Jump to content
    

Smart overload protection power amplifier «Zita (Z) ThermalTrak™»

двухкаскадный усилитель мощности низкой частоты (УМЗЧ)
Первый каскад- ФНЧ (фильтр низких частот)
Второй каскад- УМ (усилитель мощности)
технические характеристики:

Спойлер

Р(ном) =  100 Вт ( ограниченная мощность, THD < 0.005%, Rн = 4 Ом )
Р(макс) = 126 Вт ( ограниченная мощность, THD ≈ 1%, Rн = 4 Ом )
Iп = 50 -- 100 мА ( ток покоя оконечного каскада, на плечо )
G = 20 дБ ( усиление напряжения переменного тока УМЗЧ )
Rвх = 10 кОм ( входное сопротивление УМЗЧ )
THD < 0.005% ( рабочая область частот, до 9-й гармоники вкл, Р(ном) = 100 Вт, Rн = 4 Ом )
SINAD      93дБ ( рабочая область частот, P(вых) = 10 мВт, Rн = 4 Ом )
F(w)         20 Гц -- 20   кГц        ( рабочая область частот )
F(Р-3дБ)    8 Гц -- 390 кГц        ( сильносигнальная область частот УМ, фильтр отсечки реакт. нагр. откл. )
F(-3дБ)      8 Гц -- 440 кГц        ( эффективная область частот, фильтр отсечки реакт. нагр. откл. )
F(-1дБ)    15 Гц -- 230 кГц        ( область частот с фазовым сдвигом сигнала до ≈ 30*)


Первый каскад- ФНЧ с эффективной полосой пропускания F(-3дБ) до 450 кГц. Каскад усиливает напряжение 
переменного тока (G=10 дБ) и обеспечивает первичную защиту от динамических перегрузок. Схемотехнически 
реализован на операционном усилителе (ОУ) и работает по инвертирующей схеме включения с однополюсной 
частотно-фазовой коррекцией (ЧФК).
 Второй каскад- трёхкаскадная архитектура инвертирующего УМ (G=10 дБ) с эффективной малосигнальной 
полосой пропускания F(-3дБ) до 2.3 МГц, комбинированным усилителем ошибки в качестве входного каскада
(ВК Iк), источником тока управляемым напряжением (ИТУН IIк) в каскаде усиления напряжения (УН) и 
повторителя напряжения (ПН IIIк) для согласования каскада УН с нагрузкой. УМ охвачен цепью общей 
отрицательной обратной связи (ОООС) с однополюсной ЧФК.
 

