Гибридный усилитель СОЮЗ-50

[Alex Ground]

Доброе время суток! Хочу представить к обсуждению гибридный усилитель в котором реализована концепция глубокой (для гибридных усилителей) обратной связи, где всё усиление по напряжению выполнено на лампах. Данная концепция была проверена в гибридном усилителе для наушников "DUAL".
https://cxem.net/sound/amps/amp257.php

Скрытый текст

После успешной реализации на базе проверенного в "железе" усилителя для наушников был разработан усилитель "DUAL-100" мощностью до 100 Вт.
В усилителе для наушников было использовано две лампы 6Ж1Б (6Ж1П), в мощной же версии было решено использовать лампу 6Ф1П (триод-пентод), что позволяет реализовать входную часть на одном баллоне, однако ламповая часть "DUAL" и "DUAL-100" остаются взаимозаменяемыми и можно использовать 2*6Ж1П как более доступные.
Выходной каскад выполнен на полевых транзисторах типа IRFP140/IRFP9140 (для мощности менее 50Вт можно использовать IRF640/9640).

Главная идея концепции состоит в "размыкании" внутренней обратной связи триода, которая в триодном включении исправляла бы искажения только усилителя напряжения, пентодное же включение позволяет минимизировать внутреннюю ОС высвободив максимальное усиление которое может быть получено на данном пентоде и потратить его на внешнюю ОС, которая линеаризует не только лампу, но и транзисторный выходной каскад вместе с выходным конденсатором. И против классической концепции построения гибридов по топологии триод+повторитель, где весь спектр искажений выходного каскада направлен в акустическую систему и ничем не подавляется, предложенная автором концепция позволяет в значительной мере повысить линейность всего усилителя.

Усилитель напряжения выполнен на лампе VL1.1 в пентодном включении. Она нагружена на резистор R7, по переменному току имеется ПОС через конденсатор С5, так называемая "вольтдобавка", что повышает сопротивление нагрузки по переменному току, и как следствие усиление данного каскада возрастает, в комплексе с работой на повторитель выполненный на лампе VL2 имеем усиление порядка 60 дБ. Повторитель на VL1.2 нагружен на источник тока выполненный на транзисторах VT1, VT2 и особенностей не имеет.
Касательно транзисторной части, выходной каскад представляет собой повторитель на полевых транзисторах, узел смещения выходного повторителя реализован на VT3 и особенностей не имеет. Вольтдобавкой через конденсаторы С9, С11 осуществлена ПОС, повышающая динамическое входное сопротивление делителя R15, R16 для снижения нагрузки на повторитель выполненный на триоде VL1.2. Применение полевых транзисторов на выходе позволяет получить RAIL-TO-RAIL выходной каскад, так как напряжение на затворе легко превышает напряжение на выходе и позволяет открыть мосфет полностью. На выходе установлен конденсатор, который позволяет использовать однополярное питание, отказаться от обязательного использования защиты АС и закрыть глаза на упрощение выходного каскада в вопросе слежения за постоянной составляющей на выходе (данный узел отсутствует). Так как выходной конденсатор охвачен общей обратной связью, то искажения вносимые им так же исправляются ООС.
Глубина обратной связи замеренная на железной реализации усилителя для наушников составляет порядка 46 дБ на частоте 1 кГц, и 35 дБ на частоте 20 кГц.
Для сохранения высокой линейности усиление выходного каскада составляет порядка 4.5 раз. Однако если некоторый рост искажений приемлем можно увеличить КУ до 19раз и использовать усилитель без предусилителя (R8 следует с 3.3кОм заменить на 510 Ом).

