Транзисторный ламповик Сергея Рубальского

[toro]

Кто нибудь уже макетировал/отслушивал усилитель Сергея Рубальского с последнего Суховского РадиоХобби, №5-6 2014, стр.38, С.Рубальский «Транзисторная альтернатива ламповому однотакту». Отличительная функция - регулируемый уровень гармонических искажений. Собираюсь повторить схема довольно проста, и в статье описаны и классифицированы "новые" искажения в УМ и простые способы их измерения. Могу скрины с приложить если это можно здесь.

Сергей Рубальский структурировал информацию о "транзисторном ламповике",
частично с 3 -го пункта по 9 пункт ссылки на результаты, полученные в макете - "железе".
1.Статья и тут
2.Файлы эмуляции в МС10
3.Принципиальная схема ВК и варианты макетных плат 1 2 3
4. Фото макета
5. Диф фильтр
6. Спектр гармоник макета ВК
7. Регулировка спектра гармоник макета ВК, меандр
8.Искажения при мягком клиппинге в макете 1 2
9.Оценка искажений амплитудно-фазового спектра сложного сигнала в макете

Дополнительно в теме рассматривались вопросы:
1. Искажения амплитудно-частотной характеристики (полюса)
2. Зависимость линейных и нелинейных искажений
3. Связь искажений АХ и ГВЗ в динамике.
4. Искажения фазо-частотной характеристики, запас фазы, устойчивость
5. Статическое и динамическое входное сопротивление ВК в полосе частот и нагрузок и
выходное динамическое сопротивление ВК в диапазоне токов покоя
6. Статическая и динамическая амплитудные характеристики
7. Переключательные искажения
8. Амплитудные искажения.
9. Клиппинг
10. Стресс тест
11. Искажения Амплитудно-фазового спектра сложных сигналов.
12. "Транзисторный ламповик" для наушников.

[.Васильев]

композит по схеме Янга 845/811 закроет данный вопрос

[Валет]

не только перечисленное, еще происходит подкраска светлых участков цветовыми оттенками при изменении уровня яркости и другие эффекты подмены есть.
Вы считаете то что можно увидеть и оценить, нельзя услышать и оценить?

Интересно было бы узнать, как услышать девиацию фазы не на видеосигнале, а на ЗЧ.

я показывал характеристики искажений АХ с учетом искажений первой гармоники и с учетом только новых гармоник и корреляцию всего этого с амплитудно-фазовой девиацией.
Совпадение в 4 знаках после запятой по девиации амплитуды и фазы.

ИМХО корреляция по любому есть, вопрос в методологии их прикладной характеристики,

Наличие корреляции и совпадения в 4-х знаках, конечно, интересно, но кроме познавательного интереса, какой практический смысл в новой методике измерения параметров усилителей, если по результату она совпадает с общепринятыми (совпадение аж в 4 знаках после запятой)? Также непонятно, как на этапе проектирования рассчитывать ваши параметры и что они могут добавить к оценкам по существующим методикам, в т.ч. по выделенной ошибке усиления.

Широкополосные и быстродействующие микросхемы не являются панацеей от амплитудно-фазовой девиации.

Как не широкополосность является важным средством (даже главным) уменьшения девиации фазы? Что же тогда является панацеей?

Каждый мыслит и ищет свой звук по своему

Имеет смысл обсуждать не «свой звук», он у каждого свой, а точность усиления УМЗЧ, характеризующуюся величиной ошибки усиления.

PS. Какая разница между амплитудно-фазовой девиацией и известным термином «искажения типа дифференциальная фаза»? Или это одно и то же?

[Orion33]

Я немножко не следил за темой, где написано, как математически определяются эти девиации?

[Валет]

как математически определяются эти девиации?

Δφ = f (R)
Где φ – фазовое запаздывание, R – режим, например, для транзистора это могут быть Iк, Uк

Ясно, что чем ниже частота, тем меньше φ при неизменном запаздывание выходного сигнала. На ЗЧ для современных транзисторов величина Δφ не имеет практического смысла, имхо.

