Усилитель Сергея Рубальского

[Olegyurich]

Опубликован в апрельском Радиохобби, я так понимаю только начало.
Статьи я не читал из-за отсутствия журнала, но на сайте РХ доступны МС файлы частей усилителя. Прилагаю их. Предлагаю обсудить, насколько актуально. Насколько я понимаю, заявлено высокое быстродействие и ультранизкие искажения. Лично мое мнение - вариация на тему УМЗЧ ВВ. единственное, что заинтересовало- подача напряжения в эмиттер второго транзистора каскода, насколько это оправдано?

P.S. Добавлена полная схема усилителя.

[wert]

Параллельное включение можно рассматривать как несколько ЭП работающих на большее R = Rн*N, где N кол-во пар. Поэтому искажения должны быть меньше.

Прикрепляю результаты полученные в МС7.
Четные гармоники уменьшаются а нечетные увеличиваются с увеличением пар вых транзисторов. А что Ваша прогр. показывает?

[wert]

Добавляю файл выходного каскада в формате МС.

[wert]

было бы интересно узнать выходное сопротивление вашего УН, думаю в МС это легко сделать.

В разных вариантах. В составе представленного УМЗЧ выходные данные УН: Output Impedance = 99, и дополнительно данные по комплексному коэф передачи УН на 1кГц Re=32, Im=-4m, на 20кГц Re=31,7, Im=-130m, на верхней частоте полосы пропускания 1,8 мГц Re=28,2, Im=-12.
По поводу парал соединения транзисторов в вых. каскаде двойк ЭП, на мой взгляд, наиболее важный фактор - значительное улучшение линейности выходного сопротивления в диапазоне звуковых частот.

[Л. Зуев]

wert, на другом форуме Вы написали вот это:

Линейное выходное сопротивление и увеличение ОБР это все из СУЩЕСТВЕННОГО, что достигается увеличением числа транзисторов в плече вых. каскада. Главный бич современного УМЗЧ – переходные искажения, эти искажения в СЛ прекрасно живут и здравствуют, а «навороты» С.Агеева на ситуацию не повлияли.

Скажите, что Вы подразумеваете под "переходными искажениями" и "линейностью выходного сопротивления"? Каким образом в двутактном ЭП могло получиться линейное выходное сопротивление при больших переходных искажениях?

[Nick]

Прикрепляю результаты полученные в МС7.
Четные гармоники уменьшаются а нечетные увеличиваются с увеличением пар вых транзисторов. А что Ваша прогр. показывает?

1-на пара, ток покоя 130ма.
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 9.417e+00 1.000e+00 179.85° 0.00°
2 4.000e+04 6.766e-03 7.184e-04 -27.14° -206.98°
3 6.000e+04 2.726e-02 2.894e-03 -107.74° -287.59°
4 8.000e+04 7.027e-03 7.462e-04 171.67° -8.17°
5 1.000e+05 9.145e-03 9.711e-04 75.62° -104.22°
6 1.200e+05 1.060e-03 1.126e-04 -63.34° -243.19°
7 1.400e+05 1.263e-03 1.341e-04 -167.42° -347.26°
8 1.600e+05 4.118e-04 4.372e-05 135.14° -44.70°
9 1.800e+05 5.892e-04 6.256e-05 -118.80° -298.65°
Total Harmonic Distortion: 0.322946%

2-две пары, ток покоя 130 ма каждой.
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 9.696e+00 1.000e+00 179.97° 0.00°
2 4.000e+04 9.496e-04 9.793e-05 -133.46° -313.44°
3 6.000e+04 5.519e-03 5.692e-04 -109.05° -289.03°
4 8.000e+04 1.303e-03 1.344e-04 179.26° -0.72°
5 1.000e+05 2.492e-03 2.570e-04 98.14° -81.83°
6 1.200e+05 3.022e-04 3.116e-05 177.78° -2.19°
7 1.400e+05 1.067e-03 1.100e-04 -145.86° -325.84°
8 1.600e+05 4.619e-04 4.764e-05 -177.10° -357.07°
9 1.800e+05 8.571e-04 8.840e-05 -145.72° -325.69°
Total Harmonic Distortion: 0.066397%
Проверял с разными выходниками, результат аналогичный.

[wert]

А у вас источник с 0 сопротивлением? Интересно посмотреть со 100омным и более источником.

Источник имеет сопротивление 1 Ом, при изменении сопротивления источника от 1 до 100 Ом картина с Кг изменяется. До 50 Ом, так как я описывал, переход 45-55 Ом, выше 60 Ом как описано во многих источниках - с увеличением пар вых транзисторов Кг уменьшается.