[свернуть]

Обдумав недостатки указанные в обсуждении, главные из них были переработаны.
Было увеличено петлевое усиление путем замены вольтдобавки на транзисторный ГСТ, спасибо товарищу deemon и Slava!!! за подсказку о возможном значительном дрейфе рабочей точки по постоянке при работе пентода на ГСТ, в результате анализа данной проблемы, было найдено решение в виде охвата ГСТ местной ОС по постоянному току, что снизило усиление по постоянному току в 10раз, до уровня эквивалентному каскаду с резистивной нагрузкой. Так же было уменьшено количество конденсаторов, путем гальванической развязки не между триодным повторителем и ВК, а между пентодом и триодным повторителем (спасибо за совет товарищу fakel), что значительно упростило обвязку схемы смещения для ВК, а так же отпала необходимость в ГСТ ранее установленном в катоде триода, теперь его "источником тока" стала вольтдобавка через выходной конденсатор. В следствии низкой линейности мосфет и высокой стоимости латералов, ВК был переведен на биполярную двойку, а мощность снижена до 50 Вт, для снижения нагрузки на ВК и снижения требований к выходному конденсатору.
Концепция осталась исходной, размыкание внутренней ООС триода используя на входе пентод и направление высвобожденного усиления на линеаризацию ВК, однако так же была учтена возможность перевода входной лампы в триод, это снижает глубину ООС до 12дБ, однако освобождает усилитель от динамических искажений. Наличие возможности изменения включения входной лампы делает схему универсальной, а звук конфигурируемым.
В результате в симуляции была получена следующая схема, название изменено для отсутствия случайно вышедшей отсылки к усилителям Dual тех лет.

Ку был увеличен относительно исходного варианта и составляет 8раз. Так как баланс между усилением и глубиной ООС определяет характеристики усилителя, упор был сделан на наименьшие искажения, которые достигаются при минимальной чувствительности. Было решено остановиться на том уровне чувствительности которая позволит использовать усилитель от современных источников с выходным напряжением 2-2.5Vrms не прибегая к необходимости преампа. Она составляет 1.8Vrms для достижения мощности 50Вт на нагрузке 4 Ом.
Параметры были несколько улучшены, коррекция немного изменена.
На "первом ватте" 4 Ом

50 Вт 4 Ом

Меандр без входного ФНЧ

Модель
SOUZ-50 cordell.cir

В случае работы от слабого источника (менее 1.8Vrms) оконечный усилитель требует пред.усилителя.
При работе от предусилителя конденсатор С1 может быть исключен из схемы оконечного усилителя СОЮЗ-50.
Был разработан несложный пред.усилитель на лампах 6Н23П на основании "мю-повторителя" с Ку до 7 раз.

Скрытый текст

Модель усилителя в MicroCap 9
dual100byAG.cir
Анализ искажений микрокап для полного варианта схемы (преамп 6Н23П+оконечник с КУ=4.5)
Мощность 50Вт нагрузка 4 Ом

На "первом ватте" нагрузка 4 Ом

Анализ искажений микрокап для упрощенного варианта схемы (оконечник с КУ=19)
Мощность 50Вт нагрузка 4 Ом

На "первом ватте" нагрузка 4 Ом

[свернуть]

Опубликованные схемы в железе не проверены и публикуются для коллективного обсуждения.

[Alex Ground]

Но триод все равно видит оторванную от земли сетку, т.е. ООС КП разорвана

Напряжение на сетке триода изменяется за счёт изменения сопротивления пентода, усиление ведь происходит за счёт изменения тока текущего через пентод( изменением напряжения на его сетке), следовательно триод видит изменение напряжения сетка-земля (вызванное изменением тока пентода). И триод выступает повторителем.
Смотрите, Вы считаете я не прав, я считаю Вы не правы. Давайте пойдем от обратного. Можете продемонстрировать схему, реальную, в которой триод анодом подключен к питанию, с катода у него снимается сигнал, и при этом, как Вы утверждаете происходит усиление по напряжению?

---------- Сообщение добавлено 12:48 ---------- Предыдущее сообщение было 12:17 ----------

На счёт выходного каскада по типу Заратустра, опять таки, токи нагрузки там протекают через конденсаторы, и это является обыкновенной однополярой с искусственной средней точкой, как я чуть выше стрелочками рисовал и говорил, что по переменному току два этих конденсатора включены параллельно друг другу и последовательно нагрузке.

