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.

[wert]

Видимо, многие пожелания неудобны, и результат разваливается.

Все дело во времени, которого нет.
Итак вых каскады стандартная тройка
c токовым шунтом, ток покоя 200 мА
ток покоя 5 мА
ток покоя 3 А
Выкладываю графики переключательных искажений, искажений АХ и амплитудно-фазовых искажений для номинального, 1/2, 1/4, 1/16 от номинального вых напряжений.
С задержкой 11,13 мкс графики искажений АХ похожи на разворот по фазе.
Информация для анализа на мой взгляд интересна.
Самый стабильный Ку у ВК в режиме А, самый не стабильный Ку у ВК в режиме В.
Остальные характеристики на рис.

[lazertok]

сожалею... - что не освоил "Вашу" прогу

[bukvarev]

Итак вых каскады стандартная тройка

Спасибо за потраченное время! Я сам не всегда могу уделять достаточное время хобби .
По моделям, выложенным ранее - я смог найти лишь пробную версию MC11. С ней все будет корректно выполняться?

По текущим:
1. Прежде всего, заметно, что алгоритм неустойчив к постоянной задержке (что было понятно по формуле, но я не знал, компенсируете ли Вы задержку, или нет). Значение искажений, большее 120%, скорее говорит о том, что имеются неточности в нормировке (по формуле Вы рассчитываете приведенные ко входу искажения без учета АЧХ, но возможно, дело в чем-то другом, я пока модель не смотрел).
Еще есть такая особенность, что постоянная задержка порождает только "искажения несущей", т.е. действительно результат очень похож на разность производных (ну или производную разности), которая при гармоническом воздействии будет иметь ту же частоту.
Формально, широкополосная задержка - тоже искажение, но согласитесь, она на качество звука точно не влияет.

2. По каскадам.
Здесь на первый взгляд более правдоподобно выглядит схема в режиме "B", у которой с уменьшением амплитуды воздействия искажения (последний график) растут. Однако непонятна взаимосвязь уровня коммутационных искажений в зависимости от амплитуды, хотя длительность "вспышек" примерно постоянна для первых трех испытаний.

По каскаду в режиме "А" при первом испытании наблюдается искажение АХ (амплитуда великовата), и искажения достаточно большие - т.е. Ваш метод действительно "подцепил" нелинейность. Но вот при уменьшении амплитуды, искажения не меняются, хотя так быть не должно. Заметьте, что характер искажений такой же, как и при введении задержки. Думаю, здесь просто проявляется задержка (возможно, частотнозависимая) транзистора. Уверен, если транзистор "затормозить", эта "палка" на последнем графике подрастет.

У каскада с шунтом я бы обратил внимание на то, что не монотонно изменяется характер искажений в районе несущей (20 кГц) при уменьшении амплитуды. То одна "палка" выше, то две, причем изменение весьма значительное.

[.Васильев]

Могу поделиться МС-10 и МС-11

[wert]

Благодарю за Ваши комментарии.

Прежде всего, заметно, что алгоритм неустойчив к постоянной задержке
...имеются неточности в нормировке

Реакция на задержку в данном варианте формулы отдаленно напоминает реакцию на изменение фазы, компенсаций не вводил.
Нормировщик c применением RMS дает погрешность.
Потом амплитуду и фазу уложить в одно нормирование не просто, даже если мы говорим о приращениях.
Пытаюсь уйти как можно далее от кросс корреляционного нормирования при измерении амплитудно-фазовых искажений, возможно удастся.
Варианты есть, при которых нет вылета за 100%, но тогда графики теряют "информационность".

более правдоподобно выглядит схема в режиме "B", у которой с уменьшением амплитуды воздействия искажения (последний график) растут. Однако непонятна взаимосвязь уровня коммутационных искажений в зависимости от амплитуды

Чем ближе к режиму "С", тем меньше взаимосвязь уровня искажений переключения от амплитуды воздействия. Эта связь хорошо видна в режиме "АВ".

По каскаду в режиме "А"...
Но вот при уменьшении амплитуды, искажения не меняются,

Амплитудно-фазовые искажения (АФИ) несущей 20 кГц действительно не меняются в режиме "А", емкости переходов не удается качнуть и они постоянны при воздействиях ниже 0,5 от номинального уровня. На рис. 4 видно сформировавшийся поворот графика АХ, значение амплитуды воздействия 1/16, приращение составляющей реактивного импеданса в графике начинает доминировать (поворот).
В режиме "А" наблюдаем отсутствие девиации амплитуды и фазы несущей 20 кГц от внешнего воздействия (при уровнях ниже 0,5 от номинального), но нелинейные искажения меняются в зависимости от уровня воздействия, хорошо видно при масштабировании графиков при "измерении".
ВК с токовым шунтом также имеет малые изменения АФИ несущей 20 кГц при значительно больших интермодуляциях, чем ВК в режиме "A".
ВК в режиме "В" имеет максимальные изменения несущей 20 кГц и большие нелинейные искажения, при общей нестабильности Ку от уровня и сложности воздействия.


