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.

[wert]

у лампового уся девиация была около 5%, тогда как транзисторный ланзар путем добавления транзисторной схемотехники удалось свести до десятых долей %.

Ламповый усилитель однотакт в железе на меандре 10 кГц с крутыми фронтами/спадами имел девиацию фазы 0,8 градуса на меандре с ограниченным спектром 0,2 градуса. Девиация амплитуды да высока.
Транзисторные глубокоосники наоборот имеют малую девиацию амплитуды и высокую девиацию фазы.
В постах об этом речь.

а конкретный однотакт (ака старая хромая кобыла) с 5% ИМИ но малой фазовой ошибкой хорошо звучит? Интермодуляция не портит восприятие?

Однотакт звучит не плохо, но "транзисторный ламповик" лучше, возможно выигрыш при восприятии из-за широкой полосы пропускания, малых интермодуляций высокого порядка, лампового спектра Кг и не большой фазовой девиации.

---------- Сообщение добавлено 15.09.2017 в 08:35 ---------- Предыдущее сообщение было 14.09.2017 в 17:15 ----------

В постах 2285 и 2295 показал графики искажения фазы модели усилителя: линейные искажения + девиация (на частоте первой гармоники ), при воздействии меандра 4 кГц.
Удалось получить графики, очистив фазовый спектр от шумовых засветок.
на рис. общая картина фазовых искажений модели модернизированного усилителя Ланзар при воздействии меандра 4 кГц,
- линейные искажения фазы с девиацией расположились на уровне не выше -40 дБ
- коэффициент гармоник в фазовом спектре в звуковом диапазоне на уровне -120 дБ
- интермодуляция в фазовом спектре -140 дБ
- фазовые шумы ниже -160 дБ

Судя по характеристикам искажения фазы доработанный усилитель из разряда Ланзар переместился в категорию твердых хорошистов.
Далеко не каждый усилитель даст адекватную реакцию на меандр в виде не высокого уровня амплитудных искажений, фазовых искажений, девиации усиленного сигнала и фазовых шумов.

[Orion33]

Что-то я вот подумал, и немного не понимаю. Для оценки девиации фазы нужно знать мгновенные значения максимума отклонения. А чтобы получить мгновенные значения, должно быть минимально окно Фурье. Но в таком случае будет слишком велика погрешность. Я, наверное, тупой, но без четкой формализации, как у Букварева, понять все это сложно.

[wert]

Для оценки девиации фазы нужно знать мгновенные значения максимума отклонения. А чтобы получить мгновенные значения, должно быть минимально окно Фурье. Но в таком случае будет слишком велика погрешность.

Для оценки девиации я использую стационарные повторяющиеся сигналы, например меандр, синус.
В этом случае можно получить не усредненные значения фазы, которое будет зависеть от размера окна для нестационарных сигналов, а амплитудные значения спектральных составляющих.

Для каждого установленного значения входного напряжения для анализа условия, размер окна, параметры анализа полностью идентичны.
Получаем набор амплитудных значений спектральных составляющих, которые можно вывести в необходимом виде на графиках.

[Orion33]

В таком случае, если переходный процесс усилителя менее 250мкс, для тестового сигнала "Меандр 4кГц" получается спектр реакции на единичную функцию. То есть спектральный анализ переходных процессов. Этот же анализ можно производить во временнОм домене, что обычно и делается. В чем преимущество именно спектрального подхода?

[wert]

Этот же анализ можно производить во временнОм домене, что обычно и делается. В чем преимущество именно спектрального подхода?

Мне так удобнее и информативно для анализа,
пост 2295 яркая визуализация девиации фазы вследствие эффектов Миллера
Пост 2305 в фазовом спектре и линейные искажения, и девиация фазы и фазы гармоник сигнала и фазовые шумы.
Во временном домене такое сложно увидеть, хотя ничего невозможного нет

[variator]

Offтопик:
wert, я хотя и давно в теме не понимаю, кину Вам схемку для опытов: https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=34172 (главпост, последняя). Глубокоосник, Кг под 1%, что в нем необычного Вашими методами анализа? По отзывам нравится не только автору.
Конечно, если будет интерес и время!

