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 .

[hydr]

С опорой на землю, наподобии как здесь ?

Вложение 370136

http://yandex.ua/clck/jsredir?from=y...b64e=2&l10n=ru

Вот тут есть схема каскодного ИТ. Для практической реализации нужно второй стабилитрон включить между базами. Таким образом у нас останется один резистор опоры на землю.
Первый стабилитрон 9.1В, второй 12В, эмиттерным резистором регулируется ток, для 8мА - 910Ом, первый транзистор низковольтный с большой бетой.
Напряжение питания нужно выбирать так, что бы на ИТ падало не менее 100В, больше - лучше.

С уважением hydr.

[FEDGEN]

Вот! На них я и смотрел. Толстенькие, но не до умопомрачения.
Пока такая плата. Все изменения, дополнения внесу.
(Я вот чего думаю-то... А не сделать ли каждый УН отдельным блоком , со своим питанием. Как по мне - удобнее будет. Ну придется два удвоителя ставить, это не катастрофа. Не реклама. У Г.Крылова купил недорого 470мкФ*400В кондёрчики хорошие.)
PS. Кружочки с крестиками вокруг лампы - отверстия диам. 4 мм для вентиляции.

Для вас идея-
плата под две лампы для схемы обычного УН но на месте верхней лампы на верхнем слое расположить схему ИТ на транзисторах,т.е. получится универсальная плата.

[install]

http://yandex.ua/clck/jsredir?from=y...b64e=2&l10n=ru

Вот тут есть схема каскодного ИТ. Для практической реализации нужно второй стабилитрон включить между базами. Таким образом у нас останется один резистор опоры на землю.
Первый стабилитрон 9.1В, второй 12В, эмиттерным резистором регулируется ток, для 8мА - 910Ом, первый транзистор низковольтный с большой бетой.
Напряжение питания нужно выбирать так, что бы на ИТ падало не менее 100В, больше - лучше.

С уважением hydr.

Спасибо, познавательно !

[mellowman]

Для вас идея-
плата под две лампы для схемы обычного УН но на месте верхней лампы на верхнем слое расположить схему ИТ на транзисторах,т.е. получится универсальная плата.

Я это уже даже рисовал несколько лет назад

[Semigor]

Offтопик:

Offтопик:
Увы таких не знаю, можете подсказать?

Те же BSP129 имеют динамическое сопротивление 400кОм на частоте 20кГц, на низких частотах МОмы, (измеренное).
Еще лучшие характеристики у DN3145.
Для небольших токов практически идеальные ИТ получаются на LDN150, LDN250.

[hydr]

Offтопик:

Те же BSP129 имеют динамическое сопротивление 400кОм на частоте 20кГц, на низких частотах МОмы, (измеренное).
Еще лучшие характеристики у DN3145.
Для небольших токов практически идеальные ИТ получаются на LDN150, LDN250.

Offтопик:
Благодарю, полезная информация. Только для моего проекта не подходит. У меня на выходе драйвера 100В (RMS) и на ИТ в покое должно падать не менее 200В т.е. это около 2Вт рассеиваемой, что за границей ОБР, а еще хорошо бы запас иметь. И потом частотозависимость ИТ это грех. Каскод на биполярах, в звуковом диапазоне, ни как не изменяет внутреннее сопротивление.

С уважением hydr.

[install]

Провел сравнение новой схемы УН Дмитрия с разным смещением и разными режимами. Uпит=315 В, Rн=16 кОм, Uвых=10 В RMS, f=1 кГц. Транзисторы PZTA42 и CP5602 ( со слепу с BSP129 перепутал, но для сравнений пойдет ). Две ВЧ палки на спектре это от генератора.

1. Оригинальный вариант Дмитрия, смещение 270 Ом, шунт 1000 мкФ, Uсм=4.14 В, Io=15 мA, Кг=0.035%. Максимальное выходное напряжение при Кг=1% 77 В RMS !



2. Смещение белый светодиод Uсм=3 В, Io=13 мА, Кг=0.02%



3. Еще попробовал два красных светодиода Ucm=4.16 B, Io=30 mA ( решил маленько раскочегарить , Кг=0.03%. Максимальное выходное напряжение - 44 В RMS.



Следует заметить, что в этом варианте при шунтировании светодиодов 1000 мкФ искажения заметно уменьшаются.
Жаль не нашлось батарейки в сетку, что -бы и этот вариант опробовать. Конечно, в идеале все надо слушать. Но какие-то выводы сделать можно.

