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 .

[Lynx]

Вроде как на eBay были 4 мкФ х 250 В. Я подобные, только 0.5мкФ, использовал разделительными в паре макетов. Результаты мне очень понравились.

[deemon]

Вроде как на eBay были 4 мкФ х 250 В. Я подобные, только 0.5мкФ, использовал разделительными в паре макетов. Результаты мне очень понравились.

Надо бы поискать ... Интересно , а Vitamin Q ты пробовал ? У меня в усилке они работали неплохо , но проиграли Electrocube 950 ..... зато потом прекрасно прижились у меня в кроссовере колонок - в ВЧ фильтре твитера .

[Костя Мусатов]

И мы можем подать напряжение оттуда через ещё один маломощный триод ( необходимая жертва ) прямо на экранную сетку V1

А зачем здесь еще один маломощный триод? Подавай сразу, напрямую.
Поскольку эффективность такой ОООС зависит от глубины, а та зависит от усиления, то SRPP тут уже не очень, по причине весьма низкого внутреннего сопротивления триода, работающего сверху. Там лучше уже ставить или источник тока или дроссель.
А следующий этап напрашивается сам собой. Сделай питание со сдвигом вниз на 200В, т.е. выходной каскад привяжи к земле, а на входе поставь малосигнальный трансформатор, который даст сдвиг уровня.

[Lynx]

Надо бы поискать ... Интересно , а Vitamin Q ты пробовал ? У меня в усилке они работали неплохо , но проиграли Electrocube 950 ..... зато потом прекрасно прижились у меня в кроссовере колонок - в ВЧ фильтре твитера .

"Витамины" я покупал несколько штук, но, мне они понравились меньше, чем и эти Рифы, и наши К40-У9, и ICEL MPW. Очень мягкий и плавный субъективный звук. Электрокуб - не пробовал, но надо будет, учитывая твой положительный опыт.

[variator]

их можно ставить и на один радиатор

Спасибо, понятно, как обычно и дополнительная тепловая связь с диодами. Не было мысли или опыта использовать в качестве
D3, D4 переходы транзисторов BD1xx (варианты монтажа появляются).

1. Ток покоя - к примеру 100 мА.
2. Ток в базы - зависит от применяемых транзисторов и сопр. нагрузки. Допустим - еще 100 мА.
3. Некоторый запас

Offтопик:
Настраивая источник смещения отдельно от Ок. Каскада на резисторе 50 Ом можно установить 1300 мВ, будет ток 26 мА, потом подключить к О.К. и увеличивать?
В №60 "...работать будет и без резистора- он там не принципиален" Его можно поставить 5 Ом или удалить? (Никак не пойму прицип работы "батарейки" , у Филатова/Мардера (Р-3/86) после батарейки 1.5 В появился стабистор на 1.3 В)

[humbl]

Несколько раз здесь разговор заходил о введении общей ООС . Чего не хватает в этом усилителе, что мысль сползает к этому?

[Alex]

Чего не хватает в этом усилителе, что мысль сползает к этому?

Всего хватает. Скорее наоборот - есть излишество.
В виде второй сетки нижнего тетрода в СРПП, вот и возникают мысли - куда бы ее прицепить

[deemon]

Ну разумеется , всего хватает . Просто пытливая мысль не стоит на месте Ведь основная концепция усилка , говоря по-простому - "виртуальный триод" . То есть , берём лампу с хорошим звуком , и подключаем ей на выход каскад-повторитель , который усиливает отбираемый от лампы ток , скажем , в 2000 раз , и подаёт в динамик . Фактически , это как бы равносильно тому , что мы взяли 2000 таких ламп 6Э5П , включили их триодом , да и заставили их всех работать на одну нагрузку , сохраняя при этом присущий им звук Но лампа-то у нас тетрод .... и если мы включаем тетрод в триодном режиме , то мы подключаем вторую сетку на анод лампы , как бы замыкая внутреннюю ОС по короткому пути . Сначала я так и сделал , собрав каскад SRPP на двух "триодах" . Потом я подумал , а не включить ли нам сетку на выход каскада ? Ведь тогда свойства каскада в целом станут ближе к триоду , а нам это и надо . Сделал так , и получил тот усилитель , который описан в начале темы . Как я и говорил , его звук практически на 90% определяется именно ламповым каскадом , а выходной повторитель - просто передаёт звук на выход . Этот усилитель получился уже таким , что его можно слушать и собирать - всё прекрасно работает . Я и сам его несколько лет слушаю , и мне всё нравится . Если бы не нравилось - я бы не стал эту схему вообще публиковать ....

