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]

C ТВЗ есть интересная возможность регулировки выходного напряжения с помощь его параметров т.е. коэффициента трансформации. Т.е. мне вот нужно выходное напряжение не более 15 вольт как его ограничить в бестрансформаторной схеме при любых обстоятельствах. Вот заратустра на германии так и работает с трансформатором на входе. Есть мысль написать Карте по этому поводу но нет времени этим заниматься.

[deemon]

Попалась под руку вот эта схема
Вложение 293009
источник
http://klimanski.com/tag/%d0%b3%d1%8...0%b3%d1%82703/
Вопрос
-а если смысл такого варианта смещения для заратустры т.е. меняем смещение на резисторах и стабилитронах на батарейку.
В итоге возможно постоить усилитель без разделительного конденсатора.

А между прочим , я про подобную схему говорил в теме - на 5 странице .... просто давно это было , да и тема изрядно разрослась В ту сторону я не пошёл потому , что ИМХО там проблем будет больше , чем пользы ....

---------- Сообщение добавлено 15:42 ---------- Предыдущее сообщение было 15:38 ----------

Не вопрос.
1) Мало напряжение питания лампового каскада. 40В на лампе при размахе 20 - это куча искажений уже на малой громкости.
2) Выходное сопротивление СРПП для верхнего и нижнего этажей ВК разные (для верхнего - ниже, он напрямую соединен с катодом, у нижнего - выше, он отделен резистором)
3) Средняя точка резиков первых ЭП соединена с выходом - повышает нагрузку на драйвер.
4) Задача по избавлению от кондера в звуковой цепи не решена - он стоит на входе.
5) Нешунтированный резик в нижнем катоде повышает выходное драйвера нивелирует ООС ЭП ВК, что повышает искажения

Так мы как раз тогда в теме про все эти "за и против" говорили - можешь посмотреть . Самое неприятное в этом случае то , что либо выход усилка в таком случае оказывается подвешен на высокий потенциал , либо , если мы его к земле "привяжем" , тогда катод нижней лампы окажется на -200 ... вот уже и проблема - как туда правильно сигнал подать . Проблемное это решение , короче говоря .

---------- Сообщение добавлено 15:48 ---------- Предыдущее сообщение было 15:42 ----------

Лучше транс. Например как https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=64093

Опять же , эти "лучше-хуже" - в основном теоретические , а в реальности , как я уже не раз говорил - гораздо проще найти хороший кондёр , чем найти или намотать хороший транс . Ну а с реальным , а не сферическим в вакууме трансом - получается обычно по принципу "ножку вытащил , хвостик завяз" Ну то есть , если сделаем хорошую индуктивность для баса - высокие частоты становятся "тухловатыми" , сделаем ВЧ - бас пропадает или середина какая-то "мутная" . Я же всё это на практике пробовал - с трансом , например у меня - получалось всегда так , что одна музыка играет , другая не играет - получаются какбы "жанровые предпочтения" , что ИМХО не есть хорошо . У меня же всегда была цель - сделать усилитель , который любую музыку играет - вот в этом направлении я всегда и старался двигаться , да .

[mellowman]

Ну то есть , если сделаем хорошую индуктивность для баса - высокие частоты становятся "тухловатыми" , сделаем ВЧ - бас пропадает или середина какая-то "мутная" . Я же всё это на практике пробовал - с трансом , например у меня - получалось всегда так , что одна музыка играет , другая не играет - получаются какбы "жанровые предпочтения" , что ИМХО не есть хорошо . У меня же всегда была цель - сделать усилитель , который любую музыку играет - вот в этом направлении я всегда и старался двигаться , да .

Активный кросс и каждому динамику свой транс

[deemon]

Активный кросс и каждому динамику свой транс

Ну да , и количество проблем увеличивается в 3 раза - это если полос у нас 3 ...
Да ещё кроссовер этот ... там ведь как , у аналоговых свои заморочки , у цифровых - соответственно свои . В принципе , мне известны случаи , когда удавалось сделать хороший "мультиампинг" , но - как по мне , это уже немножко слишком , для домашней системы ...

