Транзисторный ламповик Сергея Рубальского

[toro]

Кто нибудь уже макетировал/отслушивал усилитель Сергея Рубальского с последнего Суховского РадиоХобби, №5-6 2014, стр.38, С.Рубальский «Транзисторная альтернатива ламповому однотакту». Отличительная функция - регулируемый уровень гармонических искажений. Собираюсь повторить схема довольно проста, и в статье описаны и классифицированы "новые" искажения в УМ и простые способы их измерения. Могу скрины с приложить если это можно здесь.

Сергей Рубальский структурировал информацию о "транзисторном ламповике",
частично с 3 -го пункта по 9 пункт ссылки на результаты, полученные в макете - "железе".
1.Статья и тут
2.Файлы эмуляции в МС10
3.Принципиальная схема ВК и варианты макетных плат 1 2 3
4. Фото макета
5. Диф фильтр
6. Спектр гармоник макета ВК
7. Регулировка спектра гармоник макета ВК, меандр
8.Искажения при мягком клиппинге в макете 1 2
9.Оценка искажений амплитудно-фазового спектра сложного сигнала в макете

Дополнительно в теме рассматривались вопросы:
1. Искажения амплитудно-частотной характеристики (полюса)
2. Зависимость линейных и нелинейных искажений
3. Связь искажений АХ и ГВЗ в динамике.
4. Искажения фазо-частотной характеристики, запас фазы, устойчивость
5. Статическое и динамическое входное сопротивление ВК в полосе частот и нагрузок и
выходное динамическое сопротивление ВК в диапазоне токов покоя
6. Статическая и динамическая амплитудные характеристики
7. Переключательные искажения
8. Амплитудные искажения.
9. Клиппинг
10. Стресс тест
11. Искажения Амплитудно-фазового спектра сложных сигналов.
12. "Транзисторный ламповик" для наушников.

[wert]

Форма, амплитуда, спектральная плотность сигнала должны быть стандартизированы при определении амплитудно-фазовых, амплитудных и фазовых искажений.
Выше показал на примерах реальных измерений и эмуляции искажений при разных воздействиях на усилитель, уровень искажений резко растет при переходе от синуса к белому шуму, меандру.
Также отмечал, что многие глубокоосники по схемотехнике дают не большой уровень девиации амплитуды (при не грамотной практической реализации ситуация может кардинально изменится), но могут дать большую, заметную девиацию фазы усиленного сигнала.
Пример на модели усилителя Ланзар.
Испытательный сигнал меандр 10 кГц, при изменении выходной мощности от минимальной до номинальной
- амплитудно-фазовая девиация усиленного сигнала составила 9,2% (на синусе 20 кГц 0,65%)
- девиация амплитуды (в амплитудном спектре) 0,37%
- девиация фазы 5,2 градуса (на синусе 20 кГц 0,4 градуса).
Возможно для многих усилителей испытание меандром 10 кГц равносильно стресс тесту, такой тест пройдут только отличники. Для всех остальных возможно тест проводить на меандре 4 кГц, уровень искажений будет немного ниже, но к пониманию реальных возможностей усилителя такой тест приблизит.

[wert]

Ранее отмечал, глубокоосные УНЧ при малом Кг могут давать большие фазовые искажения.
Посмотрим на модель усилителя, обсуждаемого в одной из тем на ВЕГЕ.
Проведем тест на меандре 4 кГц с ограниченным спектром, при двух значениях выходного напряжения усилителя на нагрузке 4 Ом - 0,2В, 20В.
Девиация амплитуды первой гармоники составила около 0,007%, это хороший результат.
Девиация фазы 0,65 градуса, при увеличении напряжения на выходе до 30 В девиация фазы возрастает до 1,5 градуса. Результат получился неудовлетворительный.
В тоже время Кг ИМИ модели усилителя вполне нормальны.
Какова причина такой фазовой нестабильности? на мой взгляд причину нужно искать либо в схемотехнике усилителя, либо в используемых моделях транзисторов.