С уважением, Андрей

P.S. Спектр , все-таки, определяется конкретным экземпляром лампы, так что их необходимо отбирать, как и по отсутствию подзвона.

[Semigor]

Offтопик:

Каскод на биполярах, в звуковом диапазоне, ни как не изменяет внутреннее сопротивление.

Точно также зависит от величины паразитных емкостей.

[Ulis]

И (тадам!) главный вопрос - какой конденсатор из а)недорогих (5-10 USD), б)доступных ( через Интернет в том числе), в) приличного качества (по вашему) поставить между УН и ВК?

На удивление неплохой китайский Audiophiler, на мой ух - навалаом на Алишечке.

Но капа тут сугубо на ухи пользователя играет. Так что ставь самый большой футпринт )))

[Semigor]

Offтопик:

со слепу с BSP129 перепутал, но для сравнений пойдет

А когда по моей просьбе проводили измерения случайно не CP5602 поставили?

[install]

Offтопик:

А когда по моей просьбе проводили измерения случайно не CP5602 поставили?

Похоже, что да. Завтра постараюсь исправиться )
Получится сравнение 5602 vs 129 . Вот что вынужденное безделие с людьми делает ...

[hydr]

Offтопик:

Точно также зависит от величины паразитных емкостей.

Offтопик:
Из скрижалей:

"Каскодный усилитель обладает повышенной стабильностью работы и малой входной и проходной ёмкостью, расширенной полосой усиливаемых частот. "

С уважением hydr.

---------- Сообщение добавлено 12:06 ---------- Предыдущее сообщение было 12:02 ----------

1. Оригинальный вариант Дмитрия, смещение 270 Ом, шунт 1000 мкФ, Uсм=4.14 В, Io=15 vA, Кг=0.035%. Максимальное выходное напряжение при Кг=1% 77 В RMS !

Каллега, можете снять спектр при 77В выходного?

С уважением hydr.

[P.A.L.]

Вот тут есть схема каскодного ИТ. Для практической реализации нужно второй стабилитрон включить между базами. Таким образом у нас останется один резистор опоры на землю.
Первый стабилитрон 9.1В, второй 12В, эмиттерным резистором регулируется ток, для 8мА - 910Ом, первый транзистор низковольтный с большой бетой.
Напряжение питания нужно выбирать так, что бы на ИТ падало не менее 100В, больше - лучше.

С уважением hydr.

Это и есть самый худший и примитивный (после одиночного транзистора) вариант ИТ на биполярных транзисторах. Все это давно рассмотрено. Ток базы ближнего к нагрузке транзистора не учитывается и уходит мимо нагрузки (фактически толку от этого каскода нет). Прикрепляю статью P. Baxandall и E. Shallow (там показан способ это исправить).
Да, Карпов (и многие другие) применяли обычный каскодный ИТ на БТ, но это не значит, что надо за ними повторять.
Но самое главное, что опять забывают учесть модуляцию тока от мгновенной температуры кристалла. В вашем случае (стабилитрон 9.1 В), например, при изменении от температуры напряжения б-э транзистора всего на 1 мВ (что вполне реально) ток ИТ изменится примерно на 1/8500, что вполне сравнимо с порядком искажений самого каскада. Даже если мы применим метод P. Baxandall и E. Shallow и плюс еще на порядок увеличим сопротивление в эмиттере ИТ (т. е. и падение напряжения на нем, сильно потеряв в КПД) для уменьшения влияния температурной нестабильности, таким образом более или менее доведя ИТ до приемлемого состояния, то все равно ИТ в таком виде останется только ИТ, а не ИТ, совмещенным с эмиттерным (катодным) повторителем, что очень желательно (и как и есть в авторских схемах). Вот и получится, что проще лампу оставить, чем сильно усложнять констурукцию ИТ на ПП. На МОП было бы проще, если бы не их на порядок большая (и нелинейная) емкость, чем у ламп при примерно тех же токах. А если ИТ на ПП так же хорош, как и сам усилительный элемент, то тогда опять возникает вопрос, а зачем в первом этаже один тип УЭ, а во втором другой. Что и показал А. Петров (полностью ПП УН хорош, т. е. с малыми, даже меньшими искажениями). Только жаль его модели и симуляции не учитывают температурных эффектов, а модели МОП транзисторов сильно упрощены. Если бы все это привести ближе к реальности, то картина была бы совсем другой, и популяризаторство звуковой схемотехники гораздо более полезным.

[FEDGEN]

Через 5 дней тема отпразднует десятилетие

[install]

Каллега, можете снять спектр при 77В выходного?

