论坛 › 音响DIY论坛 › [原创]新颖的无反馈恒流推勉放大器

locky_z 发表于 2006-1-11 22:47

[原创]新颖的无反馈恒流推勉放大器

原理：
RL上的电流等于流过Rsc1 Rsc2上电流之差，即IL=Irsc1-Irsc2       (1)式
先看正电源端，由于差分管和MOS管组成伺服电路，Rc1上电压等于Rsc1上电压，而流过Rc1上电流即为运放电源正端电流I+,所以 I+ * Rc1=Irsc1 * Rsc1 即Isc1=I+ * Rc1 / Rsc1   (2)式
同理负电源端Isc2=I- * Rc2 / Rsc2       (3)式
电路中Rc1=Rc2=RcRsc1=Rsc2=Rsc,所以
IL=（I+-I- ） * Rc2 / Rsc      （4）式
运放是一个单运放，并且它没有其他接地点，所以可以看作一个节点，这个节点的流入电流等于流出电流，即I+ - I- = 6脚输出电流Ir，   （5）式
因为运放是跟随器，6脚输出电流等于 Vin/R6   （R6是运放6脚外接对地电阻）（7）式
综合(4) (5) (7)式得出：
IL=Vin * Rc / (Rsc * R6)
可以看出负载电流正比于Vin

从电路结构看。输入输出之间是完全隔离的，无任何大环路的直流、交流反馈，
因为运放可能有输出失调电压，所以设置一个电位器调节输出零位。

这是一个理论电路，还没实践过，(另外可能Mulsim 8中的LM318模型有问题，我在输入端加入电压，运放6脚输出也有2mA正常的电流，但运放正/负电源电流却一直相等)

locky_z 发表于 2006-1-12 11:57

.

Aeon的例子仅仅是运放功率扩展，我的电路是无反馈恒流输出，

上述是一个例子，画电路图随便用了A733和C945和318的470欧负载，还没深入考虑其他问题

再深入考虑
1.应该在运放正负电源两端跨接一只可调恒流源，用于调节输出级静态电流
2.由于318静态电流5mA,而最大输出电流20mA，如果功率输出电流最大5A的话，静态电流就要达到1A了，估计运放要选静态电流更小，输出电流更大的才好
3.如果不用外接恒流源，直接通过318的调零端调节，刻意使318输出电压不为0，使调节静态电流和配合末级2K电位器调节0点.
4.还有就是运放的正负端电流始终都有，即使运放输出最大正向电压，但负电源端始终会有静态电流，因此输出的上下两端都不会截止

aeon 发表于 2006-1-12 11:20

我看到LT1010的PDF上有这样的例子哦..

证明要驱动能力强才行,要不失真比较大..
<img src="attachments/dvbbs/2006-1/2006112111941312.jpg" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2006-1/2006112111941312.jpg\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />

charlle 发表于 2006-1-12 10:15

很好的创意!

2sa733和2sa945的Vceo耐压似乎小了一点.

HXCLTD 发表于 2006-1-12 09:16

年度创意奖.

locky_z 发表于 2006-1-11 23:59

.

我觉得没必要用到热补偿，差分对和MOS组成一个闭环，只要稳定了差分管，后面的电流就稳定了。就好像带公共射极电阻的互补达林顿结构，主要第一级温度稳定了，末级的电流不会出问题。

      差分管的负载和MOS管的负载都较低，他们组成的电路开环增益估计也不高，估计不容易自激.

还有一点：恒流放大器的好处是不怕短路，
to 小鬼头：能不能帮我简单译成英文扔到diyaudio上看看外国人的指点。

aeon 发表于 2006-1-11 23:53

318会不会负载重了点?

小鬼头 发表于 2006-1-11 23:09

不错的构思.

我觉得要付诸于实验时,须注意一些实用上的问题:

1。输出级MOSFET的热补偿问题.
2。差分级与输出MOSFET管之间的高频稳定性问题。

wensan 发表于 2006-1-15 22:33

.........