[Lifesgood]

Пробежал по теме, но что то так и не нашел, подскажите кто собирал ВК , какова достаточная площадь радиатора для варианта с 6 транзисторами на канал?

[Bob05]

Добрый день. С праздником.
Автору благодарность за хорошую конструкцию.
Попробовал сделать ВК на 2sc5171/2sa1930 по 4 в параллель. Результат довольно хороший. Напряжение питания 20В, Ток через транзистор 250мА.
В качестве усилителя напряжения использовал LME49860. Все питание стабилизированное. В результате экспериментов с батарейкой сжег все транзисторы.
Сижу жду пенсию.....
Планирую делать MJE15030/15031 так как у 2sc5171 линейная область h21 заканчивается при 300мА.
Теперь вопросы:
1. Знаю что коряво, но можно ли вставить регулятор громкости между УН и самим параллельным усилителем. Трансформатор не предлагать, я
Сам сторонник трансформатора - регулятора уровня. Но здесь конструктив не позволяет...
2 Если здесь ребята которые занимались автоматическим регулированием тока покоя - какие частоты среза фидьтров на входе АЦП порекомедуете.
3. Измерить ток покоя в режиме АВ - можно. Если измерять напряжения напряжения на эмитерных резисторах в момент их равенства, или что тоже самое
при прохождении выхода через 0.
Схему батарейки прилагаю, собственно из-зи косяков с программой сжег транзисторы.

С уважением, Борис.

[tormoz]

Bob05 а другие транзисторы не думали в качестве выходных. Я сейчас рассматриваю в качестве претендентов пары BD911/912, BD243/244, BD139/140, TIP35/36 при таком же напряжении питания как у вас.

[mellowman]

3. Измерить ток покоя в режиме АВ - можно. Если измерять напряжения напряжения на эмитерных резисторах в момент их равенства, или что тоже самое
при прохождении выхода через 0.

Интересно. А может проще считать его в аналоге, что-то вроде:


Только нужны быстрые компараторы для выборки-хранения, иначе на 20кгц ток "смещается". Для нескольких токов покоя:


Крупнее:



Ну и для экспериментов может правда взять самые дешёвые транзисторы, чтобы не жалко пожечь

[hippo64]

Я промолчу, учитывая, что параллельник по стандартной схеме с резисторами отлично держит ток покоя если транзюки рядом на одном радиаторе. И аналогавая батарейка великолепно выполняет свою функцию.
Не, разве что для потомков кривую регулирования в файл, и потом, долгими зимними вечерами, рассматривать распечатки, сидя у камина.

[Hennady]

Я промолчу, учитывая, что параллельник по стандартной схеме с резисторами отлично держит ток покоя если транзюки рядом на одном радиаторе. И аналогавая батарейка великолепно выполняет свою функцию.

поддержу, т.к. класс АВ, другое дело класс А где наверно то, что они делают(моделируют) может быть весьма актуально...

[hippo64]

Парни, конечно очень соблазнительно иметь любую кривую, да и контроллеров я не чураюсь, с удовольствием пользую там, где с ними проще, но имхо, сущности лучше не множить.

[Bob05]

Bob05 а другие транзисторы не думали в качестве выходных. Я сейчас рассматриваю в качестве претендентов пары BD911/912, BD243/244, BD139/140, TIP35/36 при таком же напряжении питания как у вас.