[Rova]

Δφ = f (R)
Где φ – фазовое запаздывание, R – режим, например, для транзистора это могут быть Iк, Uк

Ясно, что чем ниже частота, тем меньше φ при неизменном запаздывание выходного сигнала. На ЗЧ для современных транзисторов величина Δφ не имеет практического смысла, имхо.

Стабильное фазовое запаздывание это обычные линейные искажения. Опасность представляет фазовая модуляция (интермодуляция). Но она определяется нелинейностью реактивностей и реактивной нелинейностью (тепловые например). Насколько это можно увидеть в симуляции без точных и обязательно тепловых моделей - не представляю.

[Валет]

Стабильное фазовое запаздывание это обычные линейные искажения. Опасность представляет фазовая модуляция (интермодуляция).

Да, это так. Но в формуле фигурирует Δφ, т.е. колебания (дрожание) фазы в зависимости от режима или усиливаемого сигнала. Для ЗЧ это не имеет практического значения, имхо.

[ViktKors]

Интересно было бы узнать, как услышать девиацию фазы не на видеосигнале, а на ЗЧ.

А как слышат обычные искажения?

Стабильное фазовое запаздывание это обычные линейные искажения. Опасность представляет фазовая модуляция .. она определяется нелинейностью реактивностей ..

Ну так и зачем тогда изобретать новые термины для банальных вещей?

Простейшая RC цепь. "нелинейность реактивности" на выходе "OUT". Реактивность там одна - емкость, она модулируется напряжением на этом конденсаторе. Это аналог примитивной модели тех самых "нелинейностей реактивности" полупроводниковых усилительных элементов.

Ну и контрольный выход "OUT1", на котором никакой нелинейности нет.

Вверху:
Серая кривая - входной сигнал;
Синяя - контрольный, сигнал после идентичной, но абсолютно линейной RC цепи, которая по определению никакой грязи (кроме шизотерической) в сигнал не привносит.
Красная синусоида - сигнал с искаженной фазой (амплитуда явно видно, что стабильна) - чистые фазовые искажения, видно, что для верхней полуволны искаженный сигнал получается чуть запаздывающим относительно контрольного, а для нижней полуволны - чуть опережающим.

Внизу:
Вычитаем одно из другого, усиливаем в 100 раз. Протираем глаза - вот они. "фазовые искажения", "девиация фазы" или еще какой альтернативный способ постигать реальность не открывая букварь.
Выглядит это как удвоенная частота входного сигнала, называется - вторая гармоника. Количественная мера данного непотребства в обычной реальности обзывается Кг - коэффициентом гармонических искажений. Как нетрудно заметить, в данном случае - ~1 %.

Все отличие от понятной совсем уж новичкам генерации второй гармоники посредством нелинейности АХ - только в фазе этой самой второй гармоники. Впрочем, вроде как даже новичкам известно, что абсолютная фаза гармоник при расчете Кг игнорируется. Никто не считает его, специально вычленяя только "не реактивные" гармоники. Более того, во многих частных случаях УНЧ именно ООС превращает даже обычные "не реактивные" гармоники, в "реактивные". Иначе говоря превращают амплитудные искажения в фазовые.
Впрочем Кг плюют с высокой колокольни на эти превращения и вполне себе корректно отображает эти самые искажения.

Можно изобрести более сложную нелинейность, завести ее под ООС, испытать многокомпонентным сигналом, получить куда более чудной разностной тон, написать ветку в кучу страниц и продолжать измерять вполне себе традиционные искажения.

Можно обозвать все это альтернативными "терминами" и плодить кучу страниц. Конечно можно и не страдать фигней, но в конце концов, откуда знать, что не последнее является истинной целью.

[Rova]

Да, это так. Но в формуле фигурирует Δφ, т.е. колебания (дрожание) фазы в зависимости от режима или усиливаемого сигнала. Для ЗЧ это не имеет практического значения, имхо.

