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 .

[deemon]

Никакой эзотерики, значение Тау в Rвх*Смежкаскад=44мсек определяет граничную полосу частот снизу, и значение угола разворота фазы. По топологии у тебя или применение разделительного транса, (что неразумно, т.к. выходное драйвера и входное ВК отлично согласуются) или конденсатора минимальнооптимальное значение которого определяется по приведенной формуле...

То есть тоже по принципу "разумной достаточности" , понятно .... а то я где-то читал такую теорию , её вроде бы Шушурин продвигал , что частота среза снизу и сверу должна быть связана . То есть , если сверху у нас например 3000 герц , то и снизу надо 300 , как у патефона . Формулу я не помню .... но обосновывал он это как-то "эзотерически"
Я же считаю , что тут должен быть просто компромисс ..... ведь всегда же можно спросить - почему бы ещё ниже частоту среза не сделать ? Вот , скажем , у меня колонки воспроизводят нормально 30 герц , и 25 уже с завалом .... и если я частоту среза 5 герц сделаю , при ёмкости 2 мкф , то вроде бы должно быть достаточно - колонки бас срежут гораздо раньше , чем этот кондёр . А кто-то скажет - а вот мне пятикратного запаса мало , хочу десятикратный И кто тут более прав ? Так что я в тех случаях , когда нет чётких критериев - действую просто опытным путём .

---------- Добавлено в 12:53 ---------- Предыдущее сообщение в 12:35 ----------

Э-э-э, это если источники питания лампового и выходного каскада размежеваны. Но я то вторую часть писал не зря. Если их объединить, то ток сетки может поставляться, например, выходным транзистором и никакой разбалансировки.

Да , и так можно ..... но ты заметь , если мы их чётко привяжем , то тогда нужно и выставить чёткий сдвиг между ними , точно равный напряжению на выходе SRPP . А если эти напряжения "разъедутся" , например , из-за старения ламп , то у нас уже появится статический сдвиг , который тоже будет разбалансировать наш выходной каскад . Это извечная проблема "прямой связи" , тут уж никуда не денешься . Тогда придётся серво вводить , а серво звук гадит ещё больше , чем кондёры .......
Поэтому я и решил - усилитель останется в таком виде , как он есть . Может быть , потом я вернусь к этой теме ..... а сейчас и так всё хорошо играет , вот и пусть себе . Вообще , чем мне всегда нравилась схемотехника - это как бесконечная шахматная партия . Сделаешь какой-нибудь ход , а он потом через 10 ходов скажется Главное - вовремя остановиться .... а то можно бесконечно что-то совершенствовать , тогда и слушать будет некогда Я где-то читал про одного удожника , так он картину 20 лет рисовал , потом выставил её , но на выставке ещё что-то дорисовывал . Во как бывает .

[anli]

То есть , если сверху у нас например 3000 герц , то и снизу надо 300 , как у патефона . Формулу я не помню .... но обосновывал он это как-то "эзотерически"

В ветке про амплитудную характеристику усилителя Игорь Гапонов давал ссылку на книгу под редакцией Горона (СССР, 59-й, что ли, год). Там описаны массовые психоакустические исследования, и, на сколько помню, уши действительно относятся спокойней к вариантам с симметричным ограничением по частоте.

И кто тут более прав ?

Прав, в частности, оказался Игорь Семынин, когда указал мне на простую штуку - любой ФВЧ со срезом на инфранизких частотах горбатит огибающую сигнала: в аудиотракте таких ФВЧ много, что приводит к колебательному процессу. Подробней об этом мусолили здесь: http://forum.anli.info/index.php?t=msg&th=36&start=0&

[Hennady]

То есть тоже по принципу "разумной достаточности" , понятно .... а то я где-то читал такую теорию , её вроде бы Шушурин продвигал , что частота среза снизу и сверу должна быть связана . То есть , если сверху у нас например 3000 герц , то и снизу надо 300 , как у патефона ......

Возможно это справедливо для трансформаторной связи, хотя если смотреть на фазовую характеристику, то в принципе желание симметрировать наклоны и, следовательно, граничные частоты возникает , но насколько это нужно

...Я же считаю , что тут должен быть просто компромисс ..... ведь всегда же можно спросить - почему бы ещё ниже частоту среза не сделать ?.....

