Усилитель без общей обратной связи Филин

[SOVA]

В 2012 году я придумал и изготовил этот усилитель с целью сравнить, насколько метод полного акустического диссонанса имеет связь с качеством звучания, оцениваемым на слух.
Этот усилитель имел не меньше восьми тщательно смоделированных итераций, с различными вариантами выходного каскада, различными системами управления током покоя и т.д. Однако, в конце концов, победила простота и изящество схемы с минимумом деталей. А это значит, что в цепи сигнала стоит минимум искажающих элементов.
Реперной точкой при проектировании усилителя являлся режим работы усилителя без общей отрицательной обратной связи. Я действительно знаю, что ступенчатые искажения выходного каскада, подаваемые в цепь обратной связи, вызывают деградацию звучания усилителя. Прошу вас поверить мне без длинного теоретического обоснования и сравнительного прослушивания. Именно поэтому выходной каскад усилителя многократно изменялся и тщательно моделировался в программе Micro Cap. На мой выбор, наиболее линейный выходной каскад получается на комплементарной паре транзисторов 2SK1058 и 2SJ162.
У этого выбора есть свои достоинства и недостатки. Слабая нагрузочная характеристика этих транзисторов заставила использовать их в параллельном включении двух транзисторов в плечо. Поэтому их нужно подбирать в пары. Причём оптимальной нагрузкой для этого усилителя всё равно является 8 Ом, хотя он неплохо работает и на нагрузку 4 Ом. Вторым недостатком этого выбора является недостаточный контроль баса, особенно на сложной низкоомной нагрузке.
Однако достоинства, на мой вкус, перевешивают недостатки сторицей. Это отличная макро- и микро- динамика, прекрасная передача ширины, глубины и высоты сцены, лёгкость подачи звукового материала и разборчивость отдельных инструментов при воспроизведении симфонического оркестра или большого хора.

Усилитель трёхкаскадный, построенный по классической схемотехнике. Входной дифференциальный каскад построен на JFET транзисторах VT1, VT4 типа 2SK246 с PN переходом, имеющих малую крутизну. Вдобавок, применена местная обратная связь на резисторах истоков R7, R11. Для симметричного режима работы транзисторов дифференциального каскада транзистор VT4 нагружен на повторитель тока на транзисторе VT2. Запитан дифференциальный каскад от генератора тока на таком же JFET транзисторе VT3. Транзисторы VT1 и VT4 обязательно нужно подбирать в пару с одинаковым напряжением отсечки. Раньше Toshiba выпускала согласованные пары этих транзисторов в одном корпусе, но теперь они доступны только в платах старых японских усилителей.
Каскад усиления напряжения на транзисторе VT5 также имеет цепь местной обратной связи – резистор R13. Этот каскад нагружен на генератор тока VT6. Конденсаторы C7 и C8 – небольшая частотная коррекция. Транзистор VT7 – источник напряжения смещения для выходного каскада. Ему не обязателен тепловой контакт с радиатором, так как выходные транзисторы не биполярные, а полевые.
Сигнал обратной связи может подключаться к выходу второго каскада, либо к выходу всего усилителя. Выбор точки подключения ООС с помощью перемычки на плате (FB->PreOut или FB->OUT). Штатный режим FB->PreOut. Величина обратной связи небольшая – около 10дб, поэтому усилитель может кратковременно работать даже при разомкнутой цепи ООС.
Усилитель имеет дифференциальный вход. Для подключения к несимметричному источнику можно использовать инвертирующий вход. Если нужно неинвертирующее включение усилителя, то инвертирующий вход закоротите.

Опытный экземпляр собран в корпусе промышленного усилителя Орбита УМ-002 стерео. Оставлен только корпус, трансформатор, и конденсаторы питания. Питание +-30В – основное, +-35В – питание предвыходного каскада. Для питания предвыходного каскада поверх изоляции трансформатора намотано 2 обмотки по 45 витков провода ПЭВ2-0,3мм (по 8 вольт) и эти обмотки подключены последовательно к основным.