以下是引用locky_z在2006-1-15 15:02:00的发言：

我认为318的正电源或负电源端流过电流任何时候都不会为0或者负，
Irsc1、Irsc2最小值我也觉得是LM318的输入和电压放大级的偏流（末级截至了)，
但318的正电源或负电源端流过电流任何时候都不会为0或者负（除非输入信号>供电电压)，


如果把OP的正负电源间跨接的电容考虑进去呢？
不要管OP的正负电源间跨接的电容是大是小，
反正它一定存在，
在任何高速步阶讯号的瞬间，
Irsc1、Irsc2都不会为0或者负吗？

wensan 发表于 2006-1-15 22:18

..........

以下是引用locky_z在2006-1-15 15:02:00的发言：
我觉得阻尼就是喇叭电感的反电动势，要尽快将能量消除，

电感的能量=L*I*I/2，释放也一样。
如果恒流驱动下，正半周和负半周电流都是相同的，这样用负半周就可以将正半周的能量全部消耗掉，并且和线路内阻、喇叭直流电阻没关系.
对于电压驱动下，如果理想放大器内阻=0，这样可以在0秒内就能量释放完毕，但喇叭本身还含有串联的直流电阻和线路电阻，能量释放是以对数函数释放，能否在半周时间放完和电感、喇叭内阻、接线电阻有关系，我觉得这因为和喇叭内阻、接线电阻有关系，才引入阻尼系数这个参数原因.

阻尼系数可以通过深度负反馈可以降到很低，指标很好，但是否代表好听？电子管阻尼相对来说高，但人们认为好听。一直以来对于喇叭的阻尼问题都是基于电压输出放大器来讨论，对于恒流输出的话，阻尼系数是否要必要呢？

动圈式喇叭的原理跟电动机（马达）是一样的，
譬如说有一个动圈式喇叭加上1V的电压时，
音圈应当位移1mm，
但是当加上1V电压的瞬间，
因为物理贯性的关系，
喇叭音圈必须经过加速的过程才能到达位移1mm处，
而喇叭音圈达位移1mm处时也不会马上停下来，
而会因为贯性的关系冲过了头，
音圈一但冲过了头，
由于音圈自己产生的磁场跟外在的磁场不能平衡，
让音圈往回移动，
所以音圈会在位移1mm处来回振动，
直到音圈因为贯性所储存的能量消耗完为止，
而音圈自己因为贯性而来回振动时，
也会切割磁场而像发电机一样产生电动势，
对于音圈所产生电动势而言，
驱动讯号的内阻成为音圈所产生电动势的负载，
所以驱动讯号的内阻越小，
音圈产生电动势所造成的电流就越大，
因而能越迅速的制止音圈的振动。

喇叭音圈的惯性和音圈弹波的弹性等机械方面的特性，
会形成喇叭在机械运动上的谐振频率，
如果对喇叭的机械谐振不加以阻尼，
喇叭将会产生机械上的自激振荡，
这并不单纯只是喇叭电感的反电动势的问题，
所以自古以来喇叭都是以电压输出放大器来推动。

至于阻尼系数则是喇叭阻抗和驱动讯号内阻的的比值，
阻尼系数越大代表放大器对制止动圈式喇叭自己振动的效果越好，
阻尼系数为0则代表放大器完全没有制止动圈式喇叭自己振动的效果！
虽然放大器阻尼系数越大对制止动圈式喇叭自己振动的效果越好，
但喇叭驱动讯号的内阻包含喇叭线以及分音器的电阻，
而且放大器阻尼系数对制止动圈式喇叭自己振动的效果是呈对数式变化，
所以放大器的阻尼系数大到一个程度以后，
对制止动圈式喇叭自己振动的效果差异也就越来越小了！
而真空管放大器的阻尼系数虽然通常比晶体管放大器小，
但至少都在1以上，
恒流输出的阻尼系数为0则是代表对制止动圈式喇叭自己振动毫无效果！
阻尼系数为100跟阻尼系数为1相差只是100倍，
阻尼系数为1跟阻尼系数为0相差的倍数可是无限大喔！

locky_z 发表于 2006-1-15 15:02

.

