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.

[misterzu]

Может изза того, что коллекторная емкость транзистора зависит (да еще и очень нелинейно) от напряжения коллектор-база? На низких частотах ее влияние мало, а на высоких - растет. Правда както очень растет.

[Petr-1951]

входное сопротивление "тройки" Дарлингтона как Vin/Iin при нагрузке 4 Ома:

как видим входное сопротивление в звуковом диапазоне достаточно высокое - около 1,15 мОм до 7 кГц и снижается до 1,05 мОм на частоте 20 кГц
посмотрим коэффициент передачи сигналов от 5 до 50 кГц с шагом 5 кГц
на первом рисунке напряжение сигнала генератора 30 В подается через резистор 1,1 мОм, а на втором 60 В через резистор 1 мОм. Резистор выбран равным входному сопротивлению на частоте 5 кГц в первом случае при напряжении на входе ВК равном 15 В, во втором - 30 В.

Как видим входное сопротивление на частоте 50 кГц остается еще достаточно высоким, снижение напряжения на входе небольшое, не более 10%.
Входное сопротивление "двойки" Дарлингтона при нагрузке 4 Ома чуть выше 40 кОм (при 8 Ом - 85 кОм) при примерно таких же частотных свойствах, чуть лучше.
Для стабилизации входного сопротивления ВК в усилителях с ОС параллельно входу часто ставят резисторную нагрузку: в "двойках" от нескольких кОм до нескольких десятков, в "тройках" до нескольких сот кОм.

[wert]

как видим входное сопротивление в звуковом диапазоне достаточно высокое - около 1,15 мОм до 7 кГц и снижается до 1,05 мОм на частоте 20 кГц

Всем доброго дня.
В малосигнальном режиме АС измерение входного сопротивления проводится на импедансных моделях элементов ВК. В этом режиме не исследуются переходные динамические характеристики устройств и характеристика входного сопротивления ВК ровная и красивая (графики посты 333, 342 и 335).
В режиме исследования переходных процессов входные токи и напряжения имеют значительную девиацию, синхронную воздействию. И характеристика входного сопротивления имеет провалы и выбросы от сотни килоом до 10 МОм (пост 329). Причем, входные токи и напряжения не полностью изменяются синхронно, приведенные ко входу импедансы ВК в диапазоне частот раздвигают токи и напряжения по фазе и уровню, поэтому выбросы на динамической характеристике входного сопротивления значительные. Скорее Дуглас Селф писал о такой нестабильности входного сопротивления ВК тройки Дарлингтона.
Нагрузочный резистор на выходе УН ( в УМЗЧ с общей ОС) частично решает задачу "стабилизации" входного сопротивления ВК.
Этот нагрузочный резистор больше нужен для УН, этим резистором сдвигается частота среза УН ( при разорванной общей ОС) по возможности за пределы звукового диапазона, этим резистором стабилизируется характер и уровень искажений спектра в звуковом диапазоне, правда за это приходится платить петлевым усилением. Но, при следовании концепции максимальной линейности каждого функционального элемента схемы, уменьшение петлевого усиления не критично. При желании можно и картинки представить. в своей статье об УМЗЧ 2006 я такие картинки показывал. Тема интересна, мало исследована.

[Petr-1951]

В малосигнальном режиме АС измерение входного сопротивления проводится на импедансных моделях элементов ВК. В этом режиме не исследуются переходные динамические характеристики устройств и характеристика входного сопротивления ВК ровная и красивая (графики посты 333, 342 и 335).
В режиме исследования переходных процессов входные токи и напряжения имеют значительную девиацию, синхронную воздействию. И характеристика входного сопротивления имеет провалы и выбросы от сотни килоом до 10 МОм (пост 329). Причем, входные токи и напряжения не полностью изменяются синхронно, приведенные ко входу импедансы ВК в диапазоне частот раздвигают токи и напряжения по фазе и уровню, поэтому выбросы на динамической характеристике входного сопротивления значительные. Скорее Дуглас Селф писал о такой нестабильности входного сопротивления ВК тройки Дарлингтона.

Дуглас Селф писал об изменении входного сопротивления "двойки" в зависимости от входного напряжения, причем с выходными транзисторами старых разработок (с высокой нестабильностью коэффициента передачи тока базы от тока нагрузки). С современными транзисторами даже у "двойки" дело обстоит гораздо лучше.
В модели поста 329 поведение входного сопротивления "тройки" весьма странное... по крайней мере на синусоидальных сигналах 5 кГц и далее с шагом 5 кГц до 50 кГц видим снижение входного сопротивления как с ростом частоты, так и с ростом входного напряжения (один график с входным напряжением 15 В, второй - с 30 В), но никак не его рост (пост 342)

[wert]

Дуглас Селф писал об изменении входного сопротивления "двойки" ... С современными транзисторами даже у "двойки" дело обстоит гораздо лучше. (пост 342)