[Nick]

Источник имеет сопротивление 1 Ом, при изменении сопротивления источника от 1 до 100 Ом картина с Кг изменяется. До 50 Ом, так как я описывал, переход 45-55 Ом, выше 60 Ом как описано во многих источниках - с увеличением пар вых транзисторов Кг уменьшается.

У меня 1 ом. Пост 85. Хотя в реалии используют токовое управление (очень высокое Rвых УН).

Действительно, я думал, что у вас такие результаты из-за низкого сопротивления источника, но похоже что это не так.
Самое интересное что искажения одной пары на 4 ома практически такие же как двух пар на 2 ома, что вообщем соответствует тому, что писал Дуглас. Это происходит потому что основной вклад в искажения ВК вносят выходные тр-ры, линейность которых сильно завист от Rн, как я и писал раньше. Предвыход, работая в классе А, вносит в 10 раз меньшие искажения (я посмотрел ).
Я мерял на 20kHz 40V.

[wert]

Скажите, что Вы подразумеваете под "переходными искажениями" и "линейностью выходного сопротивления"? Каким образом в двутактном ЭП могло получиться линейное выходное сопротивление при больших переходных искажениях?

Рад Вас приветствовать. Терминологические проблемы всех одолели, но такой безопеляционный вопрос при первом общении?! Многие не любят журнал РадиоХобби, ответы на свои вопросы найдете в РХ2,3/2006, в моей статье об УМЗЧ, там не только формулы привел, но и методы и результаты измерений (при помощи МС7).
Теперь по существу. Диалог шел о выходных каскадах и мнении некоторых разработчиков о безперспективности создания новых решений вых каскадов в связи с многочисленными модернизациями двоек ЭП. Я так не считаю. Моя уверенность подкреплена односигнальными и многосигнальными тестами на переходные искажения "старых" и новых вых. каскадов. Многие УМЗЧ, обсуждаемые на этом форме не справляются с компенсацией переходных искажений, лучший по этому параметру Lynx ( не смотря на двойку ЭП).

[Nick]

1-на пара, ток покоя 130ма.
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 9.417e+00 1.000e+00 179.85° 0.00°
2 4.000e+04 6.766e-03 7.184e-04 -27.14° -206.98°
3 6.000e+04 2.726e-02 2.894e-03 -107.74° -287.59°
4 8.000e+04 7.027e-03 7.462e-04 171.67° -8.17°
5 1.000e+05 9.145e-03 9.711e-04 75.62° -104.22°
6 1.200e+05 1.060e-03 1.126e-04 -63.34° -243.19°
7 1.400e+05 1.263e-03 1.341e-04 -167.42° -347.26°
8 1.600e+05 4.118e-04 4.372e-05 135.14° -44.70°
9 1.800e+05 5.892e-04 6.256e-05 -118.80° -298.65°
Total Harmonic Distortion: 0.322946%

2-две пары, ток покоя 130 ма каждой.
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 9.696e+00 1.000e+00 179.97° 0.00°
2 4.000e+04 9.496e-04 9.793e-05 -133.46° -313.44°
3 6.000e+04 5.519e-03 5.692e-04 -109.05° -289.03°
4 8.000e+04 1.303e-03 1.344e-04 179.26° -0.72°
5 1.000e+05 2.492e-03 2.570e-04 98.14° -81.83°
6 1.200e+05 3.022e-04 3.116e-05 177.78° -2.19°
7 1.400e+05 1.067e-03 1.100e-04 -145.86° -325.84°
8 1.600e+05 4.619e-04 4.764e-05 -177.10° -357.07°
9 1.800e+05 8.571e-04 8.840e-05 -145.72° -325.69°
Total Harmonic Distortion: 0.066397%
Проверял с разными выходниками, результат аналогичный.

Может кто нибудь тоже промоделирует, хотелось бы знать причину расхождения результатов?

[wert]

Действительно, я думал, что у вас такие результаты из-за низкого сопротивления источника, но похоже что это не так.

В каком то посте я писал о своей заинтересованности проверки полученных результатов в разных схемотехн. эмуляторах. Похоже нам сложно найти результирующую, пока не появится результат в проге, отличающейся движком и моделями от наших. Либо эмулировать, либо макетировать. Последнее расставит все точки над И.
Присоединяю результаты по THD, полученные при RS источника 1 Ом и 200 Ом.

[Л. Зуев]

Рад Вас приветствовать. Терминологические проблемы всех одолели, но такой безопеляционный вопрос при первом общении?! Многие не любят журнал РадиоХобби, но ответы на эти вопросы Вы найдете в РХ2,3/2006, в моей статье об УМЗЧ, я не только формулы привел, но и методы и результаты измерений (при помощи МС7).

