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]

Выходные дни, появилось немного времени посмотреть внимательнее на усилитель Vincent SV-236.
Как выше писал 16^о линейных искажений и 2,25^о нелинейных искажений фазы на частоте 20 кГц это уровень никудышного усилителя, с этим безобразием нужно что-то делать.
Измерения выше позволили локализовать источник фазовых искажений на уровне предварительного усилителя.
Первое что пришло в голову заменить лампы 12АХ7 на новые оригинальные.
После 3-х часового прогрева новых лампочек снова провел измерения,
Нелинейные искажения фазы резко уменьшились до долей градуса на частоте 20 кГц в диапазоне выходной мощности 1-100 Вт.
Линейные искажения фазы остались на прежнем уровне.
Ранее я показывал на примере разных усилителей как регуляторы громкости на качественных Alps дают искажения фазы при регулировке громкости в полном диапазоне более 2^о.
Это очень не мало, природа таких искажений лежит в самом резистивном регуляторе совместно с входной емкостью следующего за резистором каскада.
Но сложно предположить, что регулятор громкости совместно с ламповым каскадом у которого входная емкость 1,6 pF может дать сколько нибудь заметные искажения фазы.
Однако при полной регулировке громкости предварительный каскад дает изменение фазы выходного напряжения в диапазоне 11^о - 17^о.
С регулятором громкости применена отключаемая тон коррекция, которая при включении дает изменение фазы аж на 40^о на частоте 20 кГц.
При выключенной тон компенсации нужно было бы ожидать изменение фазы при регулировке громкости доли градуса, однако по факту имеем 6^о .
это явно граничит с отклонением от принципиальной схемы усилителя.
К сожалению добраться до блока тон компенсации пока не удалось - нужно половину усилителя разобрать.
На следующих выходных попытаюсь отключить от регулятора громкости все лишнее , возможно удастся снизить линейные искажения фазы до приемлемых пары градусов на частоте 20 кГц.

[wert]

Регулятор громкости с отключаемой тон коррекцией в Vincent SV-236 не дал сколько нибудь значительного изменения фазы.
Остается двухкаскадный входной усилитель на лампочках 12АХ7, охваченный обратной связью.
Эмуляция усилителя в МС11 показала практически близкие искажения фазы к полученным в реальном усилителе,
в эмуляторе усилитель дал отклонение на 14 градусов на частоте 20 кГц.
К тому же режимы усилителя выбраны не совсем удачно, нелинейные искажения в амплитудном спектре имеют вторую доминирующую гармонику и лес гармоник более высокого порядка.
Это говорит о том, что разработчики вообще не заморачиваются уровнем линейных искажений фазы в звуковом диапазоне,
так как скорее никто из них не проводил измерения по позиционированию обьектов в стереобазе и спадающий ламповый спектр искажений в амплитудном спектре тоже небыло самоцелью.
А между тем существует не мало схемотехнических решений усилителей на лампочках, где линейные искажения фазы в звуковом диапазоне не превышают долей градуса.
Попытаюсь переделать входной каскад Vincent SV-236 до искажений фазы в доли градуса.

[wert]

Творческие поиски схемотехнического варианта предварительного каскада на лампочках для Vincent SV-236 бесконечны,
закончить этот процесс не возможно, можно только прекратить поиск.
Слишком много сбалансированных условий нужно выполнить, чтобы добиться минимальных линейных искажений и минимальных амплитудных и фазовых нелинейностей.
На транзисторах не удается добиться долей градуса линейных искажений, лучшие варианты дают от пары градусов и выше.
Большинство ламп дают от градуса и выше линейные искажения фазы в двухкаскадном исполнении и лишь не многие модели ламп показывают результат ниже 1 градуса.
Ранее сообщал - линейные искажения фазы маскируют эффект амплитудно-фазовой конверсии при измерении, но нелинейная фаза даже при малых значения сверх заметна на слух.
Поэтому при движении к качеству звука вижу только один инструментальный вариант - максимальное повышение линейности всех каскадов, при возможно максимальном уменьшении линейных искажений фазы.
В таком случае можно фиксировать нелинейную фазу малых значений и работать с этим параметром.
Но это лирика.
Ниже рисунок
где верхняя схема - предварительный усилитель Vincent SV-236,
нижняя схема - модернизация, которую можно осуществить на практике с минимальным резом дорожек печатной платы усилителя.
Пришлось перейти к иной структуре усилителя где менее всего проявляется эффект Миллера и можно добиться минимальных тепловых, фликкер, розовых и прочих шумов при необходимом усилении.
К тому же задача получить ламповый спадающий спектр искажений в амплитудном спектре в таком усилителе реализуется просто с возможностью регулировать уровень таких искажений.
Правда для достижения минимальных линейных и нелинейных искажений амплитуды и фазы придется поменять лампочки 12АХ7 на 6DJ8.
Удалось снизить линейные искажения на частоте 20 кГц с 12^о до 0,3^о.
Нелинейные искажения амплитуды и фазы также значительно снижены, без применения ОС.
Лампочки не проблема, проблема в том, что придется провести индивидуальную настройку режимов каскадов под конкретную лампочку,
тут унификация не проходит, слишком тонкую и точную работу нужно будет провести на реальном усилителе.

