Гибридный усилитель - проект Zarathustra

[deemon]

Вот , наконец-то нарисовал схему своего гибридного усилителя . Вообще , я уж не раз замечал , что мне проще сделать схему , чем её нарисовать и выложить куда-нибудь Идея этой схемы возникла 10 лет назад - сначала я обнаружил прекрасные звуковые свойства лампы 6Э5П , а потом стал пробовать её с разными выходными каскадами . Я пробовал много чего , вплоть до ГМ-70 , и тогда же решил испытать свою давнюю идейку - сделать параллельный повторитель со смещением напряжением , чтобы устранить органически присущие классическому варианту недостатки , а именно ограничение по выходному току и довольно большие потери по напряжению выхода . Результат превзошёл все ожидания . Мнение о том , что такое смещение неминуемо приведёт к тепловой нестабильности каскада - оказалось совершенно неверным . Если обеспечить тепловую связь между мощными транзисторами и диодами в источнике смещения , то проблем нет никаких , а есть только преимущества . Ток выхода в таком каскаде теперь равен входному току каскада , умноженному на произведение усиления предвыходного и выходного транзисторов , и в данном случае может достигать 15 ампер , а выходной каскад , что интересно , может работать в режиме rail-to-rail , то есть практически до напряжения питания . Кроме того , из-за жёсткой связи переходов БЭ всех транзисторов значительно улучшается симметрия каскада на высоких частотах , так как устранена несимметрия токов заряда и разряда ёмкостей переходов при резких перепадах в сигнале . А это , кроме того , позволяет устранить "ступеньку" в классе АВ , и позволяет работать без ООС с малыми искажениями . Что положительно сказывается на звуке , понятное дело

Дальше я развивал эту идею , и сделал несколько разных версий такого усилителя , отличавшихся разными вариантами входного каскада SRPP на лампах 6Э5П и выходного каскада , в том числе был и вариант выхода в чистом классе А с током покоя до 4 ампер . Несмотря на различия , у всех этих усилителей характер звука похож , что и неудивительно - концепция-то одна . Пэтому я и назвал весь этот проект одним именем - Zarathustra . Почему именно так ? Наверно , потому что характер звука этого усилителя навёл меня на эту мысль .... но это , впрочем , уже "лирика"

Насчёт особенностей схемы . Во-первых , тут применено любопытное решение каскада SRPP на тетродах . Как видно из схемы , экранная сетка нижнего тетрода включена не на его анод , как это обычно делают , получая из тетрода триод , а на выход каскада . Это позволяет охватить каскад местной ООС , притом на экранную сетку . В результате - искажения каскада SRPP приближаются к таковым у триодного каскада , что улучшает его звук . Также снижается выходное сопротивление каскада . Далее , в выходном каскаде применено не обычное двуполярное включение питания , а "виртуальная средняя точка" на конденсаторах . Это решает сразу несколько проблем . Во-первых , исключает появление постоянного тока в цепи нагрузки , во-вторых , устраняет перезаряд ёмкостей питания от диодного моста при их несимметричном разряде сигналом . Это позволяет устранить очень неприятные импульсные искажения , возникающие при работе на большой мощности и на низких частотах ( ниже 50 герц ) . Кроме того , такое решение помогает устранить помехи из-за несимметрии половинок вторичной обмотки транса питания и диодов моста . А так как земля входного сигнала подключена на среднюю точку , то и сами кондёры питания оказываются как бы "исключены" из звуковой цепи , что уменьшает их влияние на качество звука .

И ещё один нюанс - подавление фона в цепях накала . Как видно из схемы - к накальным обмоткам подключены конденсаторы по 0,22 мкф . В отличие от известного способа - подачи смещение на накал от + питания , этот вариант позволяет максимально устранить фон . Дело в том , что в моём варианте токи утечки катод-накал заряжают эти конденсаторы до тех пор , пока они не зарядятся до оптимального напряжения , при котором токи эти обращаются в ноль . А ведь именно при таком напряжении и фон будет минимальным . Получается как бы "автосмещение" накала . Кроме того , благодаря этим конденсаторам переменное напряжение накала на выводах нити делается симметричным относительно земли схемы , что тоже устраняет фон , притом без отвода от середины обмотки накала . Получается и проще , и лучше .

Надеюсь , что по схеме всё будет понятно , на все вопросы с удовольствием отвечу .