Сергей, добрый день. Извините, если мой вопрос прозвучал слишком резко. Первую часть Вашей статьи я читал, но ответа на мой вопрос там не увидел. Переходные искажения на самом деле не могут быть большими в усилителе с линейным выходным сопротивлением, так как они вызваны нелинейностью изменения падения напряжения в выходном каскаде в окрестностях точки перехода через ноль тока нагрузки, а это и есть нелинейность выходного сопротивления каскада (при нулевом сопротивлении на входе).

Теперь по существу. Диалог шел о выходных каскадах и мнении некоторых разработчиков о безперспективности создания новых решений вых каскадов в связи с многочисленными модернизациями двоек ЭП. Я так не считаю. Моя уверенность подкреплена односигнальными и многосигнальными тестами на переходные искажения "старых" и новых вых. каскадов.

У Шиклаи по сравнению с ЭП есть достоинства - лучшая линейность на звуковых частотах, но и недостатки - худшие частотные свойства и потенциально меньшие возможности снижения переключательных искажений и переходных искажений второго рода.

[wert]

Переходные искажения на самом деле не могут быть большими в усилителе с линейным выходным сопротивлением, так как они вызваны нелинейностью изменения падения напряжения в выходном каскаде в окрестностях точки перехода через ноль тока нагрузки, а это и есть нелинейность выходного сопротивления каскада

Согласен, переходные искажения снижаются в линеаризованных двойках ЭП - пример вых каск С.Агеева, но снижаются не кардинально.
В моих тестах нелинейность выходного сопротивления проявляется и в амплитудных значениях выходного напряж. (измерение через "хвост" по синусу, пиле, в диапазоне частот). Подробно в РХ3/2006. При парал. соединении транз. от 1 до 10шт в плече вых. сопротивлен двойки ЭП падает с 1,2 Ом до 0,1 Ом и исчезает значительная нелинейность (прикрепляю рис. 2.12, 2.13). Для двух УМЗЧ (не охвач общ. ООС) с разн. вых. каскадами двойка ЭП и мой вых. каскад на рис 3.14, 3.17.
Красн цветом УМЗЧ вых каск двойка ЭП, синим - УМЗЧ С.Рубальского.

[ИГВИН]

Offтопик:
wert, Сергей, посмотрите пож. эту ветку: https://forum.vegalab.ru/showthread....ighlight=irfan
А то часть форумчан не сможет просмотреть ваши файлы

Вот отсюда можно загрузить Irfan: http://www.tucows.com/preview/194967
С ним очень просто убрать цвета до 2 или 8, сохранить в *.png
В МС8 png уже встроенный формат, очень маленькие файлы получаются.

[Nick]

В каком то посте я писал о своей заинтересованности проверки полученных результатов в разных схемотехн. эмуляторах. Похоже нам сложно найти результирующую, пока не появится результат в проге, отличающейся движком и моделями от наших. Либо эмулировать, либо макетировать. Последнее расставит все точки над И.
Присоединяю результаты по THD, полученные при RS источника 1 Ом и 200 Ом.

Вы не могли бы показать модели которые вы используете, может быть в этом проблема. Я использую модели C.Агеева, выложенные в ветке про его усилитель, которые как я понял были созданы на базе замеров реальных тр-ров.

Я думаю рассуждая логически мы сможем найти причину расхождений, это не так сложно. Для этого нужно промоделировать ВК на одной паре с разной нагрузкой (8, 4, 2 ома) и посмотреть спектры для выхода и предвыхода (для этого надо заменить 50 омный резистор на два 25). Вы немогли бы это сделать?
Могу сказать, что у меня искажения предвыхода 0.01 и мало зависят от того одна пара или две, а также от нагрузки, т.е. ими можно пренебречь. Искажения для ВК в целом с одной парой на выходе на 8 омной нагрузке практически (различия в последнем знаке) такие же как и для приведенных ранее двух пар на 4 омах. Кстати вы непробовали посмотреть THD на 20kHz?

[Л. Зуев]

В моих тестах нелинейность выходного сопротивления проявляется и в амплитудных значениях выходного напряж. (измерение через "хвост" по синусу, пиле, в диапазоне частот).

Сергей, выбросы на рисунке 3.14 - это не нелинейность. Просто на вершинах синусоиды дифференциал выходного тока переходит через ноль, а напряжение на выходе повторителя немного отстает от тока и его дифференциал в эти моменты нулю не равен. В итоге деления на очень маленькое число, стремящееся к нулю, и получаются эти выбросы. Посмотрите рисунок.

