Усилитель просто с высокими параметрами

[krulfa]

Собственно, сабж. В модели показывал THD около 0.0002% на 20К, 50Вт и 8 Ом.

Выход без реле, поэтому стоит отсекатель на полевых транзисторах. Левее - схема автоматического регулирования тока покоя с кучей транзисторов. Ну а еще левее - собственно усилитель. Коэффициент усиления - 37 дБ, предназначается, чтобы подключать к источнику просто через регулятор громкости. Так и сделано на шасси усилителя Одиссей-010. Глубина ООС на 20 кГц ~73 дБ расчетная.

Избыточность схемотехники есть, задача ставилась, чтобы просто заработало с первоначальной идеей и в той печатной плате, которая была когда-то заказана.

Еще есть стабилизатор напряжения +-37В с плавным включением, стаблизатор на +-60В и схема управления, но к усилителю это не сильно относится.

При прослушивании были успешно переиграны Cambridge Audio Azur 840 и семиканальный Arcam, по внешнему виду, кажется, P777, может быть, предыдущая модель. Источником был небезызвестный CD-плеер Arcam с Ring DAC, колонки Monitor Audio Gold.

Сейчас интересно послушать и сравнить с чем-нибудь еще.

Хронология создания:
Начало в 2005 году - первое моделирование, выбор элементной базы.
Январь 2006 - первый макет. Простой ВК, простой дифкаскад на ПТ. Расчетный КНИ 0.02% на 20 кГц. Макет звучал хорошо и объемно, что сохранилось и впоследствии. Принято решение добавлять усилитель тока на Т3 Т6.
Лето 2006 - готова модель с усилителем тока.
Зима-весна 2007 - начались эксперименты с моделью ВК в классе Super A. Цепь L1 L2 R44 R38 приобрела свои очертания. THD 0.0033%.
Июнь 2007 - совмещенный каскад SuperA и АВ моделирует THD 0.0006%
Август 2007 - появилась схема автоматического регулирования тока покоя. Схема приобрела рабочие очертания.
Лето 2007 - разводка и изготовление основной ПП.
Зима 2008 - сборка одного канала.
Весна 2008 - началась отладка, проверка моделей. Схема управления током покоя переделана с транзисторов на TL431. При нормальной работоспособности на малом сигнале остался один мощный возбуд на большом сигнале, причина которого неясна.
Апрель 2008 - смоделирована зависимость КНИ от тока покоя и эмиттерных резисторов. Найден минимум, который показал несостоятельность совмещения Super A и АВ. Переделано на AB, THD 0.0002%
Октябрь 2008 - найдена причина возбудов ВК. Добавлен двухступенчатый ограничитель D9 D10 D8 D12 LED3 LED4. ВСЕ! ПАШЕТ!!!
Ноябрь 2008 - усилитель собран в корпус и начал эксплуатироваться.
Декабрь 2008 - первое прослушивание (сравнение с Arcam и СА).
Начало 2009 - первые измерения THD (0.002% - 0.007%). Попытка уточнить модели и найти расходжения.
Лето-осень 2009 - усложненная перспективная модель показала 0.00002% на 20 кГц.
Ноябрь 2009 - устранение синфазных подвозбудов, улучшение тепловой стабильности тока покоя, правка входного каскада.
Декабрь 2009 - переделка входных цепей.
Январь 2010 - второе прослушивание.
Февраль 2010 - замена БП.
Март 2010 - попытка улучшить КНИ путем замены каскада УН на биполярный Шиклай и включения плавающего каскода во входном каскаде.
Май 2010 - третье прослушивание прослушивание показало проблемы с объемом звучания. Вернулся к первоначальной схеме входного каскада без плавающего каскода, заменил УН на составной источник тока. Убраны все "железяки" из путей прохождения сигнала на выходные клеммы. Результат - звук супероткрытый, эмоциональное впечатление перестало зависеть от уровня громкости.
Июнь 2010 года. Измерил КНИ, график и некоторые спектры приложены: правый канал 3 кГц под нагрузкой 50 Вт (0.00071%) и без нагрузки (0.00046%), правый канал IMD 14+15 кГц (0.00022%) и левый канал на 50 гЦ, чтобы посмотреть очаровательную гребенку помех от БП (0.0032% из-за этого).
P.S. Спектры не показывают реальный КНИ; так как использовалась измерительная приставка, их нужно читать: уровни гармоник и шумовую полку уменьшать на 24 дБ, т.к. уровень основной гармоники около -16 дБ
19.06 Вернул обратно следящий каскод входного ДК, но по другой схеме - звучит лучше.
17.07 Усилитель получил имя - Mont Blanc (или Монблан по-русски) по имени высочайшей горы Европы, находящейся в Альпах.
24.10.10 Уменьшил индуктивность выходного дросселя, добавил цепь Цобеля, изменил включение снабберной цепочки в ВК. Прослушивание выявило значительное влияние на звук процессов внутри БП, поэтому дальнейшие работа по доводке данного экземпляра усилителя прекращаются.


