Гибридный усилитель ROSA-HB1

[Alex Ground]

Доброе время суток!
Хочу представить схему гибридного усилителя с обратной связью во 2-ю сетку и выходным каскадом с малыми коммутационными искажениями на транзисторах одной проводимости.


Особенностью входной части схемы является применение маломощного пентода с динамической нагрузкой для получения максимального разомкнутого "виртуального" усиления, и перевод его в триодное включение подачей сигнала обратной связи с выхода усилителя во 2-ю сетку. Таким образом происходит линеаризация не только лампы, как в случае входной части на триоде, но и выходного каскада, а так же межкаскадного конденсатора.
Смещение лампы фиксированное, это позволяет избавиться от искажений катодного конденсатора который необходимо было бы применить в случае автоматического смещения.
Лампа применена 6Ж1П как не требующая высокого напряжения питания, достаточно линейная и распространенная, однако в силу возможности гибкой настройки схемы благодаря фикс.смещению, есть большой простор для экспериментов с различными лампами во входном каскаде.
Выходной каскад является идеей пользователя IDDQD

Скрытый текст

Вот нарисовал интересный ВК:


ВК охвачен ООС по току, чем достигается термостабильность. Входное сопротивление сопоставимо с тройкой ЭП (а значит такой ВК подходит для сверхлинейника). Само-собой, полевики можно параллелить (с добавлением истоковых резисторов). Ток драйвера (предвыходных биполяров) легко выставить в диапазоне 20 - 200 мА, что достаточно для прокачки емкостей нескольких пар выходных мосфетов. Выходное сопротивление с одной парой ~0.09 Ом. В биполярном варианте с током покоя 300 - 400 мА наблюдается эффект экономичного А - транзисторы открываются/закрываются плавно, коммутационные искажения на уровне шумов.

[свернуть]

Версия ВК на биполярных транзисторах меня заинтересовала своими малыми коммутационными искажениями, и хорошей линейностью, что особенно важно для усилителя с малой глубиной ОС. Ещё одной особенностью ВК является стабилизация тока покоя по датчику тока (резистору R29), что исключает необходимость в контроле температуры выходных транзисторов.
Схема ВК была доработана добавлением ещё одной ступени повторителя на входе, с целью увеличения входного сопротивления для работы ВК напрямую от пентода. Так же был доработан узел стабилизации тока покоя для снижения зависимости ТП от напряжения питания и температуры силового транзистора ГСТ, как результат ток покоя практически независим от напряжения питания усилителя и температуры выходных транзисторов . С эмиттера входной двойки повторителей берется сигнал для введения вольтдобавки в нагрузку пентода.
Напряжение "раскачки" выходных двоек выделяется на резисторах R18, R20, благодаря вольтдобавке на конденсаторе С16 переменное напряжение на R18 приложено между Б-Э верхней двойки, таким образом управление выходными двойками симметричное.

На плате предусмотрено место для установки "антизвонных" резисторов R27, R28 в базах выходных транзисторов, их необходимо устанавливать только в случае использования транзисторов более высокочастотных чем указаны в схеме, например при установке популярных транзисторов 2SC5200. В случае установки ВЧ транзисторов с малой бэтой (h21э<20) целесообразно в параллель базовым резисторам включить индуктивность порядка 0.33..0.47мкГн для улучшения коэффициента использования напряжения питания (снижения падения напряжения на резисторах в базах выходных транзисторов в рабочем диапазоне частот). В исходном варианте схемы, при применении рекомендуемых автором транзисторов следует установить на место R27, R28 перемычки.

При установке отличных от указанных на схеме выходных и предвыходных транзисторов ( более высокочастотных) для сохранения устойчивости усилителя может потребоваться установка конденсатора 100пФ 100В между коллектором и базой транзистора VT2

Рекомендуемый ток покоя ВК порядка 220...250мА. При таком токе покоя происходит резкое снижение коммутационных искажений, дальнейшее повышение тока покоя не приносит значительных улучшений.
За поддержанием нуля на выходе следит интегратор на ТЛ071, с его отрицательного плеча питания берется напряжение для регулятора смещения лампы.
Выход интегратора подключен на вход ВК через делитель в который заведена ПОС, для повышения входного сопротивления выходного каскада.

Между усилителем и нагрузкой обязательно необходимо использовать модуль защиты и задержки подключения АС

Модель MicroCap
rosa hb1.cir

Была разработана и собрана односторонняя печатная плата под изготовление ЛУТ.
СМД компоненты типоразмера 1206, ламповая панелька типа ПЛК7-1п, или ПЛК7-4к, посадочное место универсальное. Выходные транзисторы в ТО-247.
Габарит платы 58*76мм.

