Гибридный усилитель ROSA-HB1

[Alex Ground]

Доброе время суток!
Хочу представить схему гибридного усилителя с обратной связью во 2-ю сетку и выходным каскадом с малыми коммутационными искажениями на транзисторах одной проводимости.


Особенностью входной части схемы является применение маломощного пентода с динамической нагрузкой для получения максимального разомкнутого "виртуального" усиления, и перевод его в триодное включение подачей сигнала обратной связи с выхода усилителя во 2-ю сетку. Таким образом происходит линеаризация не только лампы, как в случае входной части на триоде, но и выходного каскада, а так же межкаскадного конденсатора.
Смещение лампы фиксированное, это позволяет избавиться от искажений катодного конденсатора который необходимо было бы применить в случае автоматического смещения.
Лампа применена 6Ж1П как не требующая высокого напряжения питания, достаточно линейная и распространенная, однако в силу возможности гибкой настройки схемы благодаря фикс.смещению, есть большой простор для экспериментов с различными лампами во входном каскаде.
Выходной каскад является идеей пользователя IDDQD

Скрытый текст

Вот нарисовал интересный ВК:


ВК охвачен ООС по току, чем достигается термостабильность. Входное сопротивление сопоставимо с тройкой ЭП (а значит такой ВК подходит для сверхлинейника). Само-собой, полевики можно параллелить (с добавлением истоковых резисторов). Ток драйвера (предвыходных биполяров) легко выставить в диапазоне 20 - 200 мА, что достаточно для прокачки емкостей нескольких пар выходных мосфетов. Выходное сопротивление с одной парой ~0.09 Ом. В биполярном варианте с током покоя 300 - 400 мА наблюдается эффект экономичного А - транзисторы открываются/закрываются плавно, коммутационные искажения на уровне шумов.

[свернуть]

Версия ВК на биполярных транзисторах меня заинтересовала своими малыми коммутационными искажениями, и хорошей линейностью, что особенно важно для усилителя с малой глубиной ОС. Ещё одной особенностью ВК является стабилизация тока покоя по датчику тока (резистору R29), что исключает необходимость в контроле температуры выходных транзисторов.
Схема ВК была доработана добавлением ещё одной ступени повторителя на входе, с целью увеличения входного сопротивления для работы ВК напрямую от пентода. Так же был доработан узел стабилизации тока покоя для снижения зависимости ТП от напряжения питания и температуры силового транзистора ГСТ, как результат ток покоя практически независим от напряжения питания усилителя и температуры выходных транзисторов . С эмиттера входной двойки повторителей берется сигнал для введения вольтдобавки в нагрузку пентода.
Напряжение "раскачки" выходных двоек выделяется на резисторах R18, R20, благодаря вольтдобавке на конденсаторе С16 переменное напряжение на R18 приложено между Б-Э верхней двойки, таким образом управление выходными двойками симметричное.

На плате предусмотрено место для установки "антизвонных" резисторов R27, R28 в базах выходных транзисторов, их необходимо устанавливать только в случае использования транзисторов более высокочастотных чем указаны в схеме, например при установке популярных транзисторов 2SC5200. В случае установки ВЧ транзисторов с малой бэтой (h21э<20) целесообразно в параллель базовым резисторам включить индуктивность порядка 0.33..0.47мкГн для улучшения коэффициента использования напряжения питания (снижения падения напряжения на резисторах в базах выходных транзисторов в рабочем диапазоне частот). В исходном варианте схемы, при применении рекомендуемых автором транзисторов следует установить на место R27, R28 перемычки.

При установке отличных от указанных на схеме выходных и предвыходных транзисторов ( более высокочастотных) для сохранения устойчивости усилителя может потребоваться установка конденсатора 100пФ 100В между коллектором и базой транзистора VT2

Рекомендуемый ток покоя ВК порядка 220...250мА. При таком токе покоя происходит резкое снижение коммутационных искажений, дальнейшее повышение тока покоя не приносит значительных улучшений.
За поддержанием нуля на выходе следит интегратор на ТЛ071, с его отрицательного плеча питания берется напряжение для регулятора смещения лампы.
Выход интегратора подключен на вход ВК через делитель в который заведена ПОС, для повышения входного сопротивления выходного каскада.

Между усилителем и нагрузкой обязательно необходимо использовать модуль защиты и задержки подключения АС

Модель MicroCap
rosa hb1.cir

Была разработана и собрана односторонняя печатная плата под изготовление ЛУТ.
СМД компоненты типоразмера 1206, ламповая панелька типа ПЛК7-1п, или ПЛК7-4к, посадочное место универсальное. Выходные транзисторы в ТО-247.
Габарит платы 58*76мм.

