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 .

[Andrey Orloff]

Хорошоя идея!
А как вы баллансируете выход УМ (чтобы на конденсаторах было пол-питания)? Резисторами 33кОм?
Мои эксперименты с такой организацией питания вынудили принять спец. меры для баллансировки напряжения на конденсаторах (С8-С9) - в отсутствии сигнала ноль стоит замечательно, а на большом сигнале начинает плыть.

[next sound]

А можно поподробнее, я что то не догоняю
давая подпор на А и В мы с одной стороны можем регулировать ток выходного каскада
с другой подзакрываем входные транзисторы
а как там с искажениями?

[SAPR]

Класс. (по поводу ВК).

[Radiohead]

deemon,

Для варианта с запараллеленными выходными транзисторами, схема имеет другой вид?

Думаю удобно применять транзисторы NJL4302, NJL4281, встроенные диоды при этом использовать в схеме смещения.

[humbl]

Как отличается звучание для случая 100мА и 4А?

[Alex]

Поздравляю с хорошей конструкцией, мне понравилось.

А так как земля входного сигнала подключена на среднюю точку , то и сами кондёры питания оказываются как бы "исключены" из звуковой цепи

Ну, это не совсем так

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 .

Интересная мысль, надо будет попробовать.

Можно еще попробовать выкинуть R3C1, и поставить последовательно с R2 литиевую батарейку (CR2016, 2032).

[Роман М]

Хорошая схема и звучать будет тоже хорошо. Но ИМХО лучше драйвер на одной лампе с хорошим межкаскадным трансом и однотактный выходной каскад в А-классе Правда это уже совсем другой усилитель.
У меня друг в Протвино давно эксперементирует с "паралельным" выходным каскадом. Он сейчас отладил свой вариант с ПОС по току, спектр получается короткий и быстроспадающий, звучит говорит отлично, хотя я сам еще не слышал.

[deemon]

Хорошоя идея!
А как вы баллансируете выход УМ (чтобы на конденсаторах было пол-питания)? Резисторами 33кОм?
Мои эксперименты с такой организацией питания вынудили принять спец. меры для баллансировки напряжения на конденсаторах (С8-С9) - в отсутствии сигнала ноль стоит замечательно, а на большом сигнале начинает плыть.

Да , балансировка проиводится резисторами . Обычно я включаю параллельно одному из них резистор с большим сопротивлением , чтобы максимально ураванять напряжения на С8 и С9 . Практика показывает , что эта балансировка сохраняется хорошо и со временем , и при подаче сигнала . Ещё момент - для улучшения изначальной симметрии я провожу минимальный подбор транзисторов , то есть в качестве предвыходных я использую именно те экземпляры , которые наиболее близки по напряжению БЭ и усилению по току , а на выход и в источник смещения ставлю оставшиеся . Любопытно , что даже на КТ818 и 819 , на которых был собран первый экземпляр , стабильность по напряжению и току была вполне удовлетворительная ( и этот усил до сих пор работает ) , а с Тошибовскими выходниками и вовсе нет никаких проблем . Если заказать их с небольшим запасом ( вместо 8 взять 10 ) , то всегда можно подобрать четвёрки транзисторов для выходного каскада с очень близкими параметрами . А вот у 819 и 818 в "отвал" ушла половина всех транзюков

---------- Добавлено в 11:20 ---------- Предыдущее сообщение в 10:55 ----------

А можно поподробнее, я что то не догоняю
давая подпор на А и В мы с одной стороны можем регулировать ток выходного каскада
с другой подзакрываем входные транзисторы
а как там с искажениями?

Не , на самом деле , смещение приложено так , что открывает и предвыходные , и выходные транзисторы . Притом , если мы приложим между эмиттерами напряжение , которое открывает их на 100 ма , то приложив это напряжение к базам выходных - мы и их откроем на те же 100 ма . Эта идея часто используется в схемотехнике , например в токовых зеркалах - их можно увидеть в схеме каждого ОУ .