А я считаю что этот компромисс уже определен, и конечно же не мной, я только пользуюсь знаниями..

... Вот , скажем , у меня колонки воспроизводят нормально 30 герц , и 25 уже с завалом .... и если я частоту среза 5 герц сделаю , при ёмкости 2 мкф , то вроде бы должно быть достаточно - колонки бас срежут гораздо раньше , чем этот кондёр . А кто-то скажет - а вот мне пятикратного запаса мало , хочу десятикратный .....

Ну, мечтать не вредно... А вот идеализировать понятия весьма вредно - в АС на частотах ниже 40...60 Гц вообщето не так все "гладко" как хочется, поэтому не получится "хочу так или хочу вот так" - есть граничные условия оптимальных значений...

....И кто тут более прав ? Так что я в тех случаях , когда нет чётких критериев - действую просто опытным путём .....

Я стараюсь пользоваться существующим опытом...

[Анатоль]

Виноват, память подвела
1N4148W SOD-123, Plastic Case

[deemon]

Прав, в частности, оказался Игорь Семынин, когда указал мне на простую штуку - любой ФВЧ со срезом на инфранизких частотах горбатит огибающую сигнала: в аудиотракте таких ФВЧ много, что приводит к колебательному процессу. Подробней об этом мусолили здесь: http://forum.anli.info/index.php?t=msg&th=36&start=0&

Для таких случаев есть здоровое правило - частоты среза каскадов должны различаться как минимум в несколько раз . Тогда переходные процессы от них имеют разный масштаб времени , и при сложении не дают такого эффекта .

[anli]

Для таких случаев есть здоровое правило - частоты среза каскадов должны различаться как минимум в несколько раз . Тогда переходные процессы от них имеют разный масштаб времени , и при сложении не дают такого эффекта .

Тут дело в большом количестве дифференциаторов, уже присутствующих в цепочке: микрофонная мембрана, микрофонный транс, ... (ещё куча всего) ... АЦП. Так что правило простое: не добавлять свои.

[viktor8m]

Тут дело в большом количестве дифференциаторов, уже присутствующих в цепочке: микрофонная мембрана, микрофонный транс, ... (ещё куча всего) ... АЦП. Так что правило простое: не добавлять свои.

Совершенно верно. ФВЧ принципиально (любого порядка и с любой аппроксимацией) не может иметь постоянную ГВЗ (это может только ФНЧ первого порядка или любого порядка, но тогда только Бесселя). Можно в теории конечно создать корректор фазы, но это когда известна аппроксимация, а в нашем случае это неизвестно (как минимум нам неизвестны переходные характеристики микрофоннов и миксеров при записи и АЦП при воспроизведении).

[Костя Мусатов]

По моему опыту, не так важен срез АЧХ усилителя, до него действительно было много ФВЧ. УПТ обладают еще постоянством выходного сопротивления на НЧ, и это очень благотворно для звука. Гибридник без ООС обычно имеет эту фичу в виде постоянства выходного импеданса и это определяет хорошую передачу НЧ. Интеграторы, встраиваемые в некоторые такие усилители, портят картину опять же из-за нарушения условия постоянства выходного сопротивления. Собственно по этой причине я и отказался от классических интеграторов, а использую интегратор разностного сигнала.

[Alex]

Ну да , чтобы уйти от транса , нужно ставить кондёр . А чтобы потом уйти от кондёра - нужно ставить транс

Можно совместить - один конец первички на выход СРПП, второй конец первички - в среднюю точку двух электролитов, стоящих последовательно по анодному питанию.
Кстати, интересно что получится, если 2-ю сетку зацепит тоже на среднюю точку?

[deemon]

Можно совместить - один конец первички на выход СРПП, второй конец первички - в среднюю точку двух электролитов, стоящих последовательно по анодному питанию.
Кстати, интересно что получится, если 2-ю сетку зацепит тоже на среднюю точку?

В смысле , на среднюю точку кондёров ? Тогда получится тетродная характеристика каскада . Усиление сильно возрастёт , как и выходное сопротивление .... в УНЧ от этого пользы не будет , как я мыслю .

[Alex]

Да, похоже это была неудачная мысля...

[viktor123]

Deemon, извините, может вопрос глупый, но с лампами опыта почти никакого , а попробовать очень хочется. Если два канала, то ясно, что выводы накалов приходят на 1 и 6 контакты ламп , отдельно на каждую. Можно ли их использовать для другого канала, или нужны ещё две обмотки или отдельный транс?. Какова минимальная мощность трансформатора?.

