Усилитель просто с высокими параметрами

[krulfa]

Собственно, сабж. В модели показывал THD около 0.0002% на 20К, 50Вт и 8 Ом.

Выход без реле, поэтому стоит отсекатель на полевых транзисторах. Левее - схема автоматического регулирования тока покоя с кучей транзисторов. Ну а еще левее - собственно усилитель. Коэффициент усиления - 37 дБ, предназначается, чтобы подключать к источнику просто через регулятор громкости. Так и сделано на шасси усилителя Одиссей-010. Глубина ООС на 20 кГц ~73 дБ расчетная.

Избыточность схемотехники есть, задача ставилась, чтобы просто заработало с первоначальной идеей и в той печатной плате, которая была когда-то заказана.

Еще есть стабилизатор напряжения +-37В с плавным включением, стаблизатор на +-60В и схема управления, но к усилителю это не сильно относится.

При прослушивании были успешно переиграны Cambridge Audio Azur 840 и семиканальный Arcam, по внешнему виду, кажется, P777, может быть, предыдущая модель. Источником был небезызвестный CD-плеер Arcam с Ring DAC, колонки Monitor Audio Gold.

Сейчас интересно послушать и сравнить с чем-нибудь еще.

Хронология создания:
Начало в 2005 году - первое моделирование, выбор элементной базы.
Январь 2006 - первый макет. Простой ВК, простой дифкаскад на ПТ. Расчетный КНИ 0.02% на 20 кГц. Макет звучал хорошо и объемно, что сохранилось и впоследствии. Принято решение добавлять усилитель тока на Т3 Т6.
Лето 2006 - готова модель с усилителем тока.
Зима-весна 2007 - начались эксперименты с моделью ВК в классе Super A. Цепь L1 L2 R44 R38 приобрела свои очертания. THD 0.0033%.
Июнь 2007 - совмещенный каскад SuperA и АВ моделирует THD 0.0006%
Август 2007 - появилась схема автоматического регулирования тока покоя. Схема приобрела рабочие очертания.
Лето 2007 - разводка и изготовление основной ПП.
Зима 2008 - сборка одного канала.
Весна 2008 - началась отладка, проверка моделей. Схема управления током покоя переделана с транзисторов на TL431. При нормальной работоспособности на малом сигнале остался один мощный возбуд на большом сигнале, причина которого неясна.
Апрель 2008 - смоделирована зависимость КНИ от тока покоя и эмиттерных резисторов. Найден минимум, который показал несостоятельность совмещения Super A и АВ. Переделано на AB, THD 0.0002%
Октябрь 2008 - найдена причина возбудов ВК. Добавлен двухступенчатый ограничитель D9 D10 D8 D12 LED3 LED4. ВСЕ! ПАШЕТ!!!
Ноябрь 2008 - усилитель собран в корпус и начал эксплуатироваться.
Декабрь 2008 - первое прослушивание (сравнение с Arcam и СА).
Начало 2009 - первые измерения THD (0.002% - 0.007%). Попытка уточнить модели и найти расходжения.
Лето-осень 2009 - усложненная перспективная модель показала 0.00002% на 20 кГц.
Ноябрь 2009 - устранение синфазных подвозбудов, улучшение тепловой стабильности тока покоя, правка входного каскада.
Декабрь 2009 - переделка входных цепей.
Январь 2010 - второе прослушивание.
Февраль 2010 - замена БП.
Март 2010 - попытка улучшить КНИ путем замены каскада УН на биполярный Шиклай и включения плавающего каскода во входном каскаде.
Май 2010 - третье прослушивание прослушивание показало проблемы с объемом звучания. Вернулся к первоначальной схеме входного каскада без плавающего каскода, заменил УН на составной источник тока. Убраны все "железяки" из путей прохождения сигнала на выходные клеммы. Результат - звук супероткрытый, эмоциональное впечатление перестало зависеть от уровня громкости.
Июнь 2010 года. Измерил КНИ, график и некоторые спектры приложены: правый канал 3 кГц под нагрузкой 50 Вт (0.00071%) и без нагрузки (0.00046%), правый канал IMD 14+15 кГц (0.00022%) и левый канал на 50 гЦ, чтобы посмотреть очаровательную гребенку помех от БП (0.0032% из-за этого).
P.S. Спектры не показывают реальный КНИ; так как использовалась измерительная приставка, их нужно читать: уровни гармоник и шумовую полку уменьшать на 24 дБ, т.к. уровень основной гармоники около -16 дБ
19.06 Вернул обратно следящий каскод входного ДК, но по другой схеме - звучит лучше.
17.07 Усилитель получил имя - Mont Blanc (или Монблан по-русски) по имени высочайшей горы Европы, находящейся в Альпах.
24.10.10 Уменьшил индуктивность выходного дросселя, добавил цепь Цобеля, изменил включение снабберной цепочки в ВК. Прослушивание выявило значительное влияние на звук процессов внутри БП, поэтому дальнейшие работа по доводке данного экземпляра усилителя прекращаются.