усилитель мощности
 

Спойлер

ВК (Iк)
Комбинированный каскад усиления ошибки сложения переменной составляющей напряжений в точке «Р1». 
Работает в линейном режиме, как инвертирующий усилитель с усилением  > |60| дБ. В режиме защиты,
как аттенюатор с коэффициентом ослабления до -45 дБ и экспоненциальной характеристикой регулирования. 
Имеет цепь (А1) местной ООС с элементами защиты от перегрузки по входному напряжению УМ (ограничи-
тель на диодах). Цепь местной ООС работает только при значительных ошибках сложения сигналов в точке 
Р1» в случае нелинейного режима работы каскадов УМ, в линейном режиме влияния на усиление каскада не 
оказывает. Дифференциальный вход ИТУН в режиме линейного усиления или слабого уровня перегрузки 
работает асимметрично (в точке «Р1» доля переменной составляющей напряжения невелика).
Значительное увеличение переменной составляющей в точке «Р1» свидетельствует о потере эффективности 
ослабления аттенюатором входного сигнала перегрузки, в этом случае ИТУН перейдёт в дифференциальный 
режим работы, а УМ на архитектуру двухкаскадного инвертирующего усилителя с частичным (полным) 
выключением аттенюатора из тракта усиления. (Другими словами, в режиме полного отсутствия 
контроля в петле ОООС усиление УМ с разомкнутой цепью ОООС (AOL) снижается с ≈65 дБ до ≈20 дБ, 
при  частичном контроле, петлевое усиление (LG) изменяется от ≈10 дБ до ≈55 дБ, в зависимости от ве-
личины переменной составляющей напряжения в точке «Р1», что обеспечивает режим контролируемой 
перегрузки УМ.) При усилении импульсного сигнала (меандр) аттенюатор и ИТУН в дифференциальном режи-
ме будут  работать совместно, не допуская перехода каскадов УМ в нелинейный режим на сложных участках 
сигнала  (П\Х, спад импульса). Оптимальная переходная характеристика (П\Х) прямоугольного импульса в этом 
случае формируется автоматически. В любых практических случаях перегрузок по напряжению выходная мощ-
ность УМ в нагрузке (4 Ом) ограничивается Р(вых) ≈200 Вт (ограничитель на диодах).
 ИТУН (IIк)
Каскад усиления напряжения.
Имеет симметричный дифференциальный вход и нагружен на входной импеданс Z(c) ≈800 кОм повторителя 
напряжения. Используется мостовая схема включения с виртуальной точкой напряжения в измерительной 
диагонали и стабилизацией источником тока питания в силовой диагонали моста. Питание моста стабилизи-
рованным током улучшает ослабление синфазной и дифференциальной помехи (PSRR,CMRR) по силовым 35V 
шинам питания УМ. Схемотехнически ИТУН реализован на симметричном дифференциальном входном 
каскаде и токовом зеркале с тремя выходами по току, имеющими коэффициент отражения тока ≈1.
 ПН (IIIк)
Повторитель напряжения.
Трёхкаскадный усилитель тока с высоким входным импедансом (Z ≈3 МОм на плечо), по схеме параллельного 
повторителя и симметричных повторителей предоконечного и оконечного каскадов. Оконечный каскад на 
эмиттерных повторителях, один из транзисторов в плече работает в классе В, другой в классе АВ
(транзистор «ThermalTrak™»).  В предоконечном каскаде установлен источник напряжения предварительного 
смещения для пары транзисторов оконечного каскада, работающих без тока покоя в классе В
(мощность активного транзистора Р(вых)  ≥ 1Вт, Rн= 4 Ом).

Техническое описание, схемы, графики.
https://disk.yandex.ru/d/UqMTXXI2_NC7XQ

2022-09-05_184737.thumb.png.2d4bf7f848d019c33804a74c3ed31668.png

Edited by Tracking Trend

Share this post


Link to post
Share on other sites

Основной объём работы по оформлению ТД окончен, в дальнейшем изменения  по мере накопления и актуальности.

Скачать ТО можно в шапке темы.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Спойлер

 

Послание, строителям сверхлинейных усилителей, для колхозной дискотеки.:biggrin:

Ваш Владимир Ильич уже оброс грибами, сделайте лучше чем PA Zita (Z) SP.:acute:

2022-09-16_204835.thumb.png.0d7dc4138d55d771075d0f42ea615637.png

Edited by Tracking Trend

Share this post


Link to post
Share on other sites

On 9/5/2022 at 10:12 PM, Tracking Trend said:

двухкаскадный усилитель мощности низкой частоты (УМЗЧ)

Раньше в журналах Радио подробно описывались ключевые особенности предлагаемой схемы.

Ее принципиальные отличия от других схем. 

Что в ней хорошего и за счет чего эта хорошесть достигнута.

А тут все как-то сухо. Вот схема, вот характеристики.

Да и схема местами нарисована - вырви глаз. В частности каскады на транзисторах Q1Q9Q15 и Q11Q19Q4.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

59 минут назад, dimka76 сказал:

Раньше в журналах Радио подробно описывались ключевые особенности предлагаемой схемы.

Ее принципиальные отличия от других схем. 

Что в ней хорошего и за счет чего эта хорошесть достигнута.

А тут все как-то сухо. Вот схема, вот характеристики.

Да и схема местами нарисована - вырви глаз. В частности каскады на транзисторах Q1Q9Q15 и Q11Q19Q4.

Техническое описание писалось для опытных радиолюбителей и разработчиков, информация предоставляется  для возможного применения в других разработках.