Файл платы усилителя в SprintLayout (+GERBER)
ROSA HB1 FULL.rar
Перечень комплектующих (parts list)
ROSA HB1 partlist.pdf

Так же товарищем Лепёхин В. была разработана двухсторонняя печатная плата для заводского изготовления, габариты платы 89*79мм.

Транзистор VT4 установлен TIP42 (TO-220) вместо BD140 (TO-126), что бы не устанавливать радиатор в тесном пространстве между конденсаторов (для TO-220 радиатор не обязателен)

Файл платы усилителя от тов. Лепёхин В. в SprintLayout (+GERBER)
ROSA HB1 Lepekhin.rar

Замеры и осциллограммы:
Клип 1кГц:

Меандр 1кГц:

Искажения на нагрузке 5 Ом при выходной мощности 1 Вт:
THD (1кГц)= 0.009%

Искажения на нагрузке 5 Ом при выходной мощности 10 Вт:
THD (1кГц)= 0.015%

*измерения проведены при стабилизации всех питающих напряжений

Простой блок питания со стабилизацией анодного напряжения и тока накала

Предлагаю вариант простого блока питания для данного усилителя.
Вложение 451852
Печатная плата
Габариты: 80*86 мм
Вложение 451854
Файл платы БП в SprintLayout
Вложение 451875

[свернуть]

[LepekhinV]

Решение с раздельным БП и УМ более универсальное, оно позволяет использовать в БП разные типоразмеры конденсаторов. В нынешних непростых условиях это немаловажно

---------- Сообщение добавлено 16:33 ---------- Предыдущее сообщение было 16:32 ----------

А усилитель интересный .

[Alex Ground]

не будет земляной петли

На схеме заложил R5 как раз для разрыва земляной петли по входу, в случае питания нескольких каналов от общего блока питания.

Решение с раздельным БП и УМ более универсальное, оно позволяет использовать в БП разные типоразмеры конденсаторов.

Полностью с Вами согласен, так же можно более гибко продумать конструктив. Например у себя планирую платы усилителя крепить к боковым радиаторам, а тор и плату бп по середине.

А усилитель интересный .

Спасибо

[hippo64]

А усилитель интересный .

[LepekhinV]

Вопрос есть по схеме интегратора. Почему именно такая?

[Alex Ground]

Почему именно такая?

Классика же, просто, доступно и надёжно.
Мне кажется этот узел не выйдет упростить без ухудшения, как и не выйдет получить сколь либо значимое улучшение путем усложнения.

[MiSol62]

Значит ноу-хау

[фЕДОР ЧАЛЫЙ]

Alex Ground, "стержневую" 6ж1б в схеме не пробовали?

[MiSol62]

Поддержу этот вопрос - у меня тоже есть несколько штук от советского прошлого.

[hippo64]

Значит ноу-хау

Классика же, просто, доступно и надёжно

[Alex Ground]

Alex Ground, "стержневую" 6ж1б в схеме не пробовали?

6Ж1Б можно применить. Тут на входе можно фактически любой маломощный пентод использовать, смещение фиксированное, можно для любой лампы подобрать оптимальный режим. Для 6ж1п и 6ж1б предполагаю оптимальные режимы примерно совпадают

[IDDQD]

Я тут на досуге тщательнее покрутил модель усилителя - выявилась пара недостатков - в клипе на частоте 20 КГц большой обратный ток одного из транзисторов управляемого ИТ и сквозной ток верхнего плеча ВК. В общем, для устранения выявленного нужно добавить пару диодов. Я думаю, по картинке всё понятно. У меня, кстати, модель лампы именно 6Ж1Б - получилось смещение -4В, на аноде 125, на второй сетке 102В, ток анода 0.3mA. Ну и глубина ОООС с разомкнутой петлёй:

[Alex Ground]

большой обратный ток одного из транзисторов управляемого ИТ и сквозной ток верхнего плеча ВК.

Спасибо, что смоделировали, странно но в микрокапе не наблюдаю такого, из отличий заметил что Q3 у Вас установлен БД140, а у меня 2n5401, хотя поменял и у себя, но картинка в принципе не изменилась

6Ж1Б - получилось смещение -4В, на аноде 125, на второй сетке 102В, ток анода 0.3mA

Очень близко к оптимальному режиму для 6Ж1П подобранному в железе, что не удивительно для аналогов

Режим лампы 6Ж1П:
Питание: 160В;
Анод: 135В;
2я Сетка: 103В;
1я Сетка: -3.4В.
Ток покоя ВК: 230мА.
THD=0.009% 1 Вт 5 Ом

[IDDQD]

Спасибо, что смоделировали, странно но в микрокапе не наблюдаю такого...

