Транзисторный ламповик Сергея Рубальского

[toro]

Кто нибудь уже макетировал/отслушивал усилитель Сергея Рубальского с последнего Суховского РадиоХобби, №5-6 2014, стр.38, С.Рубальский «Транзисторная альтернатива ламповому однотакту». Отличительная функция - регулируемый уровень гармонических искажений. Собираюсь повторить схема довольно проста, и в статье описаны и классифицированы "новые" искажения в УМ и простые способы их измерения. Могу скрины с приложить если это можно здесь.

Сергей Рубальский структурировал информацию о "транзисторном ламповике",
частично с 3 -го пункта по 9 пункт ссылки на результаты, полученные в макете - "железе".
1.Статья и тут
2.Файлы эмуляции в МС10
3.Принципиальная схема ВК и варианты макетных плат 1 2 3
4. Фото макета
5. Диф фильтр
6. Спектр гармоник макета ВК
7. Регулировка спектра гармоник макета ВК, меандр
8.Искажения при мягком клиппинге в макете 1 2
9.Оценка искажений амплитудно-фазового спектра сложного сигнала в макете

Дополнительно в теме рассматривались вопросы:
1. Искажения амплитудно-частотной характеристики (полюса)
2. Зависимость линейных и нелинейных искажений
3. Связь искажений АХ и ГВЗ в динамике.
4. Искажения фазо-частотной характеристики, запас фазы, устойчивость
5. Статическое и динамическое входное сопротивление ВК в полосе частот и нагрузок и
выходное динамическое сопротивление ВК в диапазоне токов покоя
6. Статическая и динамическая амплитудные характеристики
7. Переключательные искажения
8. Амплитудные искажения.
9. Клиппинг
10. Стресс тест
11. Искажения Амплитудно-фазового спектра сложных сигналов.
12. "Транзисторный ламповик" для наушников.

[Petr-1951]

схема могла бы быть примерно такой:
Вложение 246285

за неимением модели мощного германиевого pnp использовал кремниевый, вот какой спектр получается

при больших напряжениях быстро растут гармоники, особенно высшие

[wert]

вот какой спектр получается

Гармоники на синусе малы, интересно какие искажения покажет на реальном сигнале, тем более и веточка по измерению искажений есть, там на реальном сигнале можно амплитудные искажения оценить. Скорее разработчик схемы должен обратиться к создателям классной рабочей методики. Однако разработчики усилителей на ВЕГЕ не проявляют интереса, а возможность то уникальная!
Если есть модель ВК в МС, поделитесь пожалуйста, попробую АХ воспроизвести, интересно с гармониками сопоставить.
Скорее нужно в МС9 АХ рисовать, для большей доступности.

[Nick-nack]

Wingspread диаграмму можно получить и в transient response модусе

Поставьте в окно часть синуса без максимумов/миним. (например от 0.3*период до 0.7*период)
Потом поставьте на ось-Х вместо времени входное напряжение - получите диагональную линию из угла в угол.
И отображайте del(Vout)/del(Vin)

Можно запараметризировать частоту, только step size должен быть одинаковым, т.е. зависеть от частоты, ну и маленьким.
Я беру 1/(freq^15)... этого достаточно, меньше не надо но и больше - график размывает

Ну и окно тоже должно зависеть от частоты, что вы конечно знаете.

Получается что-то типа этого (Класс АБ на трёх токах покоя, 35mA, 85mA, 150mA, в динамике, на частотах 200, 2к 20к) для пары MJL2119/94, модели - Bob Cordell :

Немного сумбурно, но видно разделение на блоки токов покоя (графики лежат рядом)
А по частоте - те две в блоке, что рядом - 200 и 2к, а третья линия, что сильно различается - 20кГц


Края диаграммы -19В и 19В V(in) - вот там у Spice проблемы с реалистичностью.
Он очень нереально показывает режим квазинасыщения в простых моделях транзисторов.
Сигнал у меня 20В пик, и спайс показывает одинаковые графики wingspread (как это по нашему???) с +/-22В и +/- 34 питания
Чего конечно же не может быть в принципе... (на 1.4В Vce и паре ампер тока уже идёт квазинасыщение)

A Теперь задача - ввести в модели элементы теплозависимости (изменение Vbe, hFE).
Только измерять уже надо будет по другому - не совсем тривиально

[Nick-nack]

А вот эффект от запаралеливания :


Зелёным - 2-такт на одной паре, реалистичные уровни вариации тока покоя (верхняя пара линий-нижняя пара линий... пара = измерение на двух частотах (1к, 20к)),
где-то между ними график будет скакать в динамике от тепловых эффектов... это попытка смоделировать тепловое изменение Vbe. изменения hFE не учтены.

