanje ulaznog signala vrlo nisko!
Kasnije se može dodati i LNA, da nam harmoniki "izplivaju" iz residua šuma.
Nego još uvijek drži ono " svaki zalutali elektron ima posledica" ... :-)
pogotovo kad se radi o dokazivanju Ultra low THDja ranga -180dB i niže.
LNA pojačanja 100V/V ili 1000V/V kao kompozitni pojačavač ultra low THDja bio bi te kako zahvalan, zar ne!
Naravno, bez LNA ne ide.
Za sada sam zadovoljan s moja dva - oba su kompoziti sa FET ulazom (šum RTI je kod jednog ispod 400pV/rtHz, 8 x BF862) i pojačanjem od 60dB.
(01-08-2020, 01:44 PM)Braca Wrote: Naravno, bez LNA ne ide.
Za sada sam zadovoljan s moja dva - oba su kompoziti sa FET ulazom (šum RTI je kod jednog ispod 400pV/rtHz, 8 x BF862) i pojačanjem od 60dB.
:-)
Koliko takvih LNA ima u opticaju?
tešlo to danas replicirati...
Zato kažem za -1xxdB LNA niskog šuma i do 1000V/V gain-a, šta bismo danas "iskemijali"!? od "kompozita"...
LNA se može vrlo dobro napraviti i u kućnoj radinosti.
Najjednostavniji meni poznat LNA, koji sam i napravio, je ovaj: https://www.diyaudio.com/forums/equipmen...26742.html
Genijalno jednostavan, a imao sam sreće da uskočim u GB i dođem do pločica. Gore pomenuta merenja sam napravio s tim LNA. Mislim da sam ga jednom prikazao na našem forumu.