[wert]

сможем найти причину расхождений, это не так сложно. Для этого нужно промоделировать ВК на одной паре с разной нагрузкой (8, 4, 2 ома) и посмотреть спектры для выхода и предвыхода

Мне кажется вся причина разбежности результатов кроется в многоэмиттерной паре 2SA1302, 2SC3281, в их стабильном коэф передачи тока базы в диапазоне токов нагрузок. Прикрепляю результат THD в диапазоне нагрузок 1-8 Ом для вых. каск двойка ЭП 1 пара транзисторов. Два варианта для 2SA1302, 2SC3281 и BD240, BD241 (и других). Для многоэм. пары с увеличен нагрузки от 8 до 1 Ом 2я гармоника увеличивается, 3я и выше гармоники уменьшаются до нагрузки 1,9 Ом, дальше гармоники возрастают - не это ли проявление конструктивной стабилизации беты, что и учтено в модели. Для одноэмиттерн транзисторов с увеличением нагрузки все гармоники возрастают "синхронно". В пред каскаде с увеличением нагрузки THD увеличивался в небольших пределах во всех вариантах. При использовании одноэмит транзисторов в вых каскаде полученные мною результаты при парал. соединении вых транзисторов близки к Вашим. Я думаю, если бы мы исследовали вых. каскады в диапазоне нагрузок ниже 2 Ом наши результаты были бы афтентичными при использовании много и одноэмиттерных транзисторов.
На 20 кГц смотрел результаты от 1 кГц отличаются незначительно.

[wert]

Сергей, выбросы на рисунке 3.14 - это не нелинейность.

В таком случае как обьяснить отсутствие выбросов в моем УМЗЧ?
Описание процессов при помощи диф. уравнений позволяет фиксировать множество факторов, в том числе изменение импеданса выхода УМЗЧ в диапазоне выходных токов, напряжений, частот. Применяя термин выходное сопротивление УМЗЧ я надеялся на поглащение этим термином и импеданса.
На Вашем рисунке согласно схемы и графика выходное сопротивление равно 1 Ом, а выбросы - реакция на реактивную часть, не так ли? Исключите конденсатор и выброса не будет.

[Л. Зуев]

В таком случае как обьяснить отсутствие выбросов в моем УМЗЧ?

Более низким выходным сопротивлением и меньшим сдвигом фазы в результате действия ООС.

На Вашем рисунке по схеме и графику выходное сопротивление равно 1 Ом, а выбросы - реакция на реактивную часть, не так ли? Исключите конденсатор и выброса не будет.

Это само собой. Я конденсатор и поставил специально для иллюстрации этого эффекта. В ЭП выбросы на вершинах синусоиды вызваны той же причиной. Нелинейности такого характера на активной нагрузке там не может быть, так как в эти моменты времени в схеме очень маленькие скорости нарастания токов и напряжений, а через одно из плеч выходного каскада протекает достаточно большой ток, обеспечивающий стабильность выходного сопротивления.

[wert]

Сообщение от wert
В таком случае как обьяснить отсутствие выбросов в моем УМЗЧ?
Более низким выходным сопротивлением и меньшим сдвигом фазы в результате действия ООС.

Все дело в том, что усилители не охвачены общей ООС, в статье и посте я ссылку на это делал. Прикрепляю граф Rвых вых каскадов для 1 и 10 пар транзисторов при Cn=0. Для 10пар выходное сопротивление низко колеблется в пределах 77-120 милиОм , выбросы 110 милиОм.
Для 1 пары Rвых изменяется в пределах 0,79 - 1,26 Ом, выбросы 0,25 Ом. При шунтировании выхода емкостью 50нФ для 1 пары выбросы резко увеличиваются, для 10 пар уменьшаются. Но шунтирование выхода емкостью не есть корректное эмулирование импеданса выхода каскада, поэтому однозначные выводы по последнему сделать сложно.
Можно проверить влияние на амплитуду выброса разных типов транзисторов (с разными емкостями переходов и др.), займусь проверками позже. Прикрепляю график вых сопрот вых каскада на отечественных транзисторах КТ816,817,818,819. Уж очень низкое выходное сопротивление получается(возможно модели наших авторов), но выбросы резко увеличились - 1,4 Ом (емкости переходов транзисторов в 5 раз выше многоэмиттерных транз). Т.е. предположение о том, что чем ниже вых сопротивление каскада тем меньше выброс пока не подтверждается, а связь с емкостями переходов явная.

[Л. Зуев]

Все дело в том, что усилители не охвачены общей ООС, в статье и посте я ссылку на это делал.

Я имел ввиду ООС, охватывающую выходной каскад.

Прикрепляю граф Rвых вых каскадов для 1 и 10 пар транзисторов при Cn=0.

Плавные колебания Rвых - это явно переходные искажения, а выбросы на вершинах пилы нужно просто игнорировать. Нельзя определить дифференциальное сопротивление, если ток не изменяется.