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 .

[stratov]

А вообще , и я кстати не раз про это говорил и раньше - само по себе использование высокочастотных транзисторов в УНЧ нежелательно . Кроме опасности возбуда и необходимости использовать разные дополнительные меры против него , есть и другие соображения . Дело же в том , что создание транзистора , как и многое другое - основано всегда на компромиссах . Не бывает ничего идеального , и для получения чего-то одного приходится жертвовать чем-то другим . Так же и с высокочастотностью - увеличение граничной частоты наверняка приводит к ухудшению ОБР , более быстрому входу в насыщение , итд . Да и просто сама ситуация , когда для усиления частот в полосе 20-20000 герц используются транзисторы с Fгр порядка 100 мгц - кажется довольно странной Единственно , где это может быть оправдано - при разработке УНЧ со сверхглубокой ООС , но в нашем-то случае у нас вообще нет никакой общей ООС - потому нам тут и не нужна граничная частота выше пары мгц , соответственно даже древняя комплементарная пара 2N3055-2955 вполне нормально работает в Заратустре . Но с другой стороны - про развитие технологии тоже забывать не надо , и если у более поздних транзисторов одновременно с ростом Fгр растёт также и усиление по току , равно как и линейность этого усиления - то применение новых транзисторов вместо древних вполне оправдано . Скажем , применённая в исходной схеме комплементарная пара ( 5200-1943 ) от Toshiba - при заявленной граничной частоте 30 мгц показывает надёжную работу УНЧ в течение многих лет . Но вот дальнейший рост Fгр мне уже кажется чрезмерным и может приводить к проблемам , особенно при отсутствии у людей нужных приборов , позволяющих вовремя заметить начинающийся ВЧ возбуд

Но с другой стороны - мы же сами транзисторы не делаем , используем готовые - а сейчас ситуация такая , что бывает трудно купить вообще настоящие транзисторы , а не китайскую подделку ... и иногда бывает ситуация , когда есть какие-то транзисторы , которые кажутся вполне перспективными ( и не поддельными ) , естественно с набором своих каких-то свойств , и тогда для их применения нужно просто уметь приспосабливаться к их свойствам . Так что в данном случае с транзисторами VL035 надо будет провести дополнительные исследования - может быть , ещё и удастся их вполне нормально применять . Если причиной их внезапных отказов является ВЧ возбуд - надо будет выбрать правильные "антипаразитные" меры при монтаже , а если причина в слабости ОБР - тогда надо будет больше их параллелить на выходе , чтобы уменьшить пиковый ток через каждый транзистор .... в общем , нужно будет провести некоторые опыты .

Везде согласен! Примера ради, пусть и не в тему, был у меня как то сд плеер Ямаха сдх390, там дорожки на односторонней ПП,имели длину см 10 до оу фнч пост цап, а то и больше, при этом шунтах по питанию ВООБЩЕ не было, от слова совсем Поставь туда что нибудь быстродействующее, вроде ad8066, и т д, возможно оно как "завелось" бы, ну или выбросы на фронтах меандра б были Действительно, не всегда нужны вч транзисторы, иногда наверное более важно чем "раскачивать" и контроль этих выходников пред каскадом

[фЕДОР ЧАЛЫЙ]

Будет. При таких номиналах частота среза примерно 16 кГц.

36/4=9 А 36*9= 324 Вт в пике 162 Вт на транзистор (это если токи идеально выравнены), при 150 паспортных.

Это на меандре. На синусе, при размахе 72 В - в два раза меньше.

[MCA10.5.64]

- мы же сами транзисторы не делаем , используем готовые - а сейчас ситуация такая , что бывает трудно купить вообще настоящие транзисторы , а не китайскую подделку

VL035 продают на Яндекс маркет, стоят не совсем дёшево и кое-кто написал в отзывах что разброс 100%. VL035dp - ку 70, VL035dn - ку 135. Правда не написано чем он его измерял ? И вопрос где делают эти транзисторы, в китае ?

[Станислафф]

Тут на сайте присутствует представитель их разработчика.

Разброс - между транзисторами одной проводимости или в парах? Так полностью комплиментарных и не может быть, т.к. физика - бессердечная сука.

[V_V_V]

Это на меандре. На синусе, при размахе 72 В - в два раза меньше.

Так, да не так. Мощность на нагрузке не равна мощности рассеиваемой транзисторами. На синусе мощность рассеиваемая всеми транзисторами будет около 250 Вт на все выходные транзисторы. На меандре транзисторы будут рассеивать на порядок меньше.

