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]

да, для меня информативнее все что ниже 100Гц ...

Большинство приборов от NI для звуковых приложений имеют нижний предел исследуемых частот в рамках заданной неопределенности около 3 Гц.
У меня приборы PCI 4461, USB 4431, В-423 покрывают 3,4 Гц с разной метрологической точностью, но достаточной для измерения характеристик усилителей и АС.

[Hennady]

Большинство приборов от NI для звуковых приложений имеют нижний предел исследуемых частот в рамках заданной неопределенности около 3 Гц.
У меня приборы PCI 4461, USB 4431, В-423 покрывают 3,4 Гц с разной метрологической точностью, но достаточной для измерения характеристик усилителей и АС.

отлично, так на какой частоте соответствует измеренное вами значение ГВЗ? или оно постоянно по всей полосе до частоты 3,4Гц?

[wert]

ГВЗ это групповое время задержки, т.е. для ряда частот в заданном диапазоне частот..
Но мало кого интересуют отклонения в микродрахмах линейных искажений амплитуды и фазы в звуковом диапазоне,
скорее интересны нелинейные искажения амплитуды и фазы.
Точно также и с ГВЗ.
Тесты которые я описал и показал касаются группы частот в заданных диапазонах,
но если интересен вопрос времени задержки отдельных синус сигналов в диапазоне частот, это легко можно посмотреть на всех описанных тестах.
Давайте модель своего усилителя можно глянуть что получится разными методами определения времени распространения сигнала,
в будущем можно глянуть на ваш усилитель и систему АС, но это позже, сейчас аврал в конце года.

[Hennady]

Давайте модель своего усилителя можно глянуть что получится разными методами определения времени распространения сигнала,
в будущем можно глянуть на ваш усилитель

Offтопик:
спасибо, было бы интересно

в будущем можно глянуть на ваш усилитель и систему АС, но это позже, сейчас аврал в конце года...

Offтопик:
да, также неспешно макет собираю - только я сначала в студии оттестирую, а потому уже можно будет и измерять

[wert]

так на какой частоте соответствует измеренное вами значение ГВЗ? или оно постоянно по всей полосе до частоты 3,4Гц?

При синусоидальном воздействии ГВЗ не значительно отличается от оцененного в районе рабочей точке в режиме АС.
А вот при импульсоподобном воздействии ГВЗ усилителя изменяется в больших пределах в зависимости от амплитуды и частотной плотности сигнала.
Например, ГВЗ для модели усилителя Misha88 определенное в АС, имеет значение около 70 нс в режиме УПТ, подьем ГВЗ наблюдается на первом полюсе.
А вот в режиме анализа переходных процессов ГВЗ первой гармоники импульсоподобного воздействия в зависимости от амплитуды
изменяется в пределах от 70 нс до 25 микро секунд.
Т.е. наблюдается нелинейное изменение ГВЗ в зависимости от амплитуды и частотной плотности воздействия.
Естественно в районе НЧ полюса усилителя ГВЗ имеет резкий подьем, описывая характеристику НЧ полюса.
Т.е. ГВЗ не постоянно в усилительном комплексе в звуковом диапазоне даже на уровне УНЧ,
а о нелинейности ГВЗ звуковой волны это отдельная большая тема
и уровень нелинейности ГВЗ сильно влияет на качественные характеристики звуковой волны и
соответственно на восприятие звука.

[misha88]

Например, ГВЗ для модели усилителя Misha88 определенное в АС, имеет значение около 70 нс в режиме УПТ, подьем ГВЗ наблюдается на первом полюсе. А вот в режиме анализа переходных процессов ГВЗ первой гармоники импульсоподобного воздействия в зависимости от амплитуды изменяется в пределах от 70 нс до 25 мс.

Насчёт 25 мс Вы уж совсем загнули, этого не может быть физически, если изначально было 70 нс. Паразитные ёмкости меняются относительно конденсаторов коррекции не намного, поэтому ГВЗ хоть и меняется от сигнала, но максимум в 2 раза, а не в 357000 раз, как утверждаете Вы. Вы явно делаете неправильную симуляцию, выложите пожалуйста файл Вашей симуляции ГВЗ, тогда будет ясно, где ошибка.

[wert]

Насчёт 25 мс Вы уж совсем загнули,

Не волнуйтесь так за свое детище, занимает достойное место среди лучших на ВЕГАЛАБ.
Благодарю что заметили описку, поправил в посте выше на 25 микро секунд.
Тест проводится для группы частот ограниченного по спектру меандра, это легко повторить самостоятельно.
Имеется ввиду 25 микро секунд изменения времени задержки в диапазоне мощности для первой гармоники меандра, это не плохой показатель,
остальные гармоники меандра имеют стабильное время задержки близко 70 нано секунд.