[wert]

Постом выше приведенный график уменьшения линейных искажений при модернизации предварительного усилителя возможно без графика комплексных амплитудно-фазовых искажений не достаточно информативен.
Приведу такой график,
при практически близком IHD комплексные искажения лампового преда с ОС на 30 - 40 дБ выше чем усилителя без ОС.
Естественно и звучание модернизированного усилителя будет значительно лучше при почти одинаковом Кг.

[dalidovich]

wert, Для развития вопрос. Наши 6Н9С в модернизированной схеме будут ли вменяемо работать? Какой Ку схемы?

[wert]

Любая лампа, у которой входная, выходная и проходная емкости ниже и стабильнее чем у транзистора в разы до порядка, будет звучать лучше в стереобазе.
Нужно только выполнить главное условие - правильно выбрать и приготовить схему, режимы, источник, нагрузку, питание.
От каждого элемента зависит звук.
Ничего нового, но
Глубокоосники, как правило имеют относительно низкие нелинейные искажения фазы, но высокие линейные искажения, что дает эффект вуали.
Ламповые безосники/малоосники могут иметь низкие нелинейные и линейные искажения фазы, вуаль и размытость исчезает.
Но звук может не "ожить" и в последнем случае.
По моим наблюдениям звук становится более вкусным, ожившим, когда при очень низких нелинейных искажениях фазы компонент сигнала
проявляется нелинейная фаза четных гармоник. Пока это одиночные измерения и ощущения, будет статистика по этому поводу, поделюсь впечатлениями и измерениями.
А лапмочка 6Н9С звучать будет в этой схеме, только режимы нужно будет подобрать по минимальным фазовым искажениям
и ламповому спадающему амплитудному спектру искажений.

[dalidovich]

Спасибо.

[wert]

Наши 6Н9С в модернизированной схеме будут ли вменяемо работать? Какой Ку схемы?

Найти нормальную модель 6Н9С не удалось, а вот с моделью 6Н3П-ЕВ комплексные амплитудно-фазовые искажения ниже на 5 дБ чем у 6DJ8 и значительно ниже чем у 12АХ7.
Выше линейность в амплитудном спектре и важно в модернизированном варианте усилителя есть возможность управлять эффектом амплитудно-фазовой конверсии для четных гармоник меандра, что дает эффект "оживления" звука. Попробую разные лампочки в железе при модернизации Vincent SV-236. Ку схемы получается около 26 дБ.

[wert]

Часто важно знать входную емкость усилителя.
Особенно когда перед усилителем стоит регулятор громкости.
В таком случае при значительной входной емкости и регуляторе громкости например 100 кОм,
регулировкой громкости можно приблизить первый ВЧ полюс к диапазону звуковых частот, таким образом развалить стереобазу.
В Pioneer 757mkII и подобных такая картина наблюдается.
В модернизированной схеме предварительного усилителя Vincent SV-236 стоит лампа 6Н3П ЕВ,
входная емкость 2.45 pF, выходная 1.25 pF, проходная менее 1.6 pF.
С помощью эмулятора можно рассчитать входную емкость усилителя.
В режиме АС смотрим амплитудную и фазовую характеристики усилителя.
По отклонению фазы на 45 градусов фиксируем частоту среза, это и есть частота первого полюса усилителя.
Теперь последовательно со входом устанавливаем резистор 100 кОм, частота среза значительно уменьшилась и составила 520 кГц.
Т.е. мы сдвинули частоту первого полюса усилителя при помощи входной RC цепи
и положение первого полюса теперь определяется постоянной времени добавочного резистора на входе и входной емкостью усилителя.
Теперь берем в руки калькулятор и по школьной формуле определения частоты среза
Fсреза = 1/2Pi*R*C,
определяем С входа,
Свх = 1/2Pi*R*Fсреза
емкость получилась 3,06 pF.
Что собственно близко к реалии если к входной емкости лампы добавить влияние проходной и выходной емкости (лампы).
Такая входная емкость усилителя не мешает использовать на входе регулятор громкости номиналом до 100 кОм, конечно же при не менее чем на порядок большем входном сопротивлении усилителя.
Этот способ измерения входной емкости усилителя легко реализуем в железе.

