Проект А без ОООС

[Mad optic]

"Зачат" новый проект - усилитель без ОООС. Причины его появления можно посмотреть здесь:
http://madoptic.narod.ru/projects/a-seb_page2.htm

Усилитель построен с использованием схемотехнических решений близких к Проект А с ОООС (https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=59713), но применены, возможно, не совсем традиционные подходы:
1) получение необходимой линейности не за счет использования линейных свойств полевых тр-ров, а применением оных с высокой крутизной (изначально разработаны для работы в ключевых схемах)
2) применение импульсного БП для питания усилителя.
Так как в УМ используется балансный выход с однотактными плечами, то потребляемый ток усилителя ПОСТОЯННЫЙ. Это и определило возможность использования импульсного БП.

Собственно, схема усилителя:



Усиление К=9.7, измерянная полоса пропускания расширилась до 500 КГц по сравнению с 255 кГц у предыдущего УМ. Частота единичного усиления 4.1 МГц. Для небалансного включения (RCA вход) по измерениям искажения на 1 КГц/1W составляют 0.046% для 8 ом. До 0.8W присутствуют только (!) вторая и третья гармоники. На 4 ом искажения очень близки по структуре.
С изменением частоты искажения не меняются. Во всяком случае, на 10 кГц изменений не видно совсем.

Максимальная выходная мощность представленного варианта составляет 10W на 10 ом. При уменьшении номинала нагрузки снижается до 8W/8ом и 4W/4ом.

Схема усилителя может быть оптимизирована под выходную мощность не менее 10 Вт для нагрузок от 4 до 8 ом (15 Вт на 6 ом) с повышением общей линейности усилителя приблизительно на 6 дБ. Сопротивление резисторов R40, 41 становится 750 ом, а R 5, 21 - 62 ом. R32 должен быть 43К. Также изменяются номиналы резисторов в истоковых цепях выходных источников тока М2 и М4 - теперь это сборки из 6 одно ваттных резисторов 3.92 ома. Ток покоя устанавливается резистором R18 3.9К на 2.28А. R2 тоже становится другим - два 2-ваттных резистора по 0.068 ом. Обратите внимание - необходимо применить другой импульсный БП. Теперь здесь можно использовать TRACO TOP 200-124 (C12 в этом случае не ставится).
Дополнительно: входная сборка должна быть FDC3601N (FDS снята с производства); операционники обязательно использовать ОРА1652 или AD823; на выходе применять можно довольно широкий выбор транзисторов, рекомендую FQP50N06L, FQP33N10L. Вместо 2SD1898 можно применить PBSS4240X.

Ниже приведена аппаратная реализация усилителя, она немного отличается от предыдущего усилителя Проект А, но корпус используется того же типа.

Собственно, п/плата усилителя 4-х слойная с металлизацией 105 мкм, размером 203х146 мм и выглядит так:


Вид спереди моноблока: , сзади:
Вид частично разобранного изделия:

Измерения усилителя приведены на сайте (по ссылке выше).

Развитие проекта - усилитель Perfectio (28 W/6 ом):

[Mad optic]

Тут уже была дискуссия почему усилитель Проекта А не УПТ? Даже чисто практическая причина наличия емкости на входе никого не убедила. Все исходили из того, что УПТ звучит лучше (как предположение?). Однако, ниже привожу взгляд известного человека с отличным от этого мнением:

(фрагмент интервью)
"Емкостная связь между усилителем напряжения и выходным каскадом выбрана с учетом совершенно особенных соображений. В основе лежит фундаментальный (с моей точки зрения) принцип, состоящий в том, что идея использования так называемого усилителя постоянного тока (отсутствие переходных конденсаторов от входа до выхода), являясь весьма продуктивной при создании устройств типа операционных усилителей (предназначенных для обслуживания потребностей измерительной техники...), в общем случае неприменима при проектировании транзисторных звукоусилительных устройств, и в частности - усилителей мощности...
В течение многих лет я играл в симфоническом оркестре на ударных инструментах - благодаря этому в моей памяти хранилась информация о реальном звучании как ударных инструментов, так и инструментов басового регистра. У меня была возможность привлечь к прослушиванию достаточно серьезных музыкантов и с течением времени мы к нашему вящему изумлению заметили, что самые лучшие транзисторные усилители, воспроизводящие сигналы практически от постоянного тока, каким-то дурацким образом придают определенную неестественность звучанию акустических инструментов басового регистра...
К тому времени подоспели мои первые образцы усилителей на лампах 6С33С. Эти усилители были спроектированы правильно (!). Неестественность исчезла. Потом меня осенила догадка: абсолютно интуитивно я почувствовал, что следует отказаться от усилителей постоянного тока в транзисторной технике. Как только появился разумный спад АЧХ в области НЧ, все встало на свои места. (Кстати, введение интеграторов еще больше ухудшало ситуацию).
В результате дальнейших прослушиваний мы пришли к следующей формулировке: транзисторный усилитель, построенный по принципу УПТ, каким-то образом неуловимо изменяет, сдвигает, преобразовывает, что ли форманту инструментов, работающих в области басового регистра...
Впоследствии я стремился найти всему этому какое-либо математически-радиотехнически-наукообразное объяснение, но безуспешно. Решение пришло позднее, после того как я начал заниматься некоторыми прикладными аспектами психоакустики и вопросами влияния акустических волн различных частот на человеческий организм.
"