Синим - всё так же, только 3 пары выходников

[киса]

Ну если делать не так помпезно, а чуть попроще, то схема могла бы быть примерно такой:

Спасибо за схему. Если я правильно понимаю, то на базе Q1 потенциал равен выходному, т.е. у нас повторитель. Да при этом без смещения уровней. Можно на базу заводить звуковой сигнал без разделительного конденсатора, прямо с генератора сигналов и включая осциллограф между входом и выходам наблюдать искажения сигнала. Изменяя токи покоя, напряжение питания, амплитуду сигнала и другие параметры и находить оптимальные режимы для данного схемного решения?

за неимением модели мощного германиевого pnp использовал кремниевый, вот какой спектр получается

Наверно лучше спаять, да послушать. Теперь мне есть над чем работать. Пишите. С уважением, Юрий.

[wert]

Получается что-то типа этого (Класс АБ на трёх токах покоя, 35mA, 85mA, 150mA, в динамике, на частотах 200, 2к 20к) для пары MJL2119/94, модели - Bob Cordell

Здорово! Браво!

отображайте del(Vout)/del(Vin)

МС в режиме transient отношение del(Vout)/del(Vin) дает всплеск в килоединицы при прохождении через ноль.
Воспользовался Perfomance, пока половинка графика и на фиксированной частоте.
Второй график del(Vout,in), на разнице искажения заметнее, более всего возле нуля, правда максимальные напряжения всего 12 В.
После 20 В при токах более 3А скорее не квазинасыщение, я несколько десятков различных моделей перепробовал от разных производителей, осталось этот эффект увидеть в железе для уверенности.
Эмуляция при токах 50, 100, 150 мА.
А Ваши графики в динамике просто изящны.

---------- Сообщение добавлено 20.32 ---------- Предыдущее сообщение было 20.25 ----------

где-то между ними график будет скакать в динамике от тепловых эффектов... это попытка смоделировать тепловое изменение Vbe. изменения hFE не учтены.

Приближаетесь к высшему пилотажу, интереснейшая тема затронута.

[Nick-nack]

МС в режиме transient отношение del(Vout)/del(Vin) дает всплеск в килоединицы при прохождении через ноль.

странно...
По идее del(x) будет близким к нулю не на переходе через 0, а в максимумах... поэтому я и брал 0.3-0.7 периода
К сожалению в МС я не разбираюсь, кто его знает, в чём там проблема.

[IDDQD]

Если я правильно понимаю, то на базе Q1 потенциал равен выходному, т.е. у нас повторитель. Да при этом без смещения уровней...

Вот тут вариант с дарлингтоном: https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2102768

[киса]

Цитата Сообщение от IDDQD Посмотреть сообщение
схема могла бы быть примерно такой:
Вложение 246285

Покрутил сегодня в МС-8, не понравилось. При входном напряжении 10 В, при нагрузке 4 Ома режется верхняя полу волна. Может у меня модели транзисторов старые не адекватные железу.
Вариант с дарлингтоном я видел и пробовал сам. Больше понравилось звучание при замене КТ602Б на BSP129 и простой источник тока на одном транзисторе. Пишите. С уважением, Юрий.

[wert]

Больше понравилось звучание при замене КТ602Б на BSP129 и простой источник тока на одном транзисторе.

АХ ВК в большей степени определяет звучание. Ровная АХ дает скорее точный, но стирильный звук. ЭП по Semigor имеет симметрично скругленную АХ, выше картинка есть, звук и ощущение пьянящего хорошего вина.
Картинку АХ для точного ВК при разных токах покоя прикрепляю. При изменении тока покоя от 1А до 2А, АХ симметрично сдвигается слева направо, причем фактически не изменяется рисунок вершины АХ, имеет мизерную кривизну. Ток меняем входным смещением, поэтому АХ вправо влево движется.

[IDDQD]

При входном напряжении 10 В, при нагрузке 4 Ома режется верхняя полу волна...

