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]

Так он и пишет,что не понимает....и тем более с его слов ВК "Зары" выполнен неудачно в отличии от его.

Так и тут я пишу то же самое. Не вижу преимуществ, там я спрашивал, никто мне не ответил, если автор мне объяснит, то тогда буду понимать. Обидеть я никого не хотел, сразу говорю.
Я не отрицаю и не отрицал, что могу недопонимать это решение
И обсуждаем мы тут Заратустры ВК только потому что его сюда прислали, а не по моей инициативе

---------- Сообщение добавлено 16:38 ---------- Предыдущее сообщение было 16:33 ----------

да, и скрины сюда

Договорились

[сергей дроздов]

Не , ну перед тем , как это утверждать - надо было бы сначала почитать тему про Заратустру . Там же в теме всё объясняется - почему применены те или иные решения , и какие "бонусы" мы за это получаем

Зачем читать.Можно ведь пропиариться на одном форуме на фоне того же лучшего Гибридного "Заратустры",но а потом с умным видом пойти учится на другой.Так глядишь за счет других идей,что то и родится...

[deemon]

Так и тут я пишу то же самое. Не вижу преимуществ, там я спрашивал, никто мне не ответил, если автор мне объяснит, то тогда буду понимать.

Да мне-то нетрудно объяснить , если кому интересно ... но дело же в том , что я уже не раз объяснял - в теме про Заратустру всё уже излагал , подробно , и даже не раз . Тема ведь тут же на сайте лежит - почитайте тему , там всё есть . Притом даже на ранних страницах - а дальше там уже идёт дальнейшее развитие ...

[Alex Ground]

Зачем читать.Можно ведь пропиариться на одном форуме на фоне того же лучшего Гибридного "Заратустры",но а потом с умным видом пойти учится на другой.Так глядишь за счет других идей,что то и родится...

И где же я интересно "пиарился за счёт заратустры" и где вы усмотрели тут "чужие идеи"?

[сергей дроздов]

И где же я интересно "пиарился за счёт заратустры" и где вы усмотрели тут "чужие идеи"?

Все там же..Ну или поправьте там Олежку модератора идиота,что он не прав!!!!

[fakel]

один щуп на анод пентода, второй на катод триода и разницу увидим это самое усиление о котором вы говорите, что оно равно 4 раза ?

Пардон, тут около 20 будет. Если заменить пентод экв схемой - то 4

[Alex Ground]

Все там же..Ну или поправьте там Олежку модератора идиота,что он не прав!!!!

Я писал про Заратустру в ветке про Заратустру, думаю обсуждение этого ВК стоит продолжить аналогично не в ветке по Дуалу, а в ветке про Заратустру, это ведь не я тут завел обсуждение этого ВК. Это оффтоп

---------- Сообщение добавлено 19:50 ---------- Предыдущее сообщение было 17:02 ----------

И каким образом тогда имеется 62дБ усиления
Пентод + триод с ОК

Еще раз про УН - совершенно не оправданное построение, т.к. второй каскад вовсе не повторитель из-за пентода и его Ri. Плюс на аноде пентода действует выходное напряжение, что ухудшает линейность

Я абсолютно уверен, что вы ошибаетесь, но если я правильно вас понял, то можно же взять прототип и замерить.
То есть если вы правы, на аноде пентода действующее напряжение будет меньше, чем в катоде триода? (Во столько раз меньше, во сколько усиливает каскад vl1.2, если по вашему триод дает усиление по напряжению)

Ипполит, ну какой же вы тупой! Входное напряжение для триода - то что высаживается на R7, его он и усиливает

да, и скрины сюда

Пардон, тут около 20 будет. Если заменить пентод экв схемой - то 4

Желтый катод триода, зеленый анод пентода.
Где усиление существование которого вы так доказывали? Все точь в точь как я и говорил, триод повторитель с Ку стремящемуся к 1.