Файл платы усилителя в SprintLayout (+GERBER)
ROSA HB1 FULL.rar
Перечень комплектующих (parts list)
ROSA HB1 partlist.pdf

Так же товарищем Лепёхин В. была разработана двухсторонняя печатная плата для заводского изготовления, габариты платы 89*79мм.

Транзистор VT4 установлен TIP42 (TO-220) вместо BD140 (TO-126), что бы не устанавливать радиатор в тесном пространстве между конденсаторов (для TO-220 радиатор не обязателен)

Файл платы усилителя от тов. Лепёхин В. в SprintLayout (+GERBER)
ROSA HB1 Lepekhin.rar

Замеры и осциллограммы:
Клип 1кГц:

Меандр 1кГц:

Искажения на нагрузке 5 Ом при выходной мощности 1 Вт:
THD (1кГц)= 0.009%

Искажения на нагрузке 5 Ом при выходной мощности 10 Вт:
THD (1кГц)= 0.015%

*измерения проведены при стабилизации всех питающих напряжений

Простой блок питания со стабилизацией анодного напряжения и тока накала

Предлагаю вариант простого блока питания для данного усилителя.
Вложение 451852
Печатная плата
Габариты: 80*86 мм
Вложение 451854
Файл платы БП в SprintLayout
Вложение 451875

[свернуть]

[V_V_V]

Собрал усилитель. Выходные 2SC5200 Toshiba. При запуске возбуд 200 мВ 13,5 мГц, вылечил, как и советовали, конденсором К-Б VT2.

[Alex Ground]

Собрал усилитель. Выходные 2SC5200 Toshiba. При запуске возбуд 200 мВ 13,5 мГц, вылечил, как и советовали, конденсором К-Б VT2.

Поздравляю со сборкой
Резистор R5 необходимо заменить на перемычку, в первой версии схемы и соответственно первых версиях платы он был включен не корректно.
Какой ток покоя выставили, какое напряжение смещения у лампы?
Думаю для разных ламп могут отличаться замеры, но кажется результат можно улучшить. Я настраивал ток покоя до момента когда высшие гармоники спадают ( под нагрузкой), и ещё чуть больше, а после смещением лампы добивался минимума искажений (тоже под нагрузкой)

[V_V_V]

Какой ток покоя выставили, какое напряжение смещения у лампы?

Ток покоя 250 мА. Лампа работает в таком режиме: Up=159 V; Ua=115 V (выставил по минимуму искажений); Us=-2,55 V. Лампы 72 года с военной приемкой. Питание ВК 20 В, я еще не заказывал трансформатор(ы), определюсь после выбора корпуса и прослушивания. VT4 2SA1837, у него распиновка б-к-э, поэтому можно поставить "спиной" к краю платы и прикрепить к нему радиатор.

[Alex Ground]

Ток покоя 250 мА. Лампа работает в таком режиме: Up=159 V; Ua=115 V (выставил по минимуму искажений); Us=-2,55 V. Лампы 72 года с военной приемкой.

Пробовали снижать смещение до порядка -4..-4.3 В ? У меня происходит стабильное снижение искажений со снижением тока лампы, до определённого момента, после искажения перестают снижаться. Ua при этом соответственно в районе 140-150В.

определюсь после выбора корпуса и прослушивания

Интересно будет ваше впечатление от прослушивания

[V_V_V]

Пробовали снижать смещение до порядка -4..-4.3 В ?

Меняется, но не сильно.

[Alex Ground]

Меняется, но не сильно.

Что же, думаю для разных ламп могут быть разные результаты. Кстати меряете же в режиме с общей ОС ?
А R5 замените перемычкой, он может давать повышенный уровень фона и искажений из-за неправильного его включения на первых версиях.

P.S.: Ну и стоит отметить, что графики в шапке

*измерения проведены при стабилизации всех питающих напряжений

Однако не так давно снимал спектр усилителя в связке с простеньким нестабилизированным БП как на первой странице данной темы, получил такой результат при 40 Вт 5 Ом

[АБВГД]

Однако не так давно снимал спектр усилителя в связке с простеньким нестабилизированным БП как на первой странице данной темы, получил такой результат при 40 Вт 5 Ом

Это получается примерно 14 вольт на выходе усилителя?
А если измерить на выходе лампы, при том же напряжении на выходе усилителя? Интересно посмотреть спектр и искажения на выходе лампы.

