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]

а вот такой девайс http://geektimes.ru/post/194382/ ?

Для такой ценовой категории характеристики не плохие, но похоже приборчик не обкатан, риски нужно учесть при выборе.

Попытки автоматизировать процесс вычисления коэффициентов искажений по динамической АХ привели к выводу, что в одной точке коэффициент имеет мизерную информативность.
Считать нужно по возможно максимальному количеству точек.
Получается, что чем больше линия изгиба АХ, тем больше коэффициент искажений, понятно, при прямой линии искажения минимальны.
На рисунке представлена динамическая АХ двухтактного ЭП при трех токах покоя 13 мА, 100 мА, 1 А (цветами обозначены)
Минимальная длина линии АХ получилась при токе покоя 13 мА, коэффициент гармоник минимальный и составил Кг = 0,3%.
Средняя длина линии АХ получилась при токе покоя 100 мА, коэффициент гармоник средний и составил Кг = 0,38%.
Максимальная длина линии АХ получилась при токе покоя 1 А, коэффициент гармоник максимальный и составил Кг = 0,46%.

Получается, чем ближе к прямой линия АХ тем корректнее расчет по предложенной выше методике.
При большой кривизне линии АХ, нужно подумать как корректно считать, может у кого есть мысли по этому поводу?

[sherif]

осциллограф PCSU1000 в режиме анализатора спектра можно использовать до -60дб, дальше шумы.

В генератор PCGU1000 есть загрузка сигналов произвольной формы. Можно в текстовом редакторе редактировать или подготавливать файлы с помощью, например маткада или других программ.

[wert]

осциллограф PCSU1000 в режиме анализатора спектра можно использовать до -60 дБ, дальше шумы.

если без режима усреднения и накопления. то похоже шумы соответствуют АЦП 10 бит, получается прикидочно в среднем 6 дБ на разряд ( Дополнительно тут почитайте).
еще на децибел 10 можно улучшить за счет режима усреднения и накопления.
Но если каналы анализатора идентичны, тогда компенсационным методом можно уйти далеко вниз на шумовых и не только сигналах.

[wert]

Теперь мы свободно распознаем характер УНЧ по динамическим АХ.
Предлагаю посмотреть разницу между двумя ВК рис.1.
Четвертая схема - это всем знакомый ВК ЭП с ламповым звуком.
Пятая схема - ВК ЭП с линеаризованным выходным транзистором.
В линеаризованном ВК удалось снизить ток покоя до 740 мА при достаточно линейной АХ, спадающей справа налево как у ламповых каскадов.
В схеме 4 также есть тенденция спада АХ справа налево, но при значительно большей кривизне АХ и при большем токе покоя 1,2 А.
Кривизной АХ определяются индивидуальные гармоники искажений (IHD), в линеаризованном ВК они значительно ниже, преобладает вторая гармоника.
В схеме 4 IHD значительно выше, преобладает 3я гармоника.

Если в схеме 4 в эмиттер ГТ поставить не один, а 4 прямосмещенных транзистора (КТ817, КТ816 (перевернуть), тогда АХ выравнивается рис.2. Удается уменьшить ток покоя до 720 мА при том же размахе выходного напряжения, существенно уменьшается IHD. Ранее уже отмечал, с диодами Шотки такие вариации с гармониками как с прямосмещенными транзисторами, не получаются.
Многое зависит от индивидуальной настройки выходных каскадов, но общие тенденции по АХ хорошо просматриваются.

[wert]