Жертвы:
Два стабилитрона на 6.8В, один на 15В и одна TL431 (два КЗ щупом по питанию и неправильный монтаж). Один 2705 и 315 (сгорели при КЗ щупом в схеме управления током покоя). Резистор на 1 Ом (погиб при испытании схемы защиты). Два транзистора в стабе 37В (КЗ крышкой уся на корпус при надевании). Транзистор управления реле сигнала (КЗ на выходе). Два BS250 в разное время в одном месте (причина неясна, возможно КЗ щупом). LED4 (перегрелся после выхода BS250). Резистор на 3 Ом (погиб при просмотре формы тока нового транса). Последнее КЗ соплей припоя унесло T14, а вместе с ним - и весь стаб на -60В, что меня удивило, так как последний был защищен самовосстанавливающимся предохранителем.

Федор Круль.

[antiluser]

Если конденсаторы разделительные, то у них на обоих обкладках звуковой сигнал переменного тока.

Относительно общего провода разумеется, а на самом конденсаторе практически нет.

[Prophetmaster]

Выложил фото конструктива

Похоже на конструкции 80-х Добротно сделано, но компоновка такая сейчас уже не в почете - длинные провода сигнальные получаются от входов.

[Sagittarius]

Не в обиду krulfa, она не сложная, она просто нечитаемая. У Зуева и Агеева не проще, но нормально нарисованы. Токи текут сверху вниз, более потенциальные точки выше низкопотенциальных, Логически разделены каскады- диф, УН, ВК.

Тут же нужно минут пять только на вычленение УН, все что над диффкаскадом- вызывает только спазм в зубах.
Для ремонта сей пдф сойдет, но для всего остального- нужно полностью перерисовывать.

Это точно. Необычное начерта?ние.

[Валет]

компоновка такая сейчас уже не в почете - длинные провода сигнальные получаются от входов.

Да, но они еще длиннее за входами, к источнику сигнала. Поэтому я просто сделал соединение с селектором входов витой парой и больше об этом не думал. Хотя был сначала вариант установки селектора рядом с входами и длинной осью. А то, что не «в почете», я даже и не думал. У меня «в почете» была целесообразность.

[Prophetmaster]

Offтопик:

А то, что не «в почете», я даже и не думал. У меня «в почете» была целесообразность.

Когда делаешь УМ для себя, то целесообразность получается очень относительная Если только проект не из подручных средств создается, без особых финансовых затрат. Сейчас купить комплектующие и корпус для хорошего УМ обойдется дороже готового девайса от ведущих производителей.
У меня тоже есть УМ 10-летней давности, практически на отечественной элементной базе 80-х и из того, что было в наличии: https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=20941 Пока еще стоит в системе, как основной.

[krulfa]

усилитель krulfa сам бы с интересом послушал

К сожалению, в данный момент усь разобран до последнего винтика под замену транформатора. На праздниках успел закончить только "слесарку". Хотел успеть много, а получилось - как всегда. Теперь то, что требует двух дней работы, растянется недели на 4.

[Prophetmaster]

К сожалению, в данный момент усь разобран до последнего винтика под замену транформатора. На праздниках успел закончить только "слесарку". Хотел успеть много, а получилось - как всегда. Теперь то, что требует двух дней работы, растянется недели на 4.