Жертвы:
Два стабилитрона на 6.8В, один на 15В и одна TL431 (два КЗ щупом по питанию и неправильный монтаж). Один 2705 и 315 (сгорели при КЗ щупом в схеме управления током покоя). Резистор на 1 Ом (погиб при испытании схемы защиты). Два транзистора в стабе 37В (КЗ крышкой уся на корпус при надевании). Транзистор управления реле сигнала (КЗ на выходе). Два BS250 в разное время в одном месте (причина неясна, возможно КЗ щупом). LED4 (перегрелся после выхода BS250). Резистор на 3 Ом (погиб при просмотре формы тока нового транса). Последнее КЗ соплей припоя унесло T14, а вместе с ним - и весь стаб на -60В, что меня удивило, так как последний был защищен самовосстанавливающимся предохранителем.

Федор Круль.

[Валет]

Ваше ИМХО к сожалению не совпадает с реалиями жизни

Offтопик:
Да, я понял это уже после того, как отправил вопрос. Действительно, на падающем участке передаточной функции интегрирующей RC-цепи задержка синусоидального сигнала составляет четверть его периода и, следовательно, стремится к нулю с ростом частоты.
Ознакомился с Вашим усилителем. Я тоже делал УМЗЧ с подобной структурой. Она позволяет получить очень глубокую ООС даже при применении относительно низкочастотных транзисторов (у меня 818-819) и при этом обеспечить большой запас устойчивости (у меня при глубине ООС 80 дБ на частоте 20 кГц, усилитель нормально работает на этой частоте на ёмкость 2,2 мкФ). Для меня неожиданность, что УМЗЧ с этой структурой широко известен в узких кругах любителей аудио.

[krulfa]

Выяснил причину присутствия постоянки 20 мВ на входе одного из каналов. Выпаянные оттуда транзисторы 2SK117 при проверке с источником питания 17 В ничем подозрительным себя не проявили - ток затвора не превышал 0.4 нА.

Однако при проверке с максимально-допустимым напряжением на стоке в 50 В картина получилась совершенно иной - у всего остатка партии этих транзисторов ток затвора был зафиксирован в дипапзоне 0.5 - 1 мкА - рост на три порядка при у троении напряжения! При сопротивлении в цепи затвора в 1 мОм транзистор вообще не держал такое напряжение. Только со 100 кОм это становилось похоже на усилительный каскад.

Теперь понятно, почему токи потекли - в схеме рабочее напряжение было установлено 22-28 В.

P.S. Все полевики так себя ведут или только эти?

[Sagittarius]

Обязательно все с управляющим р-п-переходом, см. "Искусство схемотехники" Хилла и Хоровица, след. данные отн. к изд. 3-ему, стереотипному, Москва, Мир, 1986 г: гл. 6 "Полевые транзисторы", 6.09 "Утечка затвора", рис. 6.25. Вообще, хватило бы им 5...10 В Uси.

[krulfa]

Двигаюсь крохотными шагами, но в верном направлении. В поисках источника КНИ было выявлено плавающее сопротивление на переключателях П2K в одном канале 2-4 Ом и 150-200 Ом (!) в другом канале. В результате решительных действий из тракта был удален последний кусок тракта усилителя «Одиссей», старые разъемы и элементы коммутации.