Bd139/BD140 - Я считаю нужно исключить, не смотря на то что для меня это "рабочая лошадка". Их даже китайские рабы в подвале научились делать. У них линейная характеристика по h21 до 200 мА. BD243/244 - не очень подходят по той же причине.
Башни близнецы BD911/912 имеют значительную нелинейность по тому же параметру, а стоят всего в два раза дешевле моторолл.
Но для экспериментов конечно подойдут. На мой взгляд наиболее подходящие из списка tip35/36 особенно в корпусе ТО 247. меньшее сопротивление кристалл - корпус (тепловое). Что для классической батарейки очень гуд.
Следует еще заметить что эти транзисторы расчитаны на частоту 3 МГЦ. Это может быть и хорошо, а может и плохо. Данный усь без оссый (пчелиный ). И скорострельность ему не нужна, но с другой стороны многие именитые конструкторы рекомендуют повышать широкополосность. ХЗ, у меня в одних конструкциях получалось, что высокочастотные транзисторы заметно лучше, в других наоборот. Например, в некоемом аналоге "линолеума" лучше работали ВЧ транзисторы, а в варианте "Худа" П4Э!!!!Тормознутей транзисторов по моему не существует. В "семигоре" лучше всего 2N3055 правда производства RCA.
Ну а мой выбор, неровно я дышу к мотороллерам.
А вообще, (сейчас меня будут бить) самый хороший трнзистор - ламповый триод.

С уважением, Борис.

---------- Сообщение добавлено 13:53 ---------- Предыдущее сообщение было 13:26 ----------

Здравствуйте коллеги.
Сразу же прощу прощения, вариант схемы что я выложил, чуток не актуален. Неделю назад рухнул ХДД. Короче майские праздники сижу восстанавливаю. Резервных копий естественно...
Объяснение такому схемному решению простое, Во первых там не показаны две цепочки, которые меряют ток через нагрузку и выдают сигнал на вход усилителя. Таким образом идет замер импеданса нагрузки и соответственно изменение напряжения питания и тока покоя. Во вторых по прикидочному алгоритму при температуре медной части радиатора выше на 20 градусов, я пропорционально снижаю ток покоя 50 мА на градус. ну в третьих я 7 лет проработал на автоматизации, и довольно не плохо набил руку.
Вопрос к вам, коллеги, нормально ли будет работать в данной схеме LM324, просто данный опер крайне криво работает вблизи максимальных значений вых. напряжения. отсюда и применение двух полярного питания. Фильтры второго порядка чебышева на частоту 500 гц - это нормально? Или стоит уменьшить частоту? АЦП контроллера способен в идеале выдавать отсчеты через 1 мкС. Но это в идеале.
То mellowman, Мне проще в цифре. Что либо поменять можно просто потыцкав кнопки, без помощи паяльника. Цена всего несколько десятков сожженых транзисторв
С уважением, Борис.

[tormoz]

Спасибо Bob05. А где вы качаете такие точные данные на транзисторы, или это результаты измерений.

[Bob05]

Ну такие данные есть в любом даташите. Но учитывая плодовитость китайских товарищей, пришлось собрать приборчик для замеров в импульсном режиме, благо на работе возможность была, на удивление для большинства широко распространенных транзисторов китайские товарищи более мение придерживаются данного параметра.
Сейчас, к сожалению, возможности что либо померять небольшие. 3-й год сижу дома, или в больнице, за то времени дофига

[tormoz]

А можно по подробнее о приборе, можно в лс.

[Bob05]

Могу и здесь. Я подробностей не помню(довольно давно было) У меня были платы АЦП и Цап от станка электро контроля печатных плат. Я прикрутил их микроконтроллеру NXP 2460? а оттуда по USB на PC. И у нас был термостат тоже с какого-то прибора у соседей дернули, они при СССР РЛСки делали. Плибрчик выдавал импульсы в 10мкС. И мы ацп меряли отклик. Вот и все.
С уважением, Борис.

[deemon]

Пробежал по теме, но что то так и не нашел, подскажите кто собирал ВК , какова достаточная площадь радиатора для варианта с 6 транзисторами на канал?

Ну вот , например , в моём домашнем усилителе - на каждом канале стоят игольчатые радиаторы , вертикально расположенные на задней стенке корпуса - размеры их 14*14 см , соответственно на каждое плечо каскада 14*7 см . В плече у меня стоят по 3 транзистора - предвыход и два на выходе в параллель , то есть как раз по 6 транзисторов на канал . Половинки радиаторов разделены , чтобы ставить на них транзисторы без изолирующих прокладок , так что на одном радиаторе стоят PNP транзисторы , а на другом NPN - я про это писал в теме , и в начале темы есть фото моего выходного каскада , вид со стороны транзисторов . Ну и другие товарищи выкладывали в теме фото своих вариантов монтажа ...