На R7 изменение напряжения стремиться к 0 на переменном токе.
На триоде выполнен классический повторитель с непосредственной связью и динамической нагрузкой в катоде. Усиление по напряжению стремится к 1.
Этот каскад повторяет напряжение на аноде пентода и выполняет функцию развязывания пентода от нагрузки, в комплексе с вольтдобавкой создаётся максимальное динамическое сопротивление в аноде пентода, что в свою очередь позволяет получить максимальное усиление с каскада на vl1.1, которое в железе составило 62дБ. Усиления по напряжению в петлю повторитель на vl1.2 не добавляет, а только создает для каскада на vl1.1 условия для набора усиления

---------- Сообщение добавлено 20:14 ---------- Предыдущее сообщение было 19:50 ----------

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 ..

Выходной каскад усилителя главный генератор искажений. Переключательные искажения, которые неминуемы в АВ, нелинейность входного тока, ведь бета биполярных транзисторов на малом токе может отличаться от беты на номинальном токе в десятки раз спокойно, а суммарное усиление двойки может изменяться в сотни раз при работе на малом сигнале и при работе на номинале. А источник раскачивающий ВК. Всегда ли он линеен? Если он однотактный, а когда мы говорим о лампах в драйвере, то он как правило однотактный, то он всегда несимметричный, таким образом для положительной и отрицательной полуволны его выходные параметры изменяются, что тоже при работе на потребитель тока вносит искажения. Опять таки в зависимости от уровня потребляемого тока эти искажения изменяются. Считаю что это обязательно нужно компенсировать, потому в Дуал я и реализую общую ООС с максимальной глубиной прямо с выхода, в том числе и исправляя искажения всех межкаскадных конденсаторов. Чувствительные к качеству конденсаторы только входной конденсатор преда на 6Н23П и конденсатор в катоде пентода, его искажения не правит ООС.

[fakel]

Желтый катод триода, зеленый анод пентода.
Где усиление существование которого вы так доказывали? Все точь в точь как я и говорил, триод повторитель с Ку стремящемуся к 1

Так я ж поправился - 20. Вычти одно из другого и подели на большее. Ку каскада с ООС через делитель 100к/400к = 1/4

Еще по поводу применения пентода для большого усиления. По сути - пентод это 2 триода, включенные каскодом. И ему требуется высокоомная нагрузка - т.е. еще один триод. Так проще сделать 2х-каскадный триодный УН и инклюзивно скорректировать последний УН с ВК

А источник раскачивающий ВК

Главное, чтобы он был низкоомный https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=64093

триод повторитель с Ку стремящемуся к 1

А теперь замерь выходное сопротивление и удивись, какой он повторитель

[bukvarev]

А теперь замерь выходное сопротивление и удивись, какой он повторитель

Может, в лампах какие особенности есть, но в первом приближении для этой схемы без ОООС:
Без С5: Rвых ~ 1/S = 1/5 = 200 Ом;
С С5: Rвых ~ 1/S*(1+Ri/R7) || R6 = 1/5*(1+400 кОм/100 кОм) || 10 кОм = 909 Ом.

[Alex Ground]

Так я ж поправился - 20. Вычти одно из другого и подели на большее. Ку каскада с ООС через делитель 100к/400к = 1/4

Перечитайте пост в топике, там описано как это работает, нагрузка в 100кОм там только на постоянном токе, я уже столько раз об этом написал и опять двадцать пять.
Вы у себя на уме придумали и даже рассчитали что тут триод работает усилителем по напряжению, сначала что у него усиление 20, потом что 4, а я дурак и не понимаю как моя схема работает. Доказывали мне что часть усиления по напряжению происходит на пентоде, а часть на триоде и 62дБ это суммарное их усиление, а не только лишь пентода. Мы спорили спорили, в результате я снял осциллограммы с прототипа которые четко демонстрируют мою правоту, 62дБ усиления на аноде пентода (отношение напряжения на аноде пентода и на сетке пентода 1288 раз) и около 0.96 раз усиление триода (сигнал на выходе по напряжению ослаблен, а ни как не усилен), что четко видно на осциллограмме. На этом кажется можно спор и закончить.

