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.

[.Васильев]

Offтопик:
Теперь я боюсь уже двоих.

Не боись, я не буйный.

[Andrew1]

Сергей!
Можно еще раз и простыми словами, что конкретно мы измеряем формулами:
100*del(v(out)/К-v(in))/RMS(DEL(v(out))) - ?????
100*(v(out)/К-v(in))/RMS(v(out)) - ????
А что то путаница в голове уже.
Играюсь тут с одним усилителем - режимы, коррекция и все такое. И никак баланс найти не могу. Что либо поменяешь и по одной формуле уменьшаются искажения, по другой тут же увеличиваются. Хочу выбрать меньшее из зол. Какая из них наиболее критична в плане восприятия искажений?

[wert]

Андрей, благодарю за вопрос.
Приведенные формулы отражают искажения амплитудной характеристики.
Формула с оператор DEL не учитывает нулевую гармонику (постоянную составляющую) входного и выходного напряжения, но позволяет отразить мельчайшие динамические изменения выходного напряжения относительно входного.
Вторая формула без оператора DEL учитывает постоянную составляющую входного и выходного напряжения.
Что конкретно можно наблюдать на графиках, как определять какие участки искажений АХ рождают гармоники и каких порядков.
Все можно рассмотреть более подробно в примерах.
Вечером в воскресенье у меня будет доступ к компьютеру, постараюсь выложить картинки с комментариями.

Графики искажений АХ коррелируют с графиками амплитудно-фазовых искажений в частотном спектре,
собственно по этой причине показываю искажения АХ и открываю формулки.
По АФИ формулки планирую показать к концу года в статье.

[Andrew1]

измерение искажений амплитудной характеристики двумя способами, измерения амплитудно-фазовых искажений в чстотном спектре (АФИ), учитывают амплитуду и фазу активной и пассивной части УНЧ.

Тут возникает у меня еще один вопрос. В примере с лампами (пост 1758), сами измерения проводились на активной нагрузке. В примерах с транзисторными усилителями нагрузка отделена индуктивностью от выхода УНЧ.
Если в транзисторном варианте провести измерения до и после RL "барьера", то совсем разные картинки получаются. И результаты с "барьером" что то не радуют совсем.
Что критично? Искажения только активной части или вместе с пассивными выходными цепями, которые вносят бОльшие искажения (в данном конкретном примере), чем активная часть?
И корректно ли сравнивать транзисторный усилитель (с доп. выходными цепями) с лампами, нагруженными на активную нагрузку без всяческих дополнительных цепей? Стемимся ведь ламповых показателей по фазовым искажениям достигнуть.

[wert]

Если в транзисторном варианте провести измерения до и после RL "барьера", то совсем разные картинки получаются. И результаты с "барьером" что то не радуют совсем.

Транзисторные усилители с глубокой ООС имеют мизерные нелинейные искажения, поэтому графики искажений АХ в основном отражают амплитудно-фазовые искажения.
Абсолютное большинство транзисторных усилителей с глубокой ООС имеют динамические АФИ усиленного сигнала.
Динамические АФИ ярко воспринимаются на слух.
Как правило состав АФИ сложный, АФИ УНЧ в общем случае состоит из динамической и статической части.
Динамический участок АФИ в УНЧ с глубокой ООС может быть в начале амплитуды воздействия , в безосниках может быть в конце воздействия.
Схемотехника и разные режимы каскадов УНЧ определяют наличие и распределение статической и динамической части АФИ.
От этого и глубокоОСники совершенно разные на слух при нелинейных искажениях ниже -120 дБ.
И безОСники также разные при одинаковых нелинейных искажениях.
Теперь попытаюсь пояснить как мы слышим RL барьер.
Если усилитель имеет динамический АФИ, а уровень статического АФИ к примеру определен RL барьером, в этом случае динамичесий АФИ поднимется до уровня, создаваемого RL барьером.
Т.е. чем ниже уровень статического АФИ, тем меньше крутизна подьема АФИ и уровень, тем менее заметен АФИ как таковой.
Поэтому неверно считать, что статический АФИ определенный пассивными элементами не играет никакой роли,
да не играет, если АФИ усилителя полностью состоит из статического АФИ,
но, если есть динамическая часть, любой пассивный элемент может быть слышимым.
Это мои наблюдения, прослушивания, сравнения с эмуляцией и измерением АФИ и умозаключения.
Приглашаю форумчан к совместным тестам, как ранее писал нужна статистика, чтобы многообразие проявления АФИ в усилителях привести к однозначной корреляции:
измерение - прослушивание.
У меня есть наработки по этому поводу, но статистики не достаточно, вместе интереснее и веселее дело пойдет.