Схема источника питания и блока защиты приведена на отдельном рисунке. Для улучшения качества звучания выход усилителя напрямую соединён с акустической системой, а защита отключает питание усилителя.


Настройка усилителя производится в три этапа. Перед первым включением нужно установить подстроечный резистор RP2 в положение минимального сопротивления. Сигнал обратной связи подключить к предвыходному каскаду (перемычка FB-PreOut).
После включения резистором RP3 установить напряжение в точке обратной связи FB, максимально близкое к нулю, не более 10-30мВ. После этого установить номинальный ток покоя резистором RP2, контролируя ток выходных транзисторов по напряжению на уравнивающих резисторах R20 – R25. Ток покоя каждого транзистора может быть выставлен в пределах 100-300мА. Лучше всего его настраивать по соотношению второй и третьей гармоники в выходном сигнале при уровне сигнала на выходе 3-4В и номинальной нагрузке 8 Ом. Третья гармоника должна быть на 3-6дБ меньше второй. В последнюю очередь балансируют выходной каскад – резистором RP1 добиваются минимальной разницы напряжений между точками PreOut и Out, не более 5-10мВ после полного прогрева усилителя.
Настроенный усилитель имеет коэффициент гармоник около 0,2% с присутствием в спектре практически только второй и третьей гармоник. Это очень хорошее значение для усилителя без общей обратной связи.

АЧХ усилителя:

Зависимость уровня гармоник от частоты:

Результаты прослушивания этого усилителя полностью оправдали теорию оценки качества звучания по уровню полного акустического диссонанса, а сам усилитель исправно трудится в составе домашнего аудио комплекса уже десятый год.

[Svjatoslav_]

Я так и думал, что за величину R8 кто-нибудь прицепится. Не ожидал, что сразу двое клюнут.

Третий клюнул, только в подтверждение полезности его высокого номинала. )))
Биполярные линеаризуются, если их не перекармливать током базы, а держать на голодном пайке.
Правда, страдает полоса, сужается.

[SOVA]

Спасибо за поддержку. Линейность увеличивается, а широкая полоса при минимальной обратной связи не очень-то и нужна, у нас и так сигнал неплохой. ;)

[fakel]

Третий клюнул, только в подтверждение полезности его высокого номинала. )))

А ничо, что этот резик придется подбирать в каждом экземпляре т.к. он зависит от беты?

Биполярные линеаризуются, если их не перекармливать током базы, а держать на голодном пайке.

В ОБ-то зачем? У него в эмиттере и так источник тока! Ток базы устанавливается автоматически в бета раз меньше и от резистора не зависит!

[Hennady]

....только в подтверждение полезности его высокого номинала. )))
Биполярные линеаризуются, если их не перекармливать током базы, а держать на голодном пайке.
Правда, страдает полоса, сужается.

скорость всего 2,26 вольта/мкс (указывал ранее) , как минимум полосу желательно расширить для управления латералами, но не в ущерб устойчивости.
Топикстартер сам пишет, что штатный режим - это когда ОС берется с затворов ВК, а не с выхода, потому что если брать с выхода, скорости уже не достаточно и звучание становится более резким - это не имеет отношение к звучанию усилителей с Общей ООС, но вот мнения именно такие и ходят ))) .

[SOVA]

Как вы видите, во всех каскадах применены методы линеаризации и сужения полосы пропускания.
Это сделано намеренно для уменьшения уровня верхних гармоник, начиная с четвёртой.
Мне были нужны не минимальные цифры Кг, но минимальный спектр гармоник выходного сигнала, что и видно из спектрограммы.
Именно короткий спектр гармоник обеспечивает лёгкость подачи и чистоту звука в данном случае.
Я не исключаю другого подхода к обеспечению качественного звучания - подавления искажений усилителя большим уровнем ООС, но в этом случае мы боремся со следствием, а не с причиной.

Я проводил акустические тесты на различимость негармонических искажений. Как вы думаете, какой уровень (в дБ) сигнала искажений от основного сигнала легко различим на слух нетренированным слушателем? Это напрямую связано с вопросом построения усилителя.