Так оно и бывает в эти праздники
Корпус для моего нового УМ тоже через месяц будет готов, не раньше. Потом сборка - так что заслушаем все в феврале, наверное

[Валет]

Krulfa, Вы не измеряли КНИ своего усилителя на частотах 20-30-50 Гц?
Кто-то, когда-то сказал, что из-за прогрева и недостаточной тепловой инерции резисторов в цепях общей ООС, растет КНИ на низких частотах. ИМХО, никто не подтвердил и не опроверг этого утверждения экспериментально. Но для уменьшения такого эффекта разработчики УМЗЧ в цепях ООС стали ставить резисторы с огромным запасом по мощности. Вы со своей точной и чувствительной лабораторией могли бы прояснить необходимость такого запаса, если заменить резистор R40 в цепи ООС на резистор того же номинала, но с минимальной допустимой мощностью рассеяния. Если такое о влияния есть, то оно проявится увеличением КНИ усилителя на НЧ даже на холостом ходу. ИМХО, это было бы интересно всем.

[krulfa]

Кто-то, когда-то сказал, что из-за прогрева и недостаточной тепловой инерции резисторов в цепях общей ООС, растет КНИ на низких частотах.

У меня резистор ООС номиналом 2 Вт, и неспроста. У обычных резисторов заявлен дрейф от температуры 100 ppm на градус. Если брать резистор мощностью 0.125 Вт, и если грубо считать перегрев в 60 гр. на полной мощности, то получится 0.5 гр/мВт.

Под напряжением 24 В на резисторе в 24 кОм (как моей схеме) рассеивается 24 мВт средней или около 50 мВт мгновенной мощности, что даст перегрев в 25 градусов (мгновенный).

25 градусов для такого резистора дает 2500 ppm увода сопротивления, что есть 0.25% (!)

Я не верю, что тепловая инерция просто так сможет ослабить искажения еще на три порядка от этого уровня, чтобы они стали гарантированно ниже расчетных искажений усилителя. Поэтому поставил двухваттный резистор и отыграл тем самым хотя бы один порядок.

P.S. Я пока наблюдал, как напряжение на выходе измерительной схемы уходит от прогрева при подаче сигнала на полную мощность. Поэтому при измерениях включаю сигнал на короткое время, чтобы не ловить "зайцев".

Измерять пока не измерял ввиду того, что тепловые искажения ожидаются ниже 0.002-0.003% и пока перекрываются другими источниками искажений.

[Prophetmaster]

krulfa,

У меня резистор ООС номиналом 2 Вт, и неспроста.

Для моего 18-ваттного УМ, резистора ООС мощностью 0.6 Вт достаточно, я надеюсь?

[Shurik]

Если такое о влияния есть, то оно проявится увеличением КНИ усилителя на НЧ

25 градусов для такого резистора дает 2500 ppm увода сопротивления, что есть 0.25% (!)

По расчетам получается, что изменение глубины ООС происходит на уровне 2dB, вот и считайте, много это или мало.

[krulfa]

По расчетам получается, что изменение глубины ООС происходит на уровне 2dB, вот и считайте, много это или мало.

Это много, поскольку на НЧ из-за недостака тепловой инерции это изменение из интегрального становится мнгновенным, что дает классические нелинейные искажения с нечетными гармониками. Аналогичные искажения возникают в динамических головках на большой мощности.

[Валет]

Под напряжением 24 В на резисторе в 24 кОм (как моей схеме) рассеивается 24 мВт средней или около 50 мВт мгновенной мощности, что даст перегрев в 25 градусов (мгновенный).

25 градусов для такого резистора дает 2500 ppm увода сопротивления, что есть 0.25% (!)

Я не верю, что тепловая инерция просто так сможет ослабить искажения еще на три порядка от этого уровня, чтобы они стали гарантированно ниже расчетных искажений усилителя. Поэтому поставил двухваттный резистор и отыграл тем самым хотя бы один порядок.

Как вы рассчитали такой мгновенный перегрев? Мгновенный ли он?
Даже десятая доля 0,25%-ного увода сопротивления должны дать очень заметное увеличение КНИ, если только тепловая инерция не мешает быстрому изменению температуры проводящего слоя резистора (тогда будет простая модуляция усиливаемого сигнала его собственной огибающей).

[krulfa]

Как вы рассчитали такой мгновенный перегрев? Мгновенный ли он?