Полевикам на входе было снижено напряжение до 9В, постоянка на входе пропала как класс. После всех упомянутых здесь и ранее переделок звук прочистился, «встал», улучшилась детальность, звук открытый, при этом слушать хочется при большей громкости, а звуковое давление ощущается меньше.

Параллельно была переделана на балансный вход схема измерений КНИ. С выхода усилителя сигнал снимается напрямую, а от входа усилителя – теперь балансным сигналом, так что разница потенциалов земель не мешает измерениям.

Чтобы получить на выходе измерительной схемы чистый «синус» без помех, были выявлены и отключены следующие источники помех (в порядке обнаружения): лампа дневного света с электронным балластом, тиристорный регулятор температуры паяльника, частотомер и блок питания ноутбука.

На полученные спектры уже можно смотреть (величины КНИ взвешены на ~40 дБ). Величина КНИ порядка 0.001% 0.002% (см. P.S.). С одной стороны, это не очень хорошо, так как примерно на 2 порядка больше расчетных цифр. С другой стороны, хорошо, что спектр почти не зависит от нагрузки. Что на холостом ходу, что на ~90 Вт на 4 Ом под недоброе гудение транса – картина идентична. Кажущееся уменьшение КНИ под нагрузкой объясняется тем, что разностный сигнал на выходе измерительной схемы увеличился, и искажения взвешиваются большей амплитудой сигнала. Косвенно можно оценить коэффициент демпфирования, который получается порядка 1800 900 (если я правильно считаю – сдвиг уровня 11.07 дБ против 12.38 дБ при взвешивании в 40 34 дБ).

Что не видно на фото, но было видно при снятии спектра под нагрузкой – подросли шестая и седьмая гармоники, причем их амплитуда медленно плавает вверх-вниз, из чего я делаю вывод, что это скорее интермодуляция с помехами от БП.

P.S. Ошибся в 2 раза в количестве вольт/дел, поэтому взвешивание около 34, а не 40 дБ.

[krulfa]

см. "Искусство схемотехники" Хилла и Хоровица, след. данные отн. к изд. 3-ему, стереотипному, Москва, Мир, 1986 г

Offтопик:
Спасибо за наводку, сейчас в ОЗОНЕ можно заказать новое переиздание 2009 года, что я и делаю.

[Валет]

Offтопик:
Спасибо за наводку, сейчас в ОЗОНЕ можно заказать новое переиздание 2009 года, что я и делаю.

Эту книгу издания 86г. можно скачать http://publ.lib.ru/ARCHIVES/H/HOROVI...,_Hill_U..html

[Prophetmaster]

На полученные спектры уже можно смотреть

Федор, мне по этим спектрам непонятно что и как смотреть.

[krulfa]

Федор, мне по этим спектрам непонятно что и как смотреть.

Видим: амплитуда 2 гармоники порядка -75 дБ. Пересчитываем:
+11 Дб (начальный сдвиг уровня) - 75 дБ - 34 дБ (частичная компенсация основной гармоники) = -98 дБ.

Надеюсь, такой уровень скоро будет в прошлом, так как источник повышенных "статических" искажений почти наверняка выявлен. При выходном напряжении 60Впп на истоках Q10 и Q8 присутствует нелинейное напряжение из-за эффекта модуляции длины канала очень существенной величины - порядка 50 мВпп для Q10 и около 180 мВпп (!) для Q8. Фото как для учебников. Исходя из реальных напряжений в схеме, напряжение сток-исток для Q8 опускается до 3-4 В и до 7-8 B для Q10. К сожалению, питание +- 65 В сделать на существующем БП не смог, есть только +- 53В, а этого это мало.

180 мВ - это страшно много, на пару порядков больше, чем напряжение ООС, снимаемое с R29. Как бы не боролись Q12 и Q11 (ради того Q11 и стоит!) с этим напряжением как с синфазной помехой, все равно это кривое напряжение приводится на вход. Так что можно считать, что с 0.002% текущего КНИ я еще легко отделался.

