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 .

[FEDGEN]

Если так пойдёт то скоро буду делать на транзисторах СССР и России.
Интересно а что у нас в транзисторостроении?
Фирма где брал не фуфел почему-то исчезла.
пара транзисторов -140руб в 2013г.

[Станислафф]

Так же как в подавляющем большинстве источников у вас дома ))))

Не понимаю. Программно? Ценой уменьшения разрядности?

[BoVY]

Да, программно. Ценой ли уменьшения разрядности? не уверен. При программном снижении громкости на -60 дБ я не ощущаю потери качества. Хотя вроде бы -60 дБ это 10 разрядов долой. То есть я слушаю 6-битный звук и не слышу ухудшения?... Можете считать что у меня уши деревянные, а система gовно - если вам так удобнее.
Не хотелось бы развивать здесь эту тему...

[deemon]

Не понимаю. Программно? Ценой уменьшения разрядности?

Ну конечно , сейчас везде так регулируют Раньше хоть иногда в некоторых ЦАПах мотор-потенциометры ставили - а сейчас в цыфре , так же дешевле ....

---------- Сообщение добавлено 17.21 ---------- Предыдущее сообщение было 17.13 ----------

Да, программно. Ценой ли уменьшения разрядности? не уверен.

Так тут ещё такой момент есть - какое было изначальное разрешение фонограммы и какая реальная разрядность ЦАПа ? Скажем , если мы слушаем CD ( 16 бит ) , а ЦАП реально даёт 20 бит ( при заявленных 24 ) - то можно на регулировании 4 разряда "съесть" , и качество теоретически не пострадает .... но на практике ведь глубина регулирования всегда будет больше . Ну и потом , сами алгоритмы цифровые тоже качество не улучшают , скажем так

[FEDGEN]

У меня есть возможность обоими способами регулировать громкость на минидаке.
Не слышу разницы(тоже древоух) а вот качество программных плееров и драйверов слышно.
О чём это если качество фонограмм такое бывает что ..... особенно современных да и в прошлом тоже не всегда было качество.Я забил и забыл чем и как регулирую не слышу разницы.

[BoVY]

посмотрите ролики тут http://www.youtube.com/watch?v=eqpHYgdUJrM и тут https://www.youtube.com/watch?v=LLF8IuvBdb0

если не магнитятся и у отверстия широкая окантовка керамики, то 90% оригинал))

а внутри кристалл))) большой-большой))

Взял магнит. Проверил. Мои транзисторы не магнитятся совсем. Из чего сделал вывод что они настоящие и молотком проверять не стал ))

[BoVY]

Собрал в макетах четыре выходных каскада Заратустры
На входы подал балансный сигнал с Apogee Rosetta 800, на выходы подключил СЧ и ВЧ динамики своей четырехполоски. Схема работает, играет исправно. Можно даже сказать что у Заратустры (Z) вполне приличный звук. До тех пор пока не включишь Ноосферу (N). Сделанные мной макеты Z на слух в прямом сравнении проигрывают китам от N однозначно. По сравнению с N, звук у Z жёсткий, пластмассовый, нет воздуха. Наверное, я просто небрежно собрал макеты.

Коллеги, я посыпаю пеплом свою седую голову!... Поторопился с выводами, позор мне! Оказалось что проблема собранных мной Заратустр именно в том что я подавал им на вход балансный сигнал, подключая холодный провод к земле. Этого нельзя делать и об этом меня предупреждал Дмитрий в одном из своих сообщений:

Вообще-то , эта идея довольно "рискованная" , так как симметричный выход будет несимметрично нагружен - выход (+) пойдёт на базы транзисторов , а выход (-) при этом будет "тащить" всю землю усилителя , и там будет значительно больше паразитная ёмкость .