С уважением hydr.[/QUOTE]

Там лес голимый, правда спадающий. По осциллографу искажения незаметны. Завтра буду перемерять с BSP129, за одним сниму и этот спектр.

С уважением, Андрей

[hydr]

Это и есть самый худший и примитивный (после одиночного транзистора) вариант ИТ на биполярных транзисторах. Все это давно рассмотрено.

Можно конечно пытаться объяснить теоретические заблуждения автора, но зачем? Есть собранная в железе конструкция, на дешевой 6Н8С с повторителем на 6П6С, у которой при 45В (RMS) на выходе имеем 57дб второй, все остальное ниже 120дб.
Можете, что то представить подобное? Или Вами собранное ИТ с внутренним более 20МОм? Ежели нет, то лучше за собой подтереть.

[Semigor]

Offтопик:
Несколько лет назад немного сравнивал CP5602 c BSP129 в качестве ИТ. Вот сохранившиеся картинки:

[vladimir sim]

Неправильный метод. При питании 170В в разрыв стоковой цепи включается обмотка трансформатора на,скажем ,50В 50Гц, на измерительном резисторе 10 Ом видим точную величину подавления и пересчитываем или в децибелы или Rвых на НЧ. Как генератор тока BSP129 прилично проигрывает LND150 и JFET 2SK373.

[киса]

FEDGEN, Вы как-то заявили, что для ВК будете делать батарейку только на транзисторах. Ваше право, но можно я тут озвучу свой сегодняшний опыт прослушивания музыки с различными батарейками в ВК и различными разделительными конденсаторами в УН.

Проверку начал со смены батарейки в ВК с микро схемной на транзисторную. Сначала не понял в чём изменения, что-то изменилось и не в лучшую сторону. Поменял в УН разделительный конденсатор с трёх 1U5 K 520 JN Z117251126 67Z фирмы ЭПКОС на два MPX 2,2uF K 280VAC-X2. Показалось, что немного убавились высокие. Сменил на SX 2,2 мкФ 630 В, но так и не смог понять, что лучше звучит. Потом впаял два SX по 1,5 мкФ 630 В, но опять звука нет. Сменил на какой-то раздетый советский и опять неудача. Подпаял ему в параллель ССГ-2 100 000 пкФ 350 В, опять не то! Вернулся к батарейке на микросхеме и тут появился звук. И как мне кажется лучше чем с тремя ЭПКОСАМИ. Продолжение следует.

P.S. Необходимо добавить, что тестирование проводилось на левом канале, где смещение выполнено на литиевой батарейке и в аноде нижней лампы 6Э5П установлен BSP129. Вот с батарейкой на микросхеме в ВК теперь можно в УН выслушивать разные разделительные конденсаторы.

Всем хорошего звука.

---------- Сообщение добавлено 13:34 ---------- Предыдущее сообщение было 13:32 ----------

Как генератор тока BSP129 прилично проигрывает LND150 и JFET 2SK373.

Интересно в звуке он так же проигрывает? А Вас не смущает, что у LND150 сопротивление канала около 1 кОм. Максимальный ток при +1 В на затворе около 5 мА при 25 гр.ц. Нам ток желательно 15-20 мА иметь. Не получится прямая замена.

[yuri_kov]

Offтопик:

Проверку начал со смены батарейки в ВК с микро схемной на транзисторную. Сначала не понял в чём изменения, что-то изменилось и не в лучшую сторону. Поменял в УН разделительный конденсатор с трёх 1U5 K 520 JN Z117251126 67Z фирмы ЭПКОС на два MPX 2,2uF K 280VAC-X2. Показалось, что немного убавились высокие. Сменил на SX 2,2 мкФ 630 В, но так и не смог понять, что лучше звучит. Потом впаял два SX по 1,5 мкФ 630 В, но опять звука нет. Сменил на какой-то раздетый советский и опять неудача. Подпаял ему в параллель ССГ-2 100 000 пкФ 350 В, опять не то! Вернулся к батарейке на микросхеме и тут появился звук. И как мне кажется лучше чем с тремя ЭПКОСАМИ. Продолжение следует.

Эта музыка будет вечной, если я заменю батарейки (с)
Если так сравнивать, то продолжение может длиться бесконечно. После замены любого элемента в схеме, особенно с перепайкой, необходимо дать поработать системе с музыкальным сигналом минимум час, только потом что-то начинать сравнивать. Иначе может казаться что преимущество у тех элементов, что стояли в схеме изначально, т.е. были что называется "прогретыми".