P.S. Картинку перезагрузил заново - устранил ошибку в названии транзистора .

P.P.S. Ещё раз перезагрузил картинку , исправил напряжение питания на обмотке трансформатора - правильно 160 вольт .

[humbl]

В принципе , этот резистор ( 50 ом ) там стоит в основном для "антипаразитных" целей , и кроме того , чтобы дополнительно "подгружать" транзистор Q5 в паузах между пиками сигнала , чтобы уменьшить перепады тока в нём . Но работать будет и без резистора - он там не принципиален , в общем . Если зашунтировать этот резистор ( то есть выход источника ) большим электролитом - то теоретически снизится импеданс "батарейки" на звуковых частотах , что вроде бы и хорошо .... но тогда в цепи сигнала окажется один лишний электролит . Я , после некоторого размышления , решил так не делать . Зато в другом варианте схемы , с ООС в схеме источника - кондёр стоит . Но то уже совсем другая схема ......

Импеданс батарейки и без электролита 1 Ом.

[Semigor]

Привет, deemon!

Наконец-то ты опубликовал эту схему
Попытался найти тот вариант 10-ти летней давности, что ты мне присылал, когда еще все общались на Аудиоворлде, но видимо он пропал у меня вместе с заклинившим винтом.
По памяти, по-моему, изменился УН на СРПП, схема термокомпенсации и питания накала.
Все решения очень интересные и оригинальные, поздравляю!
Рад, что у тебя все получилось довести до такого завершенного вида.
Критиковать не буду, поскольку критиковать можно только с чисто субъетивистских позиций, а в этом проку мало, так как все слышат по-разному

[deemon]

Привет, deemon!

Наконец-то ты опубликовал эту схему
Попытался найти тот вариант 10-ти летней давности, что ты мне присылал, когда еще все общались на Аудиоворлде, но видимо он пропал у меня вместе с заклинившим винтом.
По памяти, по-моему, изменился УН на СРПП, схема термокомпенсации и питания накала.
Все решения очень интересные и оригинальные, поздравляю!
Рад, что у тебя все получилось довести до такого завершенного вида.
Критиковать не буду, поскольку критиковать можно только с чисто субъетивистских позиций, а в этом проку мало, так как все слышат по-разному

Привет и спасибо ! Теперь эта схема действительно "дозрела" , чтобы выйти в люди Будет теперь жить своей жизнью Я её делал вообще-то так , как и свои колонки - делаю и её же слушаю . Что-нибудь изменю , месяца три послушаю , потом опять изменю , и так далее ....

А как твой выходной каскад поживает ? Довёл ты его до финала , или ещё в процессе ? Что стоит на входе ? Интересно бы его тоже послушать - там чудная идея супер-А класса Эх , на всё времени не хватает , блин .

[next sound]

не поверите
попробовал отмоделировать ВК в MS10
получается фигня
т.е. до обсуждения комплектухи даже просто не дохожу
весь затык на модели
хотя - куда уж проще....
да и в голове не все складывается
наверное придется утверждать увиденное паяльником, а потом подводить базу под остальное...

[Alex]

Нее , что-то тут явно не то - наверно проблема с моделью тетрода .

Да, кроме того - я забыл кондер в катод поставить
С ним маплость получше: Ку=27, Rвых=390ом.
Не супер, но и не так плохо как без кондера.

А если у тебя в реале такая схема SRPP работает - то попробуй перепаять , да и сравни

До реальной схемы чувствую доберусь не скоро а то конечно попробовал бы перепаять резистор за измерить в реале. Тем более. что у меня там и напряжение питания те-же 400в, и смещение 3в от батарейки в сетке.

Кстати , у тебя какой ток потребления 6Э5П ?

Если мне память не изменяет, около 30мА.

Алекс! а как Вы измеряете на симуляторе Выходное?

Делаю step резистора нагрузки:
From=1k To=1000k step=999k
получается режим холостого хода и режим нагрузка на 1к.
затем меряю курсором полный размах синусоиды для этих двух случаев и считаю, в килоомах: Rвых=Uxx/U1k - 1

И я осмелился, правда чтобы загнать мои модели 6э5п в "режим хотя бы 35 ма" пришлось катодные резисторы уменьшить до 100 ом, получил 28ДБ Ку(а это типа 25 ).

Уточненные данные симуляции - см. в начале этого сообщения.

