Гибридный усилитель - проект Zarathustra

[deemon]

Вот , наконец-то нарисовал схему своего гибридного усилителя . Вообще , я уж не раз замечал , что мне проще сделать схему , чем её нарисовать и выложить куда-нибудь Идея этой схемы возникла 10 лет назад - сначала я обнаружил прекрасные звуковые свойства лампы 6Э5П , а потом стал пробовать её с разными выходными каскадами . Я пробовал много чего , вплоть до ГМ-70 , и тогда же решил испытать свою давнюю идейку - сделать параллельный повторитель со смещением напряжением , чтобы устранить органически присущие классическому варианту недостатки , а именно ограничение по выходному току и довольно большие потери по напряжению выхода . Результат превзошёл все ожидания . Мнение о том , что такое смещение неминуемо приведёт к тепловой нестабильности каскада - оказалось совершенно неверным . Если обеспечить тепловую связь между мощными транзисторами и диодами в источнике смещения , то проблем нет никаких , а есть только преимущества . Ток выхода в таком каскаде теперь равен входному току каскада , умноженному на произведение усиления предвыходного и выходного транзисторов , и в данном случае может достигать 15 ампер , а выходной каскад , что интересно , может работать в режиме rail-to-rail , то есть практически до напряжения питания . Кроме того , из-за жёсткой связи переходов БЭ всех транзисторов значительно улучшается симметрия каскада на высоких частотах , так как устранена несимметрия токов заряда и разряда ёмкостей переходов при резких перепадах в сигнале . А это , кроме того , позволяет устранить "ступеньку" в классе АВ , и позволяет работать без ООС с малыми искажениями . Что положительно сказывается на звуке , понятное дело

Дальше я развивал эту идею , и сделал несколько разных версий такого усилителя , отличавшихся разными вариантами входного каскада SRPP на лампах 6Э5П и выходного каскада , в том числе был и вариант выхода в чистом классе А с током покоя до 4 ампер . Несмотря на различия , у всех этих усилителей характер звука похож , что и неудивительно - концепция-то одна . Пэтому я и назвал весь этот проект одним именем - Zarathustra . Почему именно так ? Наверно , потому что характер звука этого усилителя навёл меня на эту мысль .... но это , впрочем , уже "лирика"

Насчёт особенностей схемы . Во-первых , тут применено любопытное решение каскада SRPP на тетродах . Как видно из схемы , экранная сетка нижнего тетрода включена не на его анод , как это обычно делают , получая из тетрода триод , а на выход каскада . Это позволяет охватить каскад местной ООС , притом на экранную сетку . В результате - искажения каскада SRPP приближаются к таковым у триодного каскада , что улучшает его звук . Также снижается выходное сопротивление каскада . Далее , в выходном каскаде применено не обычное двуполярное включение питания , а "виртуальная средняя точка" на конденсаторах . Это решает сразу несколько проблем . Во-первых , исключает появление постоянного тока в цепи нагрузки , во-вторых , устраняет перезаряд ёмкостей питания от диодного моста при их несимметричном разряде сигналом . Это позволяет устранить очень неприятные импульсные искажения , возникающие при работе на большой мощности и на низких частотах ( ниже 50 герц ) . Кроме того , такое решение помогает устранить помехи из-за несимметрии половинок вторичной обмотки транса питания и диодов моста . А так как земля входного сигнала подключена на среднюю точку , то и сами кондёры питания оказываются как бы "исключены" из звуковой цепи , что уменьшает их влияние на качество звука .

И ещё один нюанс - подавление фона в цепях накала . Как видно из схемы - к накальным обмоткам подключены конденсаторы по 0,22 мкф . В отличие от известного способа - подачи смещение на накал от + питания , этот вариант позволяет максимально устранить фон . Дело в том , что в моём варианте токи утечки катод-накал заряжают эти конденсаторы до тех пор , пока они не зарядятся до оптимального напряжения , при котором токи эти обращаются в ноль . А ведь именно при таком напряжении и фон будет минимальным . Получается как бы "автосмещение" накала . Кроме того , благодаря этим конденсаторам переменное напряжение накала на выводах нити делается симметричным относительно земли схемы , что тоже устраняет фон , притом без отвода от середины обмотки накала . Получается и проще , и лучше .