Умные люди скажут, что этого и следовало ожидать, не нужно было полевик включать по схеме с ОЗ. Но мне уж очень захотелось посмотреть и попробовать.

Как положительный итог, видна область применения для транзисторов 2SK215 и 2SJ79. Исходя из графиков, первые не рекомендуется использовать при напряжениях СИ менее 20-25, а вторые - 25-30 В. Так что привет авторам, у которых эти транзисторы работают от 15 В.

[Spammer]

БМ-2 НЕглядится в сабже

[Prophetmaster]

Видим: амплитуда 2 гармоники порядка -75 дБ. Пересчитываем:
+11 Дб (начальный сдвиг уровня) - 75 дБ - 34 дБ (частичная компенсация основной гармоники) = -98 дБ.

Теперь понятно

Умные люди скажут, что этого и следовало ожидать, не нужно было полевик включать по схеме с ОЗ. Но мне уж очень захотелось посмотреть и попробовать.

А если сделать включение полевика "по умному", то не факт, что с уменьшением Кг звук улучшится, может стать и хуже

[krulfa]

Сегодня у меня в гостях был Валет, и мы слушали и сравнивали свои усилители. Сигнал на выходе был выставлен приблизительно 4.7В, что соответствует мощности 2-4 Вт.

Сравнение осложнило то, что в усилителе Валета ступенчатая регулировка громкости и тембра, а темброблок не отключается.

Впечатления:
1. Усилитель krulfa звучал субъективно громче (плотнее) при одинаковом напряжении.
2. В усилителе krulfa оказалось больше баса. Прибавили одно деление тембра на усилителе Валета и разницу нивелировали, но как потом выяснилось - АЧХ в басу в таком положении приподнята.
3. В усилителе Валета оказалось больше "верха". Выбрать разницу регулятором тембра не удавалось - либо слишком много, либо слишком мало.

Чтобы безоговорочно признать победу или поражение какого-либо аппарата, мне не хватило "эталона", тем более, что "вертушка" далека от идеала. У обоих усилителей яркое, открытое, выразительное звучание. В сравнении:

Усилитель Валета:
Больше верха, больше детализации, больше "бронзы" в духовых. Однако "больше-лучше" воспринималось однозначно только на некоторых записях. Звук имеет незначительный эффект резкости, "рваности"звуковой волны на сложных пассажах.

Усилитель krulfa:
Смазанный и недостаточный верх, недостаток детализации. Менее яркий и выразительный звук в верхней середине. Больше плотности, точности, ощущения непрерывности звуковой волны и звукового давления, более естественные тембры. Лучше слияние баса с серединой.

Потом поставили усилители на "моно". То есть одну колонку к правому каналу одного усилителя, а вторую к правому каналу второго. "Моно" не получилось, играло почти как стерео - картинка размазанная. В сравнении выяснилось, что призвуки имеют тенденцию уезжать скорее в сторону усилителя Валета. Со стороны усилителя krulfa - провал, пустота, недостаток "верхов". Перемещение туда появлялось только тогда, когда убирался тембр ВЧ на усилителе Валета. Отсюда восприятие звука усилителя Валета как более "рваного" - там что-то то появляется, то исчезает.

Измерения КНИ усилителя Валета дали очень высокие результаты.
Полоса по уровню -3 дБ от 7 Гц до 78 кГц
С выходным напряжением 10,7 В, 1 кГц:
THD без нагрузки - 0,00052% (видны 2, 3, 4 гармоники)
THD на 8 Ом - 0,00029% (видны 3, 4 гармоники. 2 гармоника исчезла совсем)
THD на 4 Ом - 0,00074% (видно со 2 по 8 гармонику)

При том же размахе напряжения IMD 14+15 кГц:
Без нагрузки 0,00088%
На 4 Ом 0,00075%
Почему под нагрузкой меньше - у меня идей мало. Возможно, Шиклай в выходном каскаде лучше работает на больших токах, чем на токе покоя. То, что я ничего не перепутал - однозначно, так как под нагрузкой возрастает на несколько Дб шлейф из наводок от 50 Гц.

