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 .

[Prophetmaster]

Олег! Использовать "паралельный" повторитель в чистом А-классе совершенно бесмысленно.

Роман, почему? Компенсация параллельным усилителем (в классе АВ) искажений типа ступенька - это еще не все.

[alexx_75]

Кстати Вы не пробовали пользовать Транзисторы ThermalTrak от ON Semiconductor, в принципе должно сильно упростить монтаж схемы, и параметры у них неплохие...

Да , по идее , у меня там настолько малая разность потенциалов , что проблем не должно быть . А вот скажи , в какой схеме ты применял те транзисторы ? И как они в смысле линейности ? Мне , в общем , Тошибовские транзюки нравится по их качествам - у них неплохое усиление по току , и неплохая линейность этого усиления , что без ООС особенно важно . А вот как ведут себя те транзисторы ? Доступны ли они сейчас ? Если их нетрудно достать - я пожалуй сделаю ради интереса версию усилка на них . Уж очень мне понравилось , что диоды внутри стоят - не надо будет ничего сверлить .

Насчёт же конденсатора - тут уж приходится признать , что в этой схеме они - необходимое зло . Приходится с ними смириться . Я просчитывал и испытывал кучу разных вариантов схем без них , но всегда лекарство оказывалось хуже болезни Потом , если поставить хорошие кондюки - то проблем особых нет . Главное , что ставить нельзя - это советские К-73 . По звуку это - катастрофа , ядерная война А вот лучше всех из советских показали себя старые КБГ , и чем старее - тем лучше . Видимо , технология постепенно деградировала , кто их знает , чего они туда плеснули (с) Лучше всех были КБГ выпуска 53-го года . Если нет хороших фирменных - я всем советую ставить именно КБГ . Ещё неплохо показали себя M-cap фирмы Mundorf , , и ещё один хороший кандидат ( хотя и редкий ) - это Sprague Vitamin Q ..... но абсолютные чемпионы - это Electrocube 950 . Эти пока вне конкуренции . Ещё надо бы испытать Multicap RTX , но вот засада , у меня нет таких с нужным напряжением . Если раздобуду - попробую их тоже .

[MiSol62]

"Главное , что ставить нельзя - это советские К-73 " - не уж то они так плохи?

[deemon]

Интересный проект!
Вопросы: если использовать этот повторитель в классе А, то смещение напряжением уже не так актуально, не беря во внимание потери выходного напряжения в классической схеме? Интересно, как покажет себя такой повторитель в усилителе типа Ульянова? И еще, на одной паре использованных Вами транзисторов получить 20 Вт\4Ом в чистом классе "А" вполне реально, насколько я понимаю? Ток покоя получится около 1.2А

Смещение напряжением актуально и тут .... дело в том , что кроме хорошего использования питания есть и другие "бонусы" Самое главное - это жёсткая связь между всеми транзисторами схемы . Ведь если посмотреть на схему , то можно увидеть - от входа до выхода можно пройти 4 разными путями , два напрямую и два через источник смещения . Результат - дополнительная компенсация искажений . Ведь когда напряжение БЭ одной пары уменьшается , то у другой пары - наоборот . И в данной схеме это как раз и используется . Все искажения как бы суммируются с разными знаками . И это реально помогает повысить не только субъективное качество звука , но и вполне объективные параметры каскада . И ещё , как я говорил выше - очень сильно улучшается поведение на ВЧ . Ведь если мысленно проследить пути заряда и разряда паразитных ёмкостей , то мы увидим тут их полную симметрию , а это есть хорошо . В обычном же каскаде - заряд ёмкости БЭ выходника происходит через генератор тока , а разряд - через низкоомный выход эмиттера предвыходника . На НЧ это незаметно , а на ВЧ приводит к динамическим искажениям .

Далее , в классе А лучше применять несколько другой вариант схемы . Ведь в показанном на схеме варианте ток покоя предвыхода и выхода одинаков , и когда он 100 ма - это нормально . А если 1 ампер ? То это уже как-то многовато для предвыхода Вот , поэтому есть два пути . Первый - это применение на предвыходе транзисторов МЕНЬШЕЙ мощности , чем на выходе . Из-за меньшей площади переходов ток предвыхода автоматически установится в несколько раз меньше , и это будет как раз то , что надо . Например , я бы посоветовал такой вариант маломощного класса А - на предвыходе BD237-238 , на выходе одна пара 2SC5200-2SA1943 . Подобные конфигурации я тоже пробовал , но пока не доводил до законченной конструкции .