[Зёбра_]

SOVA, а вы проводили сравнение с другими известными усилителями?

[SOVA]

Напрямую с Audison Thesis HV Sedici
https://amp-performance.de/en/388-Au...HV-Sedici.html
У меня есть большой опыт настройки и прослушивания автомобильных аудиосистем.
На выходных планируется ещё одно сравнение

[fakel]

Это сделано намеренно для уменьшения уровня верхних гармоник, начиная с четвёртой.

Хрень. Крутизна ската -6дБ на октаву

Как вы думаете, какой уровень (в дБ) сигнала искажений от основного сигнала легко различим на слух нетренированным слушателем?

Твой усь переварит спид-металл?

[SOVA]

Конечно. Но мы же не фильтруем гармоники, мы их не производим...

[fakel]

Конечно. Но мы же не фильтруем гармоники, мы их не производим...

Вынес ВК за пределы ОООС - и что? Местные ООС остались - в каскадах и недоОбщая тоже

[audiomun]

У меня есть большой опыт настройки и прослушивания автомобильных аудиосистем.

Да, это хороший опыт - для работы в автомастерской ... Видимо, критерий правильной настройки автомобильной аудиосистемы - когда авто подпрыгивает строго в такт со звуком удара большого барабана ...? А ведь когда-то эталоном высококачественного звука считалась обычная городская трансляционная сеть, нам больше повезло - тогда было с чем сравнивать. Имхо.

[SOVA]

Конечно хороший опыт. Я был судьёй чемпионатов украины и европы IASCA и EMMA. И слушал такие аудиосистемы, до которых домашним расти и расти. Например Виталия Омеляна. Только не пойму, чем это вам не понравилось.

[jett]

На выходных планируется ещё одно сравнение

Можете и меня пригласить. Но сразу предупреждаю: поблажек не будет.
Для себя давно сделал вывод, что двухтактники в АВ - ветвь тупиковая, выходное сопротивление (тем более с латералами) и уровень искажений не соответствуют адекватным требованиям. К тому же, сложную музыку они не потянут.

[Сергей Гапоненко]

Топикстартеру.

Я поклонник УНЧей без общей ООС (ОООС) и отношусь к ним как к наиболее короткому пути к качественному звуку (но не являюсь абсолютным противником ООС в то же время).
Обратил внимание на термин "акустическое несоответствие" в первой строке первого поста и ссылку на Чивера в ответе на вопрос про термин.
Есть ощущение, что Вы исказили , причем сильно, идею Чивера.
Это не влияет на звук, но имеет отношение к терминам и понятиям.

Чивер не ратует за высокие коэффициенты гармоник, просто он говорит, что качество звука обеспечивается резким спаданием КНИ с ростом номера гармоник, что относительно легко обеспечивается без ОООС, но не всегда выполняется с ОООС. "Диссонанс" тут не к месту и не по делу. Под ним Чивер понимает ухудшение звука при высоких КНИ для высших гармоник.
Чивер пишет об ауральном диссонансе, (слуховом, слышимом), не об акустическом и называет ауральным диссонансом высокие значение КНИ для высоких гармоник.
Завышать КНИ для низких гармоник не обязательно. Просто без-ОООСность часто это обеспечивает де факто.

Имеет смысл поправить терминологию, дабы не вводить в заблуждение участников форума и не отвратить потенциальных последователей идей без-ОООСного усилителестроения.

Назовите ваш подход: "усилитель с ауральным спектром гармоник".

[Dieselboy]

Крутизну можно разменять на линейность, поэтому желательно иметь ее исходную как можно больше

Какая крутизна у jfet*ов, ты прикалываетесь? Это ж не БТ.

Биполярные линеаризуются, если их не перекармливать током базы, а держать на голодном пайке.
Правда, страдает полоса, сужается.