По динамическим АХ, при отсутствии в схеме фазовых проблем, вопросы не возникают.
Хотя если внимательно посмотреть На линии АХ(рис. постом выше), видим есть раздвоение и не большой раскрыв АХ по краям при максимальных воздействиях.
Это говорит о присутствии импедансов и оказании влияния на исажения сигнала в установившемся состоянии схемы уже на 1 кГц.
Хотя мы знаем, что по стандартной методике на частоте 1 кГц УНЧи, как правило, имеют минимальный Кг.
И такое сравнение искажений динамической АХ и уровня Кг по стандартной методике (как постом выше) еще допустимо на частоте 1 кГц.
Если тест провести на частоте 10 кГц и выше (смотри рис.1 этого поста), тогда мы видим сильное раздвоение линий АХ и увеличенный раскрыв АХ по краям.
С ростом частоты эти искажения увеличиваются.
В этом случае стандартный Кг уже не может описать реальное состояние схемы и ее искажения.
В схеме 4 Кг вырос с 0,3 до 0,46%, а в схеме 5 Кг упал с 0,32% до 0,26%, т.е. в этом случае гармонические искажения не являются даже индикатором реального состояния.
В схемах 4, 5 на частоте 10 кГц уже в полный рост работают импедансы активных элементов, что приводит к увеличению в первую очередь коэффициента модуляции АХ (Км), а для глубокоосников и Кф.
С ростом модуляции увеличиваются все виды взаимной и перекрестной модуляции составляющих сложного сигнала, возникают динамические интермодуляции (позже посмотрим как это выглядит).
Вот тут каша образуется, деградирует звуковой образ, глубина сцены, прозрачность, ориентация обьектов.
Но, не волнуйтесь, в рассматриваемых ВК этот эффект минимален.
В глубокоосниках динамическая АХ на низких частотах еще поддается анализу, после 10 кГц как правило возникают проблемы, вылазят артефакты, шумы... в большинстве УНЧ, но не во всех.
Динамическая АХ очень чувствительный инструмент для анализа, позволяет найти скрытые проблемы (скрытые для других видов анализа) и вылизать любой УНЧ до "совершенства" (или выбросить в топку).
Поведение глубокоосников на динамической АХ рассмотрим чуть позже.
А сейчас на рис. 1 представлена динамическая АХ простейших ламповозвучащих ЭП, тест на частоте 10 кГц.
На рис. 2 пример, как можно управлять Км, в схеме 5 вместо входного BSS129 ставим MJE340 и картина с модуляцией АХ меняется в лучшую сторону, так можно найти лучший транзистор, режимы и схемное решение для конкретного применения.

[wert]

Снова поговорим о тонких материях.
Динамическая АХ глубокоосников.
Если глубокоосник недокорректирован, или имеются артефакты, или другие проблемы, то динамическую АХ сложно получить, тем более провести по ней анализ схемы.
Вниманию предлагается УНЧ Ланзар в котором отстутствуют серьезные проблемы.
Динамическая АХ представлена в четырех графиках, три из которых в одном масштабе.
Первый график динамической АХ снят на частоте воздействия 20 Гц, при частоте среза входной RC цепи 20 Гц.
Видим громадный раскрыв АХ, по которому даже сложно оценить Каф, прикидочно, очень приближенно получается около 4%, Кг по стандартной методике около 0,2% (получено на второй секунде)
Далее три графика для частот воздействия 20 Гц, 1кГц и 20 кГц, при частоте среза входной цепи 0,01 Гц.
Второй график. Для частоты 20 Гц, Кг=0,14%, т.е. мало отличается от первого графика, но Каф резко уменьшен, значение около 0,01%.
Третий график. Для частоты 1 кГц Каф имеет тысячные доли процента.
Четвертый график. Для частоты 20 кГц Каф = 0,03%

Это говорит о том, что:
- при частоте среза входной цепи 20 Гц по стандартному Кг все Ок, на самом деле искажения только на синусе частотой 20 Гц с учетом фазы около 4%.
И это облегченный, вариант, на сложном сигнале искажения внизу диапазона в такой ситуации могут достигать 20%!!!
- при частоте среза 0,01 Гц, внизу диапазона особых фазовых проблем нет, фазовые проблемы становятся заметными в верхней части диапазона в районе 10 кГц - 20 кГц, искажения растут с увеличением частоты, работают импедансы активных элементов.
Рисунки для наглядности представляю.

[wert]

Большинство из нас живут в мире собственных иллюзий.
Вот еще одна иллюзия - искажение амплитудно-фазового спектра сложного сигнала (рис.1).
Я бы очень гордился собственной иллюзией, если бы не было результатов в железе.
При помощи LabView и комплекса АУРИС удалось увидеть такие же графики на транзисторном ламповике (покажу чуть позже).
Ломаются все представления об искажениях, ранее созданные нашими иллюзиями.
И многие дебаты, почему Кг так хорош, а звук так плох, скорее найдут в таких эмуляциях и измерениях долгожданные ответы.