Это не является статьёй, автор не получил материального вознаграждения за счет публикации в СМИ.

Чтобы разобраться, Вам возможно потребуется ознакомиться с статьями М. Оталла из папки "Datasheets", архив «Zita (Z) ThermalTrak™»

Схема мост-ИТУН подробно описана на рисунке "ИТУН схема моста напряжения постоянного тока".

Edited by Tracking Trend

Share this post


Link to post
Share on other sites

В 05.09.2022 в 22:12, Tracking Trend сказал:

Техническое описание, схемы, графики.
https://disk.yandex.ru/d/UqMTXXI2_NC7XQ

2022-09-05_184737.thumb.png.2d4bf7f848d019c33804a74c3ed31668.png

Мне кажется, что это некорректное заявление: " А1 (нелинейный режим работы усилителя А2)- аттенюатор с коэффициентом ослабления -1<= K <0  "

в связи с тем что A1 не может быть аттенюатором ( т.к. аттенюатор - вещь принципиально линейная по определению) , а у Вас А1 переходит в нелинейный режим "ограничителя на диодах" при некоторых видах сигналов на входе. Иными словами , то, что изображено в картинке цитаты, на мой взгляд, является попыткой перенести источник искажений с "больной головы (А2) на здоровую (А1) ", ради мнимой пользы устранения "перегрузки" в А2 путем перемещения места возникновения нелинейных продуктов из А2 в А1. Т.е. видится попытка применения принципа "клин клином вышибаем" , где под сущностью "клин" имеется ввиду место возникновения интермодуляционных и нелинейных искажений. Так или иначе нелинейность все равно возникает в цепи прохождения сигнала от входа до выхода и под воздействием общей ООС эта нелинейность  подвергается " исправлению (ослаблению негативных последствий от её наличия).

Так? 

В чем тогда "фишка" схемы ?

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

6 часов назад, тау сказал:

В чем тогда "фишка" схемы ?

По большому счёту эти игрушки- аттенюаторы.
переменный резистор с линейной хар-кой регулирования
переменный резистор с логарифмической хар-кой регулирования
переменный резистор с обратно логарифмической (экспоненциальной) хар-кой регулирования
декадный магазин сопротивления
логарифмический аттенюатор

УМ
Каскад усиления ошибки можно рассматривать как четырёхполюсник с линейной передаточной 
хар-кой в определённой полосе частот и усилением около G=|60|дБ (см. графики стр.12), это условие будет выполняться при нормальной степени слежения в петле
общей ООС, переменная составляющая напряжения в точке «Р1» и на выходе усилителя ошибки (U(р-р) 60 мВ) будет много
меньше порогового напряжения открытия PN-перехода.
В случае плохой степени слежения в петле общей ООС, в точке «Р1» резко возрастёт уровень переменной составляющей напряжения
(нарушение нормальных условий сложения сигналов для общей линейной работы УМЗЧ), на выходе усилителя ошибки напряжение увеличится до порогового
напряжения открытия PN-переходов диодов ограничителя, проводимость которых (логарифмическая), будет являться верхним плечом делителя местной
ООС усилителя ошибки (инвертирующего) уже с экспоненциальной передаточной характеристикой (аттенюатор). Усиление в усилителе ошибки уменьшится с |60| дБ до <0 дБ,
в зависимости от уровня напряжения в точке «Р1» и входного напряжения УМ. Все эти телодвижения нужны для сброса полного усиления в тракте УМ в случае
неудовлетворительной степени слежения в цепи общей ООС УМ, снижения времени и последствий режима работы УМ с перегрузкой по 
входному напряжению, либо сложного сигнала для этого тракта усиления.
Сбросить усиление в каскаде УН УМ (мост-ИТУН G(aol)= 65 дБ) было бы намного сложнее в плане схемотехники, тем более это нужно сделать также и в усилителе ошибки (G= |60| дБ).
Полное усиление около 125 дБ это уже не шутка ))).
Фишки.
Снижение требований к полосе пропускания входного ФНЧ УМЗЧ, в этой архитектуре полоса пропускания (-3дБ) УМЗЧ примерно равна 400 кГц и выровнялась с сильносигнальной полосой УМ.
Снижение до минимума TIM (разработка «УМЗЧ Free-TIM»), статьи М. Оталла (в папке "Datasheets" архива) 
Надеюсь, внятно написал.
 