Надеюсь , что по схеме всё будет понятно , на все вопросы с удовольствием отвечу .



P.S. Картинку перезагрузил заново - устранил ошибку в названии транзистора .

P.P.S. Ещё раз перезагрузил картинку , исправил напряжение питания на обмотке трансформатора - правильно 160 вольт .

[deemon]

А чем плохо, что такие разные резисторы получились?

Плохо тем , что мост получается разбалансированный ... а это чревато проникновением фона от выпрямителя , ну и "скачками" при включении .

Перемерял на ~110мА около 20 MJL1302 и MJL3281 — у всех PNP бета практически одинаковая ~120, и у всех NPN тоже одинаковая ~90. Их пока ещё не ставил, но подобрать NPN и PNP с одинаковой бетой я не смогу никак.

Ну , раз такая ситуация , и других транзисторов нет - надо решать вопрос с помощью резисторов . Я могу посоветовать уменьшить номиналы резисторов , с 30 ком до 20 ком - а потом уже их подбирать до точного баланса . Тогда и межкаскадный конденсатор надо будет увеличить с 2 мкф до 3 мкф , чтобы сохранить постоянную времени его перезаряда . Или , как вариант , поставить резисторы по 15 ком , и соответственно кондёр на 4 мкф . Вместо 3 можно , конечно , поставить близкий номинал 3,3 мкф , а вместо 4 - 4,7 мкф .

[fakel]

У меня трансформаторный каскад, и никаких проблем с постоянкой на выходе. И земли развязаны.

[mellowman]

Плохо тем , что мост получается разбалансированный ... а это чревато проникновением фона от выпрямителя , ну и "скачками" при включении .

Попробую с MJL*ами, в даташите нарисовано, что у них беты должны быть довольно близкие, может у меня из-за температуры или т.к. Vce = Vbe другие числа получились.

Сейчас к моей огромной радости — от ВК (с чип-и-диповскими тошибами) ни фона, ни шума нет вообще. Пока пробовал без УНа, вход напрямую к айфону/к земле. В принципе даже так уже вполне можно слушать

Ну , раз такая ситуация , и других транзисторов нет - надо решать вопрос с помощью резисторов . Я могу посоветовать уменьшить номиналы резисторов , с 30 ком до 20 ком - а потом уже их подбирать до точного баланса .

Уменьшать — чтобы быстрее выравнивалось питание? Я наоборот их увеличивал, чтобы "изолировать" помехи по питанию

[deemon]

У меня трансформаторный каскад, и никаких проблем с постоянкой на выходе. И земли развязаны.

Ну да , это конечно .... просто я-то хотел уйти и от транса , чтобы не надо было мотать , измерять АЧХ его , итд . ИМХО , проще найти хороший конденсатор , чем намотать хороший транс .

Уменьшать — чтобы быстрее выравнивалось питание? Я наоборот их увеличивал, чтобы "изолировать" помехи по питанию

Не , в этой схеме подавление помех от питания достигается не увеличением резисторов , а балансом моста . Идеальный же баланс бывает тогда , когда резисторы равны , кондёры в питании равны , и суммарный входной ток каскада равен нулю . Но , если усиление транзисторов предвыхода не равно - тогда их токи базы не могут , складываясь на входе с разным знаком , дать в сумме ноль - и тогда разностный ток , протекая по резисторам 30 ком , вызывает "перекос" питания - отсюда и движение динамика при включении , ну и несимметричное ограничение полуволн сигнала . А когда мы искусственно делаем резисторы разными ( увеличивая один или уменьшая другой ) , чтобы скомпенсировать этот разностный ток - тогда мы выравниваем каскад по постоянному току , но разбалансируем по переменному - и из-за этого может возрасти немного фон с выпрямителя . Конечно , у схемы есть хороший запас , так что работать оно всё равно будет .... но желательно , всё же - изначально стремиться к равенству резисторов . А когда мы их уменьшаем - то при том же разностном токе баз , мы можем не вносить столь сильное различие в резисторы - ну и тогда баланс меньше страдает , соответственно .