以下是引用wensan在2006-1-15 11:22:00的发言：
对喇叭的阻尼系数为0！
对喇叭的物理惯性完全不加以制动！
这样会比较好吗？？？？？？
这个问题最重要， 不晓得您的看法如何？

我觉得阻尼就是喇叭电感的反电动势，要尽快将能量消除，

电感的能量=L * I * I /2 ，释放也一样。
   如果恒流驱动下，正半周和负半周电流都是相同的，这样用负半周就可以将正半周的能量全部消耗掉，并且和线路内阻、喇叭直流电阻没关系.
对于电压驱动下，如果理想放大器内阻=0，这样可以在0秒内就能量释放完毕，但喇叭本身还含有串联的直流电阻和线路电阻，能量释放是以对数函数释放，能否在半周时间放完和电感、喇叭内阻、接线电阻有关系，我觉得这因为和喇叭内阻、接线电阻有关系，才引入阻尼系数这个参数原因.

阻尼系数可以通过深度负反馈可以降到很低，指标很好，但是否代表好听？电子管阻尼相对来说高，但人们认为好听。一直以来对于喇叭的阻尼问题都是基于电压输出放大器来讨论，对于恒流输出的话，阻尼系数是否要必要呢？



以下是引用wensan在2006-1-15 11:22:00的发言：
OP的输入和电压放大级的偏流不是恒定值时，
以及OP的正负电源间如果跨接了一的电容时，
IL=Irsc1-Irsc2这个等式还是成立不是吗？
当Irsc1=0时，Irsc2=-IL；
当Irsc2=0时，Irsc1=IL；
当Irsc1=-IL时，Irsc2=-2IL；
当Irsc2=IL时，Irsc1=2IL；
......
你认为Irsc1、Irsc2最小值是LM318的输入和电压放大级的偏流，
Irsc1、Irsc2的瞬间电流值不可能更小，甚至变为负值吗？

我认为318的正电源或负电源端流过电流任何时候都不会为0或者负，
Irsc1、Irsc2最小值我也觉得是LM318的输入和电压放大级的偏流（末级截至了)，
但318的正电源或负电源端流过电流任何时候都不会为0或者负（除非输入信号>供电电压)，

wensan 发表于 2006-1-15 11:22

........

恒流输出？？？？？
你是说输出阻抗无限大！
对喇叭的阻尼系数为0！
对喇叭的物理惯性完全不加以制动！
这样会比较好吗？？？？？？

这个问题最重要，
不晓得您的看法如何？



OP的输入和电压放大级的偏流不是恒定值时，
以及OP的正负电源间如果跨接了一的电容时，
IL=Irsc1-Irsc2这个等式还是成立不是吗？
那么OP的输入和电压放大级的偏流不是恒定值时，
以及OP的正负电源间如果跨接了一的电容时，
究竟会有什么影响呢？

IL=Irsc1-Irsc2这个等式究竟代表了什么意义？
当Irsc1=0时，Irsc2=-IL；
当Irsc2=0时，Irsc1=IL；
当Irsc1=-IL时，Irsc2=-2IL；
当Irsc2=IL时，Irsc1=2IL；
......
你认为Irsc1、Irsc2最小值是LM318的输入和电压放大级的偏流，
Irsc1、Irsc2的瞬间电流值不可能更小，甚至变为负值吗？

对我而言，
设计电路必须自己不断的质疑，
可别自己对自己放水！！！

locky_z 发表于 2006-1-14 17:01

.