[vovan2010r]

На синусе мощность рассеиваемая всеми транзисторами будет около 250 Вт на все выходные транзисторы ....

На самом деле вопрос о максимальной рассеиваемой на выходных транзисторах УМЗЧ мощности - не такой простой.
Что действительно просто найти - максимальную МГНОВЕННУЮ мощность, рассеиваемую на выходных транзисторах УМЗЧ кл. В при работе на активную нагрузку (а с учетом того, что максимальный ток нагрузки, как правило, примерно на 2 порядка выше тока покоя, то и для класса АВ результат будет примерно такой же).

Мгновенная мощность, рассеиваемая на транзисторе, составит Ртр = Uтр * Iтр
где Uтр и Iтр - падение напряжения на транзисторе и ток, текущий через транзистор в данный момент времени.
Очевидно, что Iтр = Iн, где Iн - ток через нагрузку.
Iн = Uн/Rн, где Uн - напряжение на нагрузке, Rн - сопротивление нагрузки.
Uтр = Uпит - Uн.
Тогда Ртр = Uтр * Iтр = (Uпит - Uн)* Uн/Rн
Чтобы найти, при каком Uн мощность на транзисторе будет наибольшей, приравняем производную dPтр/dUн к нулю
dPтр/dUн = d((Uпит - Uн)* Uн/Rн)/dUн = 0
d((Uпит - Uн)* Uн/Rн)/dUн = (Uпит - 2*Uн)/Rн = 0
откуда Uн = Uпит/2.
Наибольшая мощность на транзисторе
Ртр max = (Uпит - Uпит/2)* Uпит/(2*Rн) = (Uпит * Uпит)/(4*Rн).

Рассчитать среднюю мощность на синусоидальном сигнале уже сложнее (можно, но уже придется вспоминать институтский курс матанализа). Упростим задачу. Кто сказал, что реальный выходной сигнал должен иметь синусоидальную форму? Пусть мы будем усиливать меандр с амплитудой, равной половине напряжения питания (наихудший случай). Тогда средняя мощность за полпериода меандра будет равна найденной нами выше максимальной мощности. А поскольку во время второй половины периода транзистор закрыт, и мощность на нем не рассеивается (напомню, у нас класс В), то средняя мощность за период будет вдвое меньше.
Таким образом, Р тр ср = (Uпит * Uпит)/(8*Rн).
Кстати, полученная величина близка к величине средней мощности для синусоидального сигнала, приводимой в справочной литературе Р тр ср = (Uпит * Uпит)/(ПИ * ПИ * Rн)
А для реактивной нагрузки средняя мощность будет в 4 раза выше Р тр ср = 4 * (Uпит * Uпит)/(ПИ * ПИ * Rн).

[MCA10.5.64]

Разброс - между транзисторами одной проводимости или в парах?

Написано, что покупал две пары

---------- Сообщение добавлено 12:55 ---------- Предыдущее сообщение было 10:55 ----------

Больше года назад я дёрнулся - хотел купить на Яндекс маркет транзисторы VL035dp, dn. Хорошо что во время одумался и не стал их покупать, подделки будут если не сегодня, значит чуть поздней. И если их делает китай, тем более.

---------- Сообщение добавлено 12:59 ---------- Предыдущее сообщение было 12:55 ----------

Тут на сайте присутствует представитель их разработчика.

Я как-то раньше читал не помню в какой теме про эти транзисторы. Так где же сейчас их представитель ? Пусть разъяснит по применению и где изготавливают данные транзисторы.

[variator]

ак где же сейчас их представитель ?

Offтопик:
Может это Prophetmaster. Полистать надо его темы про усилители.

[MCA10.5.64]

Может это Prophetmaster.

Да, именно там и была информация. Представитель не часто тут светится, как-то быстро слился.

[Mikola]

где изготавливают данные транзисторы.

Комплементарная пара биполярных транзисторов VL035DP/VL035DN была разработана Виктором Лебедевым (отсюда буквы VL) в Лаборатории Электрофизических Исследований (ООО НПП ЛЭФИ), которая в 90-х годах отделилась от известного брянского завода полупроводниковых приборов. Несколько лет назад сотрудники ЛЭФИ, увлеченные конструированием усилителей, решили выпустить серию транзисторов для аудио, что и было сделано. Причём на чистом энтузиазме — государственного финансирования в этом проекте нет. Производятся транзисторы на высокотехнологичной линии в Зеленограде.

