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 можно для AD8011 выложить картинки по искажениям амплитудной характеристики?

Андрей!
вышлите Ваш файлик, я постараюсь настроить и выложу результат.
УНЧ имеет АФИ настолько малого уровня, что в формуле коэффициент передачи нужно выставлять до 6 знаков после запятой.

Пришла мысль попытаться уменьшить стандартный АФИ ОУ за счет схемотехнических изощрений.
Для стандартных ОУ по структуре VFA поиски не привели к уменьшению заложенных в ОУ АФИ.
А вот для ОУ по структуре CFA такое решение удалось найти.
Практически АФИ можно уменьшить почти до нуля. Как всегда минимум АФИ приходится выбирать компромиссом между многими параметрами -
в первую очередь устойчивость ОУ, затем нелинейные искажения и величина фронтального выброса на импульсе.
ОУ по структуре CFA имеет три основных элемента:
- входной усилитель с коэф передачи = 1,
большим входным и малым выходным сопротивлением, его вход и выход это входа ОУ + и -
- преобразователь ток - напряжение (в том числе выполняет роль УН)
- выходной каскад.

Решение в регулировке или уменьшении АФИ - подключение конденсатора между выходом ОУ и входом ОУ "-".
Правда при этом резистор общей ОС не должен быть подключен к выходу ОУ.
В Гумеля подобной схеме это легко реализовать

на рис. усилитель для наушников с ОУ AD8011.
В стандартной схеме см посты выше, достигнут минимально возможный АФИ = 0,016%
введя конденсатор Cg = 100 pF, удалось уменьшить АФи до невероятно низкого уровня, 3-4 знаки после запятой!
Такая находка может быть исключительно полезной, где важны параметры искажений дифференциальной фазы и дифференциального усиления.
(я уже знаю, для звука такие параметры ключевые , а реализовать их можно через АФИ).

[vladimir sim]

Wert, точно такое же решение я использую в композитнике АD 844+ токовый конвейер. Эту штуку придумал небезызвестный Хауксфорд и именно для стабилизации мгновенной фазы в i-v конверторе в ЦАП.

---------- Сообщение добавлено 02:10 ---------- Предыдущее сообщение было 02:08 ----------

Правда ,там есть одно ограничение, петлевое усиление на постоянном токе более 115дб.

---------- Сообщение добавлено 02:14 ---------- Предыдущее сообщение было 02:10 ----------

У Хауксфорда даже картинка похожая как в посте1861 справа, что говорит о похожести алгоритма исправления НИ.

---------- Сообщение добавлено 02:20 ---------- Предыдущее сообщение было 02:14 ----------

Сергей, находка действительно исключительно полезная, в т.ч. и на слух, в мощнике и в цапе и дает возможность реализовывать гигагерцовые GBW( произведение полоса- усиление) относительно простыми средствами , не парясь о восьмислойных печатных платах.

---------- Сообщение добавлено 02:21 ---------- Предыдущее сообщение было 02:20 ----------

115 дб- условие плоской ЧХ групповой задержки.

[wert]

У Хауксфорда даже картинка похожая как в посте1861 справа

находка действительно исключительно полезная, в т.ч. и на слух, в мощнике и в цапе и дает возможность реализовывать гигагерцовые GBW( произведение полоса- усиление) относительно простыми средствами

Владимир,
Пока ребята занимались интереснейшими и полезными делами я Родине 35 лет служил.
Теперь приходится догонять упущенное.
Можно ссылку на работу Хауксфорда, интересно как он реализовал уменьшение искажений дифференциальной фазы и усиления, и каким методом оценивал сие.

Успел проверить пару десятков моделей ОУ видеоусилителей, где нормируются искажения диф фазы и усиления.
Не все модели можно применить для звука, но много ОУ устойчивые и дают амплитудно-фазовые искажения ниже 0, 01%, при мизерных нелинейных искажениях.
Ну а теперь есть способ уменьшать до предела АФИ, работает на всех проверенных моделях ОУ по структуре CFA.
Пойду завтра на радиорынок попытаюсь в магазинчиках поискать нужные микросхемки, если получится, покажу как в железе это все работает.

[vladimir sim]

Сергей,работает методика, и еще как работает! Вместо бесмысленных многолетних споров о классе А илиАВ и скорости нарастания- результаты ,недостижимые традиционными методами ,не к ночи будь помянута LM3886 .

