Наброски ТЗ для импортозамещения ОУ

Для изготовления из отечественных компонентов нужны ОУ:

1. малошумящие (существующие массовые к157уд2, к551ун2, к548уд1 имеют недостатки по другим параметрам);
2. с малыми искажениями, меньшими на порядок чем нужно для конечного устройства; т.к., например, микшер многокаскадный, то шумы и искажения складываются, пока сигнал проходит через все каскады (нет отечественных ОУ с нормируемым очень низким уровнем искажений, можно даже сказать, что отечественные микросхемы вообще не нормируются по этому параметру);
3. широкая полоса частот и большая нагрузочная способность для работы в режиме А на всех уровнях выходного напряжения и нагрузки, которая, кстати, имеет частотную зависимость;
4. сильная защита от пульсаций по цепям питания, особенно в области средних и высоких частот от 1 кГц и выше;
5. требования по температурной стабильности не большие.

Можно разделить на основные группы применений:

1. малошумящий ОУ для входных цепей;
2. полностью дифференциальный ОУ от входа до выхода;
3. телефонный ОУ с выходным током до 100-200 мА;
4. высоковольтный ОУ с питанием до +/– 100 В;
5. низковольтный ОУ с однополярным батарейным питанием 3-6 В.

Типовые параметры звука:

• Динамический диапазон для профессионального эстрадного применения должен быть выше 120 дБ, чаще 130-140 дБ, т.е. от уровня шумов до уровня перегрузки (ограничения);
• Уровень не желательных искажений плюс шум (THD+N) должен быть больше 100 дБ, т.е. Кг меньше 10^-5 или 0.001%, что соответствует Uш < 7.75 мкВ, приведенному ко входу. Стоит заметить, что для разного сопротивления источника сигнала лучше выбирать раз ные транзисторы - для низкоомных (не более 1 кОм) лучше себя ведут биполярные транзисторы и у них на порядок меньше шум в области низких частот. Для высокоомных источников сигнала лучше использовать полевые транзисторы JFET, но они значительно больше шумят на низких частотах чем биполярные, но ростом частоты шум полевого транзистора становится, как правило, значительно меньше.
  Т.к. у большинства ОУ коэффициент подавления помех по цепям питания не лучше 70 дБ, то для THD+N < 0.001 % нужно, как минимум на 30 дБ меньшие пульсации по питанию, чем номинальный уровень сигнала. Т.е. 775 мВ / 30 = 25.8 мВ или менее. Стоит также учесть, что на высоких частотах этот параметр у большинства микросхем значительно хуже, а с учетом того, что чаще всего используются импульсные блоки питания это становится очень важным;
• Проф-аудио работает с типовой нагрузкой 600 Ом при стандартном уровне 0 dBu (1 мВт на типовой нагрузке 600 Ом), т.е. примерно 775 мВ. А это значит, что выходной каскад ОУ должен быть рассчитан на работу с такой нагрузкой без заметного влияния на характеристики во всем частотном диапазоне.
• Требуется запас по перегрузке не менее 26 дБ, т.е. +/-15.5В. Такому условию соответствует каскад Rail-Rail, работающий в режиме А, так, например, для нагрузки 600 Ом при размахе выходного синала в +/-15В, должен быть обеспечен ток в нагрузке не менее 15 В / 600 Ом = 25 мА, что у большинства отечественных ОУ не выполняется. Обычно, в ОУ выходной каскад строится в расчете на работу в режиме АВ и выходной ток ограничивается простым транзисторным каскадом, который начинает срабатывать за долго до полного открытия этого транзистора, ограничивая ток в нагрузке, приводя к клиппингу и заметным на слух искажениям;
• Скорость нарастания выходного напряжения должна быть больше величины равной размаху выходного напряжения в мкс, т.е. не менее 15 В/мкс. Этот параметр влияет на мощностную полосу выходного сигнала, которая должна быть намного шире верхней граничной частоты усиливаемого сигнала, особенно для систем, выполненных по рекомендации Hi-Res. ОУ указанные выше хуже, к сожалению. К574уд1, К544уд1, К140УД11 - вроде и всё, что соответствует этому параметру;
• спектр искажений имеет значение – чем он уже, тем лучше «звучание».

Для ламповой техники спектр искажений, как правило, не выше 3-й гармоники с преобладанием второй гармоники, что придает звуку "теплое ламповое звучание", и ламповые каскады плохо работают с ООС.

Для линеаризированных полупроводниковых схем примерно также, но не линейные дают очень широкий спектр гармоник (окрашивают звук), особенно при включении глубокой ООС.

Примеры предварительно скомпенсированных (линеаризированных без применения ООС) схем на биполярных транзисторах: дифференциальный каскад - прямой и "разогнутый" (каскодная схема на комплементарной паре транзисторов), токовое зеркало нескольких модификаций, каскад с синхронной динамической нагрузкой и питанием, каскад "диамонд" и построенный на нем параллельный усилитель и другие частные решения.