Именно так и оказалось. Когда на выходной каскад Заратустры был подан сигнал от небалансного источника, не осталось и намёка на пластмасоовость и жёсткость звука. Заратустра показала очень детальное, честное, кристальное звучание. Претензий к звуку нет. Следующим моим шагом была подача балансного сигнала на две Заратустры, включённые мостом чтобы поставить оба плеча балансного источника в одинаковые условия. Фокус сработал: звук оказался таким же чистым и прозрачным. Кроме того я получил ту удвоенную амплитуду на выходе которой мне немного не хватало для полного счастья ))

Теперь имею ряд вопросов к автору схемы.
Питание +-18 В, ток покоя 100 мА в канал, Rн = 16 Ом, ток в нагрузке меньше ампера в амплитуде, мощность в нагрузке единицы ватт. Использовать при этом транзиторы с рассеиваемой мощностью 150 Вт и током коллектора 15 А считаю излишеством. Можно ли использовать менее монстроподобные транзисторы? Например, трёхамперные низкочастотные 2SD2012 + 2SB1375? Или пару послабее но побыстрее 2SD669 + 2SB649? Можно ли оба канала в мостовой схеме запитывать от одного источника питания? (батарейки, понятно, разные). То есть думаю идти по пути максимального удешевления и уменьшения размеров, но не хочу при этом терять в качестве.

Кстати, я не подбирал транзисторы в пары (кроме одного, первого, канала). И не подбирал резисторы по 33к так чтобы выставить ноль на выходе - оказалось что он прекрасно выставляется если подключить источник (я не использую разделительный конденсатор на входе). Так вот, все эти мелкие шалости - это криминал или бог с ними? Заранее спасибо за ответ.

[deemon]

Можно ли оба канала в мостовой схеме запитывать от одного источника питания? (батарейки, понятно, разные). То есть думаю идти по пути максимального удешевления и уменьшения размеров, но не хочу при этом терять в качестве.

Кстати, я не подбирал транзисторы в пары (кроме одного, первого, канала). И не подбирал резисторы по 33к так чтобы выставить ноль на выходе - оказалось что он прекрасно выставляется если подключить источник (я не использую разделительный конденсатор на входе). Так вот, все эти мелкие шалости - это криминал или бог с ними? Заранее спасибо за ответ.

Так если нет разделительных конденсаторов и источник всегда включён ко входу ВК , то и резисторы эти вообще не нужны . Если же источник сигнала может отключаться - то резисторы лучше поставить , чтобы фиксировать в этом случае потенциал входа ВК - но подбирать их не надо , так как это всё равно не рабочий режим , а в рабочем - они на качество работы не влияют . Если мост питается от двуполярного питания , то есть + , - и земля , то вместо двух резисторов от + и - , как в Заратустре , для фиксации потенциала при отключённом от ВК источнике достаточно поставить один резистор - на землю . Так же при мостовом включении можно питать всё от одного источника питания . Вообще тут надо понимать , что это схемное решение ( конденсатор в цепи сигнала , резисторы от + и - , подвесное питание ) является довольно специфическим , и было применено в основном из-за применения в Заратустре лампового предварительного каскада - чтобы поддерживать ноль на выходе простыми средствами , без применения сервосистемы . Если же применять выходной каскад с "батарейкой" в других схемах - то эти "фокусы" становятся не нужны , и можно применять выходной каскад так же , как например обычный "параллельник" ....

---------- Сообщение добавлено 00.44 ---------- Предыдущее сообщение было 00.25 ----------

Питание +-18 В, ток покоя 100 мА в канал, Rн = 16 Ом, ток в нагрузке меньше ампера в амплитуде, мощность в нагрузке единицы ватт. Использовать при этом транзиторы с рассеиваемой мощностью 150 Вт и током коллектора 15 А считаю излишеством. Можно ли использовать менее монстроподобные транзисторы? Например, трёхамперные низкочастотные 2SD2012 + 2SB1375? Или пару послабее но побыстрее 2SD669 + 2SB649?

Да , в таком случае я бы попробовал менее мощные транзисторы . Тут ведь дело в чём - в транзисторной технологии всё , как и везде , основано на компромиссах - улучшая что-то одно , всегда жертвуют , хоть немножко - чем-то другим . Увеличивая мощность - надо же увеличить площадь кристалла ( при прочих равных условиях ) , вот уже и паразитная ёмкость перехода получается в несколько раз больше , плюс ещё некоторые моменты .... так что , при токе нагрузки 1 ампер - действительно , 3-амперного транзистора должно быть достаточно . А может быть , кстати , что и звук ещё немного улучшится ..... но тут уже , конечно , практически пробовать надо .