Это конечно хорошо, но лучше бы подстраховаться. Я пользуюсь корделловскими моделями - они более точные.

[Alex Ground]

Я пользуюсь корделловскими моделями - они более точные

Да я тоже использую корделловские модели и попробовал на стандартных тоже, эффект не увидел. Покручу ещё, может выйдет обнаружить.

лучше бы подстраховаться

Вы правы, добавить 2 диода это не проблема. Спасибо! Обновлю в схеме.
upd
Действительно обратный ток управляющего транзистора ГСТ имеет место быть, добавлю ему шоттки bas85 в б-к.
Установил выходники как у вас в модели 2SC5200 тоже обнаружил иголку на клипе, на mjl21194 (в том числе корделл) и подобных медленных иголки нет, потому не было видно на моей симуляции.

Offтопик:
Кстати на досуге тоже крутил ВК, есть потенциал улучшения если конденсатор вольтдобавки заменить на источник напряжения номиналом несколько вольт. Тогда пропадут искажения вносимые вольтдобавкой и даже голый ВК выдает очень низкий уровень искажений. Однако в схеме с обратной связью результирующее улучшение уже не так сильно заметно. При желании можно заморочиться, только необходимо тщательно все проверить.

[V_V_V]

Я тут на досуге тщательнее покрутил модель усилителя -

IDDQD, модельку можете выложить? Интересно покрутить.

[IDDQD]

IDDQD, модельку можете выложить? Интересно покрутить.

Вот:

[Alex Ground]

Добавлены VD7,8
Удалены R27,28 (для НЧ транзисторов ставится перемычка, для ВЧ 2.2 Ом антизвонные).
Транзисторы указанные на схеме не требуют установки антизвонных резисторов в базы в силу своей малой граничной частоты.
Место под антизвонные резисторы на плате остаются на случай установки ВЧ выходников по типy 2SC5200 для них они могут понадобиться.
Причина по которой удалил базовые резисторы в том, что у транзисторов с низкой бетой типа tip35, 3055 у которых бета при выходном токе 7А может снижаться до 10..15 раз, падение на базовых резисторах изначально установленных в схеме (3.3 Ом) может достигать 7А/10= 0.7А (Iб), 0.7*3.3= 2.3 В. Это приведет к тому, что на конденсаторе вольтдобавки не хватит напряжения для работы верхнего плеча при подходе к максимальной мощности. Верхнее плече с такими транзисторами уйдет в плавный клип раньше чем нижнее.
Сейчас схема должна переваривать как самые дубовые выходники типа TIP3055, так и имеет возможность установить быстрые типа 2SC5200.

P.S.: В случае установки каких нибудь древних ВЧ выходников с низкой бетой можно столкнуться с тем что и антизвонники желательны и ток баз значительный, что несколько ограничивает выходную мощность из за падения на базовых резисторах, в таком случае целесообразно зашунтировать антизвонники индуктивностями порядка 0.47мкГн, для устранения падения напряжения на звуковых частотах

[Кокон]

Такое приходилось видывать?

[Alex Ground]

Такое приходилось видывать?

Ранее не приходилось. А почему вы спрашиваете?
Делать равное питание лампе и транзисторной части очень компромиссное решение, лампу напряжением "обидели", а оконечник превратили в печку, куда ему 100В питания, тем более с выходным конденсатором.

---------- Сообщение добавлено 12:11 ---------- Предыдущее сообщение было 10:05 ----------

Досконально не проверял, могут быть ошибки!

Не совсем ошибка, но вижу напряжение смещения лампы берется с - питания, понял, что так удобнее было трассировать, но тогда вместе с изменением напряжения питания меняется и напряжение смещения. Мне кажется лучше брать со стабилитрона ОУ, там напряжение стабильно.
Вот тут поправил+ подправил несколько ошибок, что попались на глаза
ROSA HB1 Lepekhin.rar

Ещё момент с R5, в идеале он должен соединяться с землей лампы (выводы 2,7 ) и точкой взятия земли на АС как можно ближе. Что бы получилась так сказать "мекка" сигнальной земли. Однако сложно сказать окажет ли это ощутимое влияние на практике в предложенной Вами плате, ведь площадь земляного полигона достаточно существенна.

[Кокон]

Alex Ground, вообщето вопрос был задан всем.
С целью выяснить есть ли еще здесь участники секты им.Шилялиса

Шутки, шутками а схема довольно понятна.
Разве только то, что это один из вариантов так называемого экономичного класса а не все сразу увидят.