По сути - пентод это 2 триода, включенные каскодом. И ему требуется высокоомная нагрузка - т.е. еще один триод.

По сути так и есть. Высокоомная нагрузка выполнена в виде вольтдобавки, что приближает пентод к работе на источник стабильного тока, а отвязка от сопротивления нагрузки выходного каскада выполнена повторителем, как мы выше убедились.

Так проще сделать 2х-каскадный триодный УН и инклюзивно скорректировать последний УН с ВК

Опять про триоды, может объясните в чем смысл линеаризовать лампе самой себя, когда после неё стоит главный "генератор искажений" выходной каскад, на который вы опять таки предлагаете не 46дБ обратной связи оставить, а сколько, 10-15 дБ? И вместо выполнения реально полезной работы, усиление замкнется в лампе, а мощный и нелинейный ВК в режиме АВ будет сам по себе. Так же необходимо помнить что искажения формирует не только выходной каскад, но и входной, чем меньше изменение напряжения на сетке входной лампы, тем меньше сказывается её нелинейность. Думаю не стоит напоминать, что при 45дБ ООС напряжение на сетке входной лампы будет гораздо меньше чем при глубине этой самой ОС в 10-15дБ или вообще при её отсутствие. Потому в Дуале и нет бессмысленной растраты усиления в виде триодного включения, все возможное усиление лампы идет на линеаризацию лампа+выходной каскад, а не просто на линеаризацию ламп, с гадящим от души в выходной сигнал ВК. Главная идея схемы сокрыта в УН и заключается, ещё раз, в размыкании внутренней ОС лампы используя пентодное включение, и реализация высвобожденного усиления на линеаризацию всей системы лампа+ВК+выходной конденсатор

А теперь замерь выходное сопротивление и удивись, какой он повторитель

В системе охваченной ОС это сделать нельзя, так как оно для ВК видится на глубину ОС раз ниже чем есть на самом деле.

[fakel]

Может, в лампах какие особенности есть, но в первом приближении для этой схемы без ОООС:
Без С5: Rвых ~ 1/S = 1/5 = 200 Ом;
С С5: Rвых ~ 1/S*(1+Ri/R7) || R6 = 1/5*(1+400 кОм/100 кОм) || 10 кОм = 909 Ом.

Все так, по моим прикидкам в 4 раза выше 1/S

Вы у себя на уме придумали и даже рассчитали что тут триод работает усилителем по напряжению, сначала что у него усиление 20, потом что 4, а я дурак и не понимаю как моя схема работает

Работает, как поймешь - приходи)) Замени пентод на последовательно соединенные источник напряжения и резистор, равный Ri пентода, получишь усиление = 4

объясните в чем смысл линеаризовать лампе самой себя

А думаешь, пентод себя не линеаризует при работе на ИТ?

вы опять таки предлагаете не 46дБ обратной связи оставить

Да. На 2х триодах вполне можно получить столько, зато не надо извращаться с высокоомной нагрузкой

и нет бессмысленной растраты усиления в виде триодного включения

А повторитель, который не повторитель? Да даже если бы повторитель - Ку его равно 1, а фазу вертит - вот уж где бессмысленная растрата усиления! Можно получить 20-30, а получаешь 1

в размыкании внутренней ОС лампы используя пентодное включение

Да вот ни фига! Она размыкается, только если нагрузка много меньше внутреннего сопротивления пентода. А при работе на холостом ходу внутренняя ООС себя проявит, иначе усиление бы в бесконечность

используя пентодное включение

В этом и глупость

В системе охваченной ОС это сделать нельзя

Ну разомкни ООС, померь и снова замкни

[Alex Ground]

получишь усиление = 4

Ну бумага все стерпит хоть 4 хоть 20, на осциллограмме видно напряжение на сетке 1.91, на катоде 1.85, усиление по напряжению у каскада на VL1.2 =0.96 раз.