Максим любезно предложил ссылку рабочей версии МС-11, предлагаю воспользоваться.

---------- Сообщение добавлено 10:07 ---------- Предыдущее сообщение было 08:01 ----------

У каскада с шунтом я бы обратил внимание на то, что не монотонно изменяется характер искажений в районе несущей (20 кГц) при уменьшении амплитуды. То одна "палка" выше, то две, причем изменение весьма значительное.

Каскад с шунтом на самом деле капризный.
Эффект от применения при оптимальных токах и оптимальных воздействиях, скорее по этому нелинейные составляющие так проявляются.
Глубже можно посмотреть отдельные каскады в различных режимах и можно было бы подобрать конфигурацию шунта по минимальным гармоникам в более широких границах воздействия.

---------- Сообщение добавлено 10:13 ---------- Предыдущее сообщение было 10:07 ----------

Уверен, если транзистор "затормозить", эта "палка" на последнем графике подрастет.

Совершенно правы.
Разные транзисторы дают разные амплитудно-фазовые искажения (АФИ), которые зависят от импедансов транзистора.
В малосигнальном режиме дает постоянный начальный АФИ, далее при увеличении воздействия качает активные и реактивные импедансы транзистора, к начальному АФИ добавляется амплитудная и фазовая девиация несущих воздействия.

[bukvarev]

Посмотрел модели.
Мое мнение такое: перед подачей сигнала на "Del - анализатор" требуется компенсация задержки и искажений АФЧХ (включая компенсацию усиления).

[wert]

перед подачей сигнала на "Del - анализатор" требуется компенсация задержки и искажений АФЧХ (включая компенсацию усиления).

Благодарю, Евгений.
У меня иная концепция.
Я стараюсь выделить все виды искажений, на этой основе показать реальные искажения - линейные плюс нелинейные.
По компенсации усиления:
Компенсирую усиление по Ку, вычисленного через операторы RMS Del:
Ку = RMS(del(V(out)))/RMS(del(V(IN)))
Компенсация усиления проводится при получении разностного сигнала
Del(V(out)/Ку - V(IN))
К разности применяем нормировщик.
Получаем выражение для измерения искажений амплитудной характеристики:

Искажения АХ = 100*Del(V(out)/Ку - V(IN))/RMS(Del(V(IN)))

Вылет за сто процентов дает оператор RMS.
Дабы этого не происходило можно изменить нормировщик:

100/sqrt(RMS(Del(V(in)*Vout)))

При этом сохраняется рисунок искажений, правда уровень искажений ниже, но за 100% не вылетает при любых комбинациях амплитуды, фазы, задержки.
Появилась возможность вылавливать девиацию частоты.
Возможно Ку нужен и для нормировщика, как Вы думаете?

[bukvarev]

У меня иная концепция.
Я стараюсь выделить все виды искажений, на этой основе показать реальные искажения - линейные плюс нелинейные.

Но задержка - это не влияющие на звук искажения! А она вносит очень большую долю в результат!

Offтопик:
По остальному - позже отвечу. Убегаю .

[wert]

Но задержка - это не влияющие на звук искажения! А она вносит очень большую долю в результат!

Сложилось устойчивое мнение, что искажения амплитуды, фазы, задержки не влияют на восприятие звука.
Отчасти с эти можно согласиться, если говорить о статических величинах. Кроме как к тембральному отклонению статическое изменение этих величин более ни к чему не приводит (кроме задержки в виде реверберации).
Но, все коренным образом меняется, если появляется девиация амплитуды, фазы, частоты, задержки.
На мой взгляд это основные виды искажений, влияющие на восприятие звука.
Все мои измерения направлены на фиксацию таких искажений.
Сегодня измеряются амплитудно-фазовые искажения спектра, амплитудные искажения спектра, искажения фазового спектра.
Есть мысль как измерять девиацию частоты и девиацию задержки частотных составляющих спектра.
От общей картины искажений к селекции искажений по названным составляющим даст картину и представление о реальных искажениях звука и поможет найти причины таких искажений.

[Джон Сильвер]

Offтопик:

Убегаю .

Беги, беги. Далеко не убежишь.

[lazertok]

Но, все коренным образом меняется, если появляется девиация амплитуды, фазы, частоты, задержки.

поясните пжт - в чём тогда будет отличие величин искажений от перечисленных Вами - при измерении с величинами в спектре в реальном времени.