Но , подумал я , а нельзя ли довести концепцию до абсолюта ? Если мы "передвинем" вторую сетку ещё ближе к выходу ( то есть , на самый выход ) , и увеличим петлевое усиление - то мы и те 10% , которые вносит выходной каскад , уберём , этот каскад как бы "растворится" , и мы получим 100% звук того триода , который стоит снизу в SRPP . В принципе , звучит логично .... но с другой стороны , как говорится , лучшее - враг хорошего Тут как в шахматах - можно выиграть коня , но потерять ферзя

Так что , я повторю ещё раз - если кто хочет просто собрать усил , чтобы слушать музыку - то собирайте изначальную схему , и всё будет ОК . Ну а для любителей "поизвращаться" - я просто показал направление , в котором можно тут ещё "копнуть" Если кому интересно , разумеется . Притом , что любопытно , есть фундаментальное отличие такой ООС на вторую сетку от классической ООС . В обычной ООС - мы с ростом глубины уменьшаем вносимые усилителем гармоники , в пределе устремляя их к нулю . А в той ООС , про которую я говорю - мы с ростом глубины ООС как бы приближаем эти гармоники к тем , которые даёт наш тетрод , будучи включённым как триод . И в идеале - мы приближаем весь усил к некоему , не существующему в природе , "виртуальному триоду" , который способен отдать в нагрузку 15 ампер , но при этом как бы остаётся по звуку лампой

---------- Добавлено в 02:43 ---------- Предыдущее сообщение в 02:35 ----------

Спасибо, понятно, как обычно и дополнительная тепловая связь с диодами. Не было мысли или опыта использовать в качестве
D3, D4 переходы транзисторов BD1xx (варианты монтажа появляются).

Можно , но диоды лучше У диодов меньше тепловая инерция , плюс к тому - меньше теплопроводность выводов , что обеспечивает более точное слежение за температурой выходных транзисторов . Отсюда и все эти "приколы" типа углубления в радиатор . Что поделать - эта схема хоть и простая , и работает хорошо , но монтаж имеет нюансы . С другой стороны , я видел достаточно промышленных и любительских конструкций , в которых всё ещё намного сложнее , притом без толку

---------- Добавлено в 02:52 ---------- Предыдущее сообщение в 02:43 ----------

Offтопик:
Настраивая источник смещения отдельно от Ок. Каскада на резисторе 50 Ом можно установить 1300 мВ, будет ток 26 мА, потом подключить к О.К. и увеличивать?
В №60 "...работать будет и без резистора- он там не принципиален" Его можно поставить 5 Ом или удалить? (Никак не пойму прицип работы "батарейки" , у Филатова/Мардера (Р-3/86) после батарейки 1.5 В появился стабистор на 1.3 В)

Лучше всего будет , если поставить те 50 ом А принцип работы в сущности примитивный - это стабилизатор напряжения , которое зависит от температуры , только и всего . Притом зависит по такому закону , как у кремниевого диода ( или стабистора ) . В этом случае ток потребления каскада в покое становится в первом приближении независимым от температуры . Небольшие изменения , конечно , могут быть , но они ни на что не влияют . Ток в среднем стабилен во всём диапазоне рабочих температур , а это то , что нам и надо ....

---------- Добавлено в 03:07 ---------- Предыдущее сообщение в 02:52 ----------

А зачем здесь еще один маломощный триод? Подавай сразу, напрямую.
Поскольку эффективность такой ОООС зависит от глубины, а та зависит от усиления, то SRPP тут уже не очень, по причине весьма низкого внутреннего сопротивления триода, работающего сверху. Там лучше уже ставить или источник тока или дроссель.
А следующий этап напрашивается сам собой. Сделай питание со сдвигом вниз на 200В, т.е. выходной каскад привяжи к земле, а на входе поставь малосигнальный трансформатор, который даст сдвиг уровня.

Да напрямую нельзя , к сожалению ... сетка же ток потребляет , около 3 ма , и если мы её прямо на выход посадим - этому току придётся течь от выхода SRPP через резики , и он нам весь выходной каскад разбалансирует . Там ему больше негде течь , с другой стороны там одни кондёры Вот и получается лишний триод .... я всегда говорил - когда схема уже хорошая , её трудно ещё улучшить . Что поделать - такова жизнь ..... а кому сейчас легко ? Тут главное - вовремя остановиться , да .