Вот на счет не имеет значения не соглашусь. Нет статистики. Фазовую модуляцию практически не рассматривают в контексте звука, и на амплитудном спектре ее практически не видно. Между тем хорошо известно как влияет на звук тип корпуса, скажем, одного и того же радиоэлемента (это в плане тепловых) и реализация питания в плане пульсации потребления (реактивная нелинейность) даже в глубокоосных конструкциях (ведь реактивная составляющая ошибки узла сравнения не исправляется обратной связью, потому что аддитивна).

---------- Сообщение добавлено 13:04 ---------- Предыдущее сообщение было 12:45 ----------

Вычитаем одно из другого, усиливаем в 100 раз. Протираем глаза - вот они. "фазовые искажения", "девиация фазы" или еще какой альтернативный способ постигать реальность не открывая букварь.
Выглядит это как удвоенная частота входного сигнала, называется - вторая гармоника. Количественная мера данного непотребства в обычной реальности обзывается Кг - коэффициентом гармонических искажений. Как нетрудно заметить, в данном случае - ~1 %.

Виктор, все правильно, вторая гармоника тоже появится, но уровень фазовой интермодуляции при сложном сигнале будет значительно превышать уровень этой самой второй. Боюсь, что даже будь она ниже шумовой полки фазовая интермодуляция на, скажем, белом шуме будет существенно выше.
Разумеется, на синусе ничего кроме второй и не появится. Говорить о фазовой (или амплитудной) интермодуляции на синусе просто бессмысленно.

[Orion33]

Δφ = f (R)
Где φ – фазовое запаздывание, R – режим, например, для транзистора это могут быть Iк, Uк

Спасибо, кэп. Но я спрашивал про саму функцию и как она высчитывается в МС.

[ViktKors]

Виктор, все правильно, вторая гармоника тоже появится, но уровень фазовой интермодуляции при сложном сигнале будет значительно превышать уровень этой самой второй

Ну так у сложного сигнала и нет никакой "второй". Если сигнал сложный, а УНЧ нелинейный, в зависимости от вида этой нелинейности появится куча продуктов интермодуляции. Причем если вычесть входной сигнал из выходного (предварительно отмасштабировав) - получим эти продукты в чистом виде. А дальше можно их слушать, можно рассматривать на осциллографе, записывать и смотреть в звуковом редакторе, натравить на них ФФТ.

Причем, забавно, что ФФТ сигнала погрешности будет отличаться от ФФТ выходного сигнала только присутствием компонент тест-тона. И получается забавная вещь, противоречие. Одновременно оказывается, что
а) искажения есть, на разностном сигнал их можно увидеть/послушать в явном виде. Причем вроде как "фазовые" даже куда интенсивнее обычных гармонических. Т.е. должны быть видны/слышны хорошо.
б) но почему-то если этот сигнал разложить посредством ФФТ, то "ничего не увидать" - так куда девается разностной сигнал погрешности, он что, невидим в ФФТ? Но он же не перестает существовать от процедуры ФФТ? Хоть и в шумовой форме, он должен быть наблюдаем, в том числе и посредством ФФТ.
в) раз уж видно в ФФТ разностного сигнала, стало быть и на ФФТ выходного сигнала, искажения точно так-же можно рассмотреть. Естественно, в пределах точности оборудования. Скажем на фоне шумового стимула почти нереально увидеть дополнительные шумовые искажения. Но на фоне стимула не чисто шумового, а так сказать, "шумоподобного" - сложного мультитонального - уже куда легче.

.. даже будь она ниже шумовой полки фазовая интермодуляция на, скажем, белом шуме будет существенно выше.

- ну так подать шум на вход, вычесть этот вход из выхода и слушать/смотреть на эту интермодуляцию непосредственно!.

ИМХО, извечный вопрос - шашечки/ехать.

Если нужно поизобретать альтернативную терминологию - можно дальше плодить страницы.
Если нужно чистое усиление - припаять пару резисторов/ емкостей (кстати, этим можно сделать достаточно линейное вычитание сигнала) - и вперед, выслушивать разницу вход-выход, отлаживать железный усь.
И какая разница, амплитудный Кг там или "фазовый". Тем боле, что они постоянно превращаются из одного вида в другой.