[wert]

в чём тогда будет отличие величин искажений от перечисленных Вами - при измерении с величинами в спектре в реальном времени

Все эмуляции, представленные в Micro-Cap, будут отличаться от измерений в реальном времени лишь реальными элементами, схемами, условиями.
Пост обработка позволяет получить все показываемые в МС характеристики и для живых обьектов, МС читает три формата файлов, в том числе wav до 352,8 кГц/32 бит.
Ранее вывешивал амплитудно-фазовые характеристики усилителей Анатолия Глашнева.
На мой взгляд интереснейшие результаты, не замеченные форумчанами.

[lazertok]

постараюсь проще задать интересующий меня вопрос
допустим выловлена (в Ваших измерениях) величина искажений

девиация амплитуды, фазы, частоты, задержки.

можно посмотреть при этом спектр в сравнении - желательно в единицах измерения дБ, а также с указанием на какой частоте (в точке) это будет находится в спектре.

[Rova]

Отчасти с эти можно согласиться, если говорить о статических величинах. Кроме как к тембральному отклонению статическое изменение этих величин более ни к чему не приводит (кроме задержки в виде реверберации).
Но, все коренным образом меняется, если появляется девиация амплитуды, фазы, частоты, задержки.
На мой взгляд это основные виды искажений, влияющие на восприятие звука.

Есть мысль как измерять девиацию частоты и девиацию задержки частотных составляющих спектра.

Ну так это и будут динамические искажения, определяемые нелинейностью реактивностей, в т.ч. тепловых. На спектре они если и видны, то как юбки у основания гармоник. Методика Букварева как раз позволяет увидеть и статическую и динамическую нелинейности, только все вместе. Причём линейные искажения у него в результате не путаются, их несложно оценить на афчх.

[bukvarev]

Offтопик:

Беги, беги. Далеко не убежишь.

Убежишь тут от вас .. Ни сна, ни отпуска измученной душе .

100/sqrt(RMS(Del(V(in)*Vout)))

Я бы так делать не стал. Вы написали выражение, содержащее компонент скалярного произведения продифференцированных функций:
Del(Vin*Vout)^2 = Del(Vin)^2 + Del(Vout)^2 + 2*(Del(Vin)*Del(Vout)). Таким образом в нормировщик попадает не только энергия входного и выходного сигналов, но и величина, пропорциональная углу между сигналами. Получается заниженный результат, т.к. искажения коррелированы с сигналом.

Проще сделать по другому - выполнить нормировку входного сигнала к его мощности, а выходного - к своей, а после уже вычитать и брать производную.
Типа того: Res = Vin/RMS(Vin) - Vout/RMS(Vout). А дальше с этим Res делать, что заблагорассудится.
В этом случае также можем получить заниженный результат, т.к. мощность выходного сигнала равна сумме мощностей усиленного входного сигнала и искажений только в случае некоррелированных с сигналом искажений, а реально это не так.

Можно попробовать не пересчитывать искажения ко входу, и деление заменить на умножение (это уменьшит погрешности вычисления):
(V(out)/Ку - V(IN)) заменить на (V(out) - V(IN)*К(jw)), где К(jw) - комплексный коэффициент передачи измеряемой цепи (предварительно измеренный).
Если представить Vout = Vin*K(jw) + Vdst, где Vdst - напряжение искажений, то выражение (Vout - Vin*К(jw)) = Vin*K(jw) + Vdst - Vin*К(jw) = Vdst, т.е. не масштабированное напряжение искажений. Нормировать тогда нужно на RMS выходного сигнала. А с производными разбираться после нормирования, если так уж хочется их использовать.

Вообще, из-за того, что искажения складываются с усиленным сигналом векторно, полную компенсацию можно сделать, лишь точно зная "статический" K(jw), а попытки измерения корэффициента передачи "на лету", по искаженному сигналу, кмк, будут приводить к ошибкам.

[wert]

Я бы так делать не стал.

Чувствуется рука профессионала.
Попробую предложенные варианты, по результатам отпишусь.

полную компенсацию можно сделать, лишь точно зная "статический" K(jw), а попытки измерения корэффициента передачи "на лету", по искаженному сигналу, кмк, будут приводить к ошибкам.

На практике получается по иному.
Со статическим Ку ошибки настолько велики, что линии нуля выносит далеко от реального нуля.
Динамический Ку сводит эти линии вместе настолько точно, насколько точно определен динамический Ку, иногда Ку до 6-го знака требуется определять.

Методика Букварева как раз позволяет увидеть и статическую и динамическую нелинейности, только все вместе. Причём линейные искажения у него в результате не путаются, их несложно оценить на афчх.

На графиках амплитудно-фазовых искажений все составляющие спектра не присутствующие во входном спектре и есть нелинейные искажения.
Все искажения составляющих частот воздействия кроме как к линейным искажениям не отнесешь, а их статическая и динамическая составляющая разнесены по трем графикам, собственно амплитудно-фазовых, амплитудных и фазовых искажений. Тут перепутать также сложно, идентификация точная.