Уровень фона наводок 50 Гц -88 Дб, что намного больше любых искажений, вместе взятых.

Измерительную схему подключали на скорую руку и в измененном варианте, так как усилитель Валета - инвертирующий. Отсюда и возможные неточности.

Схему Валета я посмотрел, она мне понравилась и заслуживает и рассмотрения, и публикации. Я бы поставил ее в один ряд со сверхлинейником С. Агеева с поправкой на менее мощный выходной каскад - только по штуке 818-819 и питание ВК +-20В.

[Shurik]

Схему Валета я посмотрел, она мне понравилась и заслуживает и рассмотрения, и публикации

А нам посмотреть можно?
P.S. Вопрос к автору темы: если сравнительное прослушивание не выявило преимущество Вашей схемотехники, то, может быть, нет смысла так усложнять усилитель? Насколько оправдано применение такого большого колличества элементов, если преимущество в звуковом плане трудно определить, а устойчивость усилителя в целом можно победить только с Вашим набором приборов (довольно высокоточных и дорогих) и Вашим опытом инженера - схемотехника?
P.P.S. Поздравляю с выходом в свет Вашего творения!

[Валет]

При том же размахе напряжения IMD 14+15 кГц:
Без нагрузки 0,00088%
На 4 Ом 0,00075%
Почему под нагрузкой меньше - у меня идей мало. Возможно, Шиклай в выходном каскаде лучше работает на больших токах, чем на токе покоя. То, что я ничего не перепутал - однозначно, так как под нагрузкой возрастает на несколько Дб шлейф из наводок от 50 Гц.

Искажения от интермодуляции определяются как векторная сумма искажений всех каскадов усилитения, в т.ч. и темброблока. Поэтому, наверное, искажения интермодуляции в усилителе мощности все-таки растут, но при этом они в какой-то степени вычитаются из искажений, которые создает предварительный усилитель с темброблоком, т.к. они, ИМХО, не совпадают по фазе.

[kaskod]

Я наверное чего то не допонял , шум на картинках спектра -105 дб, немноговато ли ? Это прототип , как я понял, со сверхглубокой ООС. Может тут и хороший ОУ был бы в тему ?

Уровень фона наводок 50 Гц -88 Дб,

тоже не радует как то.

[Walter]

Валет, Вы б , батенька, схемку то показали

[antiluser]

только по штуке 818-819

Вот с басом и проблемы.

[Валет]

Валет, Вы б , батенька, схемку то показали

К сожалению, схема у меня в таком виде, что выложить ее нет никакой возможности. Это черновик. В ней много исправлений, и в точности ее я не уверен, т.к. занимался усилителем почти 10 лет назад. Но в нем важна скорее не принципиальная, а структурная схема, она определяет почти все. Структура УМЗЧ похожа на ZC-50 от Nick. Главные отличия вот какие.
В мощнике используется инвертирующее включение.
Цепи ООС на вход мощника и на вход операционника полностью независимы.
Не используются реле в цепях прохождения сигнала.
Ну и, естественно, в элементной базе. Я использовал отечественную элементную базу 70-80-х годов (что у меня было), при этом мощник собран на дискретных транзисторах по простейшей типовой схеме.
Но надо иметь в виду, что не все определяет схема. Очень важны также конструкция и монтаж. Для монтажа я сделал плату со штырями, а весь фольгированный слой использовал под общую шину, по которой проходят только моломощные сигнальные токи.
Если есть вопросы – отвечу. Но восстанавливать принципиальную схему по монтажу – уж лучше новую схему сварганить.

[Walter]

antiluser,
Мей би и да, мей би и сильно неочень.
Практически у всех УМ на НЧ глубина ООС под 100дБ.
Недостаток баса обычно обусловлен искажениями на СЧ

[Валет]

Вот с басом и проблемы.

Чепуха! С басом проблем нет. Но воспринимается тональный баланс в усилителях с очень малыми искажения так из-за того, что остальной диапазон ЗЧ слышен очень чисто и четко, и потому кажется громче.

[antiluser]

Walter, не знаю почему, но даже при глубокой ООС я замечал разницу от транзисторов в ОК, именно на низах.