[Andrey Orloff]

По поводу защиты АС от постоянной составляющей в случае аварии или пробоя выходников.
В варианте с "батарейками" в мостовом УМЗЧ сделать проще простого - отключаем, обесточиваем "батарейки" и выход у нас обесточивается, т.е. не нужно никакие реле и т.д. Это огромный плюс, можно сказать, бонус такой архитектуры.

[ISIT_14]

Ага так тебе, например, пробитый транзюк то и обесточится.

[fakel]

На тему источника и резисторов балансировки нуля. Если источник подключен - то ноль будет на нагрузке, а напряжение коллекторов ничем не сбалансировано (средняя точка кондеров - плавающая). Вывод: резисторы нужны, но на холодный вывод источника (т.е. шунтировать ими электролиты фильтра), чтобы не грузить напрасно источник

[BoVY]

По поводу защиты АС от постоянной составляющей в случае аварии или пробоя выходников.
В варианте с "батарейками" в мостовом УМЗЧ сделать проще простого - отключаем, обесточиваем "батарейки" и выход у нас обесточивается, т.е. не нужно никакие реле и т.д. Это огромный плюс, можно сказать, бонус такой архитектуры.

Я понимаю так что при мостовом включении нагрузки этот бонус исчезает? Если да, то нет больше аргументов против перехода с плавающего на обычное питание с землей между конденсаторами фильтра.

---------- Post Merged at 14.58 ---------- Previous Post was at 14.48 ----------

На тему источника и резисторов балансировки нуля. Если источник подключен - то ноль будет на нагрузке, а напряжение коллекторов ничем не сбалансировано (средняя точка кондеров - плавающая). Вывод: резисторы нужны, но на холодный вывод источника (т.е. шунтировать ими электролиты фильтра), чтобы не грузить напрасно источник

Если уж ставить резисторы, то на оба мостовых плеча - чтобы сохранить полную симметрию. Не ставить их нельзя потому что у меня может быть ситуация когда источник отключён от Заратустры. Не хочется при этом получить постоянку на дорогих головках...
Как шунты электролитов фильтра входные резисторы по 33кОм плохо работают. У меня пара резюков по 22к разряжает две банки по 10000,0 очень долго и мучительно. При отключении питания батарейка "садится" сразу и переводит каскады в "чистый класс В". Если при этом источник продолжает выдавать музыкальный сигнал, то ещё минут 5-7 из динамиков слышны хрипы и стоны, ярко демонстрирующие искажения типа "ступенька" ))). В паре 33к/20000,0 будет ещё хуже. Хоть релюшку ставь на отключение...

---------- Post Merged at 15.04 ---------- Previous Post was at 14.58 ----------

Ага так тебе, например, пробитый транзюк то и обесточится.

при плавающем питании и обычном (не мостовом) подключении нагрузки - пробой транзисторов не приводит к возникновению постоянного тока через головку. Нет цепи по которой он мог бы течь ))

[fakel]

При отключении питания батарейка "садится" сразу и переводит каскады в "чистый класс В". Если при этом источник продолжает выдавать музыкальный сигнал, то ещё минут 5-7 из динамиков слышны хрипы и стоны, ярко демонстрирующие искажения типа "ступенька" ))).

Там хуже - класс С

Хоть релюшку ставь на отключение...

батарейки.

Как шунты электролитов фильтра входные резисторы по 33кОм плохо работают. У меня пара резюков по 22к разряжает две банки по 10000,0 очень долго и мучительно.

Их задача - выравнивать напряжения плеч, а не разряжать кондеры.

Если уж ставить резисторы, то на оба мостовых плеча - чтобы сохранить полную симметрию.

Если мост - то средняя точка БП вообще не нужна и можно обойтись одним конденсатором на удвоенное напряжение. Среднюю точку на базах формировать низкоомным делителем, к которому подключить землю источника.

Емкость его может быть ниже, т.к. в мосте ему не нужно пропускать через себя НЧ ток динамика, если в качестве БП используется электронный трансформатор, то емкость вообще можно снизить до 1-10мк пленкой. Правда, при этом кондер 220мк X 400В должен стоять на входе ИБП

[BoVY]

"М-минуточку! Я записываю..." (с)

Их задача - выравнивать напряжения плеч, а не разряжать кондеры.