И корректно ли сравнивать транзисторный усилитель (с доп. выходными цепями) с лампами, нагруженными на активную нагрузку без всяческих дополнительных цепей?

На этапе определения что и как мы слышим, сравнивать нужно все что можно, и привязывать слуховые ощущения к измерениям АФИ его статической и динамической части.

[Andrew1]

На этапе определения что и как мы слышим, сравнивать нужно все что можно, и привязывать слуховые ощущения к измерениям АФИ его статической и динамической части.

Ну тогда нужно еще учитывать входные фильтры, без которых транзисторный усилитель не может нормально работать. А с ними будет все еще печальнее. Там АФИ вообще до небес взлетают.

[Teoretic]

Ну тогда нужно еще учитывать входные фильтры, . А с ними будет все еще печальнее. Там АФИ вообще до небес взлетают.

Это вы еще на регуляторы тембра и эквалайзеры не смотрели!

[Andrew1]

Это вы еще на регуляторы тембра и эквалайзеры не смотрели!

Как бы разговор пока только об УМ ведем. Но, чувствую, скоро до всего тракта дойдем.

[wert]

Как бы разговор пока только об УМ ведем. Но, чувствую, скоро до всего тракта дойдем.

Многие гибридные усилители (ОУ+транзисторы) с глубокой ООС показывают запредельные параметры по нелинейным искажениям в звуковом диапазоне.
Однако амплитудно-фазовые искажения таких усилителей далеки от показателей ламповых УНЧ, на 20 кГц АФИ от 3%-6% до десятков процентов.
Причем на низких частотах АФИ очень низок (если входная разделительная RC цепь имеет полюс ниже 1Гц) и с ростом частоты происходит рост АФИ.
Ламповые усилители дают равномерный АФИ в звуковом диапазоне порядка 0,1-0,2%
Некоторые ламповые схемные решения имеют динамический АФИ, эта динамика проявляется в возможности "прослушивания" пассивных элементов.
В транзисторный усилителях, где АФИ на 20 кГц измеряется единицами до десятка процентов услышать пассивные элементы практически не возможно, АФИ УНЧ значительно выше АФИ пассивных элементов.
В транзисторных усилителях без операционников, при счастливом стечении обстоятельств можно добиться статической АФИ на уровне менее 1% на частоте 20 кГц.
В этом случае запредельные параметры по нелинейке не так важны, более чем достаточно нелинейные искажения иметь не выше -120 дБ при максимальных мощностях.
На первый план выходит минимальный уровень АФИ, отсутствие амплитудной и фазовой девиации усиленных сигналов, т.е. стабильность усиления и отсутствие "болтанки" усиленных сигналов не зависимо от сложности воздействия и мощности на выходе усилителя.

---------- Сообщение добавлено 23:30 ---------- Предыдущее сообщение было 16:53 ----------

В постах 1765, 1769 упомянул о том, как мы слышим пассивные элементы в усилителях.
При отсутствии вопросов по этому поводу может быть несколько вариантов - не интересно, не понятно, давно все известно.
Варианты - не интересно и давно все известно, скорее отбросим, остается - не понятно, тогда должны быть вопросы, ну хотя бы у молодого поколения, (дедам в армии все прощается)
В коротких качественных трактах, безосниках любой пассивный элемент можно слышать, так утверждают златоухие, и так утверждаю я, так как вырос на ламповой технике и знаю, замена конденсаторов, трансформатора порой сильно влияет на звук. При этом замена конденсаторов вообще не влияет на нелинейные искажения, трансформаторы могут вносить нелинейные (но это отдельная песня). Так что же мы слышим в пассивных элементах?
Чуть выше писал - есть амплитудно-фазовые искажения (АФИ) усиленных сигналов (в общем случае линейные искажения).
Мне удалось с помощью метода измерения АФИ увидеть в активных каскадах наличие:
- статических АФИ, когда при изменении амплитуды воздействия АФИ не меняется (чисто линейные искажения),
- и наличие динамических АФИ, соответственно при изменении амплитуды воздействия АФИ изменяется.
Динамические АФИ отражают модуляцию амплитуды и фазы усиленных сигналов.
Собственно мы слышим модулированные сигналы, уровень модуляции зависит от частоты, амплитуды воздействия, от сложности воздействия и выходной мощности.
Статические АФИ при малых уровнях скорее никак не воспринимаются, но если уровень большой, тогда такие искажения воспринимаются как тональный разбаланс в звуковом диапазоне.
То есть, если глубокоосники имеют значительный статический АФИ до десятка процентов, тогда это не страшно? И так ли безобидны статические АФИ?