[deemon]

Да, кроме того - я забыл кондер в катод поставить
С ним маплость получше: Ку=27, Rвых=390ом.
Не супер, но и не так плохо как без кондера.
До реальной схемы чувствую доберусь не скоро а то конечно попробовал бы перепаять резистор за измерить в реале. Тем более. что у меня там и напряжение питания те-же 400в, и смещение 3в от батарейки в сетке.

Ты знаешь , а вот сейчас точность симуляции получилась хорошая ! Только что измерил на двух комплектах старых ламп , и получилось - на одной паре К= 27,5 , R=290 , на другом К=30 , R=350 . Разброс , конечно , тот ещё ... но в среднем похоже . Завтра достану из гаража коробку с новыми , и проверю на них . По идее , на свежих внутреннее сопротивление должно быть меньше , как я думаю ... но вряд ли намного . Так что эта модель у тебя похожа на правду

И ещё завтра проведу измерения искажений выходного каскада . Заодно сниму АЧХ и измерю выходное сопротивление ....

[Semigor]

А как твой выходной каскад поживает ? Довёл ты его до финала , или ещё в процессе ?

Конечно в процессе, ведь еще только года три прошло, значит лет семь у меня есть

Что стоит на входе ?

В собранном макете - гибридный СРПП на 6Н30П и составном КТ602, но планирую попробовать и другие детальки, в частности 6Э6П и BSP129. Связь с выходным каскадом непосредственная через стабилитрон.
Кстати, в одном макете гибриднка я тоже цеплял вторую сетку не к аноду, а к вольтдобавке, но там цель была поднять ток лампочки, поскольку напряжение питания было маловато.

Вопрос, ты не сравнивал по звуку варианты на КТ819, КТ818 с тошибовсими транзисторами?

[sherif]

Ну с батарейкой или нет, но ВК по сути составной эмиттерный повторитель. при токе покоя под 100 мА должно быть около 0.3 - 1 % искажений.
И неприятности с первым ваттом.
Так что же мы таки слышим? Одним и тысячные доли процентов искажений - замного. Другим и транзисторные 1% нипочём
Это не критика , а констатация наличия парадокса... ( а то побьют? )

Тут скорее всего должно быть менее 0.1% у выходного каскада. Интересно конечно были бы измеренные данные искажений и фотографии осциллограмм о том, что транзисторы не закрываются и нет ступеньки. Тогда и первый ватт д.б. без искажений. Если нет ступеньки и транзисторы не закрываются, то это революция для выходных каскадов. И должно быть покруче А++ и плавающего смещения, для незакрывания транзисторов.
Deemon, а какой же мощности был блок питания для класса А, чтобы выдать 60 ампер? И если ставить по 3 штуки транзисторов в параллель, то их нужно жестко отбирать.

[Radiohead]

И если ставить по 3 штуки транзисторов в параллель, то их нужно жестко отбирать.

Там вроде бы уже ставились резисторы небольшого номинала в эмиттеры.

[SAPR]

не поверите
попробовал отмоделировать ВК в MS10
получается фигня

Что - то Вы не так делали . Все прекрасно моделируется.
Вот результаты моделирования параллельного повторителя с источниками тока (традиционного, далее ТПП) и с источником напряжения (как в этой схеме, далее НПП). Ток покоя ВК в обеих случаях одинаковый - 100 мА, транзисторы 2SC3281 & 2SA1302.
Общий коэфф. гармоник на частоте 1 кГц и выходном напряжении +\-20 В на нагр 8 Ом - 0.15 % для ТПП и для НПП.
Коэфф. гармоник определяется нечетными гармониками, четные на 40 - 60 дБ ниже, но у НПП они еще меньше (в 2 - 8 раз) - результат большей симметрии схемы.
Качество НПП (это уже мое мнение) во многом будет определяться качеством источника напряжения (батарейки) - он не только должен выдавать ток, равный току покоя ВК, но по сути, он является драйвером для выходных транзисторов, и должен обеспечивать необходимый ток в их базы.
Главное преимущество НПП перед ТПП - независимость нагрузочной способности ВК от тока покоя ВК (у ТПП они взаимосвязаны - чем выше ток покоя, тем выше нагр. способность).
Это позволяет выбрать оптимальный ток покоя ВК (естественно, для реж АВ).
Так вот (опять же мое мнение) оптимальным током является ток 20 - 30 мА, ВК работает практически в режиме В. В этом случае получается наиболее гладкая статическая АХ, нечетные гармоники уменьшаются в 2 - 10 раз. В общем, обьективно параметры ВК при токе покоя 30 мА намного лучше, чем при токе покоя 100 мА. А субьективно - надо слушать .