[Alex Ground]

Это получается примерно 14 вольт на выходе усилителя?
А если измерить на выходе лампы, при том же напряжении на выходе усилителя? Интересно посмотреть спектр и искажения на выходе лампы.

Верно, 14В на выходе.
У меня усилитель работает в режиме с общей ОС (на плате перемычка), потому на выходе лампы будут предискажения для компенсации нелинейности выходного каскада ( уровень нелинейности будет выше, чем на выходе усилителя). Замерять искажения чисто лампы условно можно просто без нагрузки. Нелинейность выходного каскада будет пренебрежительно мала на холостом ходу.
Когда я производил замеры я видел результаты на ХХ, но график не сохранял, нет особого смысла в спектре искажений без нагрузки.
При напряжении соответствующем мощности 1 Вт спектр под нагрузкой и без помню что не отличался, порядка 0.007-0.009%
При напряжении соответствующем мощности 10 Вт без нагрузки было по памяти порядка 0.01%, при напряжении соответствующем мощности 40 Вт примерно 0.03-0.04% но могу легко ошибиться, записей не сохранилось.
Общая тенденция в том что примерно до 5...10Вт основной вклад искажений вносит каскад на лампе, выше уже становится заметен вклад выходного каскада.

[V_V_V]

Alex Ground, а Какие у Вас транзисторы на Выходе?

[Alex Ground]

Alex Ground, а Какие у Вас транзисторы на Выходе?

Tip3055 от ST.
А какой уровень искажений у вас на ХХ ( без нагрузки) ?
Замер на ХХ покажет откуда ноги у искажений растут, ведь на ХХ оконечник практически не вносит искажений. Если что под нагрузкой, что без нее искажения 0.05% на первом ватте мощности, значит они все возникают в каскаде на лампе

[V_V_V]

А какой уровень искажений у вас на ХХ ( без нагрузки) ?

На ХХ 0.04% , под нагрузкой 0.05% , при этом только 2-я -82db и третья -105 db ( на аноде 140). С другими лампами +- то же самое. Уменьшил R9 до 51 Ома, осталась одна вторая на уровне -95 дб, остальных нет.
Теперь на 10 вт - 0.07%

[Alex Ground]

На ХХ 0.04% , под нагрузкой 0.05% , при этом только 2-я -82db и третья -105 db ( на аноде 140). С другими лампами +- то же самое.

Значит выходной каскад практически не вносит вклад в искажения на этой мощности, у меня так же примерно до 5-10Вт вклад выходного каскада в искажения практически не заметен. Ваши 0.05% искажений вносит ламповый каскад, "ламповые гармоники", разве не для этого и собирают гибриды?

Уменьшил R9 до 51 Ома, осталась одна вторая на уровне -95 дб, остальных нет.
Теперь на 10 вт - 0.07%

Мне кажется это не плохой результат.

[АБВГД]

"ламповые гармоники", разве не для этого и собирают гибриды?

Гибриды собирают не из-за ламповых гармоник, а как вариант альтернативный ТВЗ. С ТВЗ не так всё просто, как думает большинство, это дорого. При прослушивании музыки обязательно нужна выходная мощность усилителя, когда его КНИ менее десятых долей процента и выше третьей гармоники ничего не должно быть. Получается, что анодное напряжение выходного каскада должно быть не 300 вольт, а раза в два выше.
С помощью лампы проще получить достаточное выходное напряжения с малым КНИ и без общей ООС в усилителе, далее на транзисторный усилитель тока, в этом случае вы получите реальный качественный звук. Звук будет не сжатым и плоским, а "живым", очень детальным, довольно близким к звучанию акустических музыкальных инструментов.

[antonluba]

выше третьей гармоники ничего не должно быть

Вы же видите, что ни одна ламповая схема этого не реализует.
"Ничего" - это сколько в граммах децибелах?

Звук будет не сжатым и плоским, а "живым", очень детальным, довольно близким к звучанию акустических музыкальных инструментов

Что нужно сделать, чтобы получить это на транзисторах?
Может, сделаете новую тему, давайте обсудим. Есть некоторые вопросы.

[Alex Ground]

малым КНИ и без общей ООС в усилителе, далее на транзисторный усилитель тока

Тут есть спорный момент касательного транзисторного усилителя тока. Что бы получить действительно линейный ВК у него должна быть собственная глубокая ООС, как пример гибрид YES в соседней ветке, но тогда имеется камень преткновения в вашей идее на этом пункте.