[dalidovich]

Попробую разные лампочки в железе при модернизации Vincent SV-236

Спасибо, будем ждать результатов.

[wert]

Vincent SV-236.
Как выше писал 16о линейных искажений и 2,25о нелинейных искажений фазы на частоте 20 кГц это уровень никудышного усилителя, с этим безобразием нужно что-то делать.

Пока входной каскад на лампах 12АХ7 Vincent SV-236 переделывается под схему полученную в эмуляторе с минимальными фазовыми искажениями,
обошел входной каскад и подал сигнал на вход катодного повторителя, который останется в усилителе без изменения. Теперь усилитель имеет регулятор громкости на входе, катодный повторитель и транзисторный УНЧ.
Измерил фазовые искажения усилителя.
На рис 1 фазовые искажения выходного напряжения при 240 мВ на выходе, нагрузка 4 Ом, это линейные искажения компонент сигнала,
4 кГц - 1,3^о
12 кГц- 3,8^о
20 кГц - 6,3^о
С предварительным каскадом линейные искажения фазы на частоте 20 кГц составляли 16^о, без предварительного усилителя уменьшились до 6,3^о.
Это не отличный результат, но ближе к среднему уровню хорошего.
Нелинейные искажения фазы были 2,25^о, теперь уменьшились до 0,3^о (рис.2).
Это хороший результат для диапазона выходной мощности 100 Вт.
Результат по восприятию звука,
- пропал ламповый шип, шумы на выходе при закрытом входе были до переделки 7-9 мВ, после исключения входного каскада 0,3 мВ.
- звук стал живой, упругий, резко повысилась разборчивость нюансов, восприятие одних и тех же композиций кардинально поменялось в лучшую сторону.
Теперь задача закончить модернизацию входного каскада с отключаемым темброблоком, не получив ухудшения фазовых характеристик и восприятия звука.

---------- Сообщение добавлено 19.06.2019 в 20:54 ---------- Предыдущее сообщение было 18.06.2019 в 21:32 ----------

В теме огромное количество примеров эмуляции и практических измерений усилителей, выходных каскадов на предмет коммутационных и амплитудных искажений.
О пользе таких измерений я много писал, дают дополнительную информацию об искажениях усилителя, которую иным путем сложно получить.
Посмотрим какие коммутации и амплитудные искажения имеет Vincent SV-236.
Тестовый сигнал смесь двух синусов 300 Гц и 20 кГц, верхний график.
На выход усилителя подключен ВЧ фильтр Баттерворта с частотой среза 36 кГц, на выходе которого напряжение гармоник частоты 20 кГц.
Совмещение двух графиков по времени дает возможность наблюдать в какой области сигнала возникают искажения, нижний график напряжение гармоник в мВ.
При амплитуде выходного напряжения 10 В на нагрузке 4 Ом, коммутационные искажения достигают уровня 1 мВ при пересечении сигнала области нуля, и до 5 мВ при нижнем амплитудном значении, это амплитудные искажения.
При увеличении выходного напряжения до 23 В, что показано на графике, возрастают амплитудные до 10 мВ и коммутационные искажения до 4 мВ.
При увеличении выходного напряжения до 30 В резко растут амплитудные искажения и достигают 80 мВ, с дальнейшим резким ростом при увеличении выходного напряжения.
Т.е. коммутационные искажения усилителя совсем не велики, а вот амплитудные искажения чрезмерно высоки в диапазоне выходной мощности 50 - 100 Вт и требуют анализа для определения причины возникновения искажений.
Тут может быть несколько причин работающих в комплексе.
Судя по схеме усилителя
- в блоке питания стоят емкости по 10000 мкФ в плече каждого усилителя, что на мой взгляд явно не достаточно и может вызывать амплитудные искажения при просадке напряжения питания ВК.
- вторая причина более очевидна, ток буфера ВК слишком мал для раскачки выходного каскада по два транзистора в плече.
Собственно понятно, придется и выходной каскад ВК и блок питания модернизировать и приводить до уровня минимальных искажений при максимальной выходной мощности.

