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 .

[киса]

Может быть и не за чем, но с авто смещением и с батарейкой мне не удавалось добиться абсолютной тишины в акустике. Засунув ухо в динамик всё же очень тихий, но НЧ фон прослушивался, а на ВЧ некоторый шум. Разводку не менял, провода не перекладывал по усилителю, сменил только вариант смещения и полная тишина.
Начал я свои изыскания этой схемы с фиксированного смещения с батарейкой SR2032 напряжением 3,23 В, Uпит=305 В, Uа=180 В, падение напряжения на резисторе R4, который был 3,9 Ом, составило 63,1 мВ.
Произведённые расчёты 63,1 мВ/3,9 Ома показали, что значение анодного тока лампы около 16,17 мА. При входном синусоидальном напряжении 400 мВ RMS и выходном 12,6 В на той же нагрузки около 16 кОм приращение второй гармоники на выходе над входной составило от 12 до 15 дБ в зависимости от частоты сигнала. На частоте 25 Гц даже 18 дБ, а третьей от 1 до 3 дБ приращения.
Был произведён перевод с фиксированного смещения SR2032 (3,23 В) на TLP3902. Подстроечным резистором установлено напряжение на сетке 3,23 В. Приращение спектра выходного сигнала над входным так же остались неизменными, что и следовало ожидать.
Начал снижать напряжение смещения и заметил, что приращение гармонических составляющих стало уменьшаться и достигло совпадения на значениях от 0,271 В до 0,516 В, при этом напряжение на аноде лампы снизилось со 180 В до 78-91,5 В в зависимости от номера лампы, а их было 7 шт.
Потом снизил и питание с 300 В до 225 В. Зачем перегревать верхний транзистор.
Наверно можно поиграться и с величиной тока лампы, меняя полевые транзисторы и резисторы, для получения напряжения смещения около 1 В и напряжения на аноде около 130 В, но это уже в другой раз.
Так и окажется, что FEDGEN прав. При низких напряжениях смещения лампа звучит лучше, так как не искажает спектр входного сигнала.
Всем спасибо.

[telemaster2007]

,,Начал снижать напряжение смещения и заметил, что приращение гармонических составляющих стало уменьшаться и достигло совпадения на значениях от 0,271 В до 0,516 В, при этом напряжение на аноде лампы снизилось со 180 В до 78-91,5 В в зависимости от номера лампы, а их было 7 шт.,,

А какое тогда максимальное амплитудное, или RMS напряжение было получено на выходе?

[киса]

А какое тогда максимальное амплитудное, или RMS напряжение было получено на выходе?

Спасибо за вопрос. Именно это основной вопрос, а сколько надо? Вот подав на вход сигнал частотой 2,5 кГц напряжением 400 мВ RMS получил выходной 12,6 В. Нагрузка у меня 6 Ом. Посчитаем синусоидальную мощность, которую можно будет снять с данной нагрузки 12,6х12,6/6=26,46 Вт. Посмотрим какое напряжение от пика до пика, 12,6х1,41х2=35,5 В. Это хорошо, питание у ВК от плюса до минуса 70 В, значит мы не будем иметь ограничения из за питания ВК. Есть значит над чем работать.
Сегодня решил впаять в параллель тем двум полевым транзисторам, которые имелись ещё два 2SK170 и поднял ток лампы до 26,2 мА. Теперь при Uпит=215 В, напряжение на аноде лампы оптимальное для получения минимальных искажений составило 102,2 В. Регулятор громкости был исключён и уровень входного сигнала устанавливался с 600 Ом-ного выхода генератора Г3-118. Ну и теперь нужно было подать на вход УН такое напряжение, которое обеспечит на выходе УН 20,0 В RMS на нагрузке 16 кОм, оно оказалось 621 мВ. Т.е. Ку=32,2. При отключении нагрузки 16 кОм напряжение на выходе поднялось до 21 В. Отсюда можно посчитать выходное сопротивление УН. Как при этом изменились остальные напряжения не уточнял.
Почему 20,0 В, да потому что пусть до выхода ВК дойдёт 19,0 В. Тогда размах синусоидального сигнала от пика до пика составит 19х1,41х2=53 В, т.е. мы не получим ограничения на пиковую мощность звукового сигнала из за питания ВК(напомню питание ВК 70 В). Теперь по считаем мощность которую можно будет получить при сопротивлении акустики 6 Ом, 19х19/6=60 Вт.
Измерения проводились на двух частотах 2,5 кГц и 25 кГц.
Тут я решил, что хватит идти мелкими шагами и подал на вход УН синусоидальный сигнал 1,0 В RMS частотой 150 кГц и получил на выходе 30,6 В RMS на нагрузке 16 кОм. Серьёзная заявка на успех, при Uпит=209 В, Uа=104,6 В получил приращения по второй и третьей гармоникам относительно входа по 5 дБ и 6 дБ соответственно. Но теперь опять нужно произвести расчёты, 30,6х1,41х2=86,3 В, это уже перебор. ВК не переварит такой уровень сигнала и сам станет источником искажений.
Лично я в данном случае доволен, что при питании УН напряжением от 209 до 225 В можно смело применять электролитические
и разделительные конденсаторы на 250 В.
Если эта информация будет проверена другими и подтверждена, то это всем укажет путь куда двигаться в совершенствовании, нами всеми любимой Заратустры.
Всем спасибо.