Узнаете кто это?

[Semigor]

Узнаете кто это?

Шушурин?

[Mad optic]

Шушурин?

YES!

[DIM]

Offтопик:
Я думал Путин)))))

[Semigor]

YES!

Я слушал его однотактник на 33 лампочке - отличный аппарат. Каменный безосник тоже был неплох, но заметно уступал лампе.

[Orion33]

Решение пришло позднее, после того как я начал заниматься некоторыми прикладными аспектами психоакустики и вопросами влияния акустических волн различных частот на человеческий организм.

Блин, самое интересное, как всегда, за кадром.
Какое решение-то?

[variator]

Какое решение-то?

Не более одного конденсатора. Что вероятно и есть в тех усилителях.

[Latvian]

Упт звучит лучше, но для коммерческих проектов не годится.

[Mad optic]

Упт ... для коммерческих проектов не годится.

Не согласен. При умелом маркетинге такую фичу как УПТ можно выставить в качестве завлекалочки/"красного флага впереди паровоза". Тем более, это удобно/привлекательно сделать для не массового продукта, каковыми являются усилители в ценовой категории выше $20к.

Если говорить о дешевом массовом коммерческом продукте, то действительно не годится - народ попалит АС и будем потом клясть на чем свет стоит производителя...

[Orion33]

Тем более, это удобно/привлекательно сделать для не массового продукта, каковыми являются усилители в ценовой категории выше $20к.

Схема защиты АС в УПТ решении стоит гораздо скромнее $20к

[Mad optic]

Orion33,

Вот спектры для 1W выходной мощности на 8 ом для УН и выхода усилителя соответственно:



Как видим, уровень 3-й гармоники в первом случае составляет -88.6 dB, а во втором -76.9dB, что определяет разницу в 11.7dB. Кроме того, на выходе повторителя начинает формироваться 5-я гармоника.

Такое распределение искажений заставило отказаться от попыток дальнейшей линеаризации входного дифкаскада (Тут было и каскодное решение со следящей связью, и перевод дифпары в более линейный режим. Лишнее все это).

Логичным развитием событий стал поиск пределов возможностей линеаризации выходного каскада. Самый естественный путь - увеличение тока покоя. Так вот, увеличив его более, чем в два раза и сохранив возможность физической реализации каскада (с учетом тепловых характеристик транзисторов), удалось улучшить линейность (снизить уровень 3-й гармоники) почти на 15dB.
Это подвигло заняться линеаризацией и первого каскада (УН). Ввиду того, что скоростные характеристики усилителя упали из-за разросшегося выходного каскада, пришлось решать также задачу расширения широкополосности. В результате уровень 3-й гармоники УН уменьшился на 7dB, сохранив широкополосность, однако, пришлось существенно изменить схемотехнику входного каскада.

Т.е. дело идет к сборке нового усилителя, в новом абсолютно конструктиве (предыдущий не сможет рассеять 170W), с выходной мощностью 20W на 4 ом. Так получилось.

P.S. Надо заметить, что в реальности цифры искажений выше расчетных, что хорошо видно при измерениях (см. сайт). Но в данном случае речь идет об относительных цифрах - возможно на практике улучшения хотя бы приблизятся к ним.

[Orion33]

Дополненная схема будет?

[Mad optic]

Сейчас идет тюнинг новой схемы по номиналам, и, чтобы не плодить сущностей, будет выложен вариант готовый к реализации.