Насчёт искажений - они даже меньше , чем у обычного каскада . Дело в том , что здесь переходы ВСЕХ транзисторов включены параллельно по переменной составляющей сигнала , а это помогает компенсации искажений . Практика показывает , что при токе в 100 ма "ступенька" уже полностью отсутствует и каскад ведёт себя абсолютно "гладко" на всех режимах работы . Кроме того , я проверял каскад и в режиме "поглощения" тока от другого усилителя , и он тоже ведёт себя прекрасно , а это важно для работы на сложную нагрузку . И действительно , такой выход хорошо работает с любой акустикой . Я думаю , что такой усилитель прекрасно показал бы себя и при работе на электростаты , у которых в импедансе есть сильная ёмкостная составляющая . Но к сожалению , электростатов поблизости не оказалось - так что такой опыт я не проводил ... хотя было бы очень интересно послушать . Но при подключении к выходу конденсатора на 2 мкф на полной мощности - усилитель его просто "не замечает"

---------- Добавлено в 11:30 ---------- Предыдущее сообщение в 11:20 ----------

deemon,

Для варианта с запараллеленными выходными транзисторами, схема имеет другой вид?

Думаю удобно применять транзисторы NJL4302, NJL4281, встроенные диоды при этом использовать в схеме смещения.

Для параллельных транзисторов схема совсем не отличается . Просто параллельно выходникам включаем ещё по одному транзистору , и всё . Например , у меня дома сейчас работает экземпляр усилка именно с параллельными транзисторами на выходе . И после установки этих транзисторов стабильность схемы не ухудшилась . Главное - хорошая тепловая связь , это важно .

[Lemmy]

не пойму как работает выходной каскад. откуда берется базовый ток выходной пары? можно на рисунке нарисовать стрелочками?

так, вроде разобрался - там аналог батарейки верно? из нее и берется ток? чудно

[deemon]

не пойму как работает выходной каскад. откуда берется базовый ток выходной пары? можно на рисунке нарисовать стрелочками?

Там всё просто - базовый ток берётся от источника смещения . Чтобы лучше понять принцип такого каскада , я могу посоветовать нарисовать эту схему на бумаге , искоючив из неё выходные транзисторы . При этом ток будет потребляться только предвыходными , и каскад всё равно будет работать повторителем . А потом нарисовать эту же схему , но без предвыходных . И опять же , выходные будут работать независимо . Дело в том , что тут все они включены параллельно . Параллельный каскад с параллельным смещением

[SAPR]

так, вроде разобрался - там аналог батарейки верно? из нее и берется ток? чудно

термокомпенсированая батарейка.

[Lemmy]

Там всё просто - базовый ток берётся от источника смещения

да нарисовал на бумажке, стало понятно
слишком уж параллельный каскад.. сравнивали с обычным по звуку?

термокомпенсированая батарейка.

ага.

[deemon]

Поздравляю с хорошей конструкцией, мне понравилось.

Спасибо !

Ну, это не совсем так

Я что имел в виду - так как земля выхода подключена к земле входа , то выходной повторитель передаёт в нагрузку то , что поступает ему на вход , это понятно .... и вот , если в процессе усиления выходные кондёры как-то перезарядились , то это повлияет лишь на симметрию порогов ограничения каскада по напряжению сверху и снизу , но , что характерно - напряжение на этих конденсаторах никак не повлияет на напряжение сигнала . По крайней мере , с точностью до первого порядка . Погрешность может возникнуть только из-за эффкта Эрли в выходных транзисторах , но эта погрешность будет мала .... вот это я и имел в виду , когда говорил , что конденсаторы питания "исключены" из звуковой цепи .