А насчёт избавления от межкаскадного кондёра , так тут все пути так или иначе "косячные" . Одно лечим , другое калечим Если уж поставить цель во что бы то ни стало выкинуть этот кондёр - то наверно нет ничего лучше , как поставить вместо него межкаскадный транс , как Рубцов делает в своих гибридах . Но я , после долгих опытов , пришёл к такому заключению - всё-таки хороший кондёр проще сделать ( или достать ) , чем хороший транс . Для меня это , можно сказать , вопрос решённый . В конце концов , а для чего мы делаем гибрид , если не для того , чтобы избавиться от выходного транса ? А тут получается , что один выкинули , так зато другой припёрли Как по мне - это не выход . Не наш это метод , короче говоря ...

[Бурцев]

Но я , после долгих опытов , пришёл к такому заключению - всё-таки хороший кондёр проще сделать ( или достать ) , чем хороший транс . Для меня это , можно сказать , вопрос решённый . В конце концов , а для чего мы делаем гибрид , если не для того , чтобы избавиться от выходного транса ? А тут получается , что один выкинули , так зато другой припёрли Как по мне - это не выход . Не наш это метод , короче говоря ...

Дима, ты это хорошо сказал:

Одно лечим , другое калечим

Т.е. уйдя от межкаскадного транса тебе пришлось применить еще одну лампу, двухкратно увеличить напряжение питания ламповой части, использовать дополнительно 9 резисторов и один конденсатор. Наш опыт говорит, что при таком противостоянии любой нормальный межкаскадный транс заметно предпочтительней.



С уважением.

Алексей Бурцев

[Semigor]

А кстати , что за зверь этот BSP129 ? Что-то мне такой не попадался ...

МОП со встроенным каналом, но главное играет хорошо.

Наш опыт говорит, что при таком противостоянии любой нормальный межкаскадный транс заметно предпочтительней.

Ключевое слово здесь "нормальный"

[sherif]

Сообщение от deemon
А кстати , что за зверь этот BSP129 ? Что-то мне такой не попадался ...МОП со встроенным каналом, но главное играет хорошо.

У BSP129 корпус SOT223 и как его крепить к радиатору? Токи и мощность маленькие.

---------- Добавлено в 08:52 ---------- Предыдущее сообщение в 08:36 ----------

Можно , но диоды лучше У диодов меньше тепловая инерция , плюс к тому - меньше теплопроводность выводов , что обеспечивает более точное слежение за температурой выходных транзисторов . Отсюда и все эти "приколы" типа углубления в радиатор . Что поделать - эта схема хоть и простая , и работает хорошо , но монтаж имеет нюансы . С другой стороны , я видел достаточно промышленных и любительских конструкций , в которых всё ещё намного сложнее , притом без толку

Транзисторы в качестве диодов зато легче крепить к радиатору. Там есть плоская металлическая часть.
А как крепить к радиатору 1N4148 в круглом пластмассовом корпусе, да и пластмасса плохо передает тепло?

ООС на экранную сетку через резистор 75 Ом можно брать с выхода без повторителя баланс СРПП не нарушится.
Межкаскадную емкость можно до 10мкф увеличивать. СРПП сам гасит колебания сети, так как верхняя лампа работает как генератор тока.
Конечно схема с одним конденсатором лучше чем два и с двумя питаниями сплошные навороты. Как говорится лучше один путь сигнала чем два.
Лучше поэкспериментировать с СРПП, попробовать мю повторитель или бетта повторитель. Или в качестве верхней лампы поставить эмиттерный повторитель. Увеличится нагрузочная способность лампового какада. Искажения уменьшаться. В первом варианте Ульяновского усилителя был мю повторитель.

[Semigor]

У BSP129 корпус SOT223 и как его крепить к радиатору?

Очень просто, припаять к медной пластине, можно от хренового транзистора в корпусе ТО220.

Токи и мощность маленькие.

Не на выход же его, а, например, вместо верхней лампочки. 0,35А и 1,8W совсем неплохо.

[Hennady]

... Вообще , это значение ёмкости ( 2 мкф ) появилось после долгих опытов , это значение можно считать достаточным . Максимум же , что я ставил - было 4 мкф , это были как раз те самые КБГ . Но больше я уже не увеличивал - не было смысла .....

Оптимальное значение этого конденсатора составляет 3...3,3мкф, что соответствует значению тау ~44мсек...

[deemon]

Транзисторы в качестве диодов зато легче крепить к радиатору. Там есть плоская металлическая часть.
А как крепить к радиатору 1N4148 в круглом пластмассовом корпусе, да и пластмасса плохо передает тепло?

Так я же говорил как - вставлять в отверстие , заполненное термопастой . Тепловая инерция получается минимальная . А чтобы он там не болтался - выводы припаять к плате . Кстати , у 1N4148 корпус стеклянный , в первых версиях я ставил наши диоды КД522 , они практически такие же , только разброс напряжения чуть больше ...