---------- Сообщение добавлено 02:44 ---------- Предыдущее сообщение было 02:41 ----------

Платный архив JAES и кто то здесь архивировал в разделе для начинающих тема конденсатор в цепиООСвЦАП

---------- Сообщение добавлено 02:50 ---------- Предыдущее сообщение было 02:44 ----------

Попробуй списаться с Nazar, y него точно есть, у меня была, но винт сдох, а прохвесор Хауксфорд под давлением родного университета убрал из свободного доступа.

[vladimir sim]

Сергей ,я ошибся , тема называется "ОС в преобразователе I-V на ОУ " или обратись к форумчанину Pest.

[wert]

А Вы когда оптимизируете, у Вас не большого выброса на импульсе не остается?

Без корректирующего конденсатора, как правило выброс отсутствует или очень не значителен.
С корректирующим конденсатором при достижении оптимума между устойчивостью и минимальным АФИ выброс может достигать 7-10%.

тема называется "ОС в преобразователе I-V на ОУ " или обратись к форумчанину Pest.

Благодарю, нашел, прочитал, полезно.

[vladimir sim]

Palich73, не выброс вершины и горб АЧХ позволяет выиграть в площади петлевого, соотв. Все искажения будут меньше.

---------- Сообщение добавлено 04:02 ---------- Предыдущее сообщение было 04:01 ----------

Выброс - так правильно

[.Васильев]

А резистор последовательно с Cg что не поставили? От единиц ом до единиц ком .Далее ёмкость меж шин питания оу должна быть в пределах100-470нф ,ёмкость меж баз при этом 100 нф . переходы база эмиттер каскадов с ОБ должны быть шунтированы диодами иначе можно при клипе спалить и эти транзисторы и дорогостоящие оу . Пока вот такие размышления . Вообще то больший прирост качества даст более сложный вк с нормальной термостабилизацией с использованием токового зеркала .

[Andrew1]

вышлите Ваш файлик, я постараюсь настроить и выложу результат.

Пару файлов выслал. Но предлагаю сначала в личке обсудить.

[wert]

А резистор последовательно с Cg что не поставили? От единиц ом до единиц ком

Пробовал резистор ставить последовательно с Сg.
Это ведет к увеличению АФИ и уменьшению устойчивости в начальной области емкостных нагрузок.
Правда при этом чище спектр.
При
Rg = 500 Ом запас фазы 130 град при емкости нагрузке 300pF
Rg = 1 кОм запас фазы 40 град при емкости нагрузке 320pF
Rg = 1,5 кОм запас фазы 0 град при емкости нагрузке 200 pF.
Rg = 2 кОм запас фазы 0 град при емкости нагрузке 80 pF

введение доп резистора резко снижает устойчивость системы.

Cg = 100 pF это оптимальная для данной схемы емкость ее уменьшение или увеличение ведет к росту АФИ.

Рис. 1 искажений АФИ с введенным Rg и рис. 2 устойчивости в зависимости от Rg прикрепляю.

---------- Сообщение добавлено 09:59 ---------- Предыдущее сообщение было 05:32 ----------

Вообще то больший прирост качества даст более сложный вк с нормальной термостабилизацией с использованием токового зеркала .

Максим!
Вы правы.
Для построения полного УНЧ с выходной мощностью 100-200 Вт потребуется другой ВК и защиты не помешают.
Но Вы видите, это стандартная структура УНЧ по Гумеля, Вы такие структуры используете в своих разработках очень успешно.
В моем варианте лишь коррекция по уменьшению АФИ интересна, все остальное стандартно.

---------- Сообщение добавлено 11:50 ---------- Предыдущее сообщение было 09:59 ----------

Скорее всего многих не устроит заурядный параметр как нелинейные искажения в усилителе для наушников и неопределенные для конкретного применения запасы устойчивости с чемпионски мизерным АФИ
(тем более многие еще не почувствовали необходимость параметра АФИ для звука).
Выше сообщал,
многие видео ОУ имеют очень хорошие параметры как шумы, нелинейные искажения, скорость изменения выходного напряжения, полоса, устойчивость.
Таких видео ОУ совсем не мало.
Приведу пример УНЧ с HA5020 рис. 3
- АФИ получился чисто статический 0,024%, ОУ имеет нормированный параметр по искажениям дифференциального усиления 0,03% и динамической фазы 0,03 град.
- нелинейные искажения не превышают 0,00004%
- шумы не выше 0,000003%
- устойчивость к реактивному импедансу нагрузки очень высока, без RL цепи работает до 200nF, с RL цепями устойчив к нагрузке до нескольких микрофарад.
- выброс на фронте импульса отсутствует, меандр ровный.