без общей ООС

Если же оконечник представляет собой просто повторитель, то разве что в реж.А. Ибо безООСный повторитель в режиме АВ вам сгенерирует гармоник высоких порядков которые не впишутся в это описание

выше третьей гармоники ничего не должно быть

В целом ваш посыл можно реализовать для структуры ламповый УН+ повторитель в реж.А или ЭА.
Усилитель в шапке может так работать и имеет для этого переключатель точки взятия ОС местная/общая.

[АБВГД]

Вы же видите, что ни одна ламповая схема этого не реализует.
"Ничего" - это сколько в граммах децибелах?

Нужно вводить регулируемую местную ООС в ламповый усилитель напряжения и регулировать ее на вкус. Примерно при -65-70дб второй гармоники уже не слышно искажений, третья должна быть ниже, а далее ничего.
На триоде обычно вторая, на пентоде третья присутствует. У меня есть гибрид для наушников, выше второй гармоники нет, играет очень детально и динамичный звук. так же есть фабричный гибридный усилитель мощности, но там транзисторная часть классическая, с общей ООС, играет заметно лучше транзисторных, но до лампового заметно не дотягивает.

[Alex Ground]

для наушников

Offтопик:
Для наушников прекрасно реализуется класс А и нет никаких проблем получить хорошую линейность даже без общей ООС, для АС если хотим более 5-10 Вт это уже становится сложнее и упираемся в выше упомянутые дилеммы

[АБВГД]

Для наушников прекрасно реализуется класс А и нет никаких проблем

Согласен, но напрямую к лампе наушники не подключите, нужен ТВЗ или гибрид. Я собирал чисто ламповые для наушников, результат не понравился, не понятно за что их хвалят, искажения очень хорошо слышны. Только может быть если на очень высокоомные наушники, 250-омные непригодны.

---------- Сообщение добавлено 22:52 ---------- Предыдущее сообщение было 22:37 ----------

Если же оконечник представляет собой просто повторитель, то разве что в реж.А. Ибо безООСный повторитель в режиме АВ вам сгенерирует гармоник высоких порядков которые не впишутся в это описание

Я почти собрал усилитель напряжения на лампах с местной регулируемой ООС, в качестве усилителя тока хочу использовать эмиттерные повторители от промышленного усилителя. 15 ватт, для прослушивания музыки, вполне достаточно для акустики 8ом, с чувствительностью 90дб, но только вторая гармоника должна быть на уровне -70дб и выше третьей ничего. Как соберу, тогда будет ясен результат, оценю звук. Предварительно эксперименты проводил, но с меньшим выходным напряжением.

[LepekhinV]

Резистор R5 необходимо заменить на перемычку,

Алексей, как я понял, разделение земель не нужно? Тогда всё просто: подключаем сигнальный кабель к крайним выводам входного разъёма. R5 не ставим. Так?

[Alex Ground]

Алексей, как я понял, разделение земель не нужно? Тогда всё просто: подключаем сигнальный кабель к крайним выводам входного разъёма. R5 не ставим. Так?

Разделение земель желательно, позволяет более грамотно развести землю при питании от общего БП, в схеме и в плате в шапке сейчас все верно. Но в первом варианте схемы я ошибся и разделил землю не в том месте, что может привести к проникновению фона на вход усилителя в виде падения напряжения на резисторе R5 между сигнальной и силовой землей (он по ошибке был включен последовательно между землей источника сигнала и катодом, то есть падение на нем складывалось со входным сигналом).
К сожалению я обнаружил ошибку только собрав оба канала включив их от общего блока питания.
Так как на уже изготовленных ранее Ваших платах разрезать дорожки для переделки на верный вариант несколько затруднительно ( хотя в принципе можно сделать, для этого нужно катод лампы и "+" С3 перенести на сигнальную землю, отделив их от общего полигона земли), то допустимо не разделять земли заменив резистор перемычкой ( что бы на нем не выделялось напряжение помехи).

---------- Сообщение добавлено 23:21 ---------- Предыдущее сообщение было 23:05 ----------

в качестве усилителя тока хочу использовать эмиттерные повторители от промышленного усилителя.

Offтопик:
рекомендую посмотреть в сторону повторителя со стабилизацией тока ( управляемым ГСТ) от тов.Семигора, правда в исходной схеме есть небольшой недостаток, что нижнее плече может запираться, но это можно исправить . Я сейчас подумываю над ушным усилителем в реж.А со стабилизацией тока по мотивам выше упомянутой конструкции, выложил бы на форум, нет случайно темы на форуме об этом повторителе?