[wert]

Один из жестких тестов для модели или реального усилителя это стаккато аккорд на фортепиано.
причем глубокоосники в амплитудном спектре как давали тысячные доли процента искажений при синус воздействии,
так и при стаккато аккорде в амплитудном спектре искажения не значительно увеличиваются, и составляют сотые процента.
Но в комплексном амплитудно-фазовом выражении нормированного напряжения шибки, т.е. с учетом линейных и нелинейных искажений амплитуды и фазы напряжения,
искажения уже могут быть от единиц до десятков процентов.
Нелинейные амплитудно-фазовые искажения напряжения на выходе усилителя, т.е. без учета нулевой и первой гармоники, от десятых процента до единиц процента.
Протестировал доступные и интересные на мой взгляд на ВЕГАЛАБ модели усилителей.
Как правило усилитель в железе дает искажения в несколько раз выше чем в модели и искажения сильно зависят от взаимодействия усилителя и нагрузки,
в железе измерено по такой методике десятки усилителей, амплитудно-фазовые искажения усилителя на реальные музыкальные тесты на порядки выше,
чем нелинейные искажения при синус воздействии в амплитудном спектре.
Собственно представленные модели усилителей форума ВЕГАЛАБ также имеют тысячные доли процента и ниже нелинейные искажения при синус воздействии,
а что при воздействии музыкального сигнала?
можете оценить искажения по представленным рисункам.

[SAPR]

А вот в режиме анализа переходных процессов ГВЗ первой гармоники импульсоподобного воздействия в зависимости от амплитуды
изменяется в пределах от 70 нс до 25 микро секунд.
Т.е. наблюдается нелинейное изменение ГВЗ в зависимости от амплитуды и частотной плотности воздействия.

Запускал модернизированный вариант этого усилителя.
Ради интереса прогнал треугольник частотой от 10 кГц до 100 кГц, амплитуду на выходе менял от 1В до 25 В, нагрузка 8Ом, входной фильтр и дроссель на выходе были отключены. Задержка вершины треугольника на выходе относительно входа составила примерно 100 нс, причем не зависела ни от амплитуды, ни от частоты треугольника
При подключении входного фильтра с частотой среза 300 кГц вершина треугольника сгладилась, задержка составила 500 нс. И также была неизменна при изменении частоты от10кГц до 100 кГц и амплитуды 1 В ... 25 В. Более того, на частоте 50 кГц и амплитуде 15 В менял сопр. нагрузки от 2 Ом до 20 Ом. Задержка вершины стояла как вкопаная (100 нс без фильтра и 500 нс с фильтром).
Вопрос - и что я делаю не так, где конские изменения задержки до десятков мкс?

[wert]

Вопрос - и что я делаю не так, где конские изменения задержки до десятков мкс?

Треугольник это достаточно "гладкое" воздействие.
Возможно по этой причине сложно зафиксировать изменение времени задержки при минимальной и максимальной амплитуде воздействия.
Потом, модернизация может свести к минимуму девиацию времени задержки треугольника.
Анализ во временной области лучше проводить через функцию кросс корреляции, потому как не только вершина треугольника претерпевает изменение и тут важна интегральная оценка времени задержки всего сигнала.
Анализ времени задержки в частотной области дает возможность видеть девиацию каждой гармоники сигнала воздействия,
но на практике увидеть девиацию времени задержки в десятки нано секунд не просто, но можно,
изменения в микросекундах фиксируется легко.

Покажите модернизацию усилителя Misha88, я попытаюсь вечером провести эмуляцию.
Возможно модернизация модели усилителя приведет к резкому уменьшению девиации времени задержки первой гармоники меандра. Ведь на форуме достаточно усилителей где девиация времени задержки первой гармоники меандра имеет значение десятки нано секунд.

[SAPR]

Покажите модернизацию усилителя Misha88, я попытаюсь вечером провести эмуляцию.

А откуда он у меня? Я ссылку дал на свой усилитель. Усилитель от Misha88 Вы моделировали. И у Вас получилось изменение задержки в 357 (!) раз - чему я не верю.

Треугольник это достаточно "гладкое" воздействие.
Возможно по этой причине сложно зафиксировать изменение времени задержки при минимальной и максимальной амплитуде воздействия.

Треугольник 100 кГц это гладкое воздействие? Да музыкальный сигнал рядом не стоял, у меня цобель стал дымится . Ну и изменение задержки хорошо видно - понятно, с какой -то погрешностью. Пусть в 20 нс. Пусть даже в 50 нс (50 %). Но не в 350 раз.

[wert]

А откуда он у меня? Я ссылку дал на свой усилитель.