Можно еще попробовать выкинуть R3C1, и поставить последовательно с R2 литиевую батарейку (CR2016, 2032

Я пробовал так делать , но звук мне не очень понравился . Эти батарейки ведь тоже играют по-разному , возможно , мне попался неудачный тип . Но есть другой способ исключения конденсатора С1 . Это способ , который мы применяли с Ромой-котом в усилителе Melquiades . В этом случае резистор R2 надо поставить 10 ком , и на его выводы подать напряжения от двух газовых стабилитронов , +150 вольт и -150 вольт , так чтобы на резисторе R2 возникло нужное напряжение смещения . Тогда катод лампы можно включить на землю , как и с батарейным смещением . Способ довольно громоздкий , но работает хорошо . В моём "опытном" экземпляре усилителя сейчас стоит именно такое смещение .... хотя , надо сказать , что улучшение , даваемое исключением электролита , уже не столь велико , и хорошо заметно только на очень хорошей акустике и в хорошей комнате . Гораздо больше влияет , например , тип конденсатора С2 . Поэтому я сначала и опубликовал самый основной , базовый вариант . И если звук его в принципе понравится - можно уже решать , стоит ли извращаться дальше В принципе , меня вполне удовлетворяет звук той схемы , которая тут нарисована , я могу долго слушать на этом усилке музыку , а это ведь главное .

[humbl]

Уважаемый Димон. Вы на вопросы по звучанию отвечаете? Если не отвечаете, то я не буду эти вопросы Вам задавать. Хотя у творческих личностей, к которым Вы , безусловно
относитесь, субъективная оценка и описание звучания являются весьма объективными параметрами.

[deemon]

термокомпенсированая батарейка.

Ну да Притом , что забавно - если сравнить эту схему по сложности с классическим вариантом , то деталей получается даже меньше . Ведь в классическом варианте параллельного каскада токи смещения задаются двумя генераторами тока , один от +питания , другой от -питания . И вот , если сравнить количество деталей , то выходит , что эта "батарейка" даже проще двух хороших генераторов тока . Ну а стоимость трансов - это же просто мелочь , их можно применить от обычных сетевых адаптеров , а можно и просто намотать две дополнительные обмотки на транс питания выхода , это если мы мотаем транс сами . Но зато эффект от такой схемы - намного перекрывает затраты . Каскад работает радикально лучше , притом сразу по всем параметрам . Это довольно редкий случай , когда одно решение убивает сразу все проблемы на корню Я ещё в 80-е годы , собирая усилитель Агеева из "Радио" , думал - а почему он не применил смещение напряжением ? Но тогда считалось , как видно , что такое смещение опасно из-за теплового "разгона" схемы . А вот практика показала обратное - ток покоя усилителя при прогреве изменяется примерно на 10% , а потом уже работает стабильно , как танк

---------- Добавлено в 12:33 ---------- Предыдущее сообщение в 12:23 ----------

Уважаемый Димон. Вы на вопросы по звучанию отвечаете? Если не отвечаете, то я не буду эти вопросы Вам задавать. Хотя у творческих личностей, к которым Вы , безусловно
относитесь, субъективная оценка и описание звучания являются весьма объективными параметрами.

Да конечно , отвечаю Просто звук - понятие разное у разных людей . Насчёт звука этого усилителя - он практически полностью определяется не выходным каскадом , а звуком входа на 6Э5П . Задача же выходного каскада - максимально точно передать это в нагрузку . Мне эта схема нравится прежде всего своей "правильностью" - то есть , в звуке этого усилка ничего не "слишком" . Там где надо - звучит металл , там где надо - "воздух" . Довольно сложно совместить в одной схеме и "нежность" , и "брутальность" В данном же случае это удалось , ИМХО . И основная заслуга тут - у лампы 6Э5П . А также - у входного каскада по "хитрой" схеме SRPP . Выход же , как я и говорил выше - это ПОВТОРИТЕЛЬ . И конечно , повторитель в классе А работает ещё лучше , чем в АВ . НО , это и "печка" Версия усилителя Zarathustra в классе А на выходе имеет напряжение питания +-50 вольт и ток покоя 3 ампера ... притом , если снизить напряжение до +-40 вольт - ток можно сделать 4 ампера - это вариант для нагрузки 4 ома . Звук этого варианта фанатстически хорош , но - вряд ли кто-то будет долго терпеть дома усилитель , который в покое жрёт 600 ватт Хотя , у Марка Левинсона были усилки и покруче

[Костя Мусатов]

Поздравления с хорошей схемой, хорошими идеями и реализацией!