Разумеется, это теоретический наихудший случай. В действительности и ТКС меньше, чем 100 ppm, и тепловая инерция присуствует, уменьшая амплитуду, как ФНЧ, и резистор в "нижнем" плече ООС тоже нагревается синхронно с "верхним", так что нелинейности частично компенсируются.

Эффект роста КНИ на НЧ наблюдал Матюшикин при измерениях его усилителя, там было, если память не изменяет, 0.0006-7%.

[Валет]

Разумеется, это теоретический наихудший случай.

Расчет, который Вы привели, пригоден для определения установившейся, равновесной температуры. При ней поступление тепла и его рассеивание в окружающую среду, равны. Нагрев резистора – процесс постепенный. Рассеиванием тепла в окружающую среду в первые мгновения нагрева можно пренебречь и температура проводящего слоя определяется его теплоемкостью (вместе с теплоемкостью сопредельных объемов подложки и защитного покрытия) и количеством поступившей тепловой энергии (т.е. мощностью и временем). Одна мощность (т.е. энергия в единицу времени, Вт) влияет не на температуру, а на скорость нарастания температуры (повторю, если пренебречь отводом тепла в окружающую среду). Нагрев проводящего слоя продолжается и на падающем участке мгновенного значения напряжения на резисторе, но с уменьшающейся скоростью. Нелинейные искажения пропорциональны изменению температуры (или сопротивления) за период ЗЧ, точнее той составляющей изменения, которая коррелированна с усиливаемым сигналом. Изменение температуры за период даже самой низкой слышимой частоты, ИМХО, очень невелико.
По мере нагрева резистора возрастает отдача тепла в окружающую среду, и рост усредненной температуры замедляется, а потом и вовсе прекращается. Остаются только ничтожные колебания температуры с удвоенной частотой сигнала.
Процесс нагрева в замедленном виде можно наблюдать при включении обжигалки для снятия изоляции с проводов. Видно, что она постепенно прогревается и медленно остывает, а кратковременные включения и отключения незаметны.
Мои прикидки десятилетней (даже больше) давности показали, что нелинейности, которые вносит нагрев резистора ООС, ничтожны, тем более что пульсации мощности имеют двойную частоту. Измерить их я не мог, у меня не было Ваших возможностей.

PS. Ваша лаборатория показала с разложением на гармоники фон моего усилителя, который и не слышен вовсе (даже если использовать колонки в качестве наушников )… это впечатляет. Кстати, намеренный уровень фона практически совпадает с моими данными, полученными с помощью простого милливольтметра. Можно считать это поверочным сертификатом Вашей лаборатории.

Добавлено через 1 минуту

Эффект роста КНИ на НЧ наблюдал Матюшикин при измерениях его усилителя, там было, если память не изменяет, 0.0006-7%.

Где-нибудь можно прочитать об этих измерениях и их методике?

[krulfa]

Наконец-то закончил переделку блока питания. Заменен гудящий трансформатор и диодный мост. Тороидальный транс впихнулся на штатное место ПЛМ32-50 путем подпиливаний корпуса.

Offтопик:
Трансформатор от "Родника". Брал транс с тройной пропиткой. Что в плюсе: быстро, относительно недорого, вписались в расчетный габарит. Гудение слышно, только если ухо поднести.

Минусы: обмотки не промаркированы (хотя я и не просил). Стандартное крепление представляло собой алюминиевую (!) втулку длиной 5 мм (!!) с гладкими стенками (!!!) с резьбой М3 (!!!!) (вес транса кг 4), утопленную в эпоксидную смолу. Вылетело при попытке рассверливания.

Писали про запах. Куски электроизоляционной ткани, оставленные в коробке, воняли так, что хоть противогаз одевать. Транс, правда, не имел такого запаха, а слекга пах лаком (спасибо пропитке), пока был холодный. А когда прогрелся - запах пошел. Так что вариант не для продажи.

К собственному удивления, куча кондеров, приобретенных на замену аксиальным банкам K50-24 (2200х63) в БП, осталась не у дел. Все штатные кондеры возраста 30 лет были эквивалентны новым и по емкости, и по ESR. Заменил ... 2 шт: у одного нога отвалилась при выпаивании, у другого емкость была на пороге 2000 мкф.