И есть вариант номер 2 - это установка ОДИНАКОВЫХ транзисторов , но включение на выходе сразу несколько в параллель . Я уже говорил про усилок Zarathustra II в классе А . Там все транзисторы работают при токе в 0,5 ампера , но на предвыходе одна пара , а на выходе - 6 . Так мы и КПД сильно не убиваем , и получаем прекрасные условия для "жизни" транзисторов . И просто охренительную "тяговооружённость" каскада . Например , тот усилитель я испытывал так - раскачивал на полную мощность , до +-50 вольт на выходе , а потом подключал нихромовый резистор порядка 0,8 ом на выход . Кроме небольшой просадки выхода - никаких изменений , а ток выхода был , между прочим , около 60 ампер в пике Какая мощность была на выходе - нетрудно посчитать Разумеется , в этот момент усилитель уже работал в классе АВ . В чистом же А на 8 ом - до 150 ватт . Это пока самый могучий усилитель в этом проекте ......

[Серый Мыш]

Ну с батарейкой или нет, но ВК по сути составной эмиттерный повторитель. при токе покоя под 100 мА должно быть около 0.3 - 1 % искажений.
И неприятности с первым ваттом.
Так что же мы таки слышим? Одним и тысячные доли процентов искажений - замного. Другим и транзисторные 1% нипочём
Это не критика , а констатация наличия парадокса... ( а то побьют? )

[Alex]

И конечно , повторитель в классе А работает ещё лучше , чем в АВ . НО , это и "печка"

Можно переключатель поставить

[Hennady]

Олег! Использовать "паралельный" повторитель в чистом А-классе совершенно бесмысленно.

+1. Двутакт на биполярах в А - это нонсенс, причем бессмысленный нонсенс...

[Alex]

выходное драйвера при этом не должно быть более 1,5кОм - какое оно насамом деле?

Гена, у обычного СРПП на 6Э5П при 400в питания, выходное 330-350 ом, здесь может быть и меньше, из-за необычного включения второй сетки.

[Роман М]

Роман, почему? Компенсация параллельным усилителем (в классе АВ) искажений типа ступенька - это еще не все.

Не, ну если очень хочется то можно Просто зачем для А-класса городить "паралельник"? Это выхолащивание самой идеи паралельного ВК.

[Hennady]

Смещение напряжением актуально и тут ........ Все искажения как бы суммируются с разными знаками . И это реально помогает повысить не только субъективное качество звука , но и вполне объективные параметры каскада . И ещё , как я говорил выше - очень сильно улучшается поведение на ВЧ . Ведь если мысленно проследить пути заряда и разряда паразитных ёмкостей , то мы увидим тут их полную симметрию , а это есть хорошо . В обычном же каскаде - заряд ёмкости БЭ выходника происходит через генератор тока , а разряд - через низкоомный выход эмиттера предвыходника . На НЧ это незаметно , а на ВЧ приводит к динамическим искажениям .......

Сложное объяснение, но в любом случае "взвешенное смещение" дает улучшение по звучанию...

....И есть вариант номер 2 - это установка ОДИНАКОВЫХ транзисторов , но включение на выходе сразу несколько в параллель ........

это самый разумный вариант для звука...

---------- Добавлено в 15:32 ---------- Предыдущее сообщение в 15:31 ----------

Гена, у обычного СРПП на 6Э5П при 400в питания, выходное 330-350 ом, здесь может быть и меньше, из-за необычного включения второй сетки.

Понятно, ну тогда и драйва будет огого ...

P.S. Идею такого гибридника еще Ульянов высказывал, но старт топик граммотно доработал эту идею - лишь бы в класс А на одной паре выходных биполярников не лез, а так все супер...

[Костя Мусатов]

Смещение напряжением актуально и тут ....

Вопрос. Смещение реализовано на резисторе, через который пропускается ток. Пробовал ли шунтировать этот резистор конденсаторами от нан до тысчь микро?