Ваш комментарий под анализом модели Misha88,
но не важно.
Модель Вашего усилителя имеется, вечером гляну что в эмуляции получается, результат выложу.
Можно и синус воздействие под сотни кило Герц загнать, не только цобель задымится.
Девиацию фазы, времени задержки я исследую при воздействии меандром с ограниченным спектром,
либо использую сглаженный радиоимпульс модулированный звуковым фрагментом,
т.е. методов эмуляции и измерений несколько
и все они показывают наличие девиации времени задержки и фазы в диапазоне выходной мощности,
уровень девиации усилителей очень разный, и это не означает ,
что модель имеет хорошие характеристики и усилитель в железе покажет подобное,
или наоборот. Многое зависит от схемотехники, реализации, нагрузки, испытательного сигнала.

[SAPR]

Девиацию фазы, времени задержки я исследую при воздействии меандром с ограниченным спектром,

А чем треугольник хуже? Тем более, что спектру музыкального сигнала ну очень далеко до спектра треугольника в 100 кГц (по жестокости воздействия на усилитель )

но на практике увидеть девиацию времени задержки в десятки нано секунд не просто, но можно,

Можно. Вот только зачем? Потратив кучу времени, выясню, что задержка гуляет на несколько нс. И что? Это всего лишь несколько процентов. Этого никто и не отрицает . Но это же не в десятки - сотни раз. Я специально показал фото с возросшей задержкой до 500 нс при подключении входного фнч с частотой среза в 300 кГц - что вполне соответствует ГВЗ такого фильтра. Откуда у Вас цифры в десятки мкс - я не понимаю. Это должно быть полное г..но, а не усилитель. И я не верю, что Misha88 сделал такое г...но . Значит с Вашей методикой что-то не в порядке.

[wert]

И я не верю, что Misha88 сделал такое г...но . Значит с Вашей методикой что-то не в порядке.

Уверен, Misha88 сделал хороший усилитель, а то что модель дала неадекватный результат при эмуляции экзотического параметра, так это модель с ее достоинствами и недостатками.
А претендовать на метод амплитудно-фазовой конверсии, на разностный метод
у меня даже после выпитой сегодня бутылки хорошего рома на корпоративе мысль такой радикальности не созреет.
Эти методы не мои и методики давно применяемые, может на ВЕГАЛАБ не так широко, но сути не меняет.
То что с моделью скорее не все в порядке, так это скорее всего,
но к моделям транзисторов и других элементов много претензий было и будет, в результате это может дать ошибочный результат.
Абсолютное большинство моделей усилителей дают амплитудно-временную конверсию в рамках десятков - сотен наносекунд,
в рамках общего времени задержки до одной микросекунды.
Выше показывал пример измерения в железе времени задержки по количеству задержанных сэмплов, в диапазоне выходной мощности усилителя Vincent 236,
что хорошо коррелирует с измерениями при помощи функции кросс корреляции, но это интегральные методы при помощи которых измеряется среднее время задержки сигнала.
Такие методы не дают достаточных сведений о задержке конкретных гармоник сигнала,
а вот FFT дает, обещал Ваш вариант модели усилителя, привожу

[misha88]

Эти методы не мои и методики давно применяемые

Хотелось бы ссылки на литературу с этой методикой, поскольку мне непонятен физический смысл выражения GD(FFTs(v(out))), которым Вы оперируете (у меня сомнение, что можно операторы GD и FFTs объединять).

Нелинейные амплитудно-фазовые искажения напряжения на выходе усилителя

Возможно в этой теме Вы это обсуждали, но мне не понятен термин амплитудно-фазовые искажения, я знаю про амплитудные искажения и фазовые искажения, может мои знания не полные, но по-моему их невозможно оценивать как единое целое, поэтому у меня пока сомнения в Вашей методике, хотелось бы каких-то математических доказательств.

[wert]

поскольку мне непонятен физический смысл выражения GD(FFTs(v(out)))

Физический смысл PH(FFT(v(out))) понятен? Фаза комплексных спектральных компонент.

GD(z) — групповая задержка (производная фазового сдвига по частоте),
где z=x+j*y

мне не понятен термин амплитудно-фазовые искажения, я знаю про амплитудные искажения и фазовые искажения, может мои знания не полные, но по-моему их невозможно оценивать как единое целое