Edited by Tracking Trend

Share this post


Link to post
Share on other sites

3 часа назад, Tracking Trend сказал:

По большому счёту эти игрушки- аттенюаторы.
переменный резистор с линейной хар-кой регулирования
переменный резистор с логарифмической хар-кой регулирования
переменный резистор с обратно логарифмической (экспоненциальной) хар-кой регулирования
декадный магазин сопротивления

Да. Вышеперечисленные в цитате  не искажают форму проходящего сигнала. (даже с логарифмической характеристикой регулирования)

Ваши же диоды в ОС - слишком нелинейны, чтобы можно было вот так запросто их называть "аттенюаторами". Диоды в цепи ООС искажают амплитудную характеристику усилителя с такой ООС, приводя к возникновению гармонических и интермодуляционных искажений сигнала. Диод может выполнять роль аттенюатора только для очень слабого сигнала, мало влияющего на его дифф. сопротивление, которое, в таком случае\применении , задается прямым током его смещения. Но это применимо не для Вашей схемы. В Вашей схеме ток диодов меняется на многие порядки самим сигналом. Следовательно ограничитель (жутко нелинейный) в вашей схеме есть, а аттенюатора - нету. Заметьте, что логарифмическая характеристика у приведенной  вами игрушки - зависит не от параметра сигнала, а от угла поворота оси.

В конце концов: "An attenuator is an electronic device that reduces the power of a signal without appreciably distorting its waveform. "

4 часа назад, Tracking Trend сказал:

В случае плохой степени слежения в петле общей ООС, в точке «Р1» резко возрастёт уровень переменной составляющей напряжения
(нарушение нормальных условий сложения сигналов для общей линейной работы УМЗЧ), на выходе усилителя ошибки напряжение увеличится до порогового
напряжения открытия PN-переходов диодов ограничителя, проводимость которых (логарифмическая), будет являться верхним плечом делителя местной
ООС усилителя ошибки (инвертирующего) уже с экспоненциальной передаточной характеристикой (аттенюатор).

Поэтому , мой вопрос "Так ?" из предыдущего моего поста остался без ответа. Потому что в случае т.н. "хорошего слежения" и диоды не нужны и нелинейности ужасной нет,  с которой надо бороться нетрадиционным способом . В случае же т.н. "плохого слежения"  перенОсите источник нелинейности в А1, как я описал в предыдущем посте. И это еще неизвестно что хуже, где вклад нелинейности окажется выше, в А2 или в А1 :)).

4 часа назад, Tracking Trend сказал:

будет являться верхним плечом делителя местной ООС усилителя ошибки (инвертирующего) уже с экспоненциальной передаточной характеристикой (аттенюатор).

Ужасно написано , то что выделено жирным. Сразу две ошибки: Первая - ПХ не экспоненциальная а логарифмическая для вашего А1, потому что, если упрощенно, то ПХ это выход как функция от входа, а если вообще буквоедствовать , то ПХ - это  реакция на входной единичный импульс у динамической системы во времени. Вторая ошибка ,на мой взгляд - это не аттенюатор, в силу несоответствия определению, а нелинейный ограничитель (грубо говоря - исказитель, компрессор), т.е. "оживщий" источник Кг, IMD2, IMD3.

5 часов назад, Tracking Trend сказал:

с линейной передаточной  хар-кой в определённой полосе частот и усилением около G=|60|дБ (см. графики стр.12)

графики анализа АС не могут быть передаточными характеристиками.

Share this post


Link to post
Share on other sites

вся эта мура с диодами не более чем ограничитель тока через усилительные каскады в клипе и качеству усиления никакого отношения не имеет . ну типа чтоб  меньше насыщались  .  я тут маленько картинку потёр чтоб понятнее было.  написано у автора конечно замудрёно но это явно что б важности добавить.  надеюсь параллельный усилитель на выходе все разглядят?