Добавлю тест по сходимости нового метода со стандартными методами определения гармоник и интермодуляций.
На рис.2 схема ВК ЭП с 6-ю парами выходных транзисторов.
Коэффициент гармоник в полосе частот достаточно низкий при амплитуде входного напряжения 30 В.
На частоте 16 кГц Кг составляет около 0,024%.
На рис.3 интермодуляционные искажения ВК, определены методом SMPTE.
При максимальной амплитуде испытательного сигнала искажения второго порядка около -120 дБ, третьего порядка около -90 дБ.
Т.е. искажения на синусе очень низки и оценка ВК стандартными способами дает отличный результат.
На рис.4 несколько графиков амплитудно-фазовых искажений сложного сигнала, состоящего из 6-ти синусоид с разными фазами.
График 1, это общая картина искажений тестового сигнала, искажения в процентах достигают 0,08%.
График 2, это искажения основного тона 16,5 кГц. Сам тон 16,5 кГц имеет мизерное искажение около 0,008%, это искажение динамической амплитудной характеристики ее наклон по частотной оси, но окружающие его интермодуляционные юбки НЧ составляющих тестового сигнала, на порядок больше - 0,08%.
График 3, вторая гармоника от основного тона 16,5 кГц. Уровень этой гармоники 0,017 %, и она замаскирована окружающими ее интермодами НЧ составляющих тестового сигнала, уровень интермодов достигает 0,028%.
График 4, третья гармоника основного тона 16,5 кГц, ее уровень 0,007%, третья гармоника также окружена массой интермодов, которые маскируют третью гармонику.
Теперь определим предложенным методом Кг для частоты 16,5 кГц. Кг = 0,017% + 0,007% = 0,024% .
Получили совпадение с Кг, определенным стандартным способом по амплитудному спектру. Но, получили полное не совпадение по интермодуляционным искажениям, стандартным способом Ки=0,003%, для метода определения амплитудно-фазовых искажений сложных сигналов интермодуляции от НЧ составляющих тестового сигнала на порядки выше и они полностью маскируют гармоники и интермодуляции основных тонов. Скорее и этим эффектом определяется разница звучаний усилителей.

[wert]

Подряд шестой подьем темы говорит об отсутствии интереса, либо не понимании проблематики измерения искажений сложных сигналов (понятно, проблематика совершенно нова). Надеюсь последнее.
Положа руку на сердце, я и сам нахожу все больше вопросов изучая различные участки искажений cпектра на комплексном уровне и многие вопросы пока не имеют однозначных ответов.
Эмуляция таких графиков это грандиозная находка, дающая возможность на новом уровне говорить не только о звуке, но и обо всем, что связано с преобразованием, усилением и передачей информации.
Практическая реализация таких измерений потребовала использования АЦП и цифрового генератора сложных сигналов, (мой домашний комплекс АУРИС).
Математику на лету удалось реализовать через мощнейший прикладной программный продукт LabView.
Кто-то из форумчан соркастически оценил возможность АЦП 12 бит применимо для частотного анализа.
Я применил компенсационный метод спектрального анализа (не знаю, применяют такой на практике или нет, не встречал) и удалось получить вместо - 60 дБ, аж -112 дБ для диапазона выше 150 Гц, и на 20 Гц -90дБ. Калибровка проведена на коррелированном шуме. рис.1
На рис. 2 собственно реализация измерения амплитудно-фазовых искажений сложного сигнала, не подкрепленного снизу коррелированным шумом, поэтому чувствительность не так высока, как при калибровке, но вполне достаточна для проведения измерения и оценки искажений спектра (искажения в процентах).
Сложный сигнал состоит из двух синусоид 8 кГц и 12 кГц с разными фазами, с собственными гармониками преобразования до -40 дБ.
В результате мы видим амплитудно-фазовые искажения основных тонов, их гармоники, суммарные и разностные интермоды.
Также в спектре искажений появились доселе неизвестные (может малоизвестные) искажения от суммы искажений основных тонов и их суммарных интермодов.
На графике пост 687 подписаны искажения для распознавания.
Все искажения, которые наблюдаем в живом графике (второй рис этого поста), все есть в симулированном МС графике (пост 687).
Рассмотрен кусочек спектра. И так он интересен и информативен при действии только двух частот.
Просто сказки творятся в низкочастотной части, реакция искажений на разделительные конденсаторы, конденсаторы блока питания.
Пока не показал в железе интермодуляции искажений основных тонов с НЧ тонами, и гармоник с НЧ тонами, на эмуляции (пост 687) правый график дает представление о такой сложной интермодуляции.
В целом амплитудно-фазовые искажения очень сложны по структуре и на порядки превышают Кг в глубокоосниках.
Позже увидим и в эмуляции и железе.
Примененный метод измерения на уровне амплитудного и фазового спектра позволяет оценить искажения любых элементов, конденсаторов, выходных RL барьеров, интеграторов, цепей коррекции, обратных связей, цепей усиления и преобразования электрических сигналов, линий передач до нагрузки, акусто-электрических и электро-акустических преобразователей, акустическую обстановку в любой точке прослушивания и много другое. И наконец освоен метод измерения искажений сигналов любой сложности.
Рисунки панели прибора прикрепляю.
На первом рис. калибровка прибора на коррелированном шуме.
На втором рис амплитудно-фазовые искажения реального "транзисторного ламповика".

[киса]

Подряд шестой подъём темы говорит об отсутствии интереса, либо не понимании проблематики измерения искажений сложных сигналов. Надеюсь последнее.