В принципе , например для серийного производства - можно было бы сделать специальный подстроечный резистор , для установки симметрии каскада по постоянному току - но это приведёт к усложнению схемы , введению туда ещё двух электролитов и нескольких резисторов .... в общем , я подумал , что если делать для себя - лучше подобрать транзисторы , это же всё равно один раз делается , да и проблем обычно не вызывает . Ну а если уж нет вариантов подобрать равные - тогда резисторы можно уменьшить примерно до 15 ком , меньше делать я бы не стал - тогда уже возрастает нагрузка на ламповый каскад , да и межкаскадный кондёр труднее будет найти хорошего качества , и притом с напряжением 400 вольт .

[fakel]

Ну а если уж нет вариантов подобрать равные - тогда резисторы можно уменьшить примерно до 15 ком , меньше делать я бы не стал - тогда уже возрастает нагрузка на ламповый каскад , да и межкаскадный кондёр труднее будет найти хорошего качества , и притом с напряжением 400 вольт .

Вольтодобавка примирит оба противоречия. Можно ставить низкоомные резики, не опасаясь перегрузки УНа.

[deemon]

Вольтодобавка примирит оба противоречия. Можно ставить низкоомные резики, не опасаясь перегрузки УНа.

Но это уже означает применение двух электролитов , влияющих на звук - что нежелательно . И ещё на них образуется ещё один полюс ФВЧ , что тоже нежелательно А тот вариант , про который я говорил - подразумевает использование двух электролитов , которые на звук не влияют - так как на них будут только фильтроваться 2 напряжения в несколько вольт , + и - , привязанных к выходу ВК - от которых можно запитать переменный резистор , и с его движка - подавать через резистор компенсирующий ток на вход ВК . Так делать можно , и проблем никаких это не даст - только немного усложнит схему ....

[mellowman]

Но , если усиление транзисторов предвыхода не равно - тогда их токи базы не могут , складываясь на входе с разным знаком , дать в сумме ноль - и тогда разностный ток , протекая по резисторам 30 ком , вызывает "перекос" питания - отсюда и движение динамика при включении , ну и несимметричное ограничение полуволн сигнала .

Вот когда были оба по 35к (33к нет), как раз не двигалось ничего. Я вообще подумал забыл где-то провод подсоединить, потому что включил питание и никаких изменений вообще, не хлопает, не греется, не шумит Вольтметром померял - работает. С разными резисторами появилось "ухание" (щелчок, но очень очень плавный) при включении.

Пару часов погонял усилитель на 2 динамика 8Ω параллельно, вход с айфона через повышающий транс, на комфортной громкости (я думаю 0.5Вт RMS), температура радиатора не больше 40 градусов, елё тёплый. Ток покоя немного подрос, потребление от батарейки сначала было около 85мА, потом стало 95. С платой диоды не получается прижимать транзисторами, как я делал на макете, надо будет их немного перекопать. Интересно, что после прогрева питание стало 16.7 — 19.6, т.е. надо уменьшать разницу резисторов

А когда мы искусственно делаем резисторы разными ( увеличивая один или уменьшая другой ) , чтобы скомпенсировать этот разностный ток - тогда мы выравниваем каскад по постоянному току , но разбалансируем по переменному - и из-за этого может возрасти немного фон с выпрямителя .

Теперь понятнее, спасибо!

Ну а если уж нет вариантов подобрать равные - тогда резисторы можно уменьшить примерно до 15 ком , меньше делать я бы не стал - тогда уже возрастает нагрузка на ламповый каскад , да и межкаскадный кондёр труднее будет найти хорошего качества , и притом с напряжением 400 вольт .

У меня пока транзисторный. Но сути не меняет. Кондёры в принципе можно 2 параллельно поставить.

ps. Спасибо за такие подробные описания. И за терпение — 6й год объяснять как 4 транзистора работают

[deemon]

Кстати , ещё один годный вариант - получать это напряжение ( и соответственно ток компенсации ) от батарейки , введя туда второй выпрямитель , обратной полярности .... пожалуй , это будет даже и выгоднее ...