[Hennady]

... В общем, обьективно параметры ВК при токе покоя 30 мА намного лучше, чем при токе покоя 100 мА. А субьективно - надо слушать .

У меня у самого похожая дилема: так как изначально в ВК ставлю ток в 30мА звучание нейтрально, но субъективно "слух ласкает" ВК при токе в 100мА, как варинт запараллелить тройку по 30мА на каждую комплиментарную пару. В качестве эксперимента пробовал двойку (т.е. 2х30мА) - заметное улучшение субъективного восприятия звучания ...

[sherif]

Об этом еще Дуглас Селф писал. Что искажения у обычного выходного каскада в классе В меньше чем у АВ. Но в классе В транзисторы долго закрыватся и в результате появляется сквозной ток, который помехой шурует по цепям питания и наводится на входные каскады. В результате субьективно звук в АВ лучше, возможно из-за того, что меньше помех по питанию.

[deemon]

Конечно в процессе, ведь еще только года три прошло, значит лет семь у меня есть
В собранном макете - гибридный СРПП на 6Н30П и составном КТ602, но планирую попробовать и другие детальки, в частности 6Э6П и BSP129. Связь с выходным каскадом непосредственная через стабилитрон.
Кстати, в одном макете гибриднка я тоже цеплял вторую сетку не к аноду, а к вольтдобавке, но там цель была поднять ток лампочки, поскольку напряжение питания было маловато.

Вопрос, ты не сравнивал по звуку варианты на КТ819, КТ818 с тошибовсими транзисторами?

Сравнивал , конечно - Тошиба лучше Звук с нашими транзюками получается как-то "жирнее" и грубее , но в принципе , слушать можно . Один усилитель на 818-819 до сих пор работает , и ничего , нормально .

А кстати , что за зверь этот BSP129 ? Что-то мне такой не попадался ...

[Alex]

Ты знаешь , а вот сейчас точность симуляции получилась хорошая ! Только что измерил на двух комплектах старых ламп , и получилось - на одной паре К= 27,5 , R=290 , на другом К=30 , R=350 . Разброс , конечно , тот ещё ... но в среднем похоже .

вот результаты моделирования в обычном триоде (с твоими номиналами на нижнем катодном резисторе 4.54в, ток 16.5 мА), по твоей схеме с ОС и по схеме с батарейкой:

[deemon]

Что - то Вы не так делали . Все прекрасно моделируется.
Вот результаты моделирования параллельного повторителя с источниками тока (традиционного, далее ТПП) и с источником напряжения (как в этой схеме, далее НПП). Ток покоя ВК в обеих случаях одинаковый - 100 мА, транзисторы 2SC3281 & 2SA1302.
Общий коэфф. гармоник на частоте 1 кГц и выходном напряжении +\-20 В на нагр 8 Ом - 0.15 % для ТПП и для НПП.
Коэфф. гармоник определяется нечетными гармониками, четные на 40 - 60 дБ ниже, но у НПП они еще меньше (в 2 - 8 раз) - результат большей симметрии схемы.
Качество НПП (это уже мое мнение) во многом будет определяться качеством источника напряжения (батарейки) - он не только должен выдавать ток, равный току покоя ВК, но по сути, он является драйвером для выходных транзисторов, и должен обеспечивать необходимый ток в их базы.
Главное преимущество НПП перед ТПП - независимость нагрузочной способности ВК от тока покоя ВК (у ТПП они взаимосвязаны - чем выше ток покоя, тем выше нагр. способность).
Это позволяет выбрать оптимальный ток покоя ВК (естественно, для реж АВ).
Так вот (опять же мое мнение) оптимальным током является ток 20 - 30 мА, ВК работает практически в режиме В. В этом случае получается наиболее гладкая статическая АХ, нечетные гармоники уменьшаются в 2 - 10 раз. В общем, обьективно параметры ВК при токе покоя 30 мА намного лучше, чем при токе покоя 100 мА. А субьективно - надо слушать .