Из-за различия моделей, вполне возможно неправильно выставились режимы по постоянному току (несимметрия питания), плюс может оказаться, что напряжение К-Э на сигнальном транзисторе Q2 слишком мало (оно должно быть не менее 3.5V. Схема: https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2105693 ).
Симметрия выставляется входным делителем, а напряжение на Q2 соотношением резисторов вольтдобавки. Ток покоя зависит от тех же резисторов вольтдобавки и резистора в смещении ИТ. В данной схеме девиация тока ИТ значительно больше чем повторителя, соответственно усил работает на нагрузку 4 Ом при больших входных напряжениях с отсечкой тока нижнего ИТ (экономичный А, ток покоя менее 0.9 А). Что касается гармоник, Лтспайс рисует, что вариант со следящим питанием имеет более короткий хвост гармоник и чуть меньший их уровень (по сравнению с обычной схемой). Ведь смысл следящего питания в неизменности напряжений на сигнальных транзисторах, что делает тепловые искажения очень малыми, т.к. девиация мощности очень мала, что кстати позволяет использовать маломощные транзисторы (такие как ГТ906, 910 или хорошо звучащие мосфеты в то-220) с большим током покоя...

---------- Сообщение добавлено 04.48 ---------- Предыдущее сообщение было 04.16 ----------

Картинку АХ для точного ВК при разных токах покоя прикрепляю...

А если заменить шиклай на дарлингтон, что нарисует микрокап?

[wert]

А если заменить шиклай на дарлингтон, что нарисует микрокап?

Вечером попробую, может уже есть готовое, настроенное решение?
Выше постом входным смещением менял ток покоя, скорее не корректно, но видно как симметрично АХ движется по оси Х и выравниваем входным делителем обрезание амплитудных значений нижней и верхней полуволны.
Вот картинка АХ при разных токах покоя на одном смещении по входу, увеличил зум до микродрахм.
Сейчас реалистичней выглядит. При близко к нулевому смещению по входу, симметрии по обрезанию полуволн нет, нужно выполнить рекомендации IDDQD. Так что осторожней без конденсатора по входу.

[wert]

Продолжу тесты АХ схемы Игоря Семынина (Сх.4) и линеаризованного ЭП (Сх.5), по той же структуре.
В Сх.4 диод в цепи эмиттера ГТ заменим на прямосмещенный транзистор, появляется больше возможностей менять вид АХ (симметрировать, закруглять края...) шунтирующим резистором, током покоя, подбором прямо смещенного транзистора...
На рис.1 видно что из этого получилось. По совету Nick-nack изменяем ток покоя смещением ГТ, при этом изменяется вид АХ, в сх.5 в меньшей степени.
Скорее закругленная АХ по краям дает быстроспадающий спектр и красивый звук.
В следующих тестах посмотрим, как картинка гармоник зависит от вида АХ.
На самом деле вариантов по виду АХ огромное множество в данных схемах (при сохранении общего образа), что дает индивидуальный звук для каждой собранной схемки в железе.

При увеличении нагрузки ВК с 8 Ом до 4 Ом проседает и искажается АХ (рис.2).
В схеме 4 эти изменения значительны, скорее нужно увеличить ток покоя.
В линеаризованном ЭП сх.5 АХ мало изменилась.

[wert]

По рекомендации Nick-nack уточнил токи покоя двухтакного ЭП при снятии АХ.
Кривые АХ для трех токов покоя 0,5 А, 1 А, 1,5 А.
Схемки и соответственно графики АХ подписаны 1, 2, 3, отмечены разными цветами.
Без явных искривлений график АХ двухтакта получается при токе покоя Io = 1 A.
В однотакте при изменении тока покоя вершина АХ почти стабильна, в отрицательной части графика со снижением тока покоя характеристика движется в сторону нуля, подрезая отрицательную полуволну воздействия.
(Графики АХ для ЭП двухтакта в постах 625, 628 справедливы для токов покоя режимов АВ, А, более точно можно посмотреть в выложенном примере в МС).

[киса]

wert, Добрый вам вечер. Хочется обратиться к посту 653 схеме 4. Мне кажется, что R22 1,4 кОм несколько великоват. Ток через него при указанном питании +/- 12 В составит чуть более 15 мА. У транзистора Q19 коэффициент усиления должен быть не менее 100 для обеспечения тока покоя в нагрузке 1,5 А. Хотя в модели транзистора может быть любой коэффициент, хоть 1000. Я наверно придираюсь, но шунтирование резистора R21 (0,5 Ома)б-э переходом транзистора Q27, если это только не германиевый транзистор, не лучший вариант. Нужен диод Шоттки и чем более сильноточный, тем лучше. Он всё время приоткрыт и ток через него должен меняться от 0,1 Iп до 2,5 Iп в зависимости от напряжения питания, сопротивления нагрузки и величины входного сигнала. И последнее. Я не очень хорошо разбираюсь в тонкостях работы симуляторов, но мне кажется, что замена электролитического конденсатора на источник питания V17 (11,311V) не совсем корректна. Источник питания просто сдвигает уровень, а электролитический конденсатор в зависимости от величины входного сигнала может иметь напряжение между обкладками и 0,1 В и 0,95 Uпит. Наверно D5 нужно поменять на диод Шоттки, для более точного регулирования Iп резистором Ri. Спасибо за выложенные графики. Пишите. С уважением, Юрий.