[telemaster2007]

Спросил так как стало интересно, УНЧ пока в процессе.
Но питание ВК подымываю сделать переключаемым вплоть до 100В.
Математмка верная.
Но УН должен входить в ограничение не раньше ВК как минимум, а точнее должен иметь запас, и смоей точки зрения
должен иметь выходное напряжение до ,,резкого,, роста гармоник как миним питания ВК на холостом ходу.
Уточну, чтоб была ясна моя мысль - до питания ВК в режиме молчания или при рг в нуле.
Если у вас 70В питания - это 70В размаха или пик ту пик, 35В амплитудноно либо 25В RMS, это всё одно и тоже.
Ну а драйвер то должен давать эти 25В RMS без существенного роста гармоник.
Рост гармоник при каком выходном напряжении УН у вас подскакивает?
Так что к перегрузке ВК входным напряжением с драйвера я бы не привязывался.
Ато может произойти, что ВК войдёт в онраничение наплодит гармоник собственных, да ещё и драйвер или УН как вам будет угодно, прицепом их помножит на десять.
ВК в ограниченичение должен входить раньше УН.
И ещё в ламповых умзч все пишут больше напряжения питания, лучше звук. У вас наоборот, первый раз вижу.
Сцена по сравнению с первоначальным вариантом хуже не стала, послезвучия и тд.? С моей точки зрения электронам ,,легче,, лететь в более сильном электрическом поле (более высокое анодное напряжение).

[киса]

Спросил так как стало интересно, УНЧ пока в процессе.
Но питание ВК поднимаю, сделать переключаемым вплоть до 100В.
Математика верная.
Но УН должен входить в ограничение не раньше ВК как минимум, а точнее должен иметь запас, и с моей точки зрения
должен иметь выходное напряжение до, резкого роста гармоник как минимум питания ВК на холостом ходу.
Уточню, чтоб была ясна моя мысль - до питания ВК в режиме молчания или при рг в нуле.
Если у вас 70В питания - это 70В размаха или пик ту пик, 35В амплитудного либо 25В RMS, это всё одно и тоже.
Ну а драйвер то должен давать эти 25В RMS без существенного роста гармоник.
Рост гармоник при каком выходном напряжении УН у вас подскакивает?
Так что к перегрузке ВК входным напряжением с драйвера я бы не привязывался.
А то может произойти, что ВК войдёт в ограничение и наплодит гармоник собственных, да ещё и драйвер или УН как вам будет угодно, прицепом их помножит на десять.
ВК в ограничение должен входить раньше УН.
И ещё в ламповых умзч все пишут больше напряжения питания, лучше звук. У вас наоборот, первый раз вижу.
Сцена по сравнению с первоначальным вариантом хуже не стала, после звучия и тд.? С моей точки зрения электронам легче лететь в более сильном электрическом поле (более высокое анодное напряжение).