[wert]

Глубокоосник, Кг под 1%, что в нем необычного Вашими методами анализа? По отзывам нравится не только автору.

Благодарю за предложение, посмотрю при случае, результаты выложу на ветке.

Сообщение от _Сам_
а конкретный однотакт (ака старая хромая кобыла) с 5% ИМИ но малой фазовой ошибкой хорошо звучит? Интермодуляция не портит восприятие?
Сообщение от wert
Однотакт звучит не плохо, но "транзисторный ламповик" лучше, возможно выигрыш при восприятии из-за широкой полосы пропускания, малых интермодуляций высокого порядка, лампового спектра Кг и не большой фазовой девиации.

На вопрос _Сам_ о звучании лампового однотакта ответил однозначно, "транзисторный ламповик" мне нравится больше по звучанию.
Возможно измерение характеристик "транзисторного ламповика" и лампового однотакта стандартные и не стандартные дадут ответ о разнице звучания.

Характеристики "транзисторного ламповика"
На рис. 1 интермодуляционные искажения 1,5% на частоте 4 кГц, двучастотный сигнал 16 кГц и 20 кГц, на выходе первые гармоники по 4 В, общий размах напряжения 8,5 В, выходная мощность 9 Вт на нагрузке 4 Ом.
На рис. 2 амплитудно-фазовое искажение составляющей сигнала 20 кГц достигло 3,8% при напряжении на выходе 7,8 В, Спектр 2-4 гармоник "ламповый", Кг2= 1%, Кг3=0,3% Кг4 = 0,1%.
При выходном напряжении 100 мВ амплитудно-фазовые искажения на частоте 20 кГц составляют 0,27%, в результате девиация амплитуды составила 3,8 - 0,27 = 3,53%
На рис. 3 и рис. 4 графики искажения фазы на частоте 20 кГц при напряжениях на выходе 100 мВ и 8,5 В.
Девиация фазы составила 0,825 град - 0,625 град = 0,2 градуса.

Подведем итог:
1. "транзисторный ламповик": полоса пропускания 5 Гц - 100 кГц, ИМИ 1,5%, Кг2,3,4 = 1%, 0,3%, 0,1%.
Девиация амплитуды 3,5%, девиация фазы 0,2 градуса. Измерение искажений усилителя проведено при воздействии синуса частотой 20 кГц при выходной мощности 9 Вт.

2. лампов_однотакт: полоса пропускания 60 Гц - 20 кГц, ИМИ 5%, Кг2,3,4 = .
Девиация амплитуды на мультитоне внизу диапазона 4%, вверху диапазона 2% , девиация фазы 0,2 градуса.

[wert]

Девиацию фазы в усилителе Lanzar за счет модернизации удалось уменьшить с 5% до 0,85%, пост 2295.
Можно и далее уменьшать девиацию фазы.
Для этого коррекцию с УН необходимо перенести на буфер и вместо стабилизатора напряжения на стабилитроне для сумматора применить стабилизатор тока.

На рис. представлена схема дальнейшей модернизации усилителя и график девиации фазы при изменении напряжения меандра.
На вход усилителя подаем меандр частотой 4 кГц с фронтами/спадами 100В/мкс.
В результате модернизации:
- при воздействии меандра на усилитель девиация фазы составила 0,1%,
- при синус воздействии частотой 20 кГц девиация фазы составила 0,0015%.
А это уже приближение к разряду лучших в категории хорошистов.

[35101]

Если увеличить номиналы резисторов ООС до 250ом и 5ком то насколько ухудшатся параметры и какая емкость получится у С25?

[wert]

Если увеличить номиналы резисторов ООС до 250ом и 5ком то насколько ухудшатся параметры

В посте 2295 дал пояснение об изменении структуры сумматора, стремящейся к ОК-ОБ.
Чем меньше номинал резистора R13 в базах Q3,Q4, тем меньше сопротивление переменному току цепи база - земля для Q3,Q4, тем ближе к ОБ, тем меньше проявляется эффект Миллера сумматора.
Применив предложенные Вами номиналы резисторов, резко увеличатся девиация фазы и начальный угол фазы, не советую, тогда уж проще собирать тот же Ланзар.