---------- Сообщение добавлено 29.08.2017 в 15:05 ---------- Предыдущее сообщение было 28.08.2017 в 19:10 ----------

Но, глубокоосные усилители могут иметь очень низкую девиацию амплитуды и фазы усиленного сигнала.
Пример усилителя по структуре Гумеле с доработками М.Васильева.
Усилитель как и многие другие имеет очень низкий Кг и ИМИ,
однако девиация амплитуды и фазы усиленного сигнала исключительно низки:
- девиация амплитуды усиленного сигнала около 1мили%
- девиация фазы 0,1 милиградус.
Конечно, достичь такие параметры можно только в модели усилителя, в реалии тепловые нелинейности, блоки питания и проч... значительно ухудшат показатели.
Если Максим пожелает можно измерить девиацию амплитуды и фазы его реального усилителя.

[Hennady]

Но, глубокоосные усилители могут иметь очень низкую девиацию амплитуды и фазы усиленного сигнала.

какая то есть заметная корреляция от типа применяемого транзистора на выходе (мосфет/биполяр)?

[wert]

какая то есть заметная корреляция от типа применяемого транзистора на выходе (мосфет/биполяр)?

Однозначно не ответишь. Нужно смотреть конкретную схему и конкретную реализацию в железе.
Девиация амплитуды и фазы в усилителях в общем случае проявляется там где есть место:
- эффектам Эрли, Миллера,
- при переходе от каскадов с ОБ и каскодов к ОЭ, ОИ
- не грамотным коррекциям, превращающим каскады в модуляторы фазы,
- при движении режимов каскадов от класса А к В,
- глубокоосники с недостаточным быстродействием,
- транзисторы с завышенными емкостями переходов, нестабильными параметрами от нагрузки,
- нестабильность питания,
- при повышенных номиналах выравнивающих резисторов в цепях базы/затвора, эмиттера/истока,
- вибрации,
- температурная нестабильность
.....
Много может быть факторов,
там где Кг и ИМИ не изменяются или мало изменяются под воздействием различных причин, девиация амплитуды и фазы может быть завышенной и испортит звук.

[Hennady]

Много может быть факторов,

и тех что назвали достаточно )))

спасибо.

[wert]

и тех что назвали достаточно

Можно каждый фактор подтвердить эмуляцией или реальными измерениями.
Например, при переводе стандартной двойки ЭП ВК из режима АВ в режим А
девиация амплитуды уменьшается с 7% до 0,86% (испытательный сигнал меандр 10 кГц)
Потому меломаны любят и стремятся к ВК в режиме А, кроме устранения коммутационных искажений резко снижается девиация амплитуды.

[wert]

Девиация амплитуды и фазы ВК проявляется только при использовании советской пары транзисторов КТ818, КТ819?
Любые модели транзисторов в больше или меньшей степени дают такой эффект.
на практике такой эффект усугубляется нестабильностью БП в диапазоне выходных мощностей и частот, и тепловыми нелинейностями.
Для начала покажу проявление девиации и фазы модели ВК при использовании довольна стабильных выходных транзисторов MJL21194, MJL21193.
Исследуются два ВК в режимах В (Io=7mA) и А (Io=3A). Меандр 10 кГц, скорость изменения 100 В/мкс, при выходных напряжениях 30 В и 0,3 В.
ВК в режиме В - девиация амплитуды 15,8%, девиация фазы 0,3 градуса
ВК в режиме А - девиация амплитуды 0,8%, девиация фазы 0,02 градуса.

Предпочтение при прослушивании чаще отдается усилителю с бОльшим током покоя ВК, судя по уровню девиации амплитуды и фазы усиленного сигнала режим А каскадов - наилучший выбор.

[Hennady]

Исследуются два ВК в режимах В (Io=7mA) и А (Io=3A).

есть "большие вопросы":
* к оптимальности режима буферного каскада Q1Q2 - они работают с начальным током в 37mA для ВК в классе В
* комплиментарная пара Q3Q4 не такая уж "симметричная" , и с ростом начального тока растет и её симметричность (в классе А с током в 3А логично, что будет ок)
*диод последовательно R3(R38) улучшает симметричность схемы раза в 4 , у вас его нет....
*элементы С1R4R5 C2R36R37 точнее их номиналы влияют на спектр искажений, который в свою очередь зависит от режима работы ВК - значение этих элементов также далеки от оптимальных...