[wert]

Мне кажется, что R22 1,4 кОм несколько великоват. Ток через него при указанном питании +/- 12 В составит чуть более 15 мА. У транзистора Q19 коэффициент усиления должен быть не менее 100 для обеспечения тока покоя в нагрузке 1,5 А.

Вы правы, коэф передачи тока базы этого транзистора 100, резистор можно немного уменьшить.

шунтирование резистора R21 (0,5 Ома)б-э переходом транзистора Q27, если это только не германиевый транзистор, не лучший вариант. Нужен диод Шоттки

Ушел от Шотки к прямосмещенному транзистору и шунтирование подбираемым резистором дает большие ворота для установления нужной АХ и картинки гармоник. С Шотки такая возможность ограничена.

замена электролитического конденсатора на источник питания V17 (11,311V) не совсем корректна. Источник питания просто сдвигает уровень,

Конечно, конденсатор исключается из схемы при анализе по постоянному току, как обеспечить петли регулирования следящего питания и проч? тем более при анализе по постоянному току. Я предложил источник напряжения вместо конденсатора с напряжением, равным напряжению на конденсаторе в статическом режиме.
Сто процентной корректности не может быть, но петли работают в тех пределах, где проводится анализ по постоянному току. Есть лучше предложение? давайте , будем пробовать.

[киса]

wert, Я наверно не совсем правильно понял обозначение dd(V(Out1)). Думал, что измеряется вторая производная. И ещё удивлялся графикам, что как-то не так они отображают эту функцию. Теперь понял, что по постоянному току. Это очень хорошо, что компьютер сам всё считает, но тогда данные расчёты нам отображают ошибки в преобразовании входного сигнала, амплитудные искажения. Количественно оценить качество будущего повторителя в "попугаях" например он нам пока не сможет. Коэффициент гармоник опускаем как не совсем адекватный параметр. Большое Вам спасибо. С уважением, Юрий.

[wert]

Количественно оценить качество будущего повторителя в "попугаях" например он нам пока не сможет.

С АХ достовернее и учитывая гамму динамических параметров получилось у Nick-nack.
У меня АХ по постоянному току, в динамике пока проблемки МС выскакивают на отношении напряжений. Будет время, поиграюсь.
В "попугаях", количественно МС уже может любые сложные сигналы оценить, в железе с помощью LabView результаты подтверждены.
После набора статистики выложу результаты.
Коэффициент гармоник становится адекватным при сложных воздействиях и главное в железе очень близкая корреляция.
Так что можно доверять МС при адекватных моделях. Фишка в применении методов и методик, дающих количественную оценку качества, к достоверности будем еще долго двигаться, так как качество больше философская категория...
Благодарю за участие в обсуждении.

[wert]

Разработанный "транзисторный ламповик" звучит очень не плохо и напоминает звучание лампы.
В чем причина такого эффекта.
Ранее смотрели спектры и много других параметров. Спектр быстро спадающий, преобладание четных гармоник. Но как то этого было не достаточно.
АХ "транзисторного ламповика" добавляет информацию, схемка и график АХ на рис.
В диапазоне выходных напряжений +/- 6В АХ имеет наклон как у лампы (только в другую сторону), что рождает четные гармоники. Не большой изгиб (коромысло) в этой области дает не большие нечетные гармоники.
После +/- 6В выходного, наклон АХ выравнивается, при этом остается перепад уровней АХ, что дает разницу между положительной и отрицательной полуволной, сохраняя в спектре четные гармоники.
Короткое описание картинки АХ подсказывает о принадлежности каскада к лампово звучащим.

[киса]

Благодарю за участие в обсуждении.

Это Вам большое спасибо, что просвещаете народ в тонкостях работы с симуляторами. А то смотрю на графики как баран на новые ворота и думаю, что лучше у графиков плоская вершина или пологие скаты? Тогда у схемы №4 из поста 653 самые плавные графики и при нагрузке 8 Ом просто ламповый должен быть звук. Пишите. С уважением, Юрий.