Качество ОУ и Апгрэйд СД проигрывателей

INDIGOtech

Местный
Хочется сделать тему про ОУ(Операционные Усилители)энциклопедического характера,полезную новичкам и не только,обобщающую ответы на FAQ по апгрейду СД-проигрывателей,т.к. в подавляющем большинстве CDP присутствуют ОУ(скверного качества).
Мы решили это сделать вместе с Рысем(европейским)-это экс-LYNX,многим знакомый.
Также,возможно будут упомянуты дискретные неламповые структуры.
С чего начать?Наверное с критериев качества,особенностей
1.1. Скорость нарастания сигнала (В/мкс)
1.2. Частота с разомкнутой петлёй ООС (косвенно связана с п.1)
1.3. Ток покоя(и макс.ток на выходе)-возможность работать на низкоомную нагрузку в классе А (magic wow)
1.4. Шумы обычно в порядке даже у незвучащей дешёвки
Особенности структуры ОУ
2.1. входной каскад:можно,пожалуй ,грубо поделить как с полевыми тр-рами и с биполярными-отличие во входном токе(чаще всего),спектре искажений без ООС,перегрузочной способности-определяет порог интермодуляционных искажений
2.2. количество каскадов в структуре
2.3. индивидуальные потребительские качества(звуковые),формирующиеся из совокупности отдельных факторов
Параллельный список отстоя-что надо искоренять: ne5532(~95%),ne5534,2114,4580..
Давайте продолжим :beer: предлагаю обсуждать по сути корректно ,всёж таки полнолуние :)
 

Vendor

Местный
/* Садится поудобней, запасается попкорном */
А про различия применения ОУ с ООС по току/напряжению будет?

ЗЫ Ежели чего, я за THS4061(2) :)
 

oleg_s

Active member
Я в этом лох педальный - нахватался по верхам идавай паять, могу только собственый опыт привести для интересу, менял 4558DA JRC на AD826 и OPA2134 посредством панельки. Мои ухи покорил аналог девайс, оно звонче играет. выход прямой без мути через резистор 82 ома.
 