Согласен с Вами, измерить входное сопротивление в статике или малосигнальном режиме частотных характеристик не составляет труда.
В режиме измерения переходных процессов на характеристике входного сопротивления возникают всплески, величина которых зависит от уровня и частоты воздействия. На высоких частотах и больших уровнях выбросы на характеристике зашкаливают. Для примера привожу характеристики на частоте 1кГц и при низком уровне входного напряжения. На характеристиках видны выбросы при прохождении через ноль для Uвх/Iвх и через максимумы для формулы Del(Uвх)/Del(Iвх). Можно эти выбросы минимизировать путем увеличения времени степа, пока вижу в этом единственный выход для измерения входного сопротивления в динамике.

[SAPR]

Uвх/Iвх

А какое сопротивление для просто емкости или просто индуктивности по Вашим "формулам", "в динамике", так сказать выходит ?

[Petr-1951]

измерить входное сопротивление в статике или малосигнальном режиме частотных характеристик не составляет труда.
В режиме измерения переходных процессов на характеристике входного сопротивления возникают всплески, величина которых зависит от уровня и частоты воздействия. На высоких частотах и больших уровнях выбросы на характеристике зашкаливают.

воспользовался Вашим dif-тестом. На вход "тройки" подал сумму напряжений 100 Гц и 50 кГц оба уровнем по 32 Вольта через сопротивление примерно равное входному, т.е. через 1 МОм. Суммарное напряжение на выходе ВК с 64 В на входе снизилось до 30 В (пиковое). Налицо искажения при переходе сигнала через ноль и в то же время благополучно на вершинах (максимумах).

при скачках входного сопротивления (до десятков МОм) наверняка менялся бы коэффициент передачи, но мы не видим ничего подобного

[Nick-nack]

На высоких частотах и больших уровнях выбросы на характеристике зашкаливают. Для примера привожу характеристики на частоте 1кГц и при низком уровне входного напряжения. На характеристиках видны выбросы при прохождении через ноль для Uвх/Iвх и через максимумы для формулы Del(Uвх)/Del(Iвх). Можно эти выбросы минимизировать путем увеличения времени степа, пока вижу в этом единственный выход для измерения входного сопротивления в динамике.

Деление на ноль однако (на очень малое число)
и del тут не поможет - Численное дифференцирование

Offтопик:
Вот видите, уже согласны, что если смотреть производную (dU/dI), то выбросы будут в максимумах.
А сначала были против!

[wert]

А какое сопротивление для просто емкости или просто индуктивности по Вашим "формулам", "в динамике" ?

Учебник по МС гласит V это действительный сигнал при анализе переходных процессов. В нашем случае V (I) это напряжение (ток) в указанном на схеме узле, которое имеет комплексный характер, действительную и мнимую часть.
По этим частям во многих операторах обработки сигналов рассчитываются амплитудные и фазовые спектры, времена задержек, все это в режимах анализа переходных процессов. В районах загибов АХ от нелинейности активных элементов крутит и линейные составляющие как фазу, все это считаем и видим в МС. Как и наоборот, линейные искажения приводят к нелинейным в неустановившемся состоянии.
Природу всплесков на 1 кГц я показал, увеличьте частоту и уровень воздействия и всплески поползут в стороны от нулей и максимумов. Почему так происходит, я предположил, что сдвиг из-за действия импедансов ВК, приведенных ко входу.

---------- Сообщение добавлено 18.56 ---------- Предыдущее сообщение было 18.53 ----------

Offтопик:
Вот видите, уже согласны, что если смотреть производную (dU/dI), то выбросы будут в максимумах.
А сначала были против!

[/QUOTE]
Действительно, разбег всплесков в стороны от максимумов к такому выводу приводит. Но на низкой частоте все это хорошо видно. Вы правы, благодарю за подсказку.

---------- Сообщение добавлено 19.05 ---------- Предыдущее сообщение было 18.56 ----------

воспользовался Вашим dif-тестом.
при скачках входного сопротивления (до десятков МОм) наверняка менялся бы коэффициент передачи, но мы не видим ничего подобного

МС очень тонкий инструмент. И как любой инструмент имеет множество особенностей.
В малосигнальном частотном режиме все активные элементы заменены линейными схемами замещения и анализ проводится вблизи рабочей точки, здесь мы не увидим переходных процессов и артефактов, которые проявляются в динамических режимах. это особенность МС. Хотя выходное сопротивление в диапазоне частот несимметричных схем ВК в динамике измеряется на ура, в статье такие характеристики приводил.

[wert]

и del тут не поможет - Численное дифференцирование

Offтопик:
Вот видите, уже согласны, что если смотреть производную (dU/dI), то выбросы будут в максимумах.
А сначала были против!

