一款优秀的甲类功率放大器原理仿真及分析笔记。吃透原理，制作时才会心中有数

lsbob55

看前面波特图仿真结果，结合实际经验，感觉有一个严重问题：电路带宽只有92.732kHz。
也许有人会说，我们听不到20kHz以上的频率，这个带宽足够了。如果用在连续正弦波发生器的功率输出级，确实很优秀，THD失真非常小，带宽也没问题。
可是，实际音乐信号波形是一个接一个的瞬态过程，几乎看不见连续正弦波。THD是一个稳态响应指标，信号持续一定时间，进入稳态后的总谐波失真。瞬态特性不好，高质量THD的作用在音频信号放大中发挥不出来。

不得不提到TIM瞬态互调失真，它和实际听感关系较大，但测量困难。这个问题业内存在争议，有承认TIM的，也有否认的。有趣的是，却一致认为音质好，必须有足够带宽。

多宽才足够？目前尚无定论。

从音响发烧友角度，只要THD、噪音、功率等方面满足要求，带宽越宽听感越好。
从理论分析角度，可证明带宽越宽，瞬态响应越好。

我个人推崇带宽在1～3MHz以上的功放，实际表现或许要好些。

原高频补偿方法。


图中R6、C2组成的反馈网络， 对100kHz以上频率信号加大负反馈深度，降低失真。以牺牲100kHz～10MHz的增益，换来较低高频失真。THD指标优秀，但带宽太窄。



幅频曲线高频增益塌陷，可解释上述现象。

针对这个问题，通过原理分析及仿真，推荐如下图所示高频补偿方法。


C10减小到47p加快响应速度，提高压摆率改善瞬态响应。在R22上并C2消振电容，解决电路稳定性问题。与原电路高频补偿不同，这个C2容量小（10p）且没串电阻，对增益无明显影响，起加速作用，能减少相移，达到消振目的。

闭环波特图如下。


看到-180度相移被推高到20.643MHz，作用明显。


相移-180度时，频率20.643MHz，增益-1.184db，电路稳定不会自激。

来看看-3db带宽。


带宽783.58kHz，比原来的92.732kHz宽了不少。

再测测现在的THD
1kHz        THD=0.000%
20kHz        THD=0.001%
40kHz        THD=0.002%
80kHz        THD=0.014%

40kHz以下和原来差不多，80kHz失真比原来稍大。
牺牲点高频失真换来带宽加大，降低瞬态失真，应该对改善音质有帮助。

实物装机调试中不妨分别试试两种高频补偿方法，真实感受下。

超低失真之梦

lsbob55 发表于 2017-5-27 17:08
看前面波特图仿真结果，结合实际经验，感觉有一个严重问题：电路带宽只有92.732kHz。
也许有人会说，我们 ...

又看到楼主高论了。、

我来发两个名机仿真波特图

国都606




nap 140




看来这些名机  瞬态都不好。  还没到20k频响就开始衰减了。


胆机的频响好像更差吧。    楼主如何破解。

日王贝才

超低失真之梦 发表于 2017-5-27 17:47
又看到楼主高论了。、

我来发两个名机仿真波特图

这是设计师根据自己审美听感取向有意而为之。。这两台机声音上共同点都不是透明度非常好那种，比较注重中频。

日王贝才

看楼主的分析，收获良多。如果能把各项指标和听感结合起来，那将对调声是大有帮助

lsbob55

超低失真之梦 发表于 2017-5-27 17:47
又看到楼主高论了。、

我来发两个名机仿真波特图

带宽指深度负反馈的闭环带宽，不包括环外内容，进入放大器前先滤除20kHz以上高频和闭环带宽不是一回事。

比如nap140电路


红圈内的滤波器在负反馈环外，看闭环带宽时应设法临时去除该滤波器。

至于胆机，因为没有深度负反馈，带宽窄也不会导致瞬态失真。

lin889889

Quad606的带宽很窄应该是为了尽可能的降低较高频率下输出级交越失真的高次谐波成分。个人理解为这是为了尽可能克服无偏流乙类输出级的缺陷不得已而为之。

08DIY

感谢楼主指点，将继续关注精彩的后续

超低失真之梦

lsbob55 发表于 2017-5-27 20:01
带宽指深度负反馈的闭环带宽，不包括环外内容，进入放大器前先滤除20kHz以上高频和闭环带宽不是一回事 ...

放大器是一个整体。你不包括环外，说的带宽就是再高。  被进入放大器的输入低通滤波把20k以上都衰减了。你在高的带宽。你也不能输出更高的频率。 谈何瞬态好。
再说为什么要加入低通滤波呢。就是因为放大器能放大超过20k以上的成分。这被认为是无用的才加低通滤掉（太高的超音频还可能引起放大器不稳定）。如果放大器不能放大20k以上那就不用低通。 比如加大电压级肖震电容使得放大器不能放大20k以上的成分。那么完全不用加低通。放大器更简单更稳定。只是失真增大了。

超过20k的音频被定义为无用的。 本人现在也就听到15k 16k而已。要20k以上干什么。
要知道全幅度输出20k都听不到。还在乎音频中掺杂的那些成分的20k？吗
超音频是无需输出的。做好20k以内才是正道。扩展带宽其实不是扩展只是放开带宽而已。因为此放大器本可以放大20k以上音频。到20k就截止是让音频范围内表现更好。


降低电压级肖震电容。用其他补偿还让放大器稳定。这做法没错。但是说超音频范围瞬态好我不认同。 即使放大器能放大10M 也得把它限制到20k以内。这样才更好。  

扩展带宽那是在放大器带宽还不够的年代才做的事。现在是限制带宽。提高性能的年代。

当今射频漫天飞。超声波遍地用。要高带宽那是非常容易的事。设计者为什么还要限制带宽呢？

超低失真之梦

日王贝才 发表于 2017-5-27 18:17
这是设计师根据自己审美听感取向有意而为之。。这两台机声音上共同点都不是透明度非常好那种，比较注重中 ...