[fakel]

Можете продемонстрировать схему, реальную, в которой триод анодом подключен к питанию, с катода у него снимается сигнал, и при этом, как Вы утверждаете происходит усиление по напряжению?

https://i.pinimg.com/736x/66/14/60/6...3b25109955.jpg

что по переменному току два этих конденсатора включены параллельно друг другу и последовательно нагрузке

читай внимательнее, что я писал про напряжение на них

то гораздо удобнее вариант с одним конденсатором последовательно нагрузке

удобнее вообще без него

[Alex Ground]

https://i.pinimg.com/736x/66/14/60/6...3b25109955.jpg


читай внимательнее, что я писал про напряжение на них

Можно пожалуйста на примере УНЧ? Я плохо разбираюсь в приемо/передающих устройствах и их сложно моделировать что бы изучить работу

[fakel]

С такой же средней точкой как у Заратустра для исправления искажений усилителя и конденсаторов необходимо брать диф.ОС с обоих концов нагрузки

середина и есть земля

Можно пожалуйста на примере УНЧ?

http://musicangel.ru/mess146.htm

[Alex Ground]

середина и есть земля

Источник питания оконечного каскада не связан с землей ламповой части ( Если не считать подтягивающий резистор 470кОм на выходе ламповой части). Я это смоделировал и привел уже более наглядные осциллограммы, ток нагрузки протекает через конденсаторы, ни + ни - источника питания оконечного усилителя не связан с землей

[fakel]

ни + ни - источника питания оконечного усилителя не связан с землей

тогда схема не работоспособна

[Alex Ground]

тогда схема не работоспособна

Работоспособно, я выше приложил осциллограммы там источник питания гальванически связан с землей через 100МОм, для корректности симуляции(то есть фактически не связан), и ещё ранее я от руки изобразил как протекают токи
Посмотрите исходную схему внимательнее, питание оконечного усилителя от своей обмотки трансформатора которая не соединяется с землей питания ламповой части.
В конце концов попробуйте сами изобразить на схеме как в вашем представлении протекают токи нагрузки в этой схеме

---------- Сообщение добавлено 13:22 ---------- Предыдущее сообщение было 13:19 ----------

http://musicangel.ru/mess146.htm

Перечитал статью, не увидел, можете процитировать или указать какой пункт вы имеете ввиду?

[fakel]

Перечитал статью, не увидел, можете процитировать или указать какой пункт вы имеете ввиду?

10.10. Странный катодный повторитель

и ещё ранее я от руки изобразил как протекают токи

Пофиг на токи, сколько можно повторять? У тебя же на схеме массы вместе!

[Alex Ground]

Пофиг на токи, сколько можно повторять?

А на что не пофиг? Вы мне прислали этот вариант, сказали это двухполярка которая не требует слежения за постоянкой на выходе, на что я сказал что это никакая не двухполярка, обычный полумост где ток нагрузки протекает попеременно через конденсаторы. Вы меня отправили "учиться в школу", когда я приложил уже и моделирование, вы говорите "пофиг на токи". Так а на что не пофиг? Что вы хотели донести я не понял

---------- Сообщение добавлено 13:45 ---------- Предыдущее сообщение было 13:41 ----------

10.10. Странный катодный повторитель

Так верхней лампе усиление по напряжению и не происходит, усиление по напряжению только в нижней. Повторитель стремится при увеличении напряжения на аноде нижнего триода, повторить его на своем катоде, таким образом стабилизируя напряжение на своем катодном резисторе...
В статье указано что это не совсем соответствует действительности, цитирую " Тогда входным сигналом для верхнего триода будет падение напряжения от анодного тока на R4, оно действует между сеткой и катодом, следовательно, никакого повторителя тут нет. Сопротивление нагрузочного триода равно просто Ri"
Не вижу нигде повторителя с усилением более 1, хотя Вы утверждаете что в моей схеме повторитель на vl1.2 вовсе не повторитель а имеет усиление по напряжению