Да, странная линеаризация. Собственно 1815/1015 в ней особо и не нуждаются по выходным ВАХ, как-никак 150 мА и всего 50 В при внутреннем басовом сопротивлении 50/30 Ом. При токах покоя до 20 мА можно особо не беспокоиться, это не 2SA1370/2SC3467, которые теряют по факту линейность на 15, а то и меньше мА.

Ну, и если БТ держать на совсем холодном пайке, то ток покоя каскада будет на нуле, а по входной ВАХ "квадратичный" излом, ну какая тут линейность... И, если же так надо мало базового тока для линейности, есть версии данного транзистора с градацией BL (бета 350-700). Это за дилейность у 2SA970/2SC2240 надо пороться, т.к. она утрачивается по выходным токам уже при 0,5 мА (Iб 1 мкА).

Собственно в выходных вы таким образом не пытаетесь линеаризовывать выходные триодные/тетродные вах, а оставляете как есть и говорите, что так лучше. Однако. o_O

Да, у 1815/1015 полоса пропускания при единичном усилении на токах под 10 Ма достигает почти полгигагерца.

В ОБ-то зачем? У него в эмиттере и так источник тока!

А в коллекторе преобразователь ток-напряжение - след-но переменка Uкэ - значит эффект Эрли будет иметь место, если выбрана неудачная рабочая точка (задран ток покоя).

Параметр h12 (рис. 3.7) – обратный коэффициент усиления, либо коэффициент обратной связи по напряжению, которая показывает на сколько изменилось входное воздействие, т.е. UБЭ под действием изменившегося выходного напряжения UКЭ при неизменном входном токе базы (IБ = 0) фактически означает сдвиг входной характеристики.

Напряжение БЭ U и коэффициент (при заданном токе коллектора) несколько изменяются при изменении напряжения коллектор-эмиттер (эффект Эрли). Изменение напряжения БЭ U , связанное с изменением напряжения на нагрузке, вызывает изменение выходного тока, так как напряжение на эмиттере (а следовательно и эмиттерный ток) изменяется, даже если напряжение на базе фиксировано. Изменение коэффициента приводит к небольшим изменениям выходного (коллекторного) тока при фиксированном токе эмиттера, так как К Э Б I  I  I ; кроме того, немного изменяется напряжение на базе в связи с возможным изменением сопротивления источника смещения, обусловленного изменениями коэффициента (а следовательно, и тока базы). Эти изменения незначительны.
https://www.omgtu.ru/general_informa..._Chapter_3.pdf

http://solidstate.karelia.ru/book/chapter5/part9.shtml

А ничо, что этот резик придется подбирать в каждом экземпляре т.к. он зависит от беты?

Либо наоборот - транзисторы по бете.

Как вы видите, во всех каскадах применены методы линеаризации и сужения полосы пропускания.
Это сделано намеренно для уменьшения уровня верхних гармоник, начиная с четвёртой.

Необычный подход - чтобы усил не пложил ВЧ гармоник - давайте отрежем ему верх.

Мне были нужны не минимальные цифры Кг, но минимальный спектр гармоник выходного сигнала, что и видно из спектрограммы.

В большинстве случаев, статические КНИ и их спектры не характеризуют звучание, а поределяется динамикой (переходный процесс, ИХ), как вам такой поворот? http://www.sound-consulting.net/ru/?page_id=1468

Именно короткий спектр гармоник обеспечивает лёгкость подачи и чистоту звука в данном случае.

В этом нет ничего сложного - достаточно просто воткнуть в эмиттер каскада УН несколько сотен Ом и ток покоя поболее 5 мА. Желательно бы ещё иметь стабилизированное питание каскадов УН. А вот чего сложно добиться и что определяет качемственное звучание усила от некачественного - это способность передавать объём, пространственный эффект; это должно иметь место даже в монорежиме, с одной АС. Без этого ни чистота, ни лёгкость, ни правильность тональной подачи не имеют особого смысла, т.к. слушать плоский звук, привязанный к АС - не интересно, нет души, музыкальности. При 2 В/мкс, как пишет Гена, это сделать малореально.