[wert]

Настройкой режимов УМ, коррекции по максимально точной передаче импульса и заданной устойчивости, не большими изменениями схемы удалось
снизить линейные искажения связки катодный повторитель -УМ с 6,3^о до 4,7^о на частоте 20 кГц.
При этом снизились и нелинейные искажения фазы с 0,3^о до 0,15^о в диапазоне выходной мощности 100 Вт.
На мои колонки, предназначенные для экспериментов и модов усилителей, разница таких изменений хорошо прослушивается.
Трехполоска содержит динамики НЧ и НЧ-СЧ фирмы Eminence и ВЧ AMTPRO-4,
что позволяет услышать изменения по электрическому тракту даже для таких не значительных уровней фазовых искажений.
Что сказать, звук радует.
За катастрофическим отсутствием времени модернизация продвигается не быстро, но со значительным эффектом по звуку,
хотя Кг остался на прежнем уровне.

[wert]

Модернизация ламповой части усилителя Vincent SV-236 на завершающей стадии, проводится подбор режимов предварительного усилителя по ламповому спадающему спектру и минимальным амплитудно-фазовым искажениям. Пока как и ожидалось результаты эмуляции в МС 11 и практические результаты полученных искажений лампового каскада близки.
Также удалось модернизировать измеритель амплитудно-фазовых искажений, теперь в автоматическом режиме определяется коэффициент передачи усилителя.
При проведении измерений в дБ нормирование напряжения ошибки можно проводить по общепринятым системам по 1 В, либо 0,7 В.
но можно провести нормирование по среднеквадратичному значению входного напряжения любой формы.
Метод измерения очень чувствителен к импедансу входных измерительных кабелей, также требуется абсолютная идентичность каналов измерения.
Прибор от NI PCI 4461 с калиброванными входными измерительными кабелями позволяет измерять
- амплитудно-фазовую ошибку выходного напряжения относительно входного на уровне -115 дБ в диапазоне частот от единиц Герц до 100 кГц,
- шумовая дорожка на уровне -160 дБ в указанном диапазоне частот,
- фазовая ошибка на частоте 4 кГц 0,0005^о, на частоте 48 кГц 0,005^о.
Ниже приведены калибровочные графики амплитудно-фазовых искажений при воздействии пилы с ограниченным сверху спектром 60 кГц.
Пока мне не удалось найти усилитель низкой частоты который имел бы амплитудно-фазовые искажения с учетом линейных искажений ниже чем - 50 дБ
и амплитудно-фазовые нелинейные искажения ниже -70 дБ, при испытаниях сигналами пила, меандр, белый, розовый шумы, сигналы любой формы и реальные звуковые сигналы.
Т.е. прибор NI PCI 4461 достаточен для проведения самых точных и изысканных испытаний для УНЧ и АС.

[wert]

Выше в теме я пробовал измерить качественные характеристики конденсаторов в амплитудно-фазовом спектре, попытки были не совсем удачны.
Теперь когда есть полная автоматизация процесса и чувствительность метода очень высока повторяем измерения.
Подобрал конденсаторы емкостью 1 мкФ с точностью до 3%.
Для примера взял МБМ и полипропиленовый конденсаторы.
На рис. 1 амплитудно-фазовые характеристики конденсатора типа МБМ
на рис. 2 характеристики конденсатора с полипропиленовой изоляцией.
МБМ конденсатор показал плавно спадающую характеристику искажений, от -67 дБ на частоте 100 Гц до -140 дБ на высоких частотах, на характеристике не наблюдаются резонансные неравномерности в звуковом диапазоне.
Фазовые шумы при отстройке от 100 Гц на 10 Гц составили около -165 дБ.
на частоте 10 кГц и далее искажения составили около -140 дБ.
Конденсатор с полипропиленовой изоляцией также на частоте 100 Гц имеет искажения - 65 дБ, фазовые шумы на уровне -160 дБ.
На характеристике в районе 8 кГц проявляются резонансные свойства конденсатора, искажения резко падают с - 145 дБ до - 175 дБ, с плавным выходом из резонанса к планке искажений уровня - 150 дБ в ВЧ диапазоне.
Проверено не мало пленочных конденсаторов, все они имеют резонансные горбы в диапазоне частот от 5 кГц до 12 кГц в зависимости от емкости и типа конденсатора. Все конденсаторы имеют индивидуальную характеристику амплитудно-фазовых искажений. Даже конденсаторы одной партии отличаются.
Попался среди новых пленочных конденсатор с внутренним браком, амплитудно-фазовая характеристика развалена, а емкость показывает в пределах нормы.
Родилось еще одно применение для метода измерения амплитудно-фазовых искажений.