Драйвер правильный, хотя при SRPP каскаде глубина местной ООС получается невысока.
Выходной каскад хорошо сделан. Интересное решение по смещению параллельного повторителя не током, а напряжением.
Так же интересна идея по автосмещению накала. Какое реальное напряжение оказывается на этих конденсаторах?

[deemon]

Поздравления с хорошей схемой, хорошими идеями и реализацией!

Драйвер правильный, хотя при SRPP каскаде глубина местной ООС получается невысока.
Выходной каскад хорошо сделан. Интересное решение по смещению параллельного повторителя не током, а напряжением.
Так же интересна идея по автосмещению накала. Какое реальное напряжение оказывается на этих конденсаторах?

Спасибо Главное , что все эти решения прошли проверку на практике .... мне всегда как-то не нравится публиковать "сырые" варианты схем . Звук-то хороший , а кто его знает , как оно в работе себя поведёт ? А тут уже можно сказать точно - стабильность правильно собранного каскада идеальна . За всё время работы таких усилителей не было ни одного отказа . Только несколько ламп пришлось заменить из-за возрастания микрофонных шумов . Так что лампы 6Э5П надо брать с запасом ! Лампа хорошая , но она советская , про это забывать не надо


Насчёт "автосмещения" накала - напряжение на этих конденсаторах всегда "рядом" с катодом , обычно чуть выше . Например , у нижней лампы SRPP постоянное напряжение на кондёрах , реально измеренное сейчас - 9 вольт . И у верхней лампы примерно та же картина - на катоде +190 , на кондёрах накала + 197,5 . Разница зависит от экземпляра лампы , но разброс не очень велик . И подавление фона таково , что он не заметен даже на чувствительной акустике - у меня например , 98 дБ , и проблем нет .

[humbl]

[QUOTE=deemon


Да конечно , отвечаю Просто звук - понятие разное у разных людей . Насчёт звука этого усилителя - он практически полностью определяется не выходным каскадом , а звуком входа на 6Э5П . Задача же выходного каскада - максимально точно передать это в нагрузку . Мне эта схема нравится прежде всего своей "правильностью" - то есть , в звуке этого усилка ничего не "слишком" . Там где надо - звучит металл , там где надо - "воздух" . Довольно сложно совместить в одной схеме и "нежность" , и "брутальность" В данном же случае это удалось , ИМХО . И основная заслуга тут - у лампы 6Э5П . А также - у входного каскада по "хитрой" схеме SRPP . Выход же , как я и говорил выше - это ПОВТОРИТЕЛЬ . И конечно , повторитель в классе А работает ещё лучше , чем в АВ . НО , это и "печка" Версия усилителя Zarathustra в классе А на выходе имеет напряжение питания +-50 вольт и ток покоя 3 ампера ... притом , если снизить напряжение до +-40 вольт - ток можно сделать 4 ампера - это вариант для нагрузки 4 ома . Звук этого варианта фанатстически хорош , но - вряд ли кто-то будет долго терпеть дома усилитель , который в покое жрёт 600 ватт Хотя , у Марка Левинсона были усилки и покруче [/QUOTE]

Большое спасибо за подробный ответ.
В Вашем варианте повторителя влияет ли на звучание увеличение тока покоя от 100 до 500 мА?

---------- Post added at 13:06 ---------- Previous post was at 13:03 ----------

Нужен ли экран между обмотками в плавающем трансформаторе смещения?

[AME]

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 .

Тут поосторожней! Их еще и сетевой "мусор" подзаряжает. У меня в похожих условиях как-то конденсатор через 10 мм воздуха разрядился