Напрягает весьма заметное расхождение модели существующего Проекта А с работающим и измеренным "вдоль и поперек" усилителем по параметрам нелинейности (разница около 9dB). Поэтому работа идет по следующим направлениям:
1. Доведение модели существующего Проекта А до более точного соответствия оригиналу усилителя по параметрам нелинейности
2. На основе отработанной модели более точно оценить реальный выигрыш новой схемы еще на этапе моделирования.

[jett]

В результате дальнейших прослушиваний мы пришли к следующей формулировке: транзисторный усилитель, построенный по принципу УПТ, каким-то образом неуловимо изменяет, сдвигает, преобразовывает, что ли форманту инструментов, работающих в области басового регистра...

Простая логика и здравый смысл подсказывают, что любое лишнее звено , создающее преграду, препятствие, не может что-либо улучшать в системе. В самом радужном случаи оно может быть очень малозаметным, и мы скажем: не влияет! Но и только.
Фрагмент интервью напомнил почему-то известный, гуляющий по инету, тест, в котором К73-16 (по утверждениям не менее известных аудио-авторитетов) просто убил наповал остальные, на порядки более дорогие и именитые, "проходные конденсаторы".

[ИГВИН]

В результате дальнейших прослушиваний мы пришли к следующей формулировке: транзисторный усилитель, построенный по принципу УПТ, каким-то образом неуловимо изменяет, сдвигает, преобразовывает, что ли форманту инструментов, работающих в области басового регистра...
Впоследствии я стремился найти всему этому какое-либо математически-радиотехнически-наукообразное объяснение, но безуспешно. Решение пришло позднее, после того как я начал заниматься некоторыми прикладными аспектами психоакустики и вопросами влияния акустических волн различных частот на человеческий организм.

Шушурин сначала поставил между ламповым УН и транзисторным повторителем конденсатор (кстати заведя оос по постоянке на вход повторителя ) - а потом нашел этому объяснение.
Думаю, у него просто не получалось быстро и хорошо стабилизировать смещение, просто торопился к выставке. Это он тоже говорил кстати - о спешке.
На выставке этот усилитель получил хорошую оценку - и Шушурин ничего менять не стал. Понравилось - кушайте на здоровье!

А ведь АС разные бывают, и может каким-то этот конденсатор необходим.
Что касается проходных/разделительных элементов, то тот же Шушурин утверждал о полной незаметности какого-то BUF-а на входе усилителя. Ему не слышно - а мне почему-то вполне слышно. Может мои уши другой системы?

Простая логика и здравый смысл подсказывают, что любое лишнее звено , создающее преграду, препятствие, не может что-либо улучшать в системе. В самом радужном случаи оно может быть очень малозаметным, и мы скажем: не влияет! Но и только.
Фрагмент интервью напомнил почему-то известный, гуляющий по инету, тест, в котором К73-16 (по утверждениям не менее известных аудио-авторитетов) просто убил наповал остальные, на порядки более дорогие и именитые, "проходные конденсаторы".

Вот именно.

[теоретизирующий практик]

Логичным развитием событий стал поиск пределов возможностей линеаризации выходного каскада. Самый естественный путь - увеличение тока покоя.

А отказ от стабилизации токов ВК и переход на фиксированное смещение рассматривался? Имеется большая вероятность заметного снижения НИ при переходе на фиксированное смещение кмк, хотя это не так очевидно (зависит от качества приближения ВАХ транзисторов к квадратичным). Правда через ИП будут протекать заметные токи пульсации (2я гармоника), но именно эти токи участвуют в более полной взаимной компенсации искажений полуплеч.
_____
Добавил позже. Вероятность значительного снижения НИ при фиксированном смещении - вряд ли.
Может и снизится, но незначительно.

[Игорь Гапонов]

...
А ведь АС разные бывают, и может каким-то этот конденсатор необходим.
Что касается проходных/разделительных элементов, то тот же Шушурин утверждал о полной незаметности какого-то BUF-а на входе усилителя. Ему не слышно - а мне почему-то вполне слышно. Может мои уши другой системы?
...

+1, о "безопасности АС" должна беспокоиться защита - уставка на ток/мощность срабатывания, соответствующая эксплуатируемой АС. Уставка на мощность автоматически учитывает СРАБАТЫВАНИЕ защиты АС по постоянной времени. Странно то, что почему-то все отождествляют ограничение по полосе частот (специальные линейные искажения) и временной параметр срабатывания защиты. Или утверждают, типо, "ИНЧ вредны для здоровья", когда обычная атмосфера как среда обитания и одновременно канал передачи акустического воздействия вообще не имеет частотных ограничений снизу.