Интерес есть, только не все (я в том числе)могут до конца понять как применить столь мощный мат. аппарат. Мы можем просчитать всё, но я не совсем понял данные картинки это результат измерений или моделирования. Пишите. С уважением, Юрий.

[hippo64]

как применить столь мощный мат. аппарат

Есть еще один момент, очень многие из присутствующих имели и имеют дело с матмоделированием, необязательно в области усиления электрических сигналов, и все, кто это дело имеют, прекрасно знают и о множестве условий, и, в том числе, о погрешностях, которые могут быть выше результата, авторы же этот вопрос стыдливо замалчивают, типа само самой образуется. Я уже в который раз молчу о причинно зависимой связи между весёлыми картинками и физиологическим восприятием человека. Вырванный из окружающего мира кусок не может быть отражением реальности. Да и применение методов исследования для пресловутых нестационарных сигналов весьма сомнительно. Не стоит забывать, что все рассматриваемые решения делаются для звука, а не сферического коня, летящего прямолинейно и равномерно в вакууме. Лично для меня все выкладки и предположения в топике весьма сомнительны. Боюсь, для звука тоже. Один единственный музыкант с деревянным футляром и струнами из жил все эти выкладки убивает напрочь.

И для чего Хуану сомбреро?

[wert]

я не совсем понял данные картинки это результат измерений или моделирования.

Благодарю за вопрос.
Это реальные измерения на "транзисторном ламповике".
В 687 посте амплитудно-фазовые искажения спектра сложного сигнала, полученные в МС.
Пост 688 амплитудно-фазовые искажения спектра сложного сигнала, полученные на реальном обьекте.
Графики совпадают по структуре искажений и отражают состояние исследуемых обьектов на комплексном уровне.

[Зёбра_]

либо не понимании проблематики измерения искажений сложных сигналов

Спектралаб еще не совсем освоил, а тут такие страшные картинки.

Макет "терзаю" потихоньку, спалил два комплекта транзисторов. При максимальном сигнале ( до ограничения ) и манипуляциях с током до 1А, первые выстреливают 4хКТ816.

[hippo64]

Графики совпадают по структуре искажений и отражают состояние исследуемых обьектов на комплексном уровне.

Влияние лунного света на рост телеграфных столбов в Бразилии.

[киса]

hippo64, Ну не надо так нападать. Человек ищет где реалии совпадают с моделями. Одно это вызывает уважение. Это не крик: "Делай как я и будет Вам счастье!"
Я сам несколько поостыл к моделированию, так как не один месяц потраченный мной в МС-8 перечеркнул один простой эксперимент с цифровым кабелем. По нему идут нули и единицы от проигрывателя CD к ЦАПу и вот меняю начало и конец у абсолютно симметричного кабеля и слышу на своём повторителе и не я один, что звук изменился.

wert, Вам благодарность. Ваш труд не пропадёт даром. Вы научитесь сами и научите других как правильно прогнозировать голос будущего усилителя. Пишите. С уважением, Юрий.

[hippo64]

Ребяты, розовые очки до добра не доводят, можно очень долго и логично выстраивать псевдотеорию, если у неё нет жесткого основания всё бесполезно.

---------- Сообщение добавлено 19.30 ---------- Предыдущее сообщение было 19.16 ----------

и слышу на своём повторителе и не я один, что звук изменился

как только вы перестанете видеть процесс замены, исчезнет волшебство. Нет волшебства, кроме как в воспаленных мозгах. Когда предлагается мерить ушами звук, делать это надо тоже правильно.

[Анатоль]

на рис. 1

Если возможно, пожалуйста, здесь или в личку, выложите cir,
чёта у меня или модели не те или лыжи ...

[wert]

Если возможно, пожалуйста, здесь или в личку, выложите cir

В формате cir МС11.
Если вопросы возникнут, с удовольствием поясню.

[duty]

Я далек от моделирования. А попробуйте промоделировать хорошо, по ламповому, звучащий цирклотрон Нагорного. Что скажут графики. Звучит он очень неплохо. Спасибо.

[Анатоль]

Спасибо!
МС11 Transient : Matrix is singular
Сётаки лыжи ...

[wert]

МС11 Transient : Matrix is singular
Сётаки лыжи ...

Система ругается, много входов в одной точке.
Не беда, степом можно выровнять, либо лишнее удалить

---------- Сообщение добавлено 21.01 ---------- Предыдущее сообщение было 20.40 ----------

МС11 Transient : Matrix is singular

Попробуйте этот файлик
Эмуляция проводится на отрезке 1,95 - 2 сек.
Не все машинки справляются, у меня комп сильный и памяти вал, не замечаю проблем.