Фон от 50 Гц уменьшился. Теперь в правом канале его практически не слышно, только шум; в левом остался. Придется признать, что так тому и оставаться: правый канал на 15 см. дальше от БП и транса, а левый практически вплотную.

Самое главное: заменил полевики Q8 на биполяры, чтобы убрать паразитное напряжение, вызванное эффектом модуляции канала. Работает, уф! По субъективному впечатлению, звук стал "поострее".

Осталась пара мелочей, которые забыл исправить при обратной сборке. А так в течение 2 недель планирую перемерить КНИ на стацинарном компе платой Audigi 2. Надеюсь на улучшение.

Нагрев резистора – процесс постепенный. ... Однако мощность (т.е. энергия в единицу времени, Вт) влияет не на температуру, а на скорость нарастания температуры (повторю, если пренебречь отводом тепла в окружающую среду).

Т.е. температура представляет собой интеграл от многвенной мощности, что можно попробовать представить в виде эквивалентного ФНЧ. Реальный процесс сложнее, так как тепловые процессы всегда распределенные и не будет выраженного частотного "полюса".

Я подумаю, как измерить тепловые искажения резисторов. Напрашивается мостовая схема, нужно еще эталон придумать. И для эксперимента нужно много кучек резисторов одного типа и одного номинала, например, по 7 - 10 шт, сопротивление от 20 Ом до 2 кОм. Если есть, welcome.

[Prophetmaster]

Фон от 50 Гц уменьшился. Теперь в правом канале его практически не слышно, только шум; в левом остался. Придется признать, что так тому и оставаться: правый канал на 15 см. дальше от БП и транса, а левый практически вплотную.

А нет возможности накрыть его хотя бы стальным колоколом, пусть даже не на всю высоту? Если есть старый винчестер от компа, то расковырять его и диском накрыть сверху, электрически соединив его с корпусом - тоже заметно помогает, а конструктивно не выпирает никуда.

[krulfa]

А нет возможности накрыть его хотя бы стальным колоколом, пусть даже не на всю высоту?

Транс уже установлен внутри штатного стального бокса. От транса и моста до конденсаторов интегратора левого канала всего 4-5 см. До дифкаскада дальше. Получается, что любые части УМЗЧ нужно удалять от силовых на 15 см минимум - непросто при конструировании.

[Prophetmaster]

Получается, что любые части УМЗЧ нужно удалять от силовых на 15 см минимум - непросто при конструировании

При конструировании можно, а вот при впихивании своей конструкции в чужой корпус - действительно, как повезет

[Валет]

Я подумаю, как измерить тепловые искажения резисторов. Напрашивается мостовая схема, нужно еще эталон придумать. И для эксперимента нужно много кучек резисторов одного типа и одного номинала, например, по 7 - 10 шт, сопротивление от 20 Ом до 2 кОм. Если есть, welcome.

А будет ли иметь такая масштабная работа практический смысл?

Вот описание эксперимента с искажениями от предохранителя из книге Дугласа Селфа «Проектирование усилителей мощности низкой частоты» (в прицепе). Он может быть ориентиром в оценке тепловых искажений от резистора ООС.

Нужно учитывать, 1) что нагрев резистора ООС значительно меньше, а, следовательно, меньше и колебания температуры, 2) что резистор ООС имеет бОльшую тепловую инерцию т.к.проводящий слой резистора имеет значительную площадь контакта с подложкой и защитным покрытием, а теплоемкость их приграничных объемов уменьшает колебания температуры, 3) что для проводящего материала резисторов используются сплавы с минимальным ТКС. Исходя из этого можно предположить, что тепловые искажения за счет резистора ООС будут много меньше, чем 0,007%.
Также нужно учитывать, что резистор ООС имеет, как правило, сопротивление в десятки кОм и выделяемая на нем мощность очень мала (например, в моем усилителе установлен резистор ООС мощностью 0,125 Вт, а максимальная мгновенная мощность на нем составляет 6 мВт – 5% от номинала). И, наконец, тепловые искажения от резистора ООС образуются на самых низких частотах и они слабо, ИМХО, влияют на общее качество звука. Но чтобы окончательно «похоронить» вопрос желательно было бы знать действительный порядок величины этих искажений в УМЗЧ.