[cornet2]

Также вопрос автору-Q6 чем можно заменить?

[deemon]

Deemon, извините, может вопрос глупый, но с лампами опыта почти никакого , а попробовать очень хочется. Если два канала, то ясно, что выводы накалов приходят на 1 и 6 контакты ламп , отдельно на каждую. Можно ли их использовать для другого канала, или нужны ещё две обмотки или отдельный транс?. Какова минимальная мощность трансформатора?.

Да , в принципе можно использовать транс с двумя одинаковыми обмотками накала . Тогда от одной обмотки должны питаться нижние лампы обоих каналов , а от другой - верхние . Разница , теоретически , будет только в подавлении фона , да и то небольшая , и то только в случае заметного различия ламп в каналах между собой . Я собрал один усилитель с таким включением накала , и всё было нормально .

Насчёт мощности трансформатора для ламповых каскадов - его минимум примерно 30 ватт .
---------- Добавлено в 22:23 ---------- Предыдущее сообщение в 22:19 ----------

Также вопрос автору-Q6 чем можно заменить?

Можно поставить , например , советский КТ502 . Я их тоже пробовал в этой схеме - нормально работают .

[cornet2]

Можно поставить , например , советский КТ502 . Я их тоже пробовал в этой схеме - нормально работают

Спасибо,честно говоря именно он и пришёл ум в первую очередь!

[viktor123]

Deemon, спасибо.

[deemon]

А вот , кстати , пример реализации выходного каскада . Это один из ранних экспериментальных образцов , на котором я проверял схемные решения выхода , и который сейчас работает у меня . На картинке виден общий принцип компоновки выхода - два изолированных радиатора , к которым прикреплена на винтах плата из двустороннего текстолита . Транзисторы расположены двумя группами , PNP и NPN отдельно , и тут же рядом на плате собран источник смещения . В данном варианте выходные транзисторы запараллелены , а источник смещения уже сделан по схеме Шиклаи на выходе ( в теме есть и этот вариант ) . Принцип разводки простой - фольга с нижней стороны платы контактирует с радиаторами , и от этого слоя фольги запитываются коллекторы всех транзисторов этой группы , через переходы снизу вверх , сделанные из тонкой медной фольги , напротив каждого вывода коллектора . Провод же питания шин (+) и (-) приходит на фольгу сверху , и от этого слоя на нижний также сделан переход из фольги , с краю платы . Выход усилителя - это дорожка на оси симметрии платы , и на неё проходят дорожки от выводов эмиттеров выходников - они как бы все сходятся на эту дорожку . Ещё на картинке видны диоды-термодатчики , которые углублены в отверстия радиатора рядом с транзисторами . В этой версии диоды стоят вертикально . Главное - не забывать их перед установкой хорошо смазать термопастой .

[deemon]

А вот ещё примеры реализации выходного каскада , в классе АВ , и в классе А , с шестью параллельными выходными транзисторами . Принцип разводки платы везде одинаковый . В усилителе класса А источник смещения был собран на отдельной плате , кроме того , в эмиттеры транзисторов установлены резисторы по 0,22 ома , для лучшей термостабилизации каскада .

В этой версии усилителя класса АВ были применены радиаторы от мощных тиристоров . Выглядят они не очень красиво , зато тепло отводят хорошо - в них толстое основание и мощные пластины . Это неплохой вариант из того , что обычно есть в наличии .....

Ещё один момент - на картинке усилка класса А видны отверстия , в которые углублены диоды-термодатчики . Отверстия просверлены в медных пластинах , и доходят как раз до середины корпуса транзистора , на глубине примерно 5 мм . Пластины изолированы слюдой от основного радиатора , который тут применён "продувного" типа . Там с двух сторон стоят вентиляторы - один всасывает воздух , другой высасывает . Таким образом , при потреблении 300 ватт в покое температура радиатора не превышает 70 градусов , что хорошо сказывается на надёжности работы всей схемы .

[viktor123]

Deemon, не подскажете , где приобрести 6Э5П, что то мне везде отказывают.

[Radiohead]

viktor123,
Можно найти 6ж43п - у неё усиление немного повыше, по параметрам она подходит для этой схемы.