[fakel]

Кстати , ещё один годный вариант - получать это напряжение ( и соответственно ток компенсации ) от батарейки , введя туда второй выпрямитель , обратной полярности .... пожалуй , это будет даже и выгоднее ...

Веришь, вчера про это подумал, но написать не успел - вырубили свет Гальваническая связь доп цепи по переменке с цепью балансировки - ОБЯЗАТЕЛЬНА! Компенсация будет даже лучше, чем если брать с вольтодобавку с выхода. Т.к. на эмиттерах драйверов напряжение ЗЧ ближе к их базам, поскольку Ку каждого повторителя <1.

---------- Сообщение добавлено 09:51 ---------- Предыдущее сообщение было 09:50 ----------

А тот вариант , про который я говорил - подразумевает использование двух электролитов , которые на звук не влияют - так как на них будут только фильтроваться 2 напряжения в несколько вольт , + и - , привязанных к выходу ВК - от которых можно запитать переменный резистор , и с его движка - подавать через резистор компенсирующий ток на вход ВК .

Так это и есть вольтодобавка!

[deemon]

Так это и есть вольтодобавка!

Похоже , но не совсем то ... всё-таки при вольтдобавке мы кондёры на основные резисторы ставим , а тут - отделяем их от сигнала ещё одним делителем на резисторах . И вот ещё , что я подумал - в том варианте , про который я говорил - надо параллельно электролитам включить стабилитроны . По двум причинам - чтобы вообще устранить влияние постоянной времени этих кондёров на инфразвуке , и потому , что ток базы , который мы компенсируем - пропорционален току покоя , а он-то у нас ведь стабильный ! Значит , и компенсация должна быть стабильной ....

Потом , вариант на батарейке .... там в принципе можно сделать источник стабильного , но регулируемого тока , хоть на транзисторах ... притом , если точно знать , что усиление NPN транзисторов меньше - то можно сделать генератор только вытекающего тока , что избавляет нас от необходимости делать минусовый источник питания . Решить проблему "малой кровью" , так сказать ... Фактически , для компенсации в данном случае , как у товарища mellowman - достаточно просто бросить от стабилизатора +5 вольт в батарейке регулируемый резистор на вход ВК , и это должно решить проблему

Величину резистора нетрудно посчитать .... скажем , если ток покоя 100 ма , а бета у транзисторов PNP - 120 , то ток базы будет 830 мка . Для NPN же , с усилением 90 - ток базы будет 1300 мка .... вычитаем и получаем разностный ток примерно 500 мка . Напряжение на резисторе компенсации будет 5-0,6=4,4 V , значит , резистор нужен порядка 8,8 ком . Значит , ставим последовательно резистор 4,7 ком и переменник на 10 ком , включённый реостатом , с +5 батарейки на вход каскада ..... и всё , проблема решена

[mellowman]

Величину резистора нетрудно посчитать .... скажем , если ток покоя 100 ма , а бета у транзисторов PNP - 120 , то ток базы будет 830 мка . Для NPN же , с усилением 90 - ток базы будет 1300 мка .... вычитаем и получаем разностный ток примерно 500 мка . Напряжение на резисторе компенсации будет 5-0,6=4,4 V , значит , резистор нужен порядка 8,8 ком . Значит , ставим последовательно резистор 4,7 ком и переменник на 10 ком , включённый реостатом , с +5 батарейки на вход каскада ..... и всё , проблема решена

Вечером попробую в деле

[fakel]

Потом , вариант на батарейке .... там в принципе можно сделать источник стабильного , но регулируемого тока , хоть на транзисторах ... притом , если точно знать , что усиление NPN транзисторов меньше - то можно сделать генератор только вытекающего тока , что избавляет нас от необходимости делать минусовый источник питания . Решить проблему "малой кровью" , так сказать ... Фактически , для компенсации в данном случае , как у товарища mellowman - достаточно просто бросить от стабилизатора +5 вольт в батарейке регулируемый резистор на вход ВК , и это должно решить проблему

Вот только действует этот ток отн. эмиттеров. Иными словами, транзистор для уравнивающего тока включен с ОЭ, за что в любом нормальном радиокружке бьют по рукам
http://digteh.ru/Sxemoteh/ShTrzKask/FiksTokBaz/