Про мою схему на Термотанках уже ответили

[deemon]

Можно переключатель поставить

А можно регулятор Я пробовал регулировать ток , и что заметил - при снижении меньше 1 ампера звук начинает "умирать" , видимо сказывается большая "куча" недогруженных транзисторов на выходе . Самый оптимал бы при 2,5-3 ампера на 8 ом нагрузки . Звук был поразительно хорош . Колонки были и мои , и ещё у друга пробовали на здоровенных JBL4343 . Так что я понял так - если А , то А , а если АВ - то АВ Лучше тогда сделать два усилка - на одном постоянно слушать , а другой выкатывать на тележке иногда , в особо торжественных случаях

Вообще , как я мыслю , такой "зверь" в классе А - это идеал либо для монстроидальных колонок вроде Wilson Alexandria , либо для больших Магнепанов с очень дубовым чутьём . А для колонок нормальных размеров вполне подойдёт или эта схема , что тут описана , или такая же , но ватт на 20 в классе А , это если акустика имеет хотя бы честных 98-100 дБ чутья . Так , чтобы он из класса А вообще не выходил при человеческой громкости .

[Alex]

Понятно, ну тогда и драйва будет огого ...

Да я вот думаю, есть у меня СРПП на 6Э5П, в триода, попробовать переделать как тут?
Щас промоделирую.

[Prophetmaster]

deemon,
Спасибо большое за такой подробный ответ!

Далее , в классе А лучше применять несколько другой вариант схемы . Ведь в показанном на схеме варианте ток покоя предвыхода и выхода одинаков , и когда он 100 ма - это нормально . А если 1 ампер ? То это уже как-то многовато для предвыхода

Это я понимаю, но если посадить все 4 транзистора на радиаторы - пусть себе греются Мне кажется, что 4 одинаковых транзистора будет лучше, чем разные в предвыходе и выходе.

Там все транзисторы работают при токе в 0,5 ампера , но на предвыходе одна пара , а на выходе - 6 . Так мы и КПД сильно не убиваем , и получаем прекрасные условия для "жизни" транзисторов . И просто охренительную "тяговооружённость" каскада .

А увеличение входной емкости выходников в 6 раз не сильно сказывается на работе предвыходных транзисторов, при такой схемотехнике?

[Alex]

но ватт на 20 в классе А , это если акустика имеет хотя бы честных 98-100 дБ чутья .

Да ладно тебе, у меня 12вт на АС с 91дб прекрасно живет, а в спальне - 5.5вт на 90дб.

Промоделировал я твой "хитрый СРПП", Ку=16, что вдвое меньше чем у обычного СПРР на этих лампах в триоде, вых. сопротивление - 1к (!) вместо 350ом, но я не сильно всему этому верю, ибо если триоды МС еще как-то моделирует более-менее правильно, то тетроды-пентоды он правильно моделировать не умеет.
(сами модели у меня с карповского сайта).

[misha88]

+1. Двутакт на биполярах в А - это нонсенс, причем бессмысленный нонсенс...

Я часто встречаю это Ваше утверждение, можете пояснить?

[Hennady]

..... Я пробовал регулировать ток , и что заметил - при снижении меньше 1 ампера звук начинает "умирать" , видимо сказывается большая "куча" недогруженных транзисторов на выходе . Самый оптимал бы при 2,5-3 ампера на 8 ом нагрузки . Звук был поразительно хорош .....

Надо было сравнить с параллельно включенными недогруженными и делать вывод. Я сам попадался на этот "крючок" выкручивая двутакт в класс А, когда в качестве модели пробовал один канал, но когда я во втором случае запараллелил выход, та я умоляю - какой там нафиг класс А ...

[deemon]

Да ладно тебе, у меня 12вт на АС с 91дб прекрасно живет, а в спальне - 5.5вт на 90дб.

Проможелировал я твой "хитрый СРПП", Ку=16, что вдвое меньше чем у обыччного СПРР на этих лампах в триоде, вых. сопротивление - 1к (!), но я не сильно этому верю, ибо если триоды МС еще как-то моделирует более-менее правильно, то тетроды-пентоды он правильно моделировать не умеет.
(сами модели у меня с карповского сайта).

Нее , что-то тут явно не то - наверно проблема с моделью тетрода . В реальности усиление такого каскада примерно равно усилению одиночного каскада на 6Э5П в триоде ( около 30 , хотя есть разброс у разных экземпляров ) , а выходное сопротивление - меньше чем у SRPP на таких же тетродах . Но вот какое оно точно - я не помню , ибо мерял его лет 5 назад Если интересно - я померяю сегодня вечером . Заодно можно померять и искажения самого SRPP и всего усилка . А если у тебя в реале такая схема SRPP работает - то попробуй перепаять , да и сравни . Кстати , у тебя какой ток потребления 6Э5П ?