---------- Сообщение добавлено 15:44 ---------- Предыдущее сообщение было 15:02 ----------

35101
Благодарю за Ваш вопрос,
попробовал различные варианты подключения емкости коррекции - с выхода 1-го, 2-го буфера, с выхода усилителя.
Наиболее предпочтительный вариант при балансе параметров
- запас устойчивости,
- минимальные гармонические искажения в звуковой полосе пропускания,
- минимальный начальный угол и девиация фазы,
получился вариант подключения емкости коррекции с выхода второго буфера, при этом начальный угол фазы чуть вырос, зато девиация фазы уменьшилась с 0,1% (коррекция с выхода первого буфера) до 0,02%.
Усилитель приближается к категории отличников по группе основных параметров, начальному углу и девиации фазы.

[35101]

Спасибо за развернутый ответ. Но при Ваших номиналах придется ставить 5w резистор в ООС. Поэтому и хотелось бы их увеличить без значительного ухудшения качества.

[wert]

Но при Ваших номиналах придется ставить 5w резистор в ООС

Небольшое увеличение начального угла фазы (отклонение в 0,065%) и девиация фазы 0,02% получается при номиналах резисторов ОС 200 Ом, 10 Ом и емкости 75 рФ.
Мощность резисторов 2 Вт, это может быть приемлемо для Вашей конструкции.
Позже покажу почему идет борьба за начальный угол фазы не менее чем за уменьшение девиации фазы, для этого есть веские причины.

[35101]

А если заменить транзисторы дифкаскада на ВС550 ВС560?

[wert]

А если заменить транзисторы дифкаскада на ВС550 ВС560?

Начальный угол фазы можно уменьшить заменой транзисторов сумматора с меньшими емкостями переходов, но на девиацию фазы это скорее не повлияет, так как уровень девиации фазы формируется суммарным вкладом каждого каскада.
Для улучшения параметров скорее потребуется добавить еще один каскад ВК на IRF640/9640.
Комплексные параметры усилителя уже хороши, дальнейшее их улучшение приведет к значительному усложнению схемы усилителя.

---------- Сообщение добавлено 20:01 ---------- Предыдущее сообщение было 11:36 ----------

заменить транзисторы дифкаскада на ВС550 ВС560?

Заменил.
Начальный угол фазы уменьшился, отклонение угла фазы составило 0,041% от фазы входного сигнала на частоте 4 кГц.
Девиация фазы составила 0,027%.
Также представлены графики
- интермодуляционных искажений ИМ2 = -110дБ, ИМ3 = - 120 дБ при выходной мощности около 60 Вт,
- THD в полосе частот, на 20 кГц 0,0009% при выходной мощности 80 Вт.
Без кучи операционников совсем не плохие параметры, говоря о линейный режимах примененных каскадов.
При наличии времени соберу такой УНЧ, по параметрам девиация фазы и начальный угол фазы этому усилителю мало конкурентов.

---------- Сообщение добавлено 26.09.2017 в 14:48 ---------- Предыдущее сообщение было 25.09.2017 в 20:01 ----------

Посмотрим на распространенную схему Ланзар. Рис.3
Девиация фазы составляет 4%, начальный угол фазы дает отклонение от фазы входного сигнала 3%.
Искажения амплитудной характеристики вершины меандра достигают 8%.
При таких искажениях фазы и амплитуды при импульсном воздействии добиваться минимальных искажений в виде Кг и ИМИ практически теряет смысл.