Чем же хороша эта пара? Во-первых, транзисторов, предназначенных для выходных каскадов усилителей с током коллектора до 15 А и минимальной граничной частотой 100 МГц, доступных для производителей бытовой электроники, до сих пор не было. Кроме того, у 150-ваттных VL035DP/ VL035DN имеется ещё один важный параметр — при токе коллектора от 0 до 7,5 А коэффициент усиления абсолютно постоянен — на графике в документации просто горизонтальная линия. Это значит, что уровень искажений выходного каскада не будет зависеть от тока, отдаваемого в нагрузку.

Источник информации

[MCA10.5.64]

Чем же хороша эта пара?

Сообщение #15623 хорошо прочитали ? На Яндекс маркет отзывы тоже пишут не просто так.

[киса]

Реклама делает своё дело! Усилитель TERRRRRA рекламирует себя и транзисторы. Преподнося коэффициент демпфирования: 40 000 на 4 Омах, как сверх достижение. Только кому он нужен коэффициент демпфирования такой величины? После 40 все колонки поют по своему. А порадовала цена: всего 1200 000 р. и это до 24 ноября 2024г. Сейчас с учётом инфляции и жадности "продаванов", скоро к 2 000 000р. поднимется. На столько и качество поднимется!!! Печальное зрелище! (как говорил ослик Иа). Спасибо, что дочитали до конца моё повествование.

[V_V_V]

А поскольку во время второй половины периода транзистор закрыт, и мощность на нем не рассеивается (напомню, у нас класс В), то средняя мощность за период будет вдвое меньше.
Таким образом, Р тр ср = (Uпит * Uпит)/(8*Rн).

Что-то Вы путаете.
При работе усилителя с меандром потери мощности возникают в основном из-за неидеальности переключения транзисторов, индуктивных выбросов и сопротивления проводников.
1. Потери при переключении на транзистор около 1 Вт
2. Потери в открытом состоянии (Conduction Losses) , обусловлены сопротивлением насыщения около 4 Вт
3. Потери на индуктивные выбросы (Snubber Losses) около 2 Вт
Итого на меандре 20 кГц 50% заполнением с амплитудой 36 В - меньше 10 Вт
Если бы было как Вы говорите, то усилители класса Д не имели кпд > 90%
Расчетами и формулами не буду утомлять.

[variator]

Представитель не часто тут светится, как-то быстро слился.

Скрытый текст

Offтопик:
Э-э... коллега! Он честно все объяснил. Его усилитель взяли в производство, ну так понравился каким то коммерсам. А самого - на работу с условием не поддерживать на форуме "любительскую" версию.

[свернуть]

[Merstan]

Зависть делает человека некрасивым.

[vovan2010r]

Что-то Вы путаете.
При работе усилителя с меандром потери мощности возникают в основном из-за неидеальности переключения транзисторов, индуктивных выбросов и сопротивления проводников.
1. Потери при переключении на транзистор около 1 Вт
2. Потери в открытом состоянии (Conduction Losses) , обусловлены сопротивлением насыщения около 4 Вт
3. Потери на индуктивные выбросы (Snubber Losses) около 2 Вт
Итого на меандре 20 кГц 50% заполнением с амплитудой 36 В - меньше 10 Вт
Если бы было как Вы говорите, то усилители класса Д не имели кпд > 90%
Расчетами и формулами не буду утомлять.

Похоже ты не знаешь/не понимаешь принципы работы усилителей класса В/АВ (о которых и было мною изложено) и класса Д.
Ты бы еще приплел сюда ламповый усилитель.

[Alex]

Ты бы еще приплел сюда ламповый усилитель.

А чем ламповый, будучи в полном клипе (см. выше про меандр) отличается от транзисторного, кроме величИн) ?

[vovan2010r]

А чем ...

Прочитай сначала мое сообщение номер 15626

[V_V_V]

Пусть мы будем усиливать меандр с амплитудой, равной половине напряжения питания (наихудший случай).

Имелись ввиду эти ваши слова. И в этих условиях выходные транзисторы АВ и Д класса работают не одинаково, а похоже, АВ близко к ключевому режиму. В идеальных условиях мощность рассеиваемая транзисторами стремится к нулю. А идеальных условий не бывает и транзисторы в АВ будут рассеивать меньше 10 вт на меандре амплитудой 36 В.

[vovan2010r]

Имелись ввиду ....

Не буду даже комментировать