А отказ от стабилизации токов ВК и переход на фиксированное смещение рассматривался? Имеется большая вероятность заметного снижения НИ при переходе на фиксированное смещение кмк, хотя это не так очевидно (зависит от качества приближения ВАХ транзисторов к квадратичным). Правда через ИП будут протекать заметные токи пульсации (2я гармоника), но именно эти токи участвуют в более полной взаимной компенсации искажений полуплеч.

Не получается главной фишки этого проекта - независимое от сигнала энергопотребление. Собственно, здесь часть ИП - стабилизатор тока рассматривается как неотъемлемая часть усилителя. В то время как обычный порошок стараются запитывать от источника напряжения . Но "в чистом виде" токопотребление в двухтакте не зависит от сигнала, когда в плечах активные приборы только с нечётным порядком нелинейности. Т.е. того чего надо компенсировать - чётные нелинейные эффекты, нет в исходнике .

[теоретизирующий практик]

Но "в чистом виде" токопотребление в двухтакте не зависит от сигнала, когда в плечах активные приборы только с нечётным порядком нелинейности.

В том то и дело. Пара транзисторов, (каждый из которых в отдельности может иметь только нелинейность второго порядка и не иметь нелинейность нечётных порядков) поставленных в режим независимого суммарного токопотребления (называю это условие "прокрустовым ложем" ) вынуждена извлекать на выходе нечётные гармоники. Хотя всё не так просто. Само наличие ООС в виде нагрузки между истоками уже является "прокрустовым ложем" и порождает нелинейности, изначально отсутствующие в ВАХ выходных транзисторов.

[Игорь Гапонов]

В том то и дело. Пара транзисторов, (каждый из которых в отдельности может иметь только нелинейность второго порядка и не иметь нелинейность нечётных порядков) поставленных в режим независимого суммарного токопотребления (называю это условие "прокрустовым ложем" ) вынуждена извлекать на выходе нечётные гармоники. Хотя всё не так просто. Само наличие ООС в виде нагрузки между истоками уже является "прокрустовым ложем" и порождает нелинейности, изначально отсутствующие в ВАХ выходных транзисторов.

Да нет там прокрустова ложа! В данном случае ИТ наблюдается хоть и постоянный токоотбор от ВНЕШНЕГО источника энергии, но зависимый от сигнала потенциал на ВНУТРЕННЕМ ИТ как источнике энергии плеча. Следовательно, суммарная мощность потребляемая от двух ИТ, будет пульсировать только в случае, если есть чётные (не обязательно именно квадратичные, но и 4-й, 6-й, 8-й степени и т.д) нелинейные эффекты в каждом плече и/или они не равны друг другу (ассиметрия плеч). Потому что законы Кирхофа работают и в нелинейных цепях и в цепях с ОС.

Другими словами, если в плечах только чётные нелинейные эффекты и они равны друг другу, то на выходе - всегда константа. Есть сигнал или нет его. Но при этом энергию жрёт в такт с сигналом.

[теоретизирующий практик]

Другими словами, если в плечах только чётные нелинейные эффекты и они равны друг другу, то на выходе - всегда константа. Есть сигнал или нет его. Но при этом энергию жрёт в такт с сигналом.

Да я не о том.

Сравните выходное сопротивление двух последовательно включённых ПТ при нулевом сигнале, и при напряжении сигнала, близком к отсечке.

При нулевом сигнале через каждый транзистор течёт ток по 1А (условно). Крутизна каждого транзистора - 1А/В. Выходное сопротивление каждого транзистора по 1 Ом. Суммарное выходное сопротивление - 2 Ом.
При подходе к отсечке - крутизна одного транзистора 1,41 А/В (ток около 2 А), сопротивление - 0,705 Ом. Другого - 0,001 А/В (ток около нуля) сопротивление - 1000 Ом. Суммарное выходное сопротивление двух транзисторов - 1000,705 Ом.

Короче - имеем кривую зависимость выходного сопротивления с минимумом при нулевом сигнале, и плавно увеличивающуюся до бесконечности при подходе к ограничению тока. Я считаю это недостатком. Этим же недостатком обладает и схема дифференциального усилителя со стабилизатором тока в "хвосте".

Offтопик:
Но можно сконфигурировать схему с фиксированным смещением, свободную от этого неприятного свойства. Конечно идеала нет, и такая схема имеет свои недостатки. Но это выходит за рамки обсуждаемой схемы.