Появилось минута времени, чтобы ответить подробнее.
Многие читающие эту веточку уже попробовали измерять переключательные искажения не только в программных эмуляторах, но надеюсь и в железе.
Возьмем именно этот пример измерения переключательных искажений, так как в 2006 году применение Del для расчетов также вызвало много не понимания, а в 2015 уже измеряем.
Входное сопротивление ВК зависит не только от изменения активной нагрузки ВК, но и от изменения импеданса нагрузки и динамически меняющегося импеданса самого ВК. Все эти изменения не только математически перерасчитываются ко входу в виде приведенных значений, эти изменения есть и в реальных схемах. В МС второй синий график переключательные искажения приведены о входу ВК..
Если генератор нагрузить на простую нагрузку на резистор или для усложнения опыта на CR цепь и измерим входное сопротивление по ранее примененным формулам, то никаких всплесков на характеристике входного сопротивления CR цепи мы не увидим, не зависимо от того напряжение проходит через ноль или через максимум, так как соотношение приращение напряжений и токов в любой точке монотонного воздействия везде одинаково. В том случае, если имеются серьезные отклонения токов либо напряжений при монотонном воздействии, тогда можно предположить, что в ВК имеются искажения токов и напряжений, которые вызваны приведенными импедансами. И на графике сопротивления ВК мы видим искажения подобные пост329.
Если искажений нет, то характеристика входного сопротивления будет ровной.
Продемонстрируем сказанное при помощи графиков входного сопротивления для ВК при воздействии двух частот 100 Гц и 50 кГц.
Искажения будем фиксировать при помощи диф цепи на выходе и на графике входного сопротивления.
Второй рис генераторы нагружены на СR цепь смотрим входное сопротивление , ровное всплесков нет.
третий рисунок проверяем диф цепью (можно заменить на DEL) выход CR цепочки на предмет искажений, искажений нет.
Вывод.
При измерении характеристик монотонного воздействия (синус) при помощи оператора DEL искажения отсутствуют для пассивных цепей. Активные элементы вносят искажения, которые фиксируются при помощи оператора DEL, это касается практически всех параметров где исследуются напряжения, токи и фаза.
Потому график входного сопротивления пост329 имеет такой не реальный вид, для измерения применен оператор DEL, и мы обычную картинку входного сопротивления ВК увидели другими глазами, и приблизились к более глубокой реалии.

[Nick-nack]

Если генератор нагрузить на простую нагрузку на резистор или для усложнения опыта на CR цепь и измерим входное сопротивление по ранее примененным формулам, то никаких всплесков на характеристике входного сопротивления CR цепи мы не увидим, не зависимо от того напряжение проходит через ноль или через максимум, так как соотношение приращение напряжений и токов в любой точке монотонного воздействия везде одинаково.

Согласен, на простом RC этого эффекта нет - алгоритмы численного дифференцирования вашей программы справляются с этой задачей

При измерении характеристик монотонного воздействия (синус) при помощи оператора DEL искажения отсутствуют для пассивных цепей

А что будет скажем со вторым порядком и добавлением дополнительного Zero ?
просто добавьте индуктивность 100милиГн последовательно, перед конденсатором и индуктивность скажем 100мкГн после сопротивления (доп. ноль)

Уверен - выбросы будут. И не потому, что цепь стала "сложной", "комплексной" итд. Всё пассивно, никаких Динамических!!! изменений.
А просто метод дифференцирования спайса начинает хромать и выдаёт ошибки.

Если знаете буржуйский, почитайте вот это:
http://cds.linear.com/docs/en/lt-jou...Engelhardt.pdf

Там конечно самореклама, но есть много интересного.
(какой метод использует МС я не знаю, думаю gear).

Offтопик:
Вообще МС - очень хороший инструмент, но мне не нравится, слишком там все автоматизированно, слишком много "готовых" измерений. Это удобно, но есть риск, что перестанешь сам вникать в детали, доверяя автоматизмам.

Активные элементы вносят искажения, которые фиксируются при помощи оператора DEL

DEL - много чего показывает, вы правы... но не забывайте о его особенностях и недостатках.

[wert]

DEL - много чего показывает, вы правы... но не забывайте о его особенностях и недостатках.

Если посмотреть обычными способами входное сопротивление опираясь только на входные токи и напряжения без дифференцирования, то можно через функцию Perfomance через пиковые значения токов и напряжений рассчитать входное сопротивление. для исключения выбросов входной резистор увеличим до 50 К, и учтем его в формуле для вывода графиков Peak_Y(V(in1),1,1)/Peak_Y(I(R1),1,1)-50k.