那你说几个有名气的透明度好的我看看

不才

lin889889 发表于 2017-5-27 20:18
Quad606的带宽很窄应该是为了尽可能的降低较高频率下输出级交越失真的高次谐波成分。个人理解为这是为了尽 ...

嘿嘿，偏偏是前馈放大器对于降低高频失真的贡献要较普通反馈放大器要好得多！所以“...不得已而为之”的说法，偶只能嘿嘿了

fakewan

lsbob55 发表于 2017-5-27 16:56
请到36楼直接下载。

可以直接给我仿真图么  因为我的电路打不开

wdrrrrr

继续好帖！

日王贝才

超低失真之梦 发表于 2017-5-27 22:21
那你说几个有名气的透明度好的我看看

马克、cello、拜事通、densen这些算不算？

日王贝才

超低失真之梦 发表于 2017-5-27 21:06
放大器是一个整体。你不包括环外，说的带宽就是再高。  被进入放大器的输入低通滤波把20k以上都衰减了 ...

对于限制输入带宽这个论点不敢苟同。你拿出nap140功放来说，这个可是naim在80年代的设计，看naim从140之后，每代机器的输入频宽是越来越大，现在naim新一代功放的输入频宽是限制在150k

mxwmke1

参考

lsbob55

fakewan 发表于 2017-5-27 23:25
可以直接给我仿真图么  因为我的电路打不开

这个图清楚些

lsbob55

有深度负反馈放大器加大带宽目的，不是要听20kHz以上的声音，是为了让输出快速跟上瞬态信号波形，减少瞬态失真。

放大器输入前限制带宽，避免过高频率进入产生负面影响。放大器本身带宽应远高于输入信号带宽，才具备快速响应瞬态波形的能力。

无多级大反馈的放大器本身不易产生瞬态失真，因此无需很大带宽。

超低失真之梦

日王贝才 发表于 2017-5-28 01:29
对于限制输入带宽这个论点不敢苟同。你拿出nap140功放来说，这个可是naim在80年代的设计，看naim从140之 ...

当今放大器轻易可以得到很大带宽了。所以基本都在输入只滤掉射频干扰就没问题了。
为了指标更具有竞争力。就把各个指标都做的很大余量。这个再大也不能提升人耳朵的听觉范围。放大器就是通过喇叭为这个服务的。放大器频响再大。后有喇叭限制。最终还有人耳限制。大已经没有明显意义。cd输出最大也就20k多点点。超过的cd都不输出。放大器能放大100k又能如何。   一个东西发展到极致后是要回归理性的。太高的输出带宽并不能改善什么。 把精力用到更需要改善的地方才是。

把20到150k的高频杂波输入放大器完美放大供给喇叭假设喇叭高频也非常好到60k
这些频响又不是音乐听到又能如何呢。再说谁能听到？

这里有个概念要分清。   放大器输出频响。和放大器开环频响。  开环频响可以继续优化提高。这个可以继续提高放大器的内功。 放开输出频响就是秀 花蹄秀腿。


这么说吧限制放大器的输出带宽是为了在音频范围有更好的指标。高频的失真度。高频的瞬态跟随能力。尤其是对甲乙类放大器。   
如果是甲类放大器一般就不需要限制带宽，输出可以不用管。连若贝尔网络都可以省略了。这些都影响不了它的稳定和性能。  输出可以直接接电容。  甲乙类如果不限制带宽那么很可能自激。

超低失真之梦

lsbob55 发表于 2017-5-28 08:38
有深度负反馈放大器加大带宽目的，不是要听20kHz以上的声音，是为了让输出快速跟上瞬态信号波形，减少瞬态 ...

  是为了让输出快速跟上瞬态信号波形，减少瞬态失真。

这个一定是你自己想象的。  限制输出带宽可以更好的响应瞬态。更好的瞬态跟随。喇叭才是要大幅改善瞬态的拖后腿。

Douglas难道都不如我们论坛里的diy儿？都没能力把他的放大器提升输出带宽？还好意思叫无缺陷？如果这个放大器真的瞬态响应不够。那么他就应该自打脸。

日王贝才

超低失真之梦 发表于 2017-5-28 09:14
当今放大器轻易可以得到很大带宽了。所以基本都在输入只滤掉射频干扰就没问题了。
为了指标更具有竞争 ...

洋洋洒洒这么多字，佩服。但是看不清你的基本论点在哪里？按照您88楼和这个帖子里面说内容，放大器做好0~20k赫兹就够了？功放信号输入的也用低通滤波器切到20k？