Да , в принципе где-то так и должно быть . На малых уровнях этот новый каскад должен вести себя похоже на классический , или чуть лучше , а вот с ростом мощности его преимущества будут нарастать радикально . Что в звуке проявляет себя как заметное улучшение макродинамики .

Ещё интересно бы сравнить поведение каскадов на высоких частотах . Там , по идее , НПП тоже должен себя показать с лучшей стороны , из-за симметрии заряда и разряда паразитных ёмкостей . А я сегодня постараюсь измерить искажения выхода в реальности .

[SAPR]

а вот с ростом мощности его преимущества будут нарастать радикально .

Они и нарастают - нет ограничения по базовому току ВК.

Ещё интересно бы сравнить поведение каскадов на высоких частотах . Там , по идее , НПП тоже должен себя показать с лучшей стороны , из-за симметрии заряда и разряда паразитных ёмкостей .

Уменьшаются четные гармоники. И с ростом частоты - больше.

[deemon]

вот результаты моделирования в обычном триоде (с твоими номиналами на нижнем катодном резисторе 4.54в, ток 16.5 мА), по твоей схеме с ОС и по схеме с батарейкой:

А любопытно получается - для моего случая по искажениям разницы почти никакой . Выходное сопротивление при ООС снижается , так и должно быть .... а вот усиление даже немножко выросло , это интересно .А в твоём варианте каскада из-за большего тока сопротивление заметно меньше , и искажения тоже меньше . Но что любопытно - я при своих экспериментах пробовал ещё поднимать ток , и качество звука уже не улучшалось .... так что я остановился на таком режиме , как на схеме . Хитрая штука , этот SRPP А ты свой SRPP с каким выходом используешь ?

Кстати , я однажды размышлял на тему , как бы повысить эффективность этой "хитрой" ООС на вторую сетку . И вот , никакого простого способа я не нашёл , в любом случае приходится усложнять схему , а будет ли от этого улучшение звука - далеко не факт ..... так что решил пока оставить так , как есть .

[Alex]

Выходное сопротивление при ООС снижается , так и должно быть .... а вот усиление даже немножко выросло , это интересно

Да, усиление выросло аж на 1.9%, зато выходное упало на 10%.

А ты свой SRPP с каким выходом используешь ?

Этот в Зене стоит.

Кстати , я однажды размышлял на тему , как бы повысить эффективность этой "хитрой" ООС на вторую сетку

Заведи на нее сигнал общей ООС с выхода

[Серый Мыш]

как бы повысить эффективность этой "хитрой" ООС на вторую сетку

Я вижу это так: Напруга по переменке на аноде первой лампы выше, чем на выходе SRPP на величину управляющего напряжения второй лампой. Так что глубина ООС ( или "триодность" ) выше при подключении второй сетки на собственный анод. Так что подключение на выход SRPP уменьшает ООС и увеличивает усиление. Снижение выходного сопротивления может быть связано с изменениями режимов по постоянке ?? хотя эффекты должны быть малы из-за низкой крутизны по второй сетке.

Хотя на другой взгляд - при меньшей триодности и большем усилении ( Вторая сетка нв выходе SRPP ) вторая лампа таки охватывается небольшой ООС, что уменьшает выходное сопротивление... Так при КЗ выхода по переменке в этом случае имеем всю "мощу" тетрода, против хилой крутизны триода при посадке второй сетки на собственный анод

[deemon]

Хотя на другой взгляд - при меньшей триодности и большем усилении ( Вторая сетка нв выходе SRPP ) вторая лампа таки охватывается небольшой ООС, что уменьшает выходное сопротивление... Так при КЗ выхода по переменке в этом случае имеем всю "мощу" тетрода, против хилой крутизны триода при посадке второй сетки на собственный анод

Вот и я тоже так рассуждал - если выход моей схемы закоротить по переменке , то сигнал ООС со второй сетки убирается полностью , а если обычный SRPP закоротить - то на сетке остаётся малая часть сигнала . Отсюда следует , что у меня Rвых будет меньше .... но ненамного
Но с другой стороны - такой "фокус" работает в нужном направлении . И по звуку этот вариант предпочтительнее - потому я его и оставил .

---------- Добавлено в 16:29 ---------- Предыдущее сообщение в 16:26 ----------

Заведи на нее сигнал общей ООС с выхода

Я об этом думал , кстати . Но просто и изящно это сделать не удаётся , а кривые решения - это не наш метод