[fakel]

Фишка в том, что твой повторитель не имеет низкое выходное сопротивление, свойственное КП

Что вы хотели донести я не понял

По переменке средняя точка отвязана и можно не следить за ней, или снимать с нее ООС по постоянке при этом интегратор лишний

[hippo64]

твой повторитель не имеет низкое выходное сопротивление, свойственное КП

И вкупе с таким УТ получается хилявая скрипочка, спинным мозгом чую(С) Мамаладзе

[Alex Ground]

Фишка в том, что твой повторитель не имеет низкое выходное сопротивление, свойственное КП

Его выходное сопротивление действительно нелинейно, как и у любого однотактного повторителя. Для положительной полуволны со стороны катода лампы сопротивление во много раз ниже, чем со стороны коллектора ГСТ. Но для полевиков это несущественно, так как управление происходит напряжением, для биполярной двойки это вносило бы дополнительные искажения с ростом выходного тока

[fakel]

Оно близко к Ri лампы

[Alex Ground]

По переменке средняя точка отвязана и можно не следить за ней, или снимать с нее ООС по постоянке при этом интегратор лишний

Это правда, интегратор не нужен когда последовательно нагрузке стоит конденсатор, но какие достоинства этого варианта перед вариантом с одним конденсатором?

[fakel]

Уже писал
Тут твоя идея https://astersart.net/preamp/Aml/Aml.htm

[Alex Ground]

По переменке средняя точка отвязана и можно не следить за ней, или снимать с нее ООС по постоянке при этом интегратор лишний

При одном конденсаторе на выходе абсолютно эквивалентно нагрузка сидит одним концом на земле. Просто для источника питания оконечника земля это не виртуальная, а реальная.
А контроль за напряжением средней точки так же не нужен так как нагрузка по постоянке развязана

[fakel]

Воткни вместо кондеров источники переменки и посмотри что изменится, хотя бы в симе

[Alex Ground]

Ты не понял. Бесполезно

На рисунке я показал, что в обоих случаях ток течёт через конденсаторы и в обоих случаях сигнал ОС с нагрузки снимается с обоих концов нагрузки. Я действительно не вижу никаких преимуществ средней точки конденсаторов перед решением с одним конденсатором.

---------- Сообщение добавлено 14:39 ---------- Предыдущее сообщение было 14:38 ----------

Воткни вместо кондеров источники переменки и посмотри что изменится, хотя бы в симе

Хорошо, чуть позже попробую сделать моделирование с диодным мостом и источником синусоиды смоделировав полностью эту часть. Может тогда я увижу изменения, о которых вы говорите.

[deemon]

Усилитель не состоит из одного УТ, в Заратустра нет никакой компенсации искажений оконечного каскада, нет компенсации искажений в конденсаторах формирующих среднюю точку для выхода,

Вот тут кстати не соглашусь - выход там , действительно , не охвачен ООС - я не стал этого делать потому , что искажения выходного каскада ПКПС и так достаточно малы ... но что касается выходных кондёров - их искажения не влияют потому , что они там исключены из сигнальной цепи . Там же дело в том , что средняя точка этих кондёров соединена с землёй входного каскада , и сигнал прикладывается относительно неё . И туда же подключена нагрузка ( динамики ) ... то есть получается , что если какой-то электролит на выходе "родит" некие искажения - то их напряжение окажется приложено не к нагрузке , а к коллекторам транзисторов ВК . Но благодаря местной 100% ООС эмиттерных повторителей - эти искажения в нагрузке будут радикально подавлены . Единственный путь для них в сигнал - это через резисторы 30 ком на вход ВК ... но учитывая постоянные времени всех цепей - это может произойти только на инфразвуке , так что силовые кондёры в Заратустре на звук практически не влияют . Вот межкаскадный кондёр таки да , влияет , как и электролит в катоде лампы - ну так что же поделать , тут уже надо выбирать хорошие детали , и притом выбирать по звуку , да .

[fakel]

Вход не забудь заземлить