[wert]

есть "большие вопросы":

- специально по первой паре транзисторов не изменял режим, дабы увидеть влияние мощного транзистора на девиацию.
- в моем примере BF мощных транзисторов 101 и 109, если оба транзистора будут иметь одинаковое значение BF девиация от этого изменится совсем незначительно, так как девиация рассчитывается по первой гармонике меандра (пилы, треугольника, синуса...).
Hennady, предложите свой вариант симметричной двойки ВК в двух режимах А и В, посмотрим что будет с девиацией сигнала.
Но сразу уверю, девиация изменится, так как этот параметр сильно зависит от режимов работы и применяемых транзисторов, но смысл останется, при движении к режиму А девиация амплитуды и фазы усиленного сигнала будет уменьшаться.

[Валет]

Девиация амплитуды и фазы ВК ...

Вы путаете людей своей изобретенной терминологией. Для того, что вы называете девиацией амплитуды и фазы, есть установившиеся термины - искажения типа дифференциальное усиление и типа дифференциальная фаза. Первый тип определяется изменением параметров усиления от режима (транзистора, усилительного каскада), второй – изменением от режима частотных свойств. Их различают для видеоусилителей, в них они проявляются по-разному. Для звуковых усилителей их различать нет смысла, т.к. проявляются они одинаково – в нелинейных искажениях усиленного сигнала и измеряются также одинаково – эффективным напряжением выделенных искажений. На практике их никто и не различает - нет смысла.
ИМХО.

[wert]

Для того, что вы называете девиацией амплитуды и фазы, есть установившиеся термины - искажения типа дифференциальное усиление и типа дифференциальная фаза.

По вашему выходит использовать термин ДЕВИАЦИЯ нельзя при отклонении от заданных параметров, тогда стоит обратиться к терминологическим справочникам относительно девиации, в инете таких не счесть.
Применение терминов искажения типа дифференциальная фаза и дифференциальное усиление также не совсем корректно, так как метод определения таких искажений связан с влиянием одних сигналов на другие.
Если Вы заметили, предложенный метод определения девиации амплитуды и фазы не предполагает наличие мешающих сигналов,
отклонение усиленного сигнала от идеального коэффициента передачи под воздействием различных причин дает ошибку, по которой рассчитываются девиация амплитуды и девиация фазы сигнала.

Для звуковых усилителей их различать нет смысла,

Но это ваше ИМХО, у разных людей ИМХО разное

[Hennady]

- специально по первой паре транзисторов не изменял режим, дабы увидеть влияние мощного транзистора на девиацию.

по методологии вопросов у меня нет

Hennady, предложите свой вариант симметричной двойки ВК в двух режимах А и В, посмотрим что будет с девиацией сигнала.

"двойка" не совсем мне интересна, ИМХО она не подходит для качественного УМЗЧ

я сейчас в симуляторе "кручу" параллельник на тройке с выходным Дарлингтоном - у него характеристики на порядок лучше "классической" и аудиофильной параллельной "двойки Агеева",
+ еще этот параллельник на тройке с дарлингтоном реально составляет конкуренцию применяемой мной классической тройке , поэтому интересно поюзать этот каскад с вашим подходом:

[Валет]

Применение терминов искажения типа дифференциальная фаза и дифференциальное усиление также не совсем корректно, так как метод определения таких искажений связан с влиянием одних сигналов на другие.

В звуковых усилителях влияние одних сигналов на другие или, точнее, взаимодействие сигналов между собой, проявляется в виде продуктов интермодуляции одинаково для обоих типов искажений.

[wert]

интересно поюзать этот каскад с вашим подходом

При номинале резистора 22 к через первые транзисторы течет ток 2 мА, этого мало для раскачки выходных транзисторов, девиация амплитуды в таком варианте получается 1,5%
Если через первый каскад установить ток 10 мА, через выходные транзисторы 170 мА, тогда
девиация амплитуды около 0,4%
девиация фазы около 0,05 градуса
Для сравнения нижний каскад ВК двойка в режиме АВ, ток покоя через выходной транзистор 160 мА
девиация амплитуды около 1%
девиация фазы около 0,01 градус

---------- Сообщение добавлено 14:00 ---------- Предыдущее сообщение было 13:59 ----------

В звуковых усилителях влияние одних сигналов на другие или, точнее, взаимодействие сигналов между собой, проявляется в виде продуктов интермодуляции одинаково для обоих типов искажений.