В МС есть раздел Help, книжку Амелиных о возможностях МС можно полистать.
FFTS(V(OUT)) — прямое дискретное преобразование Фурье, промасштабированное таким образом, что
RE(FFTS(V(OUT))) вычисляет последовательность косинусных коэффициентов ряда,
IM(FFTS(V(OUT))) вычисляет последовательность синусных коэффициентов ряда.
FFTS(V(OUT)) вычисляет комплексные коэффициенты ряда (или совместно амплитудный и фазовый спектры).
Зная комплексный или амплитудно-фазовый спектр на входе и выходе усилителя, легко рассчитать комплексные или амплитудно-фазовые искажения.
Комплексные спектры широко используется в измерительной технике от NI, имеет целые разделы в LabView (почитайте там много информации об измерении комплексных, амплитудных, фазовых спектров, два последних вычисляются из комплексных спектров).
У меня написано не мало программ под различные приборы NI для измерения комплексных искажений.
Также измерения комплексных спектров мной реализованы в SignalEхpress, в теме много измерений показывал.
В тулките Sound and Vibration зашкал измерений по звуку, усилителям, реализуем Wavelet анализ с использованием в том числе комплексных спектров.
В тулките Advanced Signal Processing очень много адаптированных примеров анализа комплексных спектров, ГВЗ, Wavelet анализа и невероятное количество разной экзотики по измерению параметров усилителей, звука и проч...

GD(FFTs(V(OUT))) - время задержки нормированных комплексных спектральных компонент.
Обратите внимание на рисунок, приведено время задержки в малосигнальном анализе и анализе переходных процессов при минимальных амплитудах воздействия меандром, время задержки практически совпадает.
Добавлю панель прибора одной из написанных мной программ для измерения амплитудно-фазовых искажений
и комплексной передаточной функции усилителя,
последняя добавлена для оценки устойчивого состояния усилителя после ударного воздействия меандра,
отношение комплексных спектров можно анализировать от нулевой гармоники до 250 МГц.

[misha88]

GD(z) — групповая задержка (производная фазового сдвига по частоте)

Это определение верное и отсюда означает, что групповая задержка имеет смысл только для периодического сигнала, а Вы берёте GD(FFTs(V(OUT))) как время задержки нормированных комплексных спектральных компонент, но тут противоречия, GD это не время задержки, а изменение этого времени по частоте, плюс FFTs это спектр, а не периодический сигнал, именно поэтому сомнения в результатах данного выражения GD(FFTs(V(OUT))).

FFTS(V(OUT)) вычисляет комплексные коэффициенты ряда (или совместно амплитудный и фазовый спектры)

Комплексный спектр не даёт нужной информации, поскольку влияние на слух амплитудных и фазовых искажений значительно отличается, ведь если в одинаковом по модулю комплексном спектре бОльшая часть это амплитудные искажения, а меньшая это фазовые искажения, то звучание намного лучше, чем наоборот.

[wert]

групповая задержка имеет смысл только для периодического сигнала

FFTs(V(OUT)) имеет смысл только для периодического сигнала,
для непериодических сигналов требуется дорабатывать исходники по сигналу до выполнения условий Дирихле, опять же приводя сигнал до "кусочно" периодического.
Надеюсь вопрос снят.

Комплексный спектр не даёт нужной информации, поскольку влияние на слух амплитудных и фазовых искажений значительно отличается, ведь если в одинаковом по модулю комплексном спектре бОльшая часть это амплитудные искажения, а меньшая это фазовые искажения, то звучание намного лучше, чем наоборот.

Длинный хвост гармонических искажений не думаю что это лучше фазовых нелинейностей.
Особенно в глубокоосниках может быть ситуация с точностью до наоборот, амплитудные искажения мизерны, а фазовые как линейные так и нелинейные искажения могут быть заметными и значительно превышать амплитудные.
Поэтому часто предлагаю тройку для рассмотрения - амплитудно-фазовые искажения, амплитудные и фазовые отдельными графиками, с учетом линейных искажений или чистые нелинейности.

[misha88]

FFTs(V(OUT)) имеет смысл только для периодического сигнала

Да с FFTs(V(OUT)) проблем нет, а вот GD(FFTs(V(OUT))) напрягает, противоречит определениям. Я вот поискал в Гугле, ни в одной статье или книге не даёт такого выражения GD(FFTs(...)), поэтому и просил ссылки на литературу именно с таким выражением.

[wert]

Да с FFTs(V(OUT)) проблем нет, а вот GD(FFTs(V(OUT))) напрягает, противоречит определениям

C PH(FFTs(V(OUT))), RE(FFTs(V(OUT))), IM(FFTs(V(OUT))),
также функциями от FFT: harm, THD, THDN, IHD, FS, RES, IFT, СС, COH и многими другими,
ничего не смущает?
Я не вижу противоречий во всех приведенных функциях от FFT,
тем паче в режиме АС в частотной области определение времени задержки не вызывает сомнения ,
а в режиме анализа переходных процессов не восприятие,
тем более пример привел, где значения времени задержки на графиках в режимах АС и Transient практически совпадают.
Версия МС12 имеет предостережение или блокировку при не правильном использовании тех или иных функций и преобразований.
В дополнение посмотрите программную реализацию оценки времени задержки спектра в Advanced Signal Processing.