[mellowman]

Если нужно поизобретать альтернативную терминологию - можно дальше плодить страницы.
Если нужно усиление - припаять пару резисторов/ емкостей (кстати, этим можно сделать достаточно линейное вычитание сигнала) - и вперед, выслушивать разницу вход-выход, отлаживать железный усь.

Вот ещё бы место где отлаживать так же непосредственно показывалось

[Rova]

Ну так у сложного сигнала и нет никакой "второй". Если сигнал сложный, а УНЧ нелинейный, в зависимости от вида этой нелинейности появится куча продуктов интермодуляции. Причем если вычесть входной сигнал из выходного (предварительно отмасштабировав) - получим эти продукты в чистом виде. А дальше можно их слушать, можно рассматривать на осциллографе, записывать и смотреть в звуковом редакторе, натравить на них ФФТ.

Так и есть, если вычесть, то можно и оценить.

Причем, забавно, что ФФТ от такого сигнала погрешности будет отличаться от ФФТ выходного сигнала только присутствием компонент тест-тона. И получается забавная вещь, противоречие. Одновременно оказывается, что
а) искажения есть, их можно увидеть/послушать в явном виде. Причем вроде как "фазовые" даже куда интенсивнее обычных гармонических. Т.е. должны быть видны/слышны хорошо.
б) но почему-то если этот сигнал разложить посредством ФФТ, то "ничего не увидать" - так куда девается сигнал, что его в ФФТ не видно? он же не перестает существовать. Хоть и в шумовой форме, он должен быть наблюдаем, в том числе и посредством ФФТ.
в) раз уж видно в ФФТ разностного сигнала, стало быть и на ФФТ выходного сигнала, их точно так-же можно рассмотреть. В пределах точности оборудования. Скажем на фоне шумового стимула, дополнительные шумовые искажения увидеть почти нереально, нона фоне "шумоподобного" - сложного мультитонального - уже куда легче.

а) считаю, что должны. Просто амплитудный спектр не оптимален для оценки такого вида искажений (но если их выделить вычитанием, то будет вполне явно.) Фазовый спектр был бы лучше, но поведение фазы на шумовой полке тоже делает этот способ неудобным.
б) еще раз - на амплитудном спектре фазовые проблемы будут видны как юбки (непрерывное расширение) у основания гармоник - их кто нибудь сейчас оценивает ?
в) да, см пункт б)

- ну так и слушать/смотреть на нее непосредственно!.
Извечный вопрос - шашечки/ехать.

Если нужно поизобретать альтернативную терминологию - модно дальше плодить страницы.
Если нужно усиление - пара резисторов/ емкостей (чтоб обеспечить достаточно линейное вычитание сигнала) - и вперед, отлаживать железный усь.
И какая разница, амплитудный Кг там или "фазовый". Тем боле, что они постоянно превращаются из одного в другой.

Вот в субъективной разнице для слуха и должна быть разница. Статическая нелинейность как и продукты ее интермодуляции вполне себе обратимы обратной нелинейностью и "ухо" теоретически может адаптироваться, ведь есть у него АРУ, почему бы не быть механизму коррекции нелинейности. А вот динамическая нелинейность - процесс необратимый.

[ViktKors]

Вот ещё бы место где отлаживать так же непосредственно показывалось

Увы.
Имхо, можно несколько расширить область сожалений:
"Эх, если бы именно искажения УНЧ (как схемы-платы с набором параметров) в достаточной степени полно определяли качество звучания усилителя (как законченного устройства, которое подключается к сети/источнику сигнала/нагрузке)."

---------- Сообщение добавлено 11:53 ---------- Предыдущее сообщение было 11:37 ----------

б) еще раз - на амплитудном спектре фазовые проблемы будут видны как юбки (непрерывное расширение) у основания гармоник - их кто нибудь сейчас оценивает ?

Как "юбки" будет виден фазовый шум, причем очень низкочастотный. Дрожание фазы от сигнала будет всегда "в такт" с ним (от нелинейностей всегда так, даже если происходит по замысловатому закону, вроде тепловых эффектов), а значит на спектре проявится не как "юбка", а как новая "палка".