[wert]

Графики девиации амплитуды и фазы моделей различный усилителей очень оптимистичны, измерения в железе дают значительно худшие результаты.
Уровни девиации значительно выше и зависят от многих дополнительных факторов:
- качества примененных элементов,
- от схемотехники,
- от проявления эффектов Миллера и Эрли,
- выбранных режимов активных элементов,
- конструктива,
- примененных коррекций,
- тепловых нелинейностей,
- качества блоков питания,
- механических воздействий и прочее.
Особенно названные факторы влияют на девиацию фазы.
Правильно отмечают форумчане - психоакустики утверждают, что изменения фазы на порядки белее заметны, чем изменения амплитуды.
В тоже время просматривается корреляция девиации амплитуды с Кг и ИМИ, в разных усилителях это разные зависимости, но корреляция явная.
Изменение фазы в глубокоосниках носит более сложный характер, можно выделить три зоны:
- зона начального угла фазы - вблизи рабочей точки активных элементов, в этой зоне напряжение на выходе немного выше напряжения шумов и нелинейные искажения не фиксируются,
- зона малосигнального угла фазы, эта зона где уже фиксируются нелинейные искажения, угол фазы постоянен (удерживается режимами активных элементов),
- зона девиации фазы, начало зоны и уровень девиации у каждого усилителя индивидуален.
Метод измерения искажений сложных сигналов в амплитудно-фазовом спектре собственно дал возможность дифференцировать искажения на девиацию амплитуды и девиацию фазы усиленных сигналов.
На мой взгляд предложенный метод измерения приближает инструментальный метод оценки качества усилителей к слуховым ощущениям и восприятию качества усиленного звука.

[Orion33]

Offтопик:

На мой взгляд предложенный метод измерения

Пока что это не метод, а сочинения на тему. Вот у Букварева метод, потому что все формализовано и расписано - можно брать и пользоваться.
Напишите статью - тогда уже можно будет судить. На самом деле было бы очень интересно.

[wert]

Пока что это не метод, а сочинения на тему.

Андрей!
сочинение, это когда выражена мечта, далекая цель, и нет реализации.
Из учебника Метрология, стандартизация, сертификация
"Метод измерений - совокупность приемов использования принципов и средств измерений."
Принципы есть, физические величины есть, средства измерений есть, совокупность приемов есть,
FFT, harm, PH V(OUT), V(IN) стандартные есть.
Публикации как у Е.Букварева пока нет, но это не говорит, что нет метода
Статья пишется, программный продукт для всеобщего использования по измерению девиации амплитуды и фазы для стандартного оборудования и звуковых карт создается.
Статистики по живым усилителям набрано достаточно.
Если есть интерес Вы этим будете пользоваться в недалеком будущем.

[Orion33]

Интерес есть, но я выпал из темы на пару лет, поэтому сейчас сложно "догнать" прогресс. Вот и хочется иметь лаконичное логичное изложение материала, удобного для понимания.

[wert]

Малосигнальный угол фазы и девиация зависят не только от режимов и схемотехники входного каскада и УН,
Выходной каскад может вносить немалую девиацию фазы и влиять на малосигнальный угол фазы в зависимости от качества применяемый транзисторов и их режимов.
Например, усилитель по схеме приведенной на рис. 1 собран по структуре токовой ОС, стабилен, без RL барьера на выходе, не плохо звучит.
Измерения характеристик усилителя показали низкие гармонические искажения, чистый меандр.
Однако девиация фазы сильно зависит от тока покоя выходных транзисторов.
При токах покоя через выходной транзистор, замеры на синусе частота 20 кГц, при выходной мощности 0,1 Вт, 80 Вт:
- 25 мА, малосигнальный угол фазы 9,25 градуса, девиация фазы 0,5 градуса,
- 50 мА, 9,025 градуса, 0,1 градус,
- 100 мА, 8,9 градуса, 0,1 градус.
При увеличении тока покоя до 1 А постепенно уменьшается малосигнальный угол фазы, сужается зона и уменьшается уровень девиации фазы.
Тенденция явно просматривается, чем выше ток покоя ВК, тем меньше девиация фазы.
Любители режима А явно чувствуют девиацию фазы и предпочитают ее минимальный уровень всем другим параметрам - Кг, ИМИ и проч...

[35101]

А если ОС снимать с выходных транзисторов, то насколько изменится угол и девиация фазы?