Я проделал эксперимент
есть ВК двойка в режиме В, такой каскад имеет чистый динамический АФИ, при изменении амплитуды входного воздействия от нуля до 20 В на частоте 20 кГц, АФИ изменят уровень от нуля до 10%. Это верхний ВК и средний график, в этом варианте входная RC цепь не вносит искажений для сигнала частотой 20 кГц и не влияет на АФИ.
Теперь на входе ВК пододвинем частоту среза разделительной RC цепи ближе к частоте воздействия 20 кГц, т.е. внесем большие линейные искажения в тракт прохождения сигнала - нижний ВК, крайний правый график АФИ. Что произошло - динамические АФИ ВК наложились на статический АФИ входной цепи и общие динамические АФИ ВК достигли 50%, динамика искажений ВК транспорировалась на статическую АФИ RC цепи.

О чем это говорит?
Если в звуковом тракте присутствуют статические АФИ, а они всегда присутствуют - соединительные кабели, разделительные конденсаторы, трансформаторы, статические АФИ предусилителя, УНЧ и других устройств,
если хотябы один из элементов звукового тракта имеет динамический АФИ, то в этом случае вся динамика одного элемента наложится на статические АФИ всей системы и превратит всю звуковую систему в систему с динамическим АФИ. Тогда скорее всего будут слышны соединительные кабели, разьемы и прочее, о чем часто пишут слухачи, но часто их считают чудаками.
На рисунках ВК двойка, крайний правый график АФИ частоты воздействия 20 кГц, который вобрал в себя динамику АФИ самого ВК (средний график) и статические искажения входной RC цепи. Такое соединение динамического и статического АФИ произошло при условии влияния частоты среза или полюса элементов звуковой системы на усиливаемый сигнал.

[Scop]

Я проделал эксперимент

Поздравляю с открытием фазовой модуляции!

[wert]

Поздравляю с открытием фазовой модуляции!

Понимаю Ваш сарказм.
Накоплено немеряно знаний и опыта в разных областях, лишь область усиления звука заброшена и обросла религией мании величия уха отдельного индивида.
И совершенно правильно, если такие ученые как Вы будут преломлять свои знания в сторону звука и популяризовать простые методы измерений, дающие правдоподобную картину о звуке.
Ну а нам простым радиолюбителям что остается - фазовую модуляцию открывать.

Чуть выше утверждал, что амплитудно-фазовые искажения (АФИ) всех элементов звукового тракта складываются, по иному и не может быть.
Проделаем эксперимент.
Соединим два ВК последовательно и посмотрим как ведут себя АФИ.
Оба ВК в режиме В, имеют одинаковые динамические АФИ, сигнал на ВК2 поступает с выхода ВК1.
На графиках видим АФИ ВК1 и АФИ ВК2 практически совпадают, суммарная АФИ ВК1+ВК2 в полтора раза выше обычной суммы.
Собственно эксперимент подтверждает, что линейные искажения каждого элемента звукового тракта складываются и динамические АФИ при наличии таковых в тракте охватывают весь звуковой тракт. Кроме того, динамические АФИ каждого активного элемента складываются и в сумме могут иметь заметные искажения.

[wert]

Импульсные характеристики усилителей должны быть самыми реалистичными по отношению к слуховым ощущениям, об этом говорят многие гуру звукоусиления.
Привычные параметры как скорость изменения выходного напряжения, ровный импульс без выбросов и прочее мало говорят об искажениях реального сигнала.
Если выходной импульс "искарежен", с выбросами на фронтах, не ровной вершиной и прочее, то как это скажется на искажениях сигнала?
На синусе в такой ситуации особых искажений не обнаружим.
Попробовал измерить амплитудно-фазовые искажения разных усилителей и его отдельных составляющих при импульсном воздействии.
Для начала посмотрим все тот же выходной каскад стандартную двойку в двух режимах В и А.
На рис. 1 ВК без конденсатора между базами выходных транзисторов и рис.2 с конденсатором.
На входы ВК подадим меандр частотой 10 кГц, источник напряжения с нулевым выходным сопротивлением, амплитуда меандра +/- 36 В.
На втором графике показан спектр меандра на входе ВК.
На правых графиках импульсные характеристики амплитудно-фазовых искажений ВК.
Можно заметить положительное воздействие конденсатора, включенного между базами выходного каскада:
- на меандре уменьшается выброс на фронте;
- уменьшается и выравнивается АФИ основных гармоник импульса,
- нелинейные искажения уменьшаются.
Каждая основная нечетная гармоника импульса в свою очередь рождает нелинейные искажения в виде второй, третьей и т.д. гармоники и интермодуляции.
Так как меандр имеет только нечетные гармоники, то наличие в выходном сигнале четных гармоник говорит об уровне нелинейных искажений ВК.