Более того, в нормальном случае на юбке никаких заметных эффектов "искаженческой природы" вообще не будет видно. Особенно на фоне других эффектов, к искажениям вообще никакого отношения не имеющим (!), вроде того, что юбка может иметь практически произвольную ширину (в определенных пределах), если частота "палки" и частота ближайшего бина ффт несколько разнесены.

Offтопик:

Вот в субъективной разнице для слуха и должна быть разница. Статическая нелинейность как и продукты ее интермодуляции вполне себе обратимы обратной нелинейностью и "ухо" теоретически может адаптироваться, ведь есть у него АРУ, почему бы не быть механизму коррекции нелинейности.

Увы. Могу предложить только поэкспериментировать. Провел не один десяток часов отслушивая разные комбинации тонов/гармоник, "практических" механизмов адаптации/обратной коррекции нелинейности у собственных ушей не обнаружил. Чем и руководствуюсь.
Что не отменяет "адаптации" в смысле привыкания к паттернам искажений. Но это несколько иное. Можно привыкнуть к острым блюдам и не замечать их реальной остроты, но как правило за это приходится чем-то платить. Например, потерей чувствительности к оттенкам вкуса/аромата чая.

[Rova]

Фазовый шум, фазовая модуляция (в отличии от амплитудной) - имеют непрерывный спектр. Кто владеет симулятором вполне можно в этом убедиться подав на варикап скажем 50 герц и 1000.
Что касается динамических проблем в плане нелинейной реактивности и реактивной нелинейности (тепловые, пульсации потребления), то они не обратимы даже теоретически. То есть этот фарш назад не проворачивается. К тому же их никто не оценивает (посмотрели на несколько гармоник статической нелинейности и все).

Offтопик:
Искуственно созданная статическая нелинейность в 5 процентов меня не напугала (я ее не услышал), что уже говорить о тысячных, десятитысячных долях процента. Однотактный повторитель с искажениями под процент звучит честнее большинства осников, а уж искажений не слышно и впомине.

[ViktKors]

Фазовый шум, фазовая модуляция (в отличии от амплитудной) - имеют непрерывный спектр. Кто владеет симулятором вполне можно в этом убедиться подав на варикап скажем 50 герц и 1000.

Шум - естественно.
Но откуда возьмется непрерывный спектр у модуляции сигнала нелинейностью?
Если уж симулятор - ну вот Вам "варикап" из примера выше - 1 и 10 кГц

И Чем это отличается от банальной амплитудной интермодуляции?
Повторюсь - исключительно фазой "палок" (которая в обычном представлении просто игнорируется.)

И естественно, эта нелинейность точно так-же проявила бы себя и в гармоническом тесте.
И естественно, она совершенно нормально видна в разностном сигнале - как сумма гармоник/интермодуляций, а совсем не как невесть откуда родившийся шум:

К тому же их никто не оценивает

А выше на спектре и разностном сигнале, что тогда?

П.С.
Вот, на тему непрерывного спектра при фазовой модуляции, немного погуглил.
Разве что, чтоб напрямую оценить вклад в "юбку" индекс модуляции стоит принять по внимание.

П.П.С. Может на мысль о том что при ФМ спектр "непрерывный" натолкнуло то соображение, что "синусоида" плавно меняет период.. - это очень наглядное представление. но это не значит, что на спектре "палка" будет "плавать" и сформирует непрерывную "юбку"

[Rova]

Шум - естественно.
Но откуда возьмется непрерывный спектр у модуляции сигнала нелинейностью?
Если уж симулятор - ну вот Вам "варикап" из примера выше - 1 и 10 кГц

И Чем это отличается от банальной амплитудной интермодуляции?
Повторюсь - исключительно фазой "палок" (которая в обычном представлении просто игнорируется.)

И естественно, эта нелинейность точно так-же проявила бы себя и в гармоническом тесте.
И естественно, она совершенно нормально видна в разностном сигнале - как сумма гармоник/интермодуляций, а совсем не как невесть откуда родившийся шум:


А выше на спектре и разностном сигнале, что тогда?