Вообще , этот проект у меня как-то сразу пошёл в сторону "эзотерики" , то есть я принципиально не хотел что-либо объективно измерять , а все решения принимал интуитивно . Тут как бы чистая схемотехника .И все сравнения разных вариантов делал по звуку , притом не сам , а приглашал "независимых экспертов" , так как я себе не очень-то доверяю , когда сам делаю схему и сам слушаю . Ну а сейчас , когда схема поработала уже несколько лет - можно и объективно померять её , приборы-то есть . Будет даже любопытно ....

---------- Добавлено в 17:28 ---------- Предыдущее сообщение в 17:17 ----------

deemon,
Это я понимаю, но если посадить все 4 транзистора на радиаторы - пусть себе греются Мне кажется, что 4 одинаковых транзистора будет лучше, чем разные в предвыходе и выходе.

Так тоже можно , но тут есть нюанс . Если ток предвыхода будет тоже 1 ампер , как и у выхода , то лампе будет трудно качать такой "нагруженный" предвыход . Да и разбаланс базовых токов у предвыхода станет больше - его будет труднее сбалансировать . Придётся тогда ставить ещё "пред-предвыход" , а это как бы нарушает чистоту идеи . Поэтому я и советую более равномерно распределить токи каскадов - не делать предвыход чересчур мощным . Если охота сделать маломощный класс А на ОДИНАКОВЫХ транзисторах , тогда лучше так - отказаться от 1943-5200 , и сделать весь каскад на транзисторах средней мощности , причём предвыход сделать на одной паре , а выход , скажем , на 5 или 6 парах . Хотя конечно - монтаж усложнится , тут уж нечего сказать ......

А увеличение входной емкости выходников в 6 раз не сильно сказывается на работе предвыходных транзисторов, при такой схемотехнике?

В данном случае нет , так как предвыход в таком усилке сам жрёт 0,5 ампера , и спокойно эти ёмкости прокачивает . Притом , в том "монстре" стоял ещё один промежуточный каскад , так что там вообще всё было сложнее .....

[oleg_S]

Промоделировал я твой "хитрый СРПП", Ку=16, что вдвое меньше чем у обычного СПРР на этих лампах в триоде, вых. сопротивление - 1к (!) вместо 350ом, но я не сильно всему этому верю, ибо если триоды МС еще как-то моделирует более-менее правильно, то тетроды-пентоды он правильно моделировать не умеет.
(сами модели у меня с карповского сайта).

И я осмелился, правда чтобы загнать мои модели 6э5п в "режим хотя бы 35 ма" пришлось катодные резисторы уменьшить до 100 ом, получил 28ДБ Ку(а это типа 25 ). Для измерения выходного R прилепил 1мкф с выхода на землю и резистор 1Мег, частота среза получилась 503Гц(-3Дб) - отсюда, почему-то решил, что F = 1/(2piRC), откуда получилось R = 1/(2piFC) = 1Meg/(6.26*503)= 316 Ом (почти Пи).

Алекс! а как Вы измеряете на симуляторе Выходное?

ЗЫ

Стимулятор пишет 1.6% гармоник на 30В вых.амплитуды, но тут тетрод и верить надо с опаской

[deemon]

Вопрос. Смещение реализовано на резисторе, через который пропускается ток. Пробовал ли шунтировать этот резистор конденсаторами от нан до тысчь микро?

В принципе , этот резистор ( 50 ом ) там стоит в основном для "антипаразитных" целей , и кроме того , чтобы дополнительно "подгружать" транзистор Q5 в паузах между пиками сигнала , чтобы уменьшить перепады тока в нём . Но работать будет и без резистора - он там не принципиален , в общем . Если зашунтировать этот резистор ( то есть выход источника ) большим электролитом - то теоретически снизится импеданс "батарейки" на звуковых частотах , что вроде бы и хорошо .... но тогда в цепи сигнала окажется один лишний электролит . Я , после некоторого размышления , решил так не делать . Зато в другом варианте схемы , с ООС в схеме источника - кондёр стоит . Но то уже совсем другая схема ......