---------- Сообщение добавлено 23:04 ---------- Предыдущее сообщение было 22:35 ----------

Добрый день. С праздником.
Автору благодарность за хорошую конструкцию.
Попробовал сделать ВК на 2sc5171/2sa1930 по 4 в параллель. Результат довольно хороший. Напряжение питания 20В, Ток через транзистор 250мА.
В качестве усилителя напряжения использовал LME49860. Все питание стабилизированное. В результате экспериментов с батарейкой сжег все транзисторы.
Сижу жду пенсию.....
Планирую делать MJE15030/15031 так как у 2sc5171 линейная область h21 заканчивается при 300мА.
Теперь вопросы:
1. Знаю что коряво, но можно ли вставить регулятор громкости между УН и самим параллельным усилителем. Трансформатор не предлагать, я
Сам сторонник трансформатора - регулятора уровня. Но здесь конструктив не позволяет...
2 Если здесь ребята которые занимались автоматическим регулированием тока покоя - какие частоты среза фидьтров на входе АЦП порекомедуете.
3. Измерить ток покоя в режиме АВ - можно. Если измерять напряжения напряжения на эмитерных резисторах в момент их равенства, или что тоже самое
при прохождении выхода через 0.
Схему батарейки прилагаю, собственно из-зи косяков с программой сжег транзисторы.

С уважением, Борис.

Регулятор громкости , теоретически , конечно можно вставить и между каскадами , но я так делать не советую - работать будет хуже , чем при обычном варианте . Такой регулятор ведь будет неизбежно вносить последовательное сопротивление в цепь сигнала - увеличивая при этом выходное сопротивление УНЧ и искажения , возникающие из-за нелинейности коэффициента передачи по току у выходных транзисторов . И также он будет вносить и сопротивление в параллель с сигналом , дополнительно нагружая предварительный каскад - что тоже не есть хорошо .... притом , стараясь устранить одну проблему , мы неизбежно будем усугублять другую .

Что же касается авторегулирования тока покоя ( автоматическая батарейка ) , то здесь про это тоже был разговор .... в общем , тут моё мнение совпадает и с выводами других авторов , которые эти решения не считают надёжными - даже если и удастся их реализовать Тут проблемы заложены в самом принципе действия выходного каскада и характере музыкального сигнала , который по определению не является СТАЦИОНАРНЫМ - то есть , он не позволит этой автоматической системе работать с гарантированной надёжностью . Там ведь придётся ловить моменты , когда токи в плечах каскада РАВНЫ , это верно - но сами эти моменты могут быть относительно "редкими" при сильной раскачке каскада , и поведение петли авторегулирования при таком нестационарном процессе не всегда можно предсказать . И это всё , надо заметить , верно даже для идеального каскада , но в реальности будут же ещё влиять и разные неприятные моменты реального мира - то есть паразитные реактивности в схеме , инерционность процессов в транзисторах , неидеальность схем выборки-хранения ( или АЦП в цифровом варианте ) , влияние разных помех ... короче говоря , проблем там "выше крыши" , а результат - фактически отказ от простой и проверенной схемы со стабилизацией выхода батарейки с использованием диодов-термодатчиков , с заменой её на гораздо более сложный аналоговый вариант ( с ключами УВХ и каскадами на ОУ ) или цифровой - с процессором и парой АЦП . Притом оба варианта будут потенциально менее надёжными , чем исходный - и в чём тогда смысл ?