Задачу несколько усложним, рассчитаем входное сопротивление для трех уровней входного напряжения 1В, 15В, 31В.
Как видим входное сопротивление для трех уровней резко отличается, и понятно, что для случайного (звукового) сигнала ВК будет иметь входное сопротивление изменяющееся в очень широких пределах.
Скорее для исключения последствий этого явления УН лучше нагружать на конечное сопротивление, о чем ранее писал.
Обратите внимание, в динамическом режиме анализа переходных процессов и в малосигнальном режиме анализа частотных характеристик при вх напряжении 1В получаются разные входные сопротивления, хотя графики по частотам среза почти совпадают, эти разбеги между режимами эмуляции очень часты, это нужно учитывать.
Картинки прикрепляю и файлик cir для повторения теста.

---------- Сообщение добавлено 21.41 ---------- Предыдущее сообщение было 21.34 ----------

Если знаете буржуйский, почитайте вот это:
http://cds.linear.com/docs/en/lt-jou...Engelhardt.pdf
Там конечно самореклама, но есть много интересного.
(какой метод использует МС я не знаю, думаю gear).

Благодарю, материал интересный, и есть о чем поговорить, на мой взгляд автор заблуждается по поводу ошибок рис 3.
Но, это отдельно, в МС используется комбинация описанных методов, для исключения измерений в неустановившемся режиме и поиска установившегося режима, в МС 10 действительно это сделали неуклюже, спасает разработка Марины Амелиной. Тема интересна, надеюсь обсудим немного позже.

[wert]

Входное сопротивление ВК важный параметр. В диапазоне частот оценили стандартную тройку.
Не менее важно выходное сопротивление ВК в диапазоне частот.
Усложним задачу, проверим выходное сопротивление ВК при разных токах покоя, от 100 мА до 3 А.
Видим уменьшение вых сопротивления при увеличении тока покоя ВК.
Характеристика выходного сопротивления достаточно ровная.
Картинки и файлик для МС9 прикрепляю.

[wert]

Доброго дня.
"транзисторный ламповик" на веточке обсудили в МС и железе, большая часть параметров, приведенный в статье и способы их измерения продемонстрированы в МС и кое что в железе. Пощупали некоторые экзотические параметры, полученные при помощи дифференцирования, переключательные, клипп, амплитудные (тепловые), измерили искажения амплитудной и фазовой характеристики на полюсах, устойчивость. Нашли некую взаимосвязь линейных и нелинейных искажений в не установившемся режиме, связь времени задержки и НЧ полюса. Все это прямым образом влияет на звук и владение данным инструментарием, на мой взгляд, должно быть полезным. Конечно, некоторые параметры обозначены и не рассмотрены на веточке. Дело за будущим.
Последнее утверждение в статье о "транзисторном ламповике" об оценке фонограмм пропущенных через модель УНЧ в МС10 почему-то не вызвало вопроса. Хотя, реальная возможность есть, и это возможность оценить схемотехническое решение на предмет "качества звука", подобрать необходимые элементы и режимы УНЧ по наилучшему звучанию такой фонограммы, пропущенной через модель УНЧ. Т.е. прекрасная возможность оценить на слух УНЧ на этапе разработки и лишь потом двигаться к реализации в железе.
Корреляцию результатов такой оценки модели и железа я смог явно услышать. МС 10 позволяет это сделать.
Такая оценка открывает целый пласт возможностей. Вижу параметр эмуляции - слышу как влияет на звук.
Если есть желающие, можно пропустить через любую модель УНЧ тестовую фонограмму и оценить как модель звучит.
Конечно это приближение к реалии, но это еще один шаг приближения.

[duty]

Все это хорошо )))) но я так понимаю что я первый кто заканчивает этот усилитель в железе ))))

[wert]

но я так понимаю что я первый кто заканчивает этот усилитель в железе ))))

Приветствую duty.
Таки автор был первый. Но, автор заинтересованное лицо, потому жду с нетерпением Ваши результаты.
какой вариант Вы собираете?
При непосредственной связи ВК с УН, между ними явно необходим резистор 400-600 Ом, вместе с емкостью затвора будет небольшая коррекция от крохотного выброса на фронте импульса. Но в динамике выброс подрастает и дает более жесткий звук.
Если возникнут вопросы по регулированию гармоник, с удовольствием подскажу.

[duty]

Да вот тот который в радиохобби. Уже почти спаял. Монтирую на радиатор. куда там ставить резистор? Нарисуйте окончательную схему.

[wert]

Монтирую на радиатор. куда там ставить резистор? Нарисуйте окончательную схему.

Если собираете схемку рис 16, тогда резистор 500 Ом в разрыв цепи затвора М4.
Если схема рис 27, тогда резистор 500 Ом в разрыв цепи затвора М2.
Успехов.

[duty]

Рис 16. Всмысле может Вы имели ввиду М6? то его один на два транзистора ставить или только на М6?

[wert]

Рис 16.

Да, извините, автоматом получилось, M4 - IRF9630, вход ВК.