Lynx

Местный
INDIGOtech несколько ускорил события, ибо я отдыхал на лоне природы, а он в сиё время начал ветку. Вместе с коллегой мы попробуем немного систематизировать те разрозненные знания и информацию, по этим удивительным, но в то же время ставшим столь привычными приборами.
Дабы не утомлять уважаемых коллег теорией работы ОУ, по данному вопросу рекомендую почитать информационные материалы фирм AD и TI, там есть очень много в ОЧЕНЬ доступной форме.
Попробую заострить внимание на тех параметрах ОУ, которые желательно принимать во внимание при выборе данных приборов для работы в ПКД и линейных каскадах.
Итак, поехали.
1) АЧХ и устойчивость. В большинстве своем (особенно ОУ 1 и 2 поколений) - это низкочастотные приборы, первый полюс АЧХ которых находится на частотах 1...200Гц. Далее у скорректированного ОУ АЧХ спадает с крутизной 6дБ/окт. Это означет, в первом приближении, что по графику его АЧХ без ООС можно определить глубину ООС на любой частоте при любом усилении.
Для выбора усиления и сохранения устойчивости прибора нужно принимать в расчет кроме АЧХ и ФЧХ. Фазовый сдвиг на выходе ОУ не должен превышать 90 гр в точке пересечения прямой, равной усилению каскада с цепью ООС на постоянном токе и АЧХ усилителя без ООС. Косвенно можно сделать вывод об устойчивости по нахождению второго полюса АЧХ - точки, где скорость спада АЧХ становится равной 12дб/окт. Прямая усиления на пост. токе всегда должна пересекать АЧХ ОУ без ООС выше этой точки.
У хороших ОУ с коррекцией устойчивости до единичного усиления, второй полюс расположен обычно ниже 0дБ на 3...6дБ. К таким из низкочастотных относятся OPA627, AD845, LT1122, AD843, AD841 и ряд других.
В некоторых ОУ, напр. AD843, AD841, более широкополосных по сравнению с аналогичными, повышение быстродействия и смещение первого полюса на частоты около 1кГц достигнуто за счет больших токов питания каскада УН и выхода.
В ОУ 3 и 4 поколений каскады первый полюс расположен на частотах 5...100кГц, но усиление на пост. токе несколько меньше за счет применения не двух, а одного усилительного каскада (каскад УН совмещени с дифкаскадом или образуют сломанный каскод). Это AD817, AD826, AD825 и др. Кроме широкополосности такие ОУ характеризуются повышенной собственной линейностью (без ООС). В ряде подобныхОУ применяется т.н. схема с ТОС и буферизацией инвертирующего входа. Классические примеры (отличающиеся, кстати и превосходными звуковыми свойствами - LM6171 и LT1363.
2) схемотехническое построение ОУ. Как известно, наибольшие искажения вносит каскад с ОЭ. Их большой уровень и жесткий спектр не позволяют ООС, охватывающий усилитель эффективно подавлять высшие гармоники и искажения сигналов частотами выше 1...2кГц. Поэтому нужно обращать внимание, на то, как построен каскад усиления напряжения в ОУ. Лучший вариант - каскод или сломанный каскод (AD797, AD817, AD829, AD825) Несколько хуже - дифференциальный каскад (OPA627) и связка ЭП+ОЭ (AD845, LT1122) либо симметричные токовые зеркала (AD823, AD8041, AD8055). Хуже всего - простой каскад с ОЭ (NE5532, LM833 и клоны (NJM4558 и т.п., отрыжка советского производства 157УД2)
Входной каскад может быть как на биполярных, так и на ПТ. При этом первый, если не приняты специальные меры по линеаризации (резисторы в цепи эмиттеров, классический пример - LM118, AD841,AD817), очень чувствителен к перегрузкам и ВЧ-помехам и может стать основным источником искажений ОУ. В частности, нужно ОЧЕНЬ аккуратно применять AD797, NE5534 и подобные с точки зрения входного каскада без эмиттерных резисторов или с оными малой величины.
Входной каскад на ПТ гораздо менее чувствителен ко всякой дряни на входе, но имеет собственные недостатки. В частности, большая паразитная емкость затвор-подложка, сильно нелинейна в зависимости от синфазного входного напряжения и может вызывать т.н. "водные искажения очень большого уровня на частотах выше 2...5кГц и сопротивлении источника сигналов более 5...10кОм. Причем этот эффект наблюдается только в неинв. включении и тем сильнее, чем больше синфазное входное, т.е. максимален в повторителе. ОУ с диэлектрической изоляцией (ОРА627, AD8610) в заметной мере избавлены от данного эффетка, но, к сожалению, не полностью.
Минимальны входные искажения у ОУ с минимальной входной емкостью, либо изоляцией диэлектриком (OPA627, биполярный повторитель LM110, AD823, AD8610)
Выходной каскад определяет способность работы ОУ на низкоомную нагрузку и цепь ООС. Наилучшими свойствами обладают симметричные каскады типа "параллельного повторителя" (AD797, AD817, LT1363, LM6171, AD845, AD825 и др.) или комплиментарного повторителя со смещением (ОРА627, OPA671, LM833). Неплохо работают квазикомплиментарные каскады с большим током покоя (AD843, LT1122). Хуже всего - комплиментарные и квазикомплиментарные каскады с малым током покоя - они плодят большие и жесткие искажения уже на нагрузках 5..8 кОм и ниже (AD744, NE5532, OPA604, 574УД1).
Особняком стоят ОУ с rail-to-rail выходом. Их вых. каскад - это каскад с ОЭ, но для снижения искажений в современных приборах 3 и 4 поколений используют специальные схемы типа симметричных токовых зеркал. ОУ с такими выходными каскадами могут обеспечивать превосходные параметры и отличное звучание. Как пример можно назвать AD823 и AD8065.
3) Скоростные и частотные свойства. Это весьма важный момент, по сути он определяет частотный диапазон постоянства глубины ООС и спектр искажений усилителя с ООС. Здесь особняком стОят так называемые ОУ с ТОС, обеспечивающие очень высокие скорости нарастания (до 10000В\мкс) и полосу усиления - до 1.5...2ГГц. Среди таких - AD811, THS3001, THS3062, EL2030, OPA603, мощные AD815, LT1795, THS6012 и множество других). Эти ОУ отличае очень низкий уровень и мягкий спектр искажений в звуковом диапазоне, высокая нагрузочная способность, большие входные токи и токи смещения, а также низкоомный инв. вход без ООС. Эти особенности делают данные ОУ крайне удачными для применения в преобразователях ток-напряжение и буферных каскадах при работе с источником сигнала с низким и стабильным выходным сопротивлением.
ОУ с обычной ООС (ООСН) в большинстве своем менее быстродействующие, но имеют эквивалентные входы и меньшие входные токи и токи смещения, что расширяет области их применения. Кроме того, по принципу своей работы, ОУ с ТОС не терпят емкости в цепи ООС, приводящей к самовозбуду, а это сильно ограничивает область их возможного применения.
Из классических широкополосных ОУ с ООСН наиболее известны и распространены AD817, AD829, AD825, AD826, AD8065, LT1363, LT1364, LM6171, LM6181, THS4041, OPA642, OPA671 и низковольтные AD8041, AD8047, AD8055.
Естественно, что у других фирм есть свои
В последние годы появились сравнимые по быстродействию ОУ с классической ООС, напр. THS4302, AD8045, но они, как правило, низковольтные, что определяет резкий рост искажений при увеличении амплитуды сигнала на выходе более +\-1В.