以下是引用wensan在2006-1-14 14:04:00的发言：
如果OP的输入和电压放大级的偏流不是恒定值时，
以及OP的正负电源间如果跨接了一的电容时，
对这样的电路架构会有什么影响？
OP的输入和电压放大级的偏流变化通常不大，
不过绝对不是完全恒定！
但究竟有多大？是0.1%？1%？还是10%？
您有没有仔细实验看看呢？

我也是半桶水，你提问的上面的问题我也不会
还请文公指教。

wensan 发表于 2006-1-14 14:04

.........

以下是引用locky_z在2006-1-14 1:28:00的发言：
大部分差分对的公共射极部分都是恒流源源的，因此可以认为差动级总的电流也是恒定的，好像318内部电路的电压放大级也是二级差分
另外很多成熟的扩展运放输出电压摆幅的电路都是采样正负电源端的电流来取得信号的，


一般的OP电路架构是以两级电压放大（含输入级）加上输出缓冲，
但LM318是三级电压放大（含输入级）加上输出缓冲以及前授补偿。

这种您所谓的“扩展运放输出电压摆幅的电路”，
早在二十几年前台湾的音响技术杂志就有这样的一篇文章，
而且音响技术杂志还把它弄成套件来卖，
我当时就买了这个套件回来制作实验过了。
这种电路当然是可以动作的！
所以我不是问这种电路可不可以动作，或是有多少人使用。
说明白点，
我只是想考考你，
如果OP的输入和电压放大级的偏流不是恒定值时，
以及OP的正负电源间如果跨接了一的电容时，
对这样的电路架构会有什么影响？

OP的输入和电压放大级的偏流变化通常不大，
不过绝对不是完全恒定！
但究竟有多大？是0.1%？1%？还是10%？
您有没有仔细实验看看呢？

wensan 发表于 2006-1-14 13:23

......

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这个波形包含3%的三次谐波，不晓得您看起来觉得怎么样？


<img src="attachments/dvbbs/2006-1/200611413203503.gif" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2006-1/200611413203503.gif\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />
这个波形包含5%的三次谐波，不晓得您看起来觉得怎么样？

wensan 发表于 2006-1-14 11:53

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<img src="attachments/dvbbs/2006-1/2006114115131866.gif" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2006-1/2006114115131866.gif\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />
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wensan 发表于 2006-1-14 11:50

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locky_z 发表于 2006-1-14 01:28

谢谢charlle帮我仿真

改变一下Rc R6和其他Ic,这些参数都要根据Ic静态电流和最大输出电流决定

以下是引用wensan在2006-1-13 17:37:00的发言：
“RL上的电流等于流过Rsc1<I></I> Rsc2上电流之差，即IL=Irsc1-Irsc2”这个等式如何证明？？？

在RL与两个MOS管源极接点处，流入有上面差分对管的电流和Irsc1这两股电流，流出有RL上电流和下差分管电流和Irsc2上电流这3股电流，根据节点电流定律,这5股电流之和为0，而上下差分管的恒流电源是一样，互相抵消，剩下Irsc1 Irsc2和IL,所以IL=Irsc1-Irsc2

以下是引用wensan在2006-1-13 17:37:00的发言：
OP内部电路除了输出级外，
差动级、电压放大级的电流都不会跟RL上的电流成正比，
问题是差动级、电压放大级的电流还是会随着讯号变动，
这样对失真会有多大的影响？？？？？？
另外，
如果像下图OP内部的正负电源间有个电容，
会对这个电路有多大的影响？？？？？？
虽然Datasheet中公布的电路不会有这个电容，
但IC的基底会接到正电源或负电源（视N型基底或P型基底而定），
IC<I></I> Layout上不但不会刻意减少正负电源间的电容，
甚至会刻意加大这个电容！

大部分差分对的公共射极部分都是恒流源源的，因此可以认为差动级总的电流也是恒定的，好像318内部电路的电压放大级也是二级差分
另外很多成熟的扩展运放输出电压摆幅的电路都是采样正负电源端的电流来取得信号的，