И повторюсь, хороших видео ОУ совсем не мало, многие имеют АФИ на уровне 0,015% и ниже, но нелинейные значительно выше и проблемы с устойчивостью.
Как говорят лучше хороший УНЧ в руках, чем журавль в поднебесье.
Попробую найти в продаже HA5020, уж больно модель хороша, может и в железе счастье будет.

[vladimir sim]

Сергей, не трать время на поиски НА5020, он ничем не отличается от недорогих LM6181, LM7171, AD810.

---------- Сообщение добавлено 14:09 ---------- Предыдущее сообщение было 14:07 ----------

Искажения этих ОУ в звуковом диапазоне 125-130 дб на нагрузке 1 кОм

[.Васильев]

Витушкина бы прогнали, платы уже готовы у парня. Для спокойствия.Я в успехе уверен ,как и в ламповом характере звучания,но лишний прогон не помешает.
офф Мне эти схемы начинают уже снится

[wert]

Сергей, не трать время на поиски НА5020, он ничем не отличается от недорогих LM6181, LM7171, AD810

Владимир,
действительно много достойных ОУ и зацикливаться в поисках грааля не стоит, если сильно желать само придет
Лазерток как то спросил, почему в процентах графики выкладываю, почему не в привычных dB?
Когда дело касалось единиц и десятков процентов АФИ, собственно нужды и не было в глубину уровней опускаться,
теперь вижу, переход на dB скорее необходимость чем прихоть.
Для примера покажу еще одного чемпиона по АФИ AD8023.
На входе смесь меандр 4 кГц и синус 200 Гц.
График АФИ в процентах отражает только наличие линейных искажений, нелинейные и шумы замаскированы масштабом.
График выведенный в dB отражает:
- линейные искажения на местах нечетных гармоник меандра уровнем - 82dB, также нелинейные искажения в виде интермодов вокруг искажений нечетных гармоник, максимальным уровнем -109dB.
- на месте основной частоты 200 Гц линейное искажение несущей -102 dB и рядом расположились гармоники с максимальным уровнем -108 dB.
- хорошо видна шумовая полка на уровне -150 dB.
- на местах четных гармоник меандр дал не большие уровни искажений, возрастающие с частотой до уровня вверху диапазона -110 dB, четные гармоники меандра появились вследствие искажения усилителем соотношения положительной и отрицательной части меандра. Но, возможно это не гармоники, а АФИ, так как в исходном сигнале на местах четных гармоник присутствуют микродрахмы несущих.
График в dB получился информативный.

Максим.
Посмотрел модель усилителя Витюшкина, особенного ничего не увидел.
В личку отправлю Вам картинки и файл.

[.Васильев]

Для полноты картины не хватает АД744 и нашего в золоте 544УД2.

[vladimir sim]

Васильев, зачем тебе Витушкин - примитивный Лин с кучей местных ООС,у него из-за структуры нет потенциала( вспомни измерения Сергеем SSM 2135-тоже Лин, наихудший результат), когда ты сам наворотил несколько совершенно шикарных схем?

[.Васильев]

Васильев, зачем тебе Витушкин - примитивный Лин с кучей местных ООС,у него из-за структуры нет потенциала( вспомни измерения Сергеем SSM 2135-тоже Лин, наихудший результат), когда ты сам наворотил несколько совершенно шикарных схем?

Мне не нужен,но другим нужен,я его просто по просьбе робят перевел на современные транзисторы и все .Плюс первый полюс 50кгц и очень мягкий клип.Лепят же ланзары да сто ватт на коленке , так лучше такое делать чем откровенное дерьмо.Старый тут чуть ли не на спор на кт315/361 /814/815 и дохлом 140УД7 очень скоростной просчитал .Ну что ради принципа не сделаешь.
А так конечно , это не даже не средний уровень хайфая , но твердый троечник.хотя есть в нем несколько приемов,которые почему то игнорируют.это защита переходов транзисторов диодами в обратном включении , частотозависимая коррекция и входной фильтр с изюминкой

[wert]

Оценивая искажения усилителя для наушников с разными ОУ, опустились до искажений очень низкого уровня.
Ранее показывал соответствие между стандартными методами измерения искажений и методом предложенным, который кроме нелинейных искажений и различных артефактов показывает и линейные искажения в виде амплитудно-фазовых.
Ниже на рисунках представлены график искажений IHD, полученный стандартным способом, и график искажений с АФИ и нелинейными искажениями.
На входе ОУ напряжение 1,2 В частотой 20 кГц.
Видим полное совпадение гармоник на уровне 6 знаков после запятой (расчетное совпадение до 9-ти знаков).