Вкратце примерно так. Конечно, тема ОЧЕНЬ обширна, и охватить ее в одном очень кратком мессе невозможно. Более того, будет интересно прочитать мнения о иных типах ОУ. Далее, в ближайшие дни, попробую коснуться других свойств ОУ, помимо вышеперечисленных.
 

Grigori G.

Местный
Собрал ЦАП на AD1852+OP275, схема LPF из даташита на AD1852.
Сразу же непонравился резкий и "грязный" (на верхах) звук.
OP275 был беспощадно заменен на AD826, звук в корне преобразился - стал "легче", мягче, приятнее. Немного правда потерял в детальности. Показалось, что есть совсем легкий недостаток на ВЧ.
Собственно, два вопроса:
1 - как у AD826 с устойчивостью, может ли он "завестись" в схеме LPF (питание зашунтировано по 0.1мф сразу около питательных ног)?
2 - нормальна ли рабочая температура около 40-50 градусов для AD826 при питании +/-12в (при касании пальцем ощущается легкое жжение)? Не является ли это показателем возбуда (так же, как и небольшой недостаток на ВЧ)?
Спасибо!
 

Lynx

Местный
1) AD826 - это два AD817 в одном корпусе с уменьшенными токами каскадов. Они устойчивы до К = 1 с запасом 2дБ, т.е. достаточно большим. Самовозбуд может иметь место при неудачной трассировке или шунтировании питания и обычно легко устраняется полипропиленовыми WimaFKP2 рядом с корпусом микросхемы, что у Вас уже сделано. Поэтому самовозбуд маловероятен.
Температура 45...50С - нормальная рабочая для большинства широкополосных ОУ. В ряде случаев может быть и выше.
недостаток ВЧ скорее всего связан с тем, что фильтр расчитывался под ОР275, а характеристики фильтра связаны с петлевым усиление ОУ. У 275-го оно на частотах выше 10кГц довольно мало и номиналы ФНЧ будут отличатся от расчетных для идеального ОУ. У 817 петлевое усление уже на частотах выше 1...3кГц значительно выше и ФНЧ нужно пересчитать.

Насчет ОР275 и другиОУ "for audio". В большинстве случаев такая надпись означает, что данные приборы более ни на что не пригодны... :)
 

Polivanov

Местный
Смиренно прошу не разрывать на части. Вопрос: стандартные ОУ типа
TL-08X могут иметь применение в звуке?
 

Lynx

Местный
Да, могут. Например в стабилизаторах питания или усилительных каскадах аппаратуры среднего класса.
У них есть очень серьезные недостатки:
1) низкая частота 1-го полюса и малый К на пост. токе, а, соответственно малое петлевое усиление на частотах уже выше 1кГц.
2) Вызванный 1-м пунктом быстрый рост искажений с ростом частоты сигнала и жесткий спектр гармоник, особенно на частотах выше 3...5кГц.
3) Большая и нелинейная входная емкость
4) Большая собственная (без ООС) нелинейность.
5) Большой уровень избыточного шума на низких частотах.
6)Довольно низкая нагрузочная способность и малый ток покоя выходного каскада.
 

Polivanov

Местный
Спасибо, все ясно
 

Grigori G.

Местный
Дмитрий, огромное спасибо за развернутый ответ!

Еще вопрос - в даташите на AD1852 фильтр был рассчитан для ОУ SSM2135 (тоже for audio :( ), есть ли смысл попробовать вместо него (и вместо AD826) поставить AD823? Уж очень не хочется перелопачивать целиком фильтр, хорошо бы обойтись заменой только опера... Теоретически, могу еще поставить AD8620, AD8066 (правда, боюсь его сильного нагрева с таким питанием), OPA2134.
 

Zloi_Santa

Местный
Уважаемый Lynx, расскажите пожалуйста поподробнее о специфике аудио-применения ( питания, топологии.. ) т.н. "бустерных" усилителях. Конкретно хотелось-бы узнать о целесообразности применения м/с lh0033cg-в сраснении с AD815, в выходном каскаде CD плееров/DACов, при их модернизации/разработке.
 

VIT

Местный
Grigori G.
Т.е. смотреть надо график "open loop gain vs frequency"?
Ну если хочешь например узнать глубину ООС при заданном усилении на какой-то частоте, то да.

А вообще я думаю на этой ветке скоро образуется список прилично звучащих ОУ для разных применений, и тогда лучше какие-то из них приобрести, послушать, и самому сделать выбор.
 

