Jak można zrobić zły wzmacniacz audio?

Po odkryciu, jak świetne są wzmacniacze operacyjne i że niektóre wyjątkowo dobre - szczególnie przy niskich poziomach mocy - są dostępne w rozsądnych cenach, zastanawiam się, dlaczego wszystkie wzmacniacze audio, duże lub małe, nie osiągają doskonałej wydajności po prostu łącząc dobry mały sygnał wzmacniacz operacyjny z prostym stopniem wyjściowym.

Mam na myśli, że z opampem nie musisz się martwić o te wszystkie napięcia napięcia polaryzacji i stabilność temperatury, po prostu przyklej opamp i wszelkie niezrównane tranzystory darlington, i jesteś gotowy.

Jakieś pułapki?

Zastosowanie wzmacniaczy w wzmacniaczach może znacznie uprościć ich konstrukcję, ale wzmacniacze nie są idealne. Gdyby mieli nieskończone wzmocnienie na całej swojej przepustowości, mieliby tendencję do oscylacji , więc są kompensowani wewnętrznie, co ogranicza ich przepustowość. Ograniczona szerokość pasma sprawia, że ​​wzmacniacz jest podatny na przejściowe zniekształcenie intermodulacyjne (TIM), rodzaj zniekształceń o wiele bardziej irytujących niż zniekształcenie harmoniczne (HD).

Powodem, dla którego publikowane jest tylko HD, a TIM nigdy nie jest, jest to, że znacznie łatwiej jest uzyskać dobrze wyglądające postacie HD. Kto nie byłby pod wrażeniem liczby takiej jak zniekształcenie harmoniczne 0,01%? Większość klientów nie zdaje sobie sprawy, że liczba ta jest zupełnie nieistotna, ponieważ całkowite zniekształcenie systemu jest w większości determinowane przez głośniki, które łatwo dodają kilka procent zniekształceń.

Stopień mocy też nie jest pozbawiony problemów. Wzmacniacze klasy A są rzadko używane ze względu na ich niską sprawność. Wzmacniacze klasy B lub AB mają zniekształcenie crossover, w którym jeden tranzystor przejmuje drugi. Jest to zniekształcenie nieliniowe, którego nie można skompensować przez sprzężenie zwrotne . Może nie być prawdą. Jeśli ktoś może tu oświecić, chciałbym to usłyszeć. .

Ostatni cytat na temat opamps:

„Nie ma czegoś takiego jak bezwarunkowo stabilny wzmacniacz operacyjny, chyba że leży on na stole z odłączonym zasilaniem” [ 1 ]

Dalsza lektura
[1] Intersil app ANote15: Sprzężenie zwrotne, wzmacniacze operacyjne i kompensacja

Interesujące pytanie - odpowiedź (no moja odpowiedź) brzmi: możesz w ten sposób stworzyć świetny wzmacniacz audio. Nadal trzeba by było zwrócić uwagę na stopień wyjściowy i ogólną konstrukcję, ale użycie wzmacniaczy operacyjnych nie stanowi problemu (i obecnie bardzo powszechne w przypadku podstawowych, tanich wzmacniaczy o dobrej wydajności)
Chociaż opampy są wygodnymi narzędziami i istnieje kilka doskonałych nowoczesnych dostępne, z pewnością istnieje wiele sposobów, aby je wykorzystać, aby osiągnąć słaby wynik, jeśli nie zwracasz uwagi na szczegóły.

Nie oznacza to jednak, że ludzie to kupią, a projektanci to wiedzą, więc nadal otrzymujesz wysokiej klasy wzmacniacze Hi-Fi oparte na zaworach, kosztujące> 2000 GBP z 2% THD. Można powiedzieć, że intencją było zbudowanie tutaj „złego” wzmacniacza, ponieważ (jak na ironię) zarobi on więcej pieniędzy - niestety „świetny” oznacza wiele różnych rzeczy dla wielu różnych ludzi.
W obozie subiektywistycznym są tacy, którzy w zasadzie uznali, że ludzkie ucho jest dokładniejsze niż jakiekolwiek narzędzie pomiarowe i słyszą rzeczy, których żaden z nich nie widzi. Dlatego zawsze mogą powiedzieć: „Tak, Twój THD + n jest rzeczywiście <0,001% w porównaniu z 20 Hz-20 kHz, ale nie pozwalasz na niezmierzony efekt x w swoim projekcie, i dlatego nie brzmi dobrze dla ucha”

Gdyby liczyło się pragnienie technicznej perfekcji, takie rzeczy jak kable beztlenowe kosztujące setki nigdy nie trafiłyby na rynek :-)

Myślę, że możesz przeczytać „Mały sygnał audio” Douglasa Selfa i „Podręcznik projektowania wzmacniaczy mocy audio”.
Uważam, że jest on autorytetem w takich sprawach. Jego książki omawiają użycie zarówno wzmacniaczy, jak i dyskretnych tranzystorów. Waży mocne i słabe strony, które obejmują wiele rzeczywistych danych testowych i podaje przykłady, w których można uzyskać lepszą wydajność dzięki dyskretnym tranzystorom.