[mellowman]

Видимо надо будет перепробовать все комбинации транзисторов сейчас попробовал 2й канал с 2sa/2sc, резисторы в базах оба по 35.7k и напряжения 18.6 и 18.7 без доп. резисторов от батарейки на вход. Не совсем понимаю как это возможно, даташитах же явно разные графики для PNP и NPN, по моим измерениям все практически одинаковые в каждом типе проводимости

[deemon]

Вот только действует этот ток отн. эмиттеров. Иными словами, транзистор для уравнивающего тока включен с ОЭ, за что в любом нормальном радиокружке бьют по рукам
http://digteh.ru/Sxemoteh/ShTrzKask/FiksTokBaz/

Однако , у тебя в утверждении сразу две ошибки Во-первых , если компенсирующий ток берётся от идеального источника тока ( с бесконечным внутренним сопротивлением ) - то ему важно только , куда он втекает ( то есть , в базы предвыходников ) , и совершенно неважно , откуда он берётся , то есть куда "прицеплен" второй вывод источника . Ток в идеале может идти хоть "из бесконечности" .... реально можно его прицепить , например , хоть к напряжению +400 вольт - а оттуда ток уж сам как-нибудь доберётся до транзисторов предвыхода

А во-вторых , при конечном сопротивлении источника тока ( например как у нас , 8 ком ) второй вывод надо прицеплять именно к эмиттерам , замыкая контур тока через БЭ переходы - чтобы при изменении напряжения на входе ( и выходе ) ВК - величина этого тока не изменялась . Ведь ток покоя каскада не меняется от напряжения на входе , так ? Ну значит , токи баз не меняются , и компенсация не должна меняться - это же совершенно логично .... даже странно , что тут могут возникать какие-то "разночтения" , так сказать .

[Николай32]

Включил отдельно ВК при разомкнутом входе есть фон в колонках похоже 100гц, из-за чего может быть? грешу на трансы ТПП, при замыкании входа кондёром 2 мкф уменьшается но все равно слышно, в питании по 20000мкф

[fakel]

Во-первых , если компенсирующий ток берётся от идеального источника тока ( с бесконечным внутренним сопротивлением ) - то ему важно только , куда он втекает ( то есть , в базы предвыходников ) , и совершенно неважно , откуда он берётся , то есть куда "прицеплен" второй вывод источника . Ток в идеале может идти хоть "из бесконечности" .... реально можно его прицепить , например , хоть к напряжению +400 вольт - а оттуда ток уж сам как-нибудь доберётся до транзисторов предвыхода

Совершенно верно.

---------- Сообщение добавлено 21:50 ---------- Предыдущее сообщение было 21:48 ----------

А во-вторых , при конечном сопротивлении источника тока ( например как у нас , 8 ком ) второй вывод надо прицеплять именно к эмиттерам , замыкая контур тока через БЭ переходы - чтобы при изменении напряжения на входе ( и выходе ) ВК - величина этого тока не изменялась . Ведь ток покоя каскада не меняется от напряжения на входе , так ? Ну значит , токи баз не меняются , и компенсация не должна меняться - это же совершенно логично .... даже странно , что тут могут возникать какие-то "разночтения" , так сказать .

А вот тут не совсем. АС, подключенная к выходу, обладающая ОМИЧЕСКИМ сопротивлением будет играть роль эмиттерного резистора в эмиттерной стабилизации. http://digteh.ru/Sxemoteh/ShTrzKask/EmitStab/

---------- Сообщение добавлено 21:53 ---------- Предыдущее сообщение было 21:50 ----------

Отсюда вывод: током уравнивать нельзя, только напряжением, т.е. низкоомным источником (по постоянке!). А по переменке пусть он будет высокоомный. Отсюда приходим к необходимости введения конденсаторов вольтодобавки, без шунтирования их стабитронами

---------- Сообщение добавлено 21:59 ---------- Предыдущее сообщение было 21:53 ----------

Ведь ток покоя каскада не меняется от напряжения на входе , так ? Ну значит , токи баз не меняются

А температура?