Сегодня работаю над графиком групповой задержки спектральных составляющих.
Результаты пока не очень ясны.
Несущая 20 кГц на выходе ВК в классе "А" в малосигнальном режиме имеет задержку GD=40 мкс.
При увеличении вых напряжения до номинального амплитудой 36 В задержка частоты 20 кГц снижается до 12 мкс.
Такой эффект повторяется и для ВК с токовым шунтом.
Предварительно можно сделать вывод, что групповая задержка составляющих спектра также имеет девиацию зависимую от уровня и сложности воздействия.

[Rova]

Для того чтобы увидеть динамические искажения в модели в ней должны быть заложены нелинейности емкостей pn переходов, тепловые модели полупроводников, нелинейности емкости конденсаторов, тепловые обратные связи... Если всего этого нет, то увидеть получится только комбинацию линейных искажений и статической нелинейности.

[bukvarev]

Дополню..
Как мне казалось, изначально идея Сергея состояла в том, чтобы фиксировать только динамические искажения (которые тоже нелинейные) плюс статические нелинейные (определяемые стандартным Кr). Но в дело "вмешалась" природная сущность линейных искажений - инерционность системы. Соответственно, разделить "статические" и "динамические линейные" искажения очень сложно. Здесь нужно обязательно задаться интервалом определения этой "динамичности", поскольку именно его значение и определяет то, "статические" ли это искажения, или нет (очень медленно меняющийся параметр процесса делает его "квазистатическим").

Основная проблема - вычесть "статическую" часть из выходной смеси. Сам я эту проблему решал заданием определенной фазовой структуры измерительного сигнала. Но можно поискать и в других направлениях.

Offтопик:
Кстати, по поводу статических нелинейных искажений ..
Сегодня попробовал смоделировать способ, нечувствительный к этому виду искажений, а также к искажению уровня сигнала (статического усиления).
К задержке сигнала способ чувствительный, но из результата влияние задержки легко вычесть. А вот к искажениям, вызванным инерционностью, чувствительность способа очень высокая. Но он тоже не разделяет "статику" и "динамику" .
В общем, "не замечать" статические нелинейные искажения АХ я научился, только зачем - пока не пойму .

Несущая 20 кГц на выходе ВК в классе "А" в малосигнальном режиме имеет задержку GD=40 мкс.
При увеличении вых напряжения до номинального амплитудой 36 В задержка частоты 20 кГц снижается до 12 мкс.

Это получено на модели или практически? Ведь 40 мкс это почти период частоты 20 кГц. Т.е. на этой частоте ВК должен давать сдвиг фаз 2Pi .
Но реально это не так. Нормальный ВК имеет сдвиг фазы pi/4 в диапазоне 1..25 МГц (в зависимости от транзисторов и реализации).

[wert]

Если всего этого нет, то увидеть получится только комбинацию линейных искажений и статической нелинейности.

Согласен, есть много результатов на живых обьектах, естественно различия с моделированием есть, часто существенные.
Вся система измерений вынесена в LabView и SignalExpress, можно обьекты оценивать в живье, только вот соседка за стенкой с ламповым телевизором создает мощные помехи, а так все работает в живье

---------- Сообщение добавлено 23:17 ---------- Предыдущее сообщение было 22:53 ----------

Нормальный ВК имеет сдвиг фазы pi/4 в диапазоне 1..25 МГц (в зависимости от транзисторов и реализации).

Эмуляция.
Пока не могу обнаружить ошибку, формула проста
GD(FFT(V(out))) - GD(FFT(V(IN))).
Проверил на арифмометре, на линию задержки реагирует правильно.
Буду искать в чем причина.

Основная проблема - вычесть "статическую" часть из выходной смеси

На мой взгляд решение есть, но не в полном обьеме.
Из амплитудно-фазового спектра вычитается амлитудный спектр, содержащий стандартные нелинейные искажения.
Такие эксперименты ранее проводил, нужно будет повторить.

---------- Сообщение добавлено 23:23 ---------- Предыдущее сообщение было 23:17 ----------

Добавлю.
В амплитудном спектре присутствуют остатки несущих воздействия.
Тут по моему может быть решение вопроса "статических и динамических" линейных искажений.
Нужно будет глубже изучить вопрос.

[bukvarev]

Из амплитудно-фазового спектра вычитается амлитудный спектр, содержащий стандартные нелинейные искажения.

Ээ.. нет. Попробуйте нарисовать векторную диаграмму этой операции для любой из частот. Ничего хорошего, кроме искажения спектра, Вы не получите. (Если я правильно понимаю терминологию )