Доброе утро. Всё правильно пишите, что электронам легче лететь при более высоком анодном напряжении, но приходится уменьшать анодный ток лампы, дабы не перегрузить её по мощности и продлить её ресурс работы. Он ведь не очень бесконечный и имеет как правило от 500 до 2 000 часов. Отдельные лампы до 10 000 часов. Но при малых анодных токах внутреннее сопротивление ламп высокое и может иметь значения от 200 Ом до 500 Ом. Правда на выходе стоит трансформатор с коэффициентом трансформации например 1:10 и при размахе звукового сигнала на первичной обмотке в 100 В имеем на выходе на нагрузке 16 Ом около 10 В. Это аж 6,25 Ватта, на 4 Омах по больше. Нас это не пугает так как выходное сопротивление лампового усилителя за счёт трансформатора будет снижено в 100 раз без учёта потерь. Т.е. при применении трансформатора на выходе лампы нужно иметь высокое напряжение.
В нашем случае в Заратустре для раскачки ВК с сопротивлением от 10 до 16 кОм нужно иметь минимальное выходное сопротивление УН, а это достигается увеличением анодного тока, ну и соответственно снижением анодного напряжения. Нужно искать компромисс и находить ту золотую середину, которая нас устроит и по выходному напряжению и по минимальному выходному сопротивлению.
Недавно для стерео варианта выставил комфортный уровень громкости для домашнего прослушивания, решил измерить мощность на выходе и оказалось, что на акустике сопротивлением 6 Ом, чувствительностью 90 дБ/м на расстоянии 2,5 метра в заглушенной комнате даже очень хватает 4 Вт.
Нет, если нам будет нужно озвучивать Заратустрой свадьбы или другие увеселительные мероприятия, то там 60 Вт подойдут как раз, но хорошее качество всё равно никто не оценит.
Надеюсь я ответил на Ваш вопрос, почему в Заратустре лучше снижать напряжение питания лампового каскада увеличивая анодный ток.
С уважением, Юрий.

[Serge_L]

О!
«Электронам легче лететь»

Мужики!
Хорош издеваться над физикой, пожалуйста!
Ну не хочу стебаться над словами, но давайте придерживаться здравого, технического взгляда в своих текстах.

ЗЫ «Потуги» электрона направлены на работу выхода из тела катода. Работа выхода слабо зависит от величины внешнего поля, подробно: формулы не секретны, с телефона тяжело копировать.
Движение электрона в баллоне под действием поля тоже ещё в школьной физике описывается))), ну в векторном виде - в институте))). И тут только «чистота» вакуума влияет на «тяжело»)))

[киса]

Рост гармоник при каком выходном напряжении УН у вас подскакивает?

Подал на вход УН синусоидальный сигнал 1,0 В RMS частотой 150 кГц и получил на выходе 30,6 В RMS т.е. в пике 43 В на нагрузке 16 кОм. Это выходное напряжение с УН не приведёт ВК в ограничение при питании напряжением 100 В. Какую мощность мы можем снять с нагрузки как у меня 6 Ом? Давайте считать 30,6х30,6/6=156 Вт. Теперь считаем пиковый ток 43 В/6 Ом=7,2 А.
Но при реальной нагрузке импеданс может проседать до 4 Ом и и ниже, тогда больше 10,75 А нам обеспечено.
Я считаю, что при сопротивлении акустики 16 Ом эта погоня за большим размахом выходного напряжения ещё как-то оправдывается. Но если мы возьмём КИНАП-овскую акустику с таким сопротивлением, то она имела чувствительность до 96 дБ и тогда даже от 5 Вт выходной мощности хоть из дома беги.
Правда каждый решает свои задачи и я не вправе вам советовать какие напряжения применять или нет.
Я озвучил свою концепцию, у других людей своё видение и свои мысли.
Всем спасибо.

[slonek]

Какую мощность мы можем снять с нагрузки как у меня 6 Ом? Давайте считать 30,6х30,6/6=156 Вт.

Разве в знаменателе не 2R для класса AB? Тогда получим не 156, а 78 Вт. И ток будет 78/(30,6*1,414) - 1,8А.

[Dangog]

Скажите, до какого уровня можно понизить напряжение питания ВК без ущерба качеству, если нужно получить не больше 10 В в пике?

[frad]

Скажите, до какого уровня можно понизить напряжение питания ВК без ущерба качеству, если нужно получить не больше 10 В в пике?

При входной переменке 10В в плечах по 7В. Токи под 200мА.
Заметил такой факт.
Пары NJW1302G подходят лучше к парам NJL1302DG друг к другу, чем MJL1302A подходит к NJL1302DG. Если между первыми разница в 5мА, то между вторыми больше 20мА. С подбором по мультиметру без нагрузки. Поэтому MJL1302A в предварительном. Токи на VT4-VT6-VT1-193-190-169(мА).