а кто тогда должен разряжать кондёры питания? Без этих резисторов вообще беда будет.

Если мост - то средняя точка БП вообще не нужна...

Вот это очень интересно... Получается что в мостовой Заратустре земля вообще не нужна как класс. Всё что нужно - это выставить выходное напряжение покоя примерно посередине между + и - питания.

Среднюю точку на базах формировать низкоомным делителем, к которому подключить землю источника.

Фокус в том что "земля источника" - тоже вещь в себе. Она "не имеет никакого отношения к балансному выходу" как мне любезно объяснили в техподдержке Апогея. И действительно: потенциалы покоя на горячих и холодных проводах аналоговых выходов Розетты относительно земли распределены совершенно хаотично в пределах +-1 Вольта. Естественно, попарно. А потенциал покоя между гор и хол проводами одного выхода строго равен нулю. Но, в принципе, привязка к этой земле может решать проблему. Либо делители как в оригинальной схеме, но их подбирать надо тщательно. Вообще на эту тему надо серьёзно подумать и поэкспериментировать.

... и можно обойтись одним конденсатором на удвоенное напряжение. Емкость его может быть ниже, т.к. в мосте ему не нужно пропускать через себя НЧ ток динамика, если в качестве БП используется электронный трансформатор, то емкость вообще можно снизить до 1-10мк пленкой. Правда, при этом кондер 220мк X 400В должен стоять на входе ИБП

Об ИБП речь не идёт. Будет стоять классический транс - мост - кондёр. Только я не верю что ёмкость этого конденсатора можно снижать бесконечно. Экспериментировать не буду, в наличии есть банки по 10000,0х50, их и поставлю. По одной штуке в канал.

[deemon]

Ну да , для мостового УНЧ земля имеет такое , весьма "условное" значение .... то есть запросто можно питать мост от однополярного БП , а землю организовать хоть на резисторах , посередине питания - и этого будет достаточно . Весь же силовой ток будет циркулировать по транзисторам моста с выходом на "рельсы" питания , ток управления - по базовым цепям ВК , а по сигнальной земле ток вообще никакой течь не будет ( кроме разных случайных наводок ) . Но конденсатор в питании , конечно , слишком малый делать не надо - надо его ёмкость определить по критерию не слишком большой просадки питания между пиками синусоиды сети ( моментами подзарядки кондёра от моста выпрямителя ) при максимальной мощности одновременно на всех каналах усилителя .

[Andrey Orloff]

Я понимаю так что при мостовом включении нагрузки этот бонус исчезает? Если да, то нет больше аргументов против перехода с плавающего на обычное питание с землей между конденсаторами фильтра.

При мостовой схеме нагрузка включена между ВЫХОДАМИ двух оконечных каскадов. Т.к. наш нежный-нежный динамик, и не очень дешевый, например, TPL-150 подключен между выходами УМ .. то при пробое одного из выходов на "+" или "-" питания (вариант пробоя сразу двух выходов УМ на разные "рельсы" питания пока не рассматриваем) срабатывает защита, запираются обе "батарейки" и оба источника тока в УМ (транзисторы Q1-Q2) и рабочий канал УМ переходит в "высокоимпедансное" состояние, т.е. потенциал на обоих клеммах динамика будет равен потенциалу "пробитого" выхода УМ.
Запирать "батарейки" и источники тока Q1-Q2 можно и через оптроны, это быстрее и надежнее, имхо.

[fakel]

а кто тогда должен разряжать кондёры питания?

А нафига? Расформовывать? А при каждом включении долбить по ним экстратоком?

Фокус в том что "земля источника" - тоже вещь в себе. Она "не имеет никакого отношения к балансному выходу" как мне любезно объяснили в техподдержке Апогея.

Т.е. если включить нагрузку между одним из выходов и землей - звука не будет?

Только я не верю что ёмкость этого конденсатора можно снижать бесконечно.

До приемлемых пульсаций. 1000мк хватит

Получается что в мостовой Заратустре земля вообще не нужна как класс.