П.С.
Вот, на тему непрерывного спектра при фазовой модуляции, немного погуглил.
Разве что, чтоб напрямую оценить вклад в "юбку" индекс модуляции стоит принять по внимание.

Неправильно сформулировал - не непрерывный, а бесконечный (в отличии от амплитудной) - https://habrahabr.ru/post/158493/ даже при модулировании синусом.
Но стоит промодулировать шумом и проявится в виде "юбки" (должно быть видно даже интермодуляцию шумовой полкой).
Для регистрации этого дела сильно мешают граничные артефакты окна измерения, то есть его надо сильно увеличивать (чтобы уменьшить долю ошибки), ну и здорово усреднять.
Методика Букварева и ребят тут не очень годится - работает методом вычитания, но в остатке все виды нелинейности в куче (но, на реальном сигнале становится понятно, что основной вклад в ошибку вносят интермодуляции). А хотелось бы их дифференцировать.

[pyos]

Неправильно сформулировал - не непрерывный, а бесконечный

Только лишь потому, что модулирующий сигнал сам по себе имеет бесконечный спектр.

[ViktKors]

Неправильно сформулировал - не непрерывный, а бесконечный (в отличии от амплитудной)

Ну так +/- ровно то же самое происходит и в ООСном УНЧ.
1. Берем схему с чисто амплитудной нелинейностью низкого порядка - скажем есть только вторая гармоника, чисто амплитудной природы. УНЧ - самый типовой - однополюсный с "красивым" набегом фазы в петле 90 градусов.
2. Замыкаем петлю ООС.
3. Получаем бесконечный спектр, причем нелинейность носит уже (как вы выразились) "реактивный" характер - искажения не меняют амплитуды сигнала, но крутят фазу.

О чем и речь - ничего нового отдельный учет "фазы" при рассмотрении искажений УНЧ не привносит*

Но стоит промодулировать шумом и проявится в виде "юбки"

Для этого этот шум (много шума) нужно где-то взять. Что для нормального УНЧ - нонсенс.

не непрерывный, а бесконечный (в отличии от амплитудной) - https://habrahabr.ru/post/158493/ даже при модулировании синусом

Ну ссылка немного не про то, фазовой модуляции там нет, есть фазовая манипуляция.

Зато есть красивая картинка с "бетой" 0.1 и 10 - спектры сигнала при узкополосной и широкополосной ЧМ. Это именно то, о чем я упоминал, говоря об индексе модуляции. В УНЧ реально реализуется именно случай, когда спектр остается не очень плотным, когда (цитирую): "Спектр узкополосной ЧМ напоминает амплитудную модуляцию, но если учесть фазу боковых полос, то окажется, что эти волны имеют постоянную амплитуду и переменную частоту, а не постоянную частоту и переменную амплитуду (AM)"
С "юбкой" можно было бы (с натяжкой) соотнести глубокую модуляцию, но это не случай нелинейностей в УНЧ.

Offтопик:
*___
Можно поупражняться в демагогии на тему вроде -
"УНЧ с низким первым полюсом не звучит, зато звучат безоосные схемы с "чисто" амплитудной нелиненйостью";
а есть перспективная тема:
"Композиты (у которых фаза в петле 180° уже на ЗЧ) звучат лучше из-за того, что у них нелинейности опять амплитудные";
или такая:
"если уж УНЧ с ООС и низким первым полюсом, стоит минимизировать амплитудную нелинейность (чтоб не конвертировалась в фазовую), но можно забить на фазовую (ОС все равно превратит ее в некритичную амплитудуную), потому и УНЧ с полевиками звучат лучше."

[pyos]

Ну ссылка немного не про то, фазовой модуляции там нет, есть фазовая манипуляция.

Угу. Поэтому и спектр бесконечный.

[Rova]

---------- Сообщение добавлено 16:28 ---------- Предыдущее сообщение было 16:28 ----------

Угу. Поэтому и спектр бесконечный.

Да нет, там чистая частотная модуляция синусом.
То что на масштаб явления влияет индекс модуляции сомнений ни у кого не вызывает. А при модулирующем сигнале в десять октав это будет еще более насыщенная картина.