W rzeczywistości w elektronice użytkowej wzmacniacze audio małej i średniej mocy są zwykle oparte na chipie, nazywanym „wzmacniaczem chipowym”.

Jednym z problemów jest to, że większość tych tanich wzmacniaczy operacyjnych, o których wspominasz, nie ma wystarczająco szerokiego wahania napięcia, aby napędzać stopień wyjściowy, który sam nie ma wzmocnienia napięcia. Jeśli wzmacniacz operacyjny działa na maks. +/- 15 V, a następnie ustawimy stopień mocy, wahanie mocy wyjściowej jest nadal ograniczone do +/- 15 V. Istnieją wzmacniacze operacyjne, które działają na znacznie wyższych napięciach, ale stają się drogie.

Dodanie większego wzmocnienia napięcia po wzmacniaczu operacyjnym, tak aby wzmocnienie było zamknięte w globalnej pętli sprzężenia zwrotnego, jest ryzykowne i neguje część korzyści związanych z oszczędnością miejsca i kosztów, ponieważ wtedy więcej elementów jest wyrażanych w dyskretnych komponentach niż tylko stopień wyjściowy.

Niemniej jednak czasami tak się dzieje. Na przykład spójrz na wzmacniacz gitarowy Marshall 8008 . Wzmacniacz operacyjny napędza dodatkowy stopień wzmocnienia napięcia, a następnie stopień wyjściowy. VAS jest interesujący: wykorzystuje parę komplementarnych tranzystorów we wspólnej bazie, z podstawami odpowiednio związanymi z szynami +/- 15 V. Sprzężenie zwrotne jest pobierane bezpośrednio ze stopnia wyjściowego, więc dodatkowe wzmocnienie jest zawarte w pętli sprzężenia zwrotnego. Chociaż wzmacniacz operacyjny jest wewnętrznie skompensowany, ten przykręcany VAS ma własną kompensację w postaci C15 i C17. Nie wykorzystuje się pełnego wzmocnienia otwartej pętli wzmacniacza operacyjnego, ponieważ ma on lokalną informację zwrotną za pośrednictwem R3, a R45 wydaje się również odgrywać rolę w zapewnianiu bardziej lokalnej ścieżki sprzężenia zwrotnego w ramach globalnej.

Podsumowując, jeśli wahania napięcia wyjściowego mieszczą się w zakresie typowego wzmacniacza operacyjnego (lub nawet poza nim), nie ma przewagi w stosowaniu wzmacniacza operacyjnego, ponieważ można użyć wzmacniacza chipowego takiego jak LM3886. Jednak stosowanie wzmacniaczy operacyjnych jako punktu sumowania sprzężenia zwrotnego z dyskretnym stopniem wyjściowym nie jest niespotykane.

Należy również pamiętać o wymaganiach dotyczących stopnia wyjściowego. Wzmacniacz o średniej mocy wyjściowej 100 watów przy obciążeniu 8 omów, wykorzystujący standardowy stopień wyjściowy emiter-popychacz, będzie wymagał przesunięcia o około +/- 40 woltów od szczytu do szczytu od etapu głośnika. Wzmacniacze, które mogą wytwarzać te „wysokie” napięcia są znacznie droższe niż zwykłe wzmacniacze operacyjne audio. Ponadto nadal istnieje problem prawidłowego odchylania mocy wyjściowej i zapewnienia stabilności naprężeń; użycie opampa jako sterownika nie rozwiązuje magicznie tego problemu.

Istnieją sposoby na zastosowanie dyskretnych tranzystorów w stopniach sterownika i wyjściowym, wraz z powiązanym obwodem polaryzującym, i użycie opampa jako sterownika, na przykład w tym miejscu. Obwody te wydają się być przede wszystkim do zastosowań o dużej prędkości, jednak i jakie korzyści mogą one mieć dla hi-fi (gdzie deklarowanym celem jest zwykle mieć jak kilku etapach zdobyć jak to możliwe, i uczynić z nich jako liniowy, jak to możliwe przed stosowane opinie) nie jest jasne.