Угу! Тут https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1284894 вообще земли нет как таковой, особенно, если холодные концы вторичек согласующего транса подключить к противоположным выводам нагрузки. Единственная проблема - помехи через емкость первичка-вторичка транса ИБП, но они лечатся шунтированием каждого выхода нагрузки на локальную "землю" ИБП конденсаторами в 1000пФ (нагрузка отделена от обоих выходов синфазным дросселем, ИБП со стороны сети - тоже)

а по сигнальной земле ток вообще никакой течь не будет ( кроме разных случайных наводок )

Разность базовых токов входного каскада. Для обоих плеч моста она окажется скорее всего синфазной (транзисторы из одной партии). Ее нужно сливать либо на эмиттеры ВК, либо на эмиттеры драйвера.

[BoVY]

А нафига? Расформовывать? А при каждом включении долбить по ним экстратоком?



Т.е. если включить нагрузку между одним из выходов и землей - звука не будет?



До приемлемых пульсаций. 1000мк хватит



Угу! Тут https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1284894 вообще земли нет как таковой, особенно, если холодные концы вторичек согласующего транса подключить к противоположным выводам нагрузки. Единственная проблема - помехи через емкость первичка-вторичка транса ИБП, но они лечатся шунтированием каждого выхода нагрузки на локальную "землю" ИБП конденсаторами в 1000пФ (нагрузка отделена от обоих выходов синфазным дросселем, ИБП со стороны сети - тоже)


Разность базовых токов входного каскада. Для обоих плеч моста она окажется скорее всего синфазной (транзисторы из одной партии). Ее нужно сливать либо на эмиттеры ВК, либо на эмиттеры драйвера.

1) предлагаете сохранять напряжение на конденсаторах фильтра при выключенном усилителе? Для меня это новость. Я воспитан так что выключил прибор - разряди ёмкости. Можно, конечно, и оставлять. Тогда придётся отключать нагрузку релюшкой.
2) звук будет, но весь в шумах и искажениях. При первом включении Розетты я именно так соединил и думал что прибор неисправен. Написал в техподдержку, они объяснили что такое включение вообще не предусмотрено.
3) совсем без земли делать не получится. Надо сооружать среднюю точку делителями. Иначе как "показать" ВК середину между рельсами? )))
4) каким образом "сливать"?

---------- Post Merged at 10.20 ---------- Previous Post was at 10.18 ----------

при пробое одного из выходов на "+" или "-" питания срабатывает защита, запираются обе "батарейки" и оба источника тока в УМ (транзисторы Q1-Q2) и рабочий канал УМ переходит в "высокоимпедансное" состояние, т.е. потенциал на обоих клеммах динамика будет равен потенциалу "пробитого" выхода УМ.

Какая защита? Её пока в схеме нет.

[fakel]

предлагаете сохранять напряжение на конденсаторах фильтра при выключенном усилителе?

Почему бы и нет? Вы часто выдергиваете вилку у телека, DVD, компьютера? А там БП, дежурка работает, кондеры заряжены

воспитан так что выключил прибор - разряди ёмкости.

Советское воспитание: уходя, гасите свет

Написал в техподдержку, они объяснили что такое включение вообще не предусмотрено.

Интересно, что там на выходе? Неужели транс?

Иначе как "показать" ВК середину между рельсами?

Лучше всего трансом. Стоит как вкопанная безо всяких интеграторов

каким образом "сливать

Опять же через вторичку транса. Или (хуже) через резик.

---------- Сообщение добавлено 12.27 ---------- Предыдущее сообщение было 12.26 ----------

Тогда придётся отключать нагрузку релюшкой.

Проще вход закорачивать

[BoVY]

Коллеги, выкладываю схемы мостовой мини-Заратустры. Цель изменений в схеме - сделать ещё проще, дешевле и компактнее. Буду благодарен за критику. Напоминаю, что речь идёт только о выходном (транзисторном) каскаде оригинальной Заратустры. Подключение к балансному источнику. Нагрузка от 8 до 16 Ом, мощность в нагрузке - единицы Ватт, рабочие токи меньше Ампера, токи покоя не выше 100 мА в плечо, скорее всего меньше. Хочу использовать транзисторы TIP41 и TIP42, одну банку конденсатора в фильтре. Средняя точка задаётся делителями по входу и по питанию. Земля источника не используется по причине, изложенной раньше. Про батарейки напишу отдельно.