Думаю с такой мыслью Вам можно обратиться к разработчикам ОУ видеусилителей и метода дифференциальных искажений, чего они там мутят, есть же обычная интермодуляция

[Hennady]

ри номинале резистора 22 к через первые транзисторы течет ток 2 мА, этого мало для раскачки выходных транзисторов, девиация амплитуды в таком варианте получается 1,5%

но не 15-ть же процентов )))
а в дарлингтоне буферный транзистор с током даже более 10mA, поэтому для первого транзистора ток в 1-2мА по звучанию предпочтительнее...
и симулятор и фактическая схема с такими режимами это подтверждает.

Если через первый каскад установить ток 10 мА, через выходные транзисторы 170 мА, тогда
девиация амплитуды около 0,4%
девиация фазы около 0,05 градуса

с таким начальным током надежность работы ВК под вопросом, а выигрыш в искажениях всего лишь в два раза по амплитуде, но спектр искажений да, практически "безхвостый"....

Для сравнения нижний каскад ВК двойка в режиме АВ,

тройку с двойкой не логично сравнивать, хотя вы лишний раз показываете, что двойка, при прочих равных условиях, "проигрывает" .

P.S. спасибо за тест.

[Валет]

Думаю с такой мыслью Вам можно обратиться к разработчикам ОУ видеусилителей и метода дифференциальных искажений, чего они там мутят, есть же обычная интермодуляция

Дык и я о том же говорю:

Для того, что вы называете девиацией амплитуды и фазы, есть установившиеся термины - искажения типа дифференциальное усиление и типа дифференциальная фаза. Первый тип определяется изменением параметров усиления от режима (транзистора, усилительного каскада), второй – изменением от режима частотных свойств. Их различают для видеоусилителей, в них они проявляются по-разному. Для звуковых усилителей их различать нет смысла, т.к. проявляются они одинаково – в нелинейных искажениях усиленного сигнала и измеряются также одинаково – эффективным напряжением выделенных искажений.

[wert]

тройку с двойкой не логично сравнивать, хотя вы лишний раз показываете, что двойка, при прочих равных условиях, "проигрывает" .

По девиации фазы у двойки выигрыш, по девиации амплитуды проигрыш,
возможно двойка с дарлингтонами (уже тройка) будет получше,
девиация амплитуды в ВК проявляется в сильноточных цепях, параллельные пары силовых транзисторов дают резкое снижение девиации амплитуды,
как у Агеева 12 пар вых. транзисторов и девиация амплитуды усиленного сигнала практически отсутствует, вот тебе и микродинамика...

[Валет]

Но это ваше ИМХО, у разных людей ИМХО разное

В видеоусилителях искажения «дифференциальное усиление» проявляется в виде искажения градаций яркости на экране, «дифференциальная фаза» - в размытии контрастных переходов. Но для ЗЧ и то, и другое проявляются одинаково – в виде нелинейных искажений. Каково ваше ИМХО по этому поводу?

---------- Сообщение добавлено 15:19 ---------- Предыдущее сообщение было 15:11 ----------

По девиации фазы у двойки выигрыш, по девиации амплитуды проигрыш,

У двойки и тройки есть более существенная разница, чем по искажения фазы.

[wert]

В видеоусилителях искажения «дифференциальное усиление» проявляется в виде искажения градаций яркости на экране, «дифференциальная фаза» - в размытии контрастных переходов.

не только перечисленное, еще происходит подкраска светлых участков цветовыми оттенками при изменении уровня яркости и другие эффекты подмены есть.
Вы считаете то что можно увидеть и оценить, нельзя услышать и оценить?

Сопоставьте уровень девиации амплитуды выходного каскада в режиме В с уровнем всех возможных для измерения известных Вам нелинейных искажений, возможно приблизитесь к ответу...

[Валет]

Вы считаете то что можно увидеть и оценить, нельзя услышать и оценить?

Конечно, можно. Это нелинейные искажения. Причем доля искажений, вызванных искажениями фазы для ЗЧ невелика по сравнению с другими искажениями, особенно на современных транзисторах в ВК.

---------- Сообщение добавлено 15:49 ---------- Предыдущее сообщение было 15:45 ----------

Например, искажения, вызванные фазой требуют коррекции на опережение в усилителях ЗЧ с ООС только на далеком ультразвуке. И это не обязательно дифференциальная фаза.