Я не исключаю другого подхода к обеспечению качественного звучания - подавления искажений усилителя большим уровнем ООС, но в этом случае мы боремся со следствием, а не с причиной.

Есть мнение и я сним согласен, что усилитель с осью должен быть максимально линейным до охвата его осью. Да и глубокая ось означает большое усиление - знгачит большее выходное сопротивление каскада УН обеспечено (большое Rн для него), ну и Миллер большой тоже будет. Так что глубокая ось полезна только на статике и предсказуемых сигналах типа синуса, на динамике будет поведение усилителя на вх. воздействие - промахи, ось их осень часто усиливает, ухудшая точность отработки сигнала, особенно в слаболинейных системах.

У меня есть большой опыт настройки и прослушивания автомобильных аудиосистем.

А ведь когда-то эталоном высококачественного звука считалась обычная городская трансляционная сеть, нам больше повезло - тогда было с чем сравнивать. Имхо.

Я был судьёй чемпионатов украины и европы IASCA и EMMA. И слушал такие аудиосистемы, до которых домашним расти и расти.

У меня немного иное мнение о качестве и звуке. Ранее было очень много всего аналогового в этом плане, но звучало, как правило, всё как-то хреново, не только hi-fi/hi-eng, но и обычные тлевизоры и муз. центры. Но вот с отказом от аналогвоггисти и переходе на цифру (импульсные усилители) некоторые тлевизоры стали звучать существенно лучше, можно стало слушать с хоть каким-то удовольствием. Но, увы, проблемы качественного звука это не решило, качественный звук так и остался недосягвем для большинства коммерческих, да и любительских, решений. Всё дело в умении делать что-то качественно, и делать аналог качественно звучащий надо тоже уметь.

И слушал такие аудиосистемы, до которых домашним расти и расти. Например Виталия Омеляна.

Попробовал нагулять этот усилитель, но вот какое чудо нашалось: https://diytimes.ru/post/11 Привет Алесу!

Для себя давно сделал вывод, что двухтактники в АВ - ветвь тупиковая,

Туппиковая ветвь - это когда есть УМ и только он, без качественных стаббилизаторов питания.

[SOVA]

Можете и меня пригласить.

Не всё сразу. Акустика пока не та, которую хочу, с источником тоже работать надо.
Мы в воскресенье просто сравним два усилителя в одной и той же системе, будем слушать разницу.
Была бы у вас лёгкая 8-ми омная акустика - приехали бы к вам.

[fakel]

азовите ваш подход: "усилитель с ауральным спектром гармоник".

Исказитель, эксайтер. Да и разделом ошибcя Здесь - про усилители

А в коллекторе преобразователь ток-напряжение - след-но переменка Uкэ - значит эффект Эрли будет иметь место, если выбрана неудачная рабочая точка (задран ток покоя).

Кстати да. Поэтому во втором каскаде лучше применить параллельную, а не последовательную ООС

Какая крутизна у jfet*ов, ты прикалываетесь? Это ж не БТ.

Какая-никакая, а есть

[Malinovsky D]

Исказитель, эксайтер. Да и разделом ошибcя Здесь - про усилители

Эксайтер не противоречит идеологии раздела. Если, конечно, мы говорим про усилитель для усиления звука.
Достижение некого целевого спектра гармоник является реализаций принципа "Если пьянку нельзя предотвратить, ее нужно возглавить".
Всего лишь один из подходов, с учетом психоакустики.

[Grommit]

Достижение некого целевого спектра гармоник является реализаций принципа "Если пьянку нельзя предотвратить, ее нужно возглавить".
Всего лишь один из подходов, с учетом психоакустики.

[jett]

Не всё сразу. Акустика пока не та, которую хочу, с источником тоже работать надо.
Мы в воскресенье просто сравним два усилителя в одной и той же системе, будем слушать разницу.
Была бы у вас лёгкая 8-ми омная акустика - приехали бы к вам.

Приезжайте. Акустика хорошая и универсальная, источник - тоже.