INDIGOtech

Местный
звук в корне преобразился - стал "легче", мягче, приятнее. Немного правда потерял в детальности. Показалось, что есть совсем легкий недостаток на ВЧ.
Спасибо!
По-совокупности признаков это похоже на такой FAQ: Было крикливо,звонко(или типа того),громче. Скорость нарастания у этой пары ОУ оличается более,чем в 10раз. При доведении остальных звеньев системы до адекватного уровня громкость(и "верх") "возвращается" на ином уровне разборчивости-артикуляции.
Схожий эффект при замене "крикливой" пищалки на более благородную.Перестало крякать на 1-5кГц и кажется,будто верха(>15кГц) стало меньше.Это игры восприятия при том,что если глянуть на диаграмму направленности ВЧдина-там при30град сильнейший завал ,который часто "не регистрируется" как завал.
To Рысь: Круто,очень даже системно.У меня только что сетка устаканилась-буду в теме.Гипер-пост#4 сильно,ты секретаршей обзавёлся :)
 

cleo

Местный
Рысь
Здраствуйте, подскажите пожалуйста, что лучше поставить в цепи активных фильтров (для двухполосного усиления) перед УМ? Так как общее количество операционников получается не слишком маленькое (больше десятка на два канала), то цена тоже играет приличное значение. Пока присмотрелся к opa604 (около 3$ шт). Но, как Вы сказали, они не очень хорошо будут работать на низкоомную нагрузку (~10k), какой являются УМ. Что на эту роль подойдёт лучше, но чтобы не слишком дороже? AD817/AD823? как у них с устойчивостью при КУ=1? Спасибо.
 

INDIGOtech

Местный
Рысь готовит рассказ о ОУ 5-го поколения,между дачей и отпуском,вероятно проявится.Потом целесообразно подытожить в виде списка ОУ(№1,№2,..) для различных типовых ситуаций(аудиомест),чтобы любой человек мог выбрать для себя лучшее из возможного\доступного.
По предыдущему вопросу: Рысь,как правило,отвечает-как надо делать по-максимуму.Лучшее,на мой взгляд,что делается на ОУ это Burmeister(они не стесняются стирать маркировку,но есть версия,что там 8065).В то же время 604 работают повторителем м/у селектором и рег.громкости 10кОм в Symphonic Line RG-9Mk3(3000$).В случае работы 604 не последнюю роль играет уровень сигнала,поскольку многие транз.УМ имеют чувствительность 300мВ и менее,то возможно целесообразно уровень понизить на входе.Исходя из этого сопоставьте уровень своих амбиций с бюджетом ибо Бурмейстер за 20 уе не бывает.Хотя у меня,как это часто бывает,больше вопросов по вопросам,например куда там 10 штук идёт-может просто неоптимальная структура.
Предлагаю также к обозрению дискретное решение NAIM
 

Вложения

  • SBL_HF.PDF
    9.9 KB · Просмотры: 1,061
  • SBL_LF.PDF
    9.8 KB · Просмотры: 567
  • NAC42.PDF
    36.8 KB · Просмотры: 639

INDIGOtech

Местный
Уважаемый Lynx, расскажите пожалуйста поподробнее о специфике аудио-применения ( питания, топологии.. ) т.н. "бустерных" усилителях. Конкретно хотелось-бы узнать о целесообразности применения м/с lh0033cg-в сраснении с AD815, в выходном каскаде CD плееров/DACов, при их модернизации/разработке.
Видимо Ваша опечатка должна звучать как в "сравнении",т.к. возможен ещё жаргон в "срастении",т.е. в смысле применения буфера для умощнения выхода ОУ,находящегося внутри петли ООС-можете уточнить это,пока Дима с дачи не приехал.
Если Вы имели в виду "в сравнении",то я отмечу,что это как минимум две большие разницы: ОУ и Буфер с единичным усилением без ООС .
Мы с Димой обсудили вопрос о BUF634 и пришли к выводу,что как-бы "грязноватость" его ни что иное как особенности звучания материалов+невысокая линейность хар-ки H21(Iк),но в принципе допустимо использование вне петли ООС.Любимый(по звуку) интегральный буфер у Димы это buf03.
В случае дискретного "параллельного" повторителя(с резисторами вместо источников тока) на паре подобранных a1837\c4793 звук чистой воды "слеза младенца".Я воспринимаю IVC на ad811 как способ получить несколько вольт чистого сигнала "нахаляву",поскольку структуры превосходящего уровня имеют соовсем не тот массогабарит и прайс и трудодни :) А вот применение подобного буфера с пассивным ФНЧ м/у ним и IVC я считаю Существенным улучшением.
Перечислю некоторые объективные достоинства: гигантская скорость нарастания сигнала;ток покоя,обеспечивающий класс А даже на низкоомные наушники;"нулевое" вых.сопр-е;пофигизм к ёмкостной нагрузке;отсутствие каскадов усиления напряжения;отсутствие петли ООС,требующей защиты себя от GSM с помощью дополнительных элементов(Т-мост)
 
Сверху