---------- Сообщение добавлено 22:05 ---------- Предыдущее сообщение было 21:59 ----------

Включил отдельно ВК при разомкнутом входе есть фон в колонках похоже 100гц, из-за чего может быть? грешу на трансы ТПП, при замыкании входа кондёром 2 мкф уменьшается но все равно слышно, в питании по 20000мкф

Так и должно быть. В моей версии (трансформаторной) то же самое, пока не прогреется лампа. Поэтому перед запуском корочу вход транзисторной части на землю релюшкой

---------- Сообщение добавлено 22:08 ---------- Предыдущее сообщение было 22:05 ----------

Причина - база оборвана. Сопротивление по переменке к-э резко снижается, и динамик через оное оказывается подключенным к БП. Усилитель двухтактный и к-э плеч образуют мост вместе с выходными кондерами. Этот мост не сбалансирован.

[Николай32]

Понятно спасибо

[deemon]

Отсюда вывод: током уравнивать нельзя, только напряжением, т.е. низкоомным источником (по постоянке!). А по переменке пусть он будет высокоомный. Отсюда приходим к необходимости введения конденсаторов вольтодобавки, без шунтирования их стабитронами

Не , как раз вот это неверно - разницу токов баз на входе никак нельзя компенсировать напряжением .... как раз вот это приведёт к кривизне . А компенсировать ток током - совершенно нормально , посмотри хотя бы схему входного каскада ОУ OP177 , там как раз ток базы NPN транзистора дифкаскада компенсируется током PNP токового зеркала , отражающего ток базы второго NPN транзистора ( каскода ) ... ну а тут в ВК , что характерно - изначально ведь два разнополярных транзистора какбы компенсируют друг друга ( и никаких зеркал не надо ) , их токи вычитаются и должны давать в сумме ноль , ну а уже их разность - можно скомпенсировать током резистора , вдуваемым в эту же точку , относительно их же эмиттеров ( а батарейка ведь к их эмиттерам и подвешена ) .... при этом , если мы всё точно скомпенсируем - тогда результирующий ток входа ВК будет близок к нулю , и тогда можно резисторы 30 ком сделать равными , не перекашивая их для компенсации - что и даст наилучший баланс моста ВК .

А вот тут не совсем. АС, подключенная к выходу, обладающая ОМИЧЕСКИМ сопротивлением будет играть роль эмиттерного резистора в эмиттерной стабилизации. http://digteh.ru/Sxemoteh/ShTrzKask/EmitStab/

Так дело в том , что эффект компенсации в данном случае должен проявляться и вообще БЕЗ нагрузки . Её наличие ничего тут принципиально не меняет .

А температура?

Температура тут , это как бы эффект второго порядка - так как должна , теоретически , влиять на оба транзистора входа примерно одинаково - ну а мы компенсируем разность их базовых токов .

---------- Сообщение добавлено 00:29 ---------- Предыдущее сообщение было 00:17 ----------

Включил отдельно ВК при разомкнутом входе есть фон в колонках похоже 100гц, из-за чего может быть? грешу на трансы ТПП, при замыкании входа кондёром 2 мкф уменьшается но все равно слышно, в питании по 20000мкф

Так ведь , если баланс моста ВК не идеальный и фон проникает на вход каскада , то он и будет максимальным при отключении входа ВК от предварительного каскада . А когда каскад подключён ( лампы прогрелись ) - то конденсатор 2 мкф шунтирует вход , уменьшая проникающий туда фон , так и должно быть . Другое дело , что при хорошем балансе фон должен быть очень слабый - у меня , например , он не даёт проблем даже с чувствительными колонками .

[fakel]

Если не учитывать влияние температуры, тогда да - током лучше

[Николай32]

Так ведь , если баланс моста ВК не идеальный и фон проникает на вход каскада , то он и будет максимальным при отключении входа ВК от предварительного каскада . А когда каскад подключён ( лампы прогрелись ) - то конденсатор 2 мкф шунтирует вход , уменьшая проникающий туда фон , так и должно быть . Другое дело , что при хорошем балансе фон должен быть очень слабый - у меня , например , он не даёт проблем даже с чувствительными колонками .

Когда УН подключен и лампы прогреты фон еле слышно, и то когда ухо к сч динамику