[vladhv]

Сергей
Нет ли в Вашем распоряжении конденсаторов К75-10, интересны их характеристики, измеренные этим методом.

[wert]

К75-10, интересны их характеристики, измеренные этим методом.

Амплитудно-фазовые характеристики конденсаторов одного типа с разными номиналами емкости и рабочим напряжением отличаются.
С какой емкостью и напряжением конденсаторы Вас интересуют?
Цилиндрический или прямоугольный корпус?
Аксиальный или лепестковый вывод?

[киса]

На характеристике в районе 8 кГц проявляются резонансные свойства конденсатора, искажения резко падают с - 145 дБ до - 175 дБ, с плавным выходом из резонанса к планке искажений уровня - 150 дБ в ВЧ диапазоне.

Если на резонансе искажения резко падают, то по логике вещей нужно городить конденсаторные батареи с разными номиналами и типами с максимальным количеством резонансных частот для получения минимальных искажений.

[vladhv]

Сергей.
Конкретно интересуют характеристики конденсаторов К75-10 ёмкостью 2,2 мкф и 10 мкф на 250 В цилиндрические с лепестками.

[wert]

К75-10 ёмкостью 2,2 мкф и 10 мкф на 250 В цилиндрические с лепестками.

Заказал такие конденсаторы,
измерю, выложу результаты.
А пока амплитудно фазовые искажения конденсатора Audiophiler MKP - CYCAP 33u 250V.
Искажения на частоте 100 Гц около -110 дБ,
фазовые шумы на уровне -170 дБ
паразитный резонанс на частоте 1,2 кГц
в ВЧ области искажения около -142 дБ.

Если на резонансе искажения резко падают, то по логике вещей нужно городить конденсаторные батареи с разными номиналами и типами с максимальным количеством резонансных частот для получения минимальных искажений.

Не совсем в этом уверен, пока не понятно при каком применении конденсатора как этот резонанс себя поведет.
Достаточно много типов конденсаторов не имеющих ярко выраженные паразитные резонансы, в сочетании с импедансом усилителя возможно это может быть лучшим вариантом.

Интересны отличия биполярного (рабочее 100 В) и пленочного (250 В) конденсаторов емкостью 22 u.
Пленочный конденсатор имеет на частоте 100 Гц искажения на 10 дБ меньше, паразитный резонанс примерно в той же частотной области как у биполярного, однако резонанс имеет значительно меньшую добротность, не так резко выражен как у биполярного. В ВЧ области пленочный конденсатор имеет уровень искажений на 7 дБ ниже.

[wert]

Выше в теме приводил расчет в МС 11 амплитудно-фазовых искажений резистивного делителя.
Модели резисторов были идеальные т.е. без реактивной компоненты.
Ошибка получалась на уровне -240 дБ.
Есть возможность измерить амплитудно-фазовые искажения реального резистивного делителя.
На рис. амплитудно-фазовые искажения резистивного делителя МЛТ 0,5 Вт 10 кОм/10 кОм.
Искажения на частоте 100 Гц составили -91 дБ, далее наблюдается спад до -95 дБ, что говорит о наличии не значительных нелинейных амплитудно-фазовых искажений резистивного делителя.
Начиная с частоты 13 кГц с ростом до 60 кГц наблюдаем повышение искажений до -80 дБ
и далее волнами до 100 кГц характеристика искажений держится уровня -85 дБ.