以下是引用wensan在2006-1-13 17:37:00的发言：
你设计的MOSFET恒流输出电路的作用其实跟我设计的“高比例电流镜”的作用相同，
我用JFET来比较两个电流取样电阻的电压做误差放大，
您用差分电路来比较两个电流取样电阻的电压做误差放大，
您可以实验看看，
误差放大的增益必须非常高,
也就是“高比例电流镜”控制回路的开环路增益必须非常高才行，
不然失真相当大！！！！
下面约一年前我在diyAudio上的讨论可供您参考.
http://www.diyaudio.com/forums/showthread.php?s=&threadid=50037&perpage=10&pagenumber=8

可惜看不到你的图片
你说：也就是“高比例电流镜”控制回路的开环路增益必须非常高才行， 不然失真相当大！！！！
我简单将我上面比例电流镜用下面电路模拟了一下 (5mA直流恒流源代表318静态电流，5mA交流恒流源代表318动态电流),

看波形好像还可以，

以下是引用wensan在2006-1-13 17:37:00的发言：
您这个无反馈恒流输出电路必须在纯A类状态下工作，
不然只有一边工作时的增益是两边MOSFET都工作时的一半

你说的纯A是指最大输出电流等于静态电流的2倍那种形式还是输出管永不截止的那种形式？
因为运放始终存在静态电流，因此上下电流镜肯定有电流流过，上下管肯定不会截至。
按我分析，318静态电流5mA,最大输出电流20mA,就是说正端电源的电流摆幅为5-25mA,
经过电流镜，最大输出电流应该是静态电流的4倍。

wensan 发表于 2006-1-13 17:37

........

恒流输出？？？？？
你是说输出阻抗无限大！
对喇叭的阻尼系数为0！
对喇叭的物理惯性完全不加以制动！
这样会比较好吗？？？？？？



在您设计的电路中，
“RL上的电流等于流过Rsc1 Rsc2上电流之差，即IL=Irsc1-Irsc2”这个等式如何证明？？？
OP内部电路除了输出级外，
差动级、电压放大级的电流都不会跟RL上的电流成正比，
如果差动级、电压放大级的电流完全恒定那还好，
问题是差动级、电压放大级的电流还是会随着讯号变动，
这样对失真会有多大的影响？？？？？？
另外，
如果像下图OP内部的正负电源间有个电容，
会对这个电路有多大的影响？？？？？？
虽然Datasheet中公布的电路不会有这个电容，
但IC的基底会接到正电源或负电源（视N型基底或P型基底而定），
IC Layout上不但不会刻意减少正负电源间的电容，
甚至会刻意加大这个电容！
<img src="attachments/dvbbs/2006-1/2006113173454952.gif" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2006-1/2006113173454952.gif\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />


你设计的MOSFET恒流输出电路的作用其实跟我设计的“高比例电流镜”的作用相同，
我用JFET来比较两个电流取样电阻的电压做误差放大，
您用差分电路来比较两个电流取样电阻的电压做误差放大，
您可以实验看看，
误差放大的增益必须非常高,
也就是“高比例电流镜”控制回路的开环路增益必须非常高才行，
不然失真相当大！！！！
下面约一年前我在diyAudio上的讨论可供您参考.
http://www.diyaudio.com/forums/showthread.php?s=&threadid=50037&perpage=10&pagenumber=8


您这个无反馈恒流输出电路必须在纯A类状态下工作，
不然只有一边工作时的增益是两边MOSFET都工作时的一半

charlle 发表于 2006-1-13 15:18

用protel 2004 作了个仿真

没有945和733的仿真库,用bc546和bc556替了一下。

protel dxp 2004 的仿真输出波形

<img src="attachments/dvbbs/2006-1/20061131510313.jpg" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2006-1/20061131510313.jpg\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />
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查看完整版本: [原创]新颖的无反馈恒流推勉放大器