---------- Сообщение добавлено 11:13 ---------- Предыдущее сообщение было 11:12 ----------

А думаешь, пентод себя не линеаризует при работе на ИТ?

Линеаризуется и лампа и оконечник, а не только лампа как в варианте триод + оконечник без ООС

---------- Сообщение добавлено 11:16 ---------- Предыдущее сообщение было 11:13 ----------

внутренняя ООС себя проявит, иначе усиление бы в бесконечность

Конечно, выше головы не прыгнуть, лампа имеет конечную крутизну, а вольтдобавка не идеальный источник тока однако усиление в 30раз и усиление в 1300 раз есть разница? И вся эта разница потрачена на улучшение линейности лампы, ВК, конденсаторов...

---------- Сообщение добавлено 11:18 ---------- Предыдущее сообщение было 11:16 ----------

На 2х триодах вполне можно получить столько, зато не надо извращаться с высокоомной нагрузко

Ну так вперед, хотя бы в симуляторе покажите=)

---------- Сообщение добавлено 11:22 ---------- Предыдущее сообщение было 11:18 ----------

Ну разомкни ООС, померь и снова замкни

Там усиления 1300раз без ООС это затруднительно и безсмысленно. Расчет товарища bukvarev без ООС абсолютно справедливый

Может, в лампах какие особенности есть, но в первом приближении для этой схемы без ОООС:
Без С5: Rвых ~ 1/S = 1/5 = 200 Ом;
С С5: Rвых ~ 1/S*(1+Ri/R7) || R6 = 1/5*(1+400 кОм/100 кОм) || 10 кОм = 909 Ом.

Ну а с обратной связью еще делите на 200.

[bukvarev]

Offтопик:

С обратной связью делите на 200.

Само собой, я и написал, что без охвата ОООС.

[fakel]

Линеаризуется и лампа и оконечник

Первый каскад ООСью не линеаризуется

Ну а с обратной связью еще делите на 200

Умножать надо. ВК воспринимает пред как источник тока

[Alex Ground]

Само собой, я и написал, что без охвата ОООС

Offтопик:
Это я для товарища fakel уточнил

[fakel]

Там усиления 1300раз

Вполне можно получить с 2х триодов - 6Н2П и 6Н1П

[Alex Ground]

Первый каскад ООСью не линеаризуется

Это так, но из-за относительно глубокой ООС на сетке лампы действует напряжение в диапазоне единиц и десятков мВ, а чем меньше dU тем меньше проявляется нелинейность входной характеристики

---------- Сообщение добавлено 11:33 ---------- Предыдущее сообщение было 11:32 ----------

Умножать надо. ВК воспринимает пред как источник тока

Ну да точно, ООС по напряжению же не снижает выходное сопротивление, а увеличивает
Делить надо, а не умножать

---------- Сообщение добавлено 11:34 ---------- Предыдущее сообщение было 11:33 ----------

Вполне можно получить с 2х триодов - 6Н2П и 6Н1П

ну так вперед, покажите в симуляторе

[hippo64]

ну так вперед, покажите в симуляторе

Не, коллега так вы слона, пардон, гибридник не продадите и не продвинете.

[Alex Ground]

гибридник не продадите

Таки вы считаете что я зарабатываю деньги или какие то другие блага на том что публикую в открытый доступ материалы? Никакой коммерции нет.
А если человек вдохновится духом соперничества или спортивного интереса или ещё чем нибудь, и спроектирует гибрид на чисто триодном усилении да ещё и с большей глубиной ОС и лучшими параметрами, то кому станет хуже? Наоборот, будет на один интересный открытый проект больше)
А то сказать всегда легко, бумага все стерпит.. А как сделать проект это уже совсем другое, даже в симуляции

[hippo64]

А как сделать проект это уже совсем другое, даже в симуляции

вот не надо сказки рассказывать и мудями трясти, на веге добрая половина переделала кучу всего, поэтому хвастовство ваше вашими трудами неимоверными просто неуместно, не на майдане выступаете