И кстати , если уж делать такой блок - то в нём надо использовать информацию о токах транзисторов ( ловить момент их равенства ) , а не о напряжении выходного каскада ( переход его через 0 ) . Второе решение схемотехнически проще , но оно будет эквивалентно первому только в одном случае - при нагрузке на идеальный резистор , ведь нагрузка УНЧ - это акустическая система , импеданс которой далёк от активного ( резистивного ) , так что при переходе напряжения выхода через 0 - ток выхода как раз не будет равен нулю , и использовать этот момент для работы сервосистемы нельзя . В общем , как по мне - если и заниматься таким "извращением" , то только ради удовлетворения собственного любопытства , желания проверить какие-то схемные ( или программные ) решения , итд .... но вот практически для УНЧ , для того чтобы слушать музыку - в этом смысла мало , такое моё ИМХО

---------- Сообщение добавлено 23:24 ---------- Предыдущее сообщение было 23:04 ----------

Bd139/BD140 - Я считаю нужно исключить, не смотря на то что для меня это "рабочая лошадка". Их даже китайские рабы в подвале научились делать. У них линейная характеристика по h21 до 200 мА. BD243/244 - не очень подходят по той же причине.
Башни близнецы BD911/912 имеют значительную нелинейность по тому же параметру, а стоят всего в два раза дешевле моторолл.
Но для экспериментов конечно подойдут. На мой взгляд наиболее подходящие из списка tip35/36 особенно в корпусе ТО 247. меньшее сопротивление кристалл - корпус (тепловое). Что для классической батарейки очень гуд.
Следует еще заметить что эти транзисторы расчитаны на частоту 3 МГЦ. Это может быть и хорошо, а может и плохо. Данный усь без оссый (пчелиный ). И скорострельность ему не нужна, но с другой стороны многие именитые конструкторы рекомендуют повышать широкополосность. ХЗ, у меня в одних конструкциях получалось, что высокочастотные транзисторы заметно лучше, в других наоборот. Например, в некоемом аналоге "линолеума" лучше работали ВЧ транзисторы, а в варианте "Худа" П4Э!!!!Тормознутей транзисторов по моему не существует. В "семигоре" лучше всего 2N3055 правда производства RCA.
Ну а мой выбор, неровно я дышу к мотороллерам.
А вообще, (сейчас меня будут бить) самый хороший трнзистор - ламповый триод.

С уважением, Борис.

Для этого усилителя , действительно , не нужно искать специально более высокочастотные выходные транзисторы - так что соображения при выборе можно ограничить только лишь линейностью в максимально широком диапазоне токов нагрузки , и что тоже важно - достаточно широкой ОБР , что гарантирует надёжность каскада при мощной нагрузке . Я выбрал Тошибу потому , что это были лучшие транзисторы из тех , что я мог достать в то время , да и опыт показал достаточность их параметров для хорошего звука и притом высокую надёжность . Если сейчас можно раздобыть что-то получше - почему бы и не попробовать ? Тем более , что они все сейчас довольно высокочастотные , и таких "тормозов" как древний П4 - сейчас не удастся найти , даже если очень захотеть С другой стороны , по современным понятиям и 2N3055 ( и 2N2955 ) - тоже изрядные "тихоходы" ( все современные мощные транзисторы их намного превосходят по скорости ) , но в Заратустре они работали неплохо ... можно даже сказать , что я бы хотел увидеть в производстве транзисторы с примерно такой граничной частотой , как у 2N3055 , но с большим усилением по току и высокой линейностью , то есть постоянством "беты" от нуля и до максимального тока - специально для без-ООСных усилителей ... жалко , что наши пожелания не учитывают производители

[Hennady]

Картинку перезагрузил заново

))

[giv94]

Hennady, ошибочка на схеме - средняя точка электролитов не заземляется, а является виртуальной средней точкой.

[Hennady]

Hennady, ошибочка на схеме - средняя точка электролитов не заземляется, а является виртуальной средней точкой.

ай-я-яй ......, смотрим внимательно оригинал схемы в стартопике, "земля виртуальная" потому что образована емкостями и она заземляется на входе,

отличие "виртуальной земли" от классической - гальваническая развязка по питанию, об этом также расписано в старттопике...

P.S. в том случае, что вы имеете ввиду, заземлять пришлось бы одну из шин питания, чего разумеется мы не наблюдаем в схеме старттопика...

---------- Сообщение добавлено 11:54 ---------- Предыдущее сообщение было 11:05 ----------

можно ли вставить регулятор громкости между УН и самим параллельным усилителем.

без дополнительного повторителя не получится:

УН выход 350 ом, вход ВК 5,7кОма..