Теперь вопрос, почему АФИ получился меньше, чем постом выше, ведь частота воздействия не 4 кГц (первая гармоника меандра), на 20 кГц по идее АФИ должно быть выше?
Уровень АФИ зависит не только от частоты сигнала, но и от сложности воздействия, на простом синусе АФИ меньше, это говорит о том, что синус это достаточно простое воздействие для усилителя. На более сложных сигналах АФИ выше, внутренних ресурсов УНЧ уже не хватает чтобы скомпенсировать изменения амплитуды и фазы основных несущих сигнала, в том числе обеспечить усиление сигнала без амплитудно-фазовой модуляции несущих. Об этом говорят тесты выше.

Собственно тест показал совпадение стандартного и предложенного методов оценки по нелинейным искажениям на уровне 6-ти знаков после запятой.
В самый раз апологетам старых подходов вспомнить о 8-м классе, школьной математике, ПТУ и подумать может этого не достаточно для понимания?
Понимания того, что звук можно описать не только собственными ощущениями, но и обьективными измерениями линейных, нелинейных искажений и скорее может есть еще что-то, о чем мы пока не подозреваем.

[vladimir sim]

Wert, а чем все таки закончились изыскания с ТОС ОУ наподобие LM7171 или НА5020? У них есть прародитель- Elantec El2020.

---------- Сообщение добавлено 00:12 ---------- Предыдущее сообщение было 00:09 ----------

Полная принципиальная схема HA5020 есть в архиве Harris/ Intersil.

---------- Сообщение добавлено 00:16 ---------- Предыдущее сообщение было 00:12 ----------

Wert, а чем закончились изыскания с ТОС ОУ LM7171, HA5020 и тд? У них всех есть прародитель- Elantec EL2020.

[wert]

vladimir sim благодарю за вопрос.
Модель ОУ HA5020 близка по ряду параметров к спецификации.
HA5020 относится к классу ОУ видеоусилителей, нормированы параметры по шумам, нелинейным искажениям, дифференциальному усилению и дифференциальной фазе.
В модели усилителя для наушников HA5020 была самая устойчивая из проверенных ОУ и не имела искажений меандра в стресс тесте на динамичность амплитудно-фазовых искажений.
По всем параметрам ОУ хорош, но не является чемпионом по уровню АФИ, параметр хорош, но не чемпионский.
И все же по суммарным характеристикам этот ОУ один из претендентов для использования в УНЧ.

Опираясь на такие соображения попробовал увеличить выходную мощность усилителя и перевести его в разряд УНЧ.
Максимальное напряжение питания для ОУ +/- 18 В, структура выходного каскада совместно с выходным каскадом ОУ - "золотой транзистор" (ОЭ-ОК).
Выходные транзисторы заменены на более мощные.

В результате усилитель выдал выходную мощность 36 Вт на нагрузку 4 Ом с исключительно низкими нелинейными и малыми амплитудно-фазовыми искажениями.
На рис.1 график THD в диапазоне частот до 50 кГц, искажения невероятно низки по уровню от 120 nano% в диапазоне до 10 кГц, до 1 микро% на 50 кГц.
такие результаты получены при выходной мощности 38 Вт.
На рис.2 график интермодуляционных искажений второго и третьего порядков, искажения на уровне - 180 dB при выходной мощности 30 Вт.
Рис. 3 - график амплитудно-фазовых искажений,
АФИ 0,07% говорит о высоком классе УНЧ, даже если возникнет вероятность модуляции несущих, то усилитель как элемент звукового тракта внесет свой минимальный вклад в общую модуляцию.
Усилитель устойчив к реактивной нагрузке, по суммарным характеристикам модели получился прима УНЧ.

К сожалению, модель ОУ HA5020 дала не корректные результаты по нелинейным искажениям в данном УНЧ, по АФИ более реалистично.
Можно считать данное сообщение мечтой, утопией. Будем стремиться к таким результатам.

[vladimir sim]

Wert, а можно выходные попробовать 2SC5198/2SA1941, 2SC4467/2SA1694,2SD1047/2SB817- 100ваттные пары с низким Uce .sat истабильной бетой и Ft?