[киса]

Разве в знаменателе не 2R для класса AB?

Укажите пожалуйста источник информации, что в знаменателе 2R. Может я немного отстал и теперь в учебниках в знаменателе 2R. Наверно тут нужно уточнить, что 30,6 В это не пиковое значение на выходе ВК, а действующее т.е. RMS.
А если действующее значение 30,6 В, то пиковое в 1,41 раза больше. Вот и получаем 43 В в пике.
Спросите для чего я вычисляю ток в пике напряжения, да для прикидки на сколько упадёт коэффициент усиления силового каскада при пиковом токе в 10 А. Например как у данных транзисторов.

[slonek]

Укажите пожалуйста источник информации, что в знаменателе 2R.

Статья Сухова в журнале Радио об УМЗЧ ВВ. Для класса А - R, для АВ - 2R.

[Serge_L]

slonek, а з-н Ома или Кирхгофа разный для А и АВ?
Для Сухова - вполне мб)))

[soundmaker]

Для удобства PUC.xls

[slonek]

slonek, а з-н Ома или Кирхгофа разный для А и АВ?
Для Сухова - вполне мб)))

В соседнем форуме пишут:

Offтопик:

Правильны обе формулы, только напряжения в них разные.

Есть амплитуда напряжения Um, её показывает осциллограф и довольно редкие пиковые вольтметры.

И есть действующее или эффективное напряжение Uэфф, которое показывают обычные вольтметры.

Соотношение между ними такое Um=Uэфф*1,41.

Формула мощности Р=Uэфф^2/R = Um^2/2R.

Да, еще. Напряжение на выходе должно быть более или менее чистая синусоида, не хаотичный музыкальный сигнал.

[Serge_L]

slonek, Естественно!
НО!!!
Вы ж писали разницу для класса ВК, а не для разных типов напряжения.
Безусловно, амплитудное и действующее - дадут эту разницу. Но не класс работы транзистора.
Там и было написано: +/- 10 дадут действующее 7В. Те мощность будет 49/R

[Vovan_ZH]

Статья Сухова в журнале Радио об УМЗЧ ВВ. Для класса А - R, для АВ - 2R.

А можно уточнить номер журнала?

[киса]

При входной переменке 10В в плечах по 7В. Токи под 200мА.
Заметил такой факт.
Пары NJW1302G подходят лучше к парам NJL1302DG друг к другу, чем MJL1302A подходит к NJL1302DG. Если между первыми разница в 5мА, то между вторыми больше 20мА. С подбором по мультиметру без нагрузки. Поэтому MJL1302A в предварительном. Токи на VT4-VT6-VT1-193-190-169(мА).

Добрый вечер. Я вот только не понял для чего соединяются выводы транзисторов с платой проводами? Если транзисторы перевернуть на 180 градусов, то их выводы окажутся напротив соответствующих выводов на плате. Или я чего-то не знаю?

[frad]

Добрый вечер. Я вот только не понял для чего соединяются выводы транзисторов с платой проводами? Если транзисторы перевернуть на 180 градусов, то их выводы окажутся напротив соответствующих выводов на плате. Или я чего-то не знаю?

Сложно мне из платы транзисторы выпаивать, а пятиногие втройне. Поэтому для удобства демонтажа, при случае если надо будет заниматься подбором, припаял на макете на проводах. В первом пр ближении заниматься подбором не пришлось. Теперь точно также подберу на этой же пп транзисторы для второго канала и будем монтировать уже в корпус.
В дальнейшем конечно же запаяю как надо.
Как то так.

[киса]

Сложно мне из платы транзисторы выпаивать, а пятиногие втройне. Поэтому для удобства демонтажа, при случае если надо будет заниматься подбором, припаял на макете на проводах. В первом приближении заниматься подбором не пришлось. Теперь точно также подберу на этой же пп транзисторы для второго канала и будем монтировать уже в корпус.
В дальнейшем конечно же запаяю как надо.
Как то так.

Всё понятно, спасибо за развёрнутый ответ.
У меня такая же была дилемма, но решение нашла жена. Она предложила вставлять в плату ножки транзисторов но не запаивать их, а фиксировать выводы в отверстиях "зубочистками." Всё получилось.