Общая картина такова - оба ВК имеют не большие искажения импульсной характеристики в виде АФИ и нелинейных искажений.
Не много лучше выглядит ВК в режиме А.
Но, если посмотреть динамические АФИ, то при изменении амплитуды входного меандра, АФИ ВК в режиме А совершенно стабилен,
ВК в режиме В имеет динамические импульсные АФИ.
К тому же, большое влияние на импульсные АФИ оказывает выходное сопротивление источника напряжения, при возростании выходного сопротивления источника, АФИ резко возрастает. И если источник имеет зависимость выходного сопротивления от частоты и амплитуды сигнала, тогда АФИ ВК будет иметь динамический характер.
Последние два наблюдения в графиках не привожу, но если есть интерес, графики выложу.
Короткие тракты имеют небольшие импульсные АФИ, во многих глубокоосниках картина часто катастрофическая.

[.Васильев]

А почему не используют в первом каскаде резисторы от эмиттером на выход ,а используют резистор меж эмиттерами ? Ну конденсатор меж эмиттерами вещь нужная , а вот смысл в таком соединении резистора ? Экономия?

[wert]

А почему не используют в первом каскаде резисторы от эмиттером на выход ,а используют резистор меж эмиттерами ?

Ранее читал об этом, не помню где, если буферные повторители ВК, соединение их эмиттеров отключить от выхода, тогда улучшится линейность, пробовал в эмуляции и железе, на синусе результат малозаметен.
Прикрепляю импульсную АФИ двух ВК в режиме А, у первого ВК эмиттеры буфера соединены с выходом, у второго оторваны от выхода.
АФИ второго варианта первой гармоники импульса поменьше, и вторая нелинейная гармоника также меньше (нижний график АФИ).
Можно посмотреть обычными способами - Кг очень не значительно отличается, IMD2 и IMD3 разницы между ВК вообще не видно,
но на импульсной АФИ заметна разница.

[.Васильев]

Ну в А да ,согласен. Но в АВ при малом токе покоя можно маскировку искажений выходных транзисторов предвыходными получить.
Я именно такое включение выбрал . Да и при налодке можно выходники не сразу впаивать ,только после предварительной проверки работоспособности по постоянному току. Оос то не разрывается.

[вик246]

wert а нет ли измерений АФИ при установке в предоконечный германиевых транзисторов, если нет, то можно ли провести, хоть в эмуляторе, хоть в железе

[.Васильев]

wert а нет ли измерений АФИ при установке в предоконечный германиевых транзисторов, если нет, то можно ли провести, хоть в эмуляторе, хоть в железе

Нет моделей мощных германиевых транзисторов.У старого есть только модель ГТ308 и его импортного аналога

[вик246]

Не надо мощных, пусть выходные кремниевые, если модель правильная, то АФИ должны снизиться

[wert]

Не надо мощных, пусть выходные кремниевые, если модель правильная, то АФИ должны снизиться

К сожалению у меня нет модели германиевых транзисторов и собранных конструкций на германии (на арсенид-галии есть, но это другое).
Если у Вас есть собранная конструкция на германиевых транзисторах, можно легко получить характеристики АФИ и нелинейных искажений при импульсном воздействии.
Если Вы можете записать wav, где по одному каналу меандр 1 кГц со входа УНЧ, по второму каналу меандр на выходе УНЧ, тогда дело за малым для пост обработки в МС.
Направьте мне wav, сделаю графики и дам комментарии.

[fakel]

А почему не используют в первом каскаде резисторы от эмиттером на выход ,а используют резистор меж эмиттерами ? Ну конденсатор меж эмиттерами вещь нужная , а вот смысл в таком соединении резистора ? Экономия?

Увеличение входного сопротивления, уменьшение девиации тока через первый повторитель, снижение искажений
первого повторителя, снижение колебаний входного сопротивления