---------- Добавлено в 10:58 ---------- Предыдущее сообщение в 10:49 ----------

Лучше поэкспериментировать с СРПП, попробовать мю повторитель или бетта повторитель. Или в качестве верхней лампы поставить эмиттерный повторитель. Увеличится нагрузочная способность лампового какада. Искажения уменьшаться. В первом варианте Ульяновского усилителя был мю повторитель.

А вот это я пробовал . И разные лампы наверх ставить тоже пробовал , и транзистор В общем , выиграл вариант схемы , показанный в начале темы . Видимо , это оптимал - так что я на нём и остановился . Кстати , я даже пробовал чисто транзисторный УН - каскод с местной ОС и активной нагрузкой , похоже было на видеоусилитель в современных теликах . Работало неплохо , но ламповый SRPP всем экспертам понравился больше И ещё пробовал одну лампу 6Э5П с резисторной нагрузкой - тот же результат , SRPP выиграл .

---------- Добавлено в 11:27 ---------- Предыдущее сообщение в 10:58 ----------

Дима, ты это хорошо сказал:
Т.е. уйдя от межкаскадного транса тебе пришлось применить еще одну лампу, двухкратно увеличить напряжение питания ламповой части, использовать дополнительно 9 резисторов и один конденсатор. Наш опыт говорит, что при таком противостоянии любой нормальный межкаскадный транс заметно предпочтительней.

С уважением.
Алексей Бурцев

Ну да , чтобы уйти от транса , нужно ставить кондёр . А чтобы потом уйти от кондёра - нужно ставить транс Видимо , эта дилемма навсегда останется ...... от этого никуда не денешься . А вот интересно , какую полосу частот должен давать нормальный транс , как ты считаешь ? Что меня в трансах бесит - это противоречие между "низом" и "верхом" . Делаешь ниже бас - верх или "замылен" , или "звенит" .....

---------- Добавлено в 11:34 ---------- Предыдущее сообщение в 11:27 ----------

Оптимальное значение этого конденсатора составляет 3,3мкф, что соответствует значению тау 44мсек...

А вот интересно - как ты считал этот оптимум ? Цифра получилась как раз в середине моей "вилки" , но я-то не считал , а определил как бы опытным путём ..... в принципе , тут как бы здоровый компромисс .

[sherif]

Так я же говорил как - вставлять в отверстие , заполненное термопастой . Тепловая инерция получается минимальная . А чтобы он там не болтался - выводы припаять к плате . Кстати , у 1N4148 корпус стеклянный , в первых версиях я ставил наши диоды КД522 , они практически такие же , только разброс напряжения чуть больше ...

А стекло разве хорошо тепло проводит?

А вот это я пробовал . И разные лампы наверх ставить тоже пробовал , и транзистор В общем , выиграл вариант схемы , показанный в начале темы . Видимо , это оптимал - так что я на нём и остановился . Кстати , я даже пробовал чисто транзисторный УН - каскод с местной ОС и активной нагрузкой , похоже было на видеоусилитель в современных теликах . Работало неплохо , но ламповый SRPP всем экспертам понравился больше И ещё пробовал одну лампу 6Э5П с резисторной нагрузкой - тот же результат , SRPP выиграл .

А транзистор по какой схеме пробовали?
Нужно было еще попробовать для 6э5п на резистивную нагрузку подать вольтдобавку, как во вложении.

[Анатоль]

А стекло разве хорошо тепло проводит?

LL4148

[Hennady]

...А вот интересно - как ты считал этот оптимум ? Цифра получилась как раз в середине моей "вилки" , но я-то не считал , а определил как бы опытным путём ..... в принципе , тут как бы здоровый компромисс .

Никакой эзотерики, значение Тау в Rвх*Смежкаскад=44мсек определяет граничную полосу частот снизу, и значение угола разворота фазы. По топологии у тебя или применение разделительного транса, (что неразумно, т.к. выходное драйвера и входное ВК отлично согласуются) или конденсатора минимальнооптимальное значение которого определяется по приведенной формуле...

[viktor123]

Очень интересно. Подскажите, трансформатор для ламп нужен один для двух каналов, если да то какой мощности?. Остальное вроде как всё понятно.

[Костя Мусатов]

придётся течь от выхода SRPP через резики , и он нам весь выходной каскад разбалансирует .

Э-э-э, это если источники питания лампового и выходного каскада размежеваны. Но я то вторую часть писал не зря. Если их объединить, то ток сетки может поставляться, например, выходным транзистором и никакой разбалансировки.

[sherif]

LL4148

Это тоже стеклянный корпус, только в ЧИП исполнении.