мура тренд.png

Edited by decoder2

Share this post


Link to post
Share on other sites

Упрощённые модели архитектуры Zita (Z) SP.
Файл можно получить по ссылке:
https://disk.yandex.ru/d/r4ZS7KbZdSUmxg
Если обнаружены неточности в технической документации, ошибки, опечатки и т.п, просьба
опубликовать в этой теме скриншот места с коротким описанием проблемы или вопроса.
Благодарю за понимание.

6 часов назад, тау сказал:

Поэтому , мой вопрос "Так ?" из предыдущего моего поста остался без ответа

Ниже выложил схемы на упрощённые модели,свою модель  можно сделать в любом симуляторе за 15 мин. Там шашки интереснее, чем простое словоблудие. ))))

Share this post


Link to post
Share on other sites

6 часов назад, decoder2 сказал:

надеюсь параллельный усилитель на выходе все разглядят?

убив дифкаскады Q1   и Q19 усиление упало практически к 0.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Проверка предположения "Tау" о расширении спектра при применении аттенюатора в архитектуре
Zita (Z) SP.
Меандр, F= 20 кГц
Р(вых)= 50 Вт, Rн= 4 Ом
Из графика заметно увеличение чётных гармоник на выходе УМ (нормально), 
уровни нечётных гармоник не увеличились относительно уровней гармонического спектра на входе. 


 

Спойлер

2022-10-13_150558.thumb.png.0ce8d206034390a478078959571133fc.png

 

Спойлер

2022-10-13_151056.thumb.png.9cf0032ff40b4ab44333bbe0e811d7f0.png

 

Edited by Tracking Trend

Share this post


Link to post
Share on other sites

57 минут назад, Tracking Trend сказал:

уровни нечётных гармоник не увеличились относительно уровней гармонического спектра на входе. 

для меандра бессмысленно ожидать увеличение нечетных гармоник из-за ограничителя на диодах. Меандр, после дополнительного ограничения, так и остается меандром со всеми вытекающими нечетными гармониками, которые останутся теми-же.

Синус пожалуйста подайте , а лучше два синуса, 19 + 20 кГц  с суммарной амплитудой такой, чтобы выход усилителя не доходил до его ограничения на 1 вольт (не обрезался выходным каскадом).  Замерьте гармоники. После этого уберите диоды т.н. "аттенюатора" и замерьте гармоники еще раз. Это покажет положительное или отрицательное влияние на линейность ваших "аттенюаторов".

Share this post


Link to post
Share on other sites

1 час назад, тау сказал:

для меандра бессмысленно ожидать увеличение нечетных гармоник из-за ограничителя на диодах. Меандр, после дополнительного ограничения, так и остается меандром со всеми вытекающими нечетными гармониками, которые останутся теми-же.

Синус пожалуйста подайте , а лучше два синуса, 19 + 20 кГц  с суммарной амплитудой такой, чтобы выход усилителя не доходил до его ограничения на 1 вольт (не обрезался выходным каскадом).  Замерьте гармоники. После этого уберите диоды т.н. "аттенюатора" и замерьте гармоники еще раз. Это покажет положительное или отрицательное влияние на линейность ваших "аттенюаторов".

Пожалуйста, ограничительные диоды отключать бессмысленно при работе УМ в линейном режиме, т.к. они закрыты полностью, ток не течёт через PN-переходы.

У нас зима -19*С+20*С, гармоники сворачиваются в трубочку, дедушка мороз несёт пургу, а у вас? :biggrin:

 

Спойлер

2022-10-13_181405.thumb.png.f4ed3233ae65a1c5b921684b95a26028.png

 

Спойлер

2022-10-13_181433.thumb.png.989bf3e6541b3be158a3fa420ecf61c0.png

 

Спойлер

2022-10-13_181450.thumb.png.7e50117f948251ace0f8b74ace74e959.png

 

Спойлер

2022-10-13_181509.thumb.png.4b14d21c06ef596820ce6463754c2caf.png

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

×
×
  • Create New...