Гибридный усилитель ROSA-HB1

Valinor · October 25, 2023

Приведу здесь описание гибридного усилителя от @AlexGround, представленный на веге. Надеюсь, что и у нас он будет интересен.

Доброе время суток!
Хочу представить схему гибридного усилителя с обратной связью во 2-ю сетку и выходным каскадом с малыми коммутационными искажениями на транзисторах одной проводимости.

Провел замер искажений при анодном 160В для разных выходных мощностей, результаты лучше чем были при питании +200В. Схему в шапке поправил под питание +160. Все питающие напряжения при замере стабилизированны.
Режим лампы 6Ж1П:
Питание: 160В;
Анод: 135В;
2я Сетка: 103В;
1я Сетка: -3.4В.
Ток покоя ВК: 230мА.

Старая схема:

Спойлер

Особенностью входной части схемы является применение маломощного пентода с динамической нагрузкой для получения максимального разомкнутого "виртуального" усиления, и перевод его в триодное включение подачей сигнала обратной связи с выхода усилителя во 2-ю сетку. Таким образом происходит линеаризация не только лампы, как в случае входной части на триоде, но и выходного каскада, а так же межкаскадного конденсатора.
Смещение лампы фиксированное, это позволяет избавиться от искажений катодного конденсатора который необходимо было бы применить в случае автоматического смещения.
Лампа применена 6Ж1П как не требующая высокого напряжения питания, достаточно линейная и распространенная, однако в силу возможности гибкой настройки схемы благодаря фикс.смещению, есть большой простор для экспериментов с различными лампами во входном каскаде.
Выходной каскад является идеей пользователя IDDQD

Спойлер

ВК охвачен ООС по току, чем достигается термостабильность. Входное сопротивление сопоставимо с тройкой ЭП (а значит такой ВК подходит для сверхлинейника). Само-собой, полевики можно параллелить (с добавлением истоковых резисторов). Ток драйвера (предвыходных биполяров) легко выставить в диапазоне 20 - 200 мА, что достаточно для прокачки емкостей нескольких пар выходных мосфетов. Выходное сопротивление с одной парой ~0.09 Ом. В биполярном варианте с током покоя 300 - 400 мА наблюдается эффект экономичного А - транзисторы открываются/закрываются плавно, коммутационные искажения на уровне шумов.

Версия ВК на биполярных транзисторах меня заинтересовала своими малыми коммутационными искажениями, и хорошей линейностью, что особенно важно для усилителя с малой глубиной ОС. Ещё одной особенностью ВК является стабилизация тока покоя по датчику тока (резистору R29), что исключает необходимость в контроле температуры выходных транзисторов.
Схема ВК была доработана добавлением ещё одной ступени повторителя на входе, с целью увеличения входного сопротивления для работы ВК напрямую от пентода. Так же был доработан узел стабилизации тока покоя для снижения зависимости ТП от напряжения питания и температуры силового транзистора ГСТ, как результат ток покоя практически независим от напряжения питания усилителя и температуры выходных транзисторов . С эмиттера входной двойки повторителей берется сигнал для введения вольтдобавки в нагрузку пентода.
Напряжение "раскачки" выходных двоек выделяется на резисторах R18, R20, благодаря вольтдобавке на конденсаторе С16 переменное напряжение на R18 приложено между Б-Э верхней двойки, таким образом управление выходными двойками симметричное.
При токе покоя ВК порядка 220...230мА происходит резкое снижение коммутационных искажений, дальнейшее повышение тока покоя не приносит значительных улучшений.
За поддержанием нуля на выходе следит интегратор на ТЛ071, с его отрицательного плеча питания берется напряжение для регулятора смещения лампы.
Выход интегратора подключен на вход ВК через делитель в который заведена ПОС, для повышения входного сопротивления выходного каскада.

Модель MicroCap

rosa hb1.zip

Была разработана и собрана односторонняя печатная плата под изготовление ЛУТ.
СМД компоненты типоразмера 1206, ламповая панелька типа ПЛК7-1п, или ПЛК7-4к, посадочное место универсальное. Выходные транзисторы в ТО-247.
Габарит платы 58*76мм.

Файл платы усилителя в SprintLayout (+GERBER)

ROSA HB1 full.zip

Так же ранее для макета была разработана печатная плата выходного каскада под ламповую часть собранную навесом, плата ВК и схема подключения ламповой части к ВК приведена в архиве

rosa VK.zip

Замеры и осциллограммы:

Клип 1кГц:

Меандр 1кГц:

Искажения на нагрузке 5 Ом при выходной мощности 1 Вт:
THD (1кГц)= 0.009%

Искажения на нагрузке 5 Ом при выходной мощности 10 Вт:
THD (1кГц)= 0.036%

Измерения старой схемы:

Спойлер

Искажения на нагрузке 4 Ом при выходной мощности 1 Вт:
THD (1кГц)= 0.03%

Искажения на нагрузке 4 Ом при выходной мощности 10 Вт:
THD (1кГц)= 0.07%

Зависимость уровня искажений от частоты при выходной мощности 8 Вт (4 Ом)

*измерения проведены при стабилизации всех питающих напряжений.

Valinor · October 25, 2023

Дополнение к описанию выше:

Предлагаю вариант простого линейного блока питания со стабилизацией анодного напряжения.

Старая схема:

Спойлер

bp rosa.zip

BAA · October 25, 2023

Критиковать можно? Или какой смысл, есть как есть?

Valinor · October 25, 2023

5 минут назад, BAA сказал:

Критиковать можно? Или какой смысл, есть как есть?

Конструктивная критика всегда полезна.

BAA · October 25, 2023

Смотрите, усиление выходной двойки 50*100=5000. Типовые бета. нагрузка 8 => приведенное уже 40000. Ставим еще двойку 125*125??
Второе, что делает узел на VT3,4?

Андрей63 · October 25, 2023

Выходное сопротивление какое при местной ООС ? И заодно какой спектор.

Сергей А · October 25, 2023

Прикольный усилок :) ?
Синий светодиод в смещении , не повышает уровень шума ? И каков он ?

юрий робертович · October 26, 2023

Наверное нужен кому то и такой усилок.

AlexGround · October 27, 2023

В 25.10.2023 в 18:01, BAA сказал:

Смотрите, усиление выходной двойки 50*100=5000. Типовые бета. нагрузка 8 => приведенное уже 40000. Ставим еще двойку 125*125??

Кашу маслом испортим?
сопротивление может быть и 4 Ом, бета всегда ориентируемся на минимум, для 3055 указанных в аналоге это 20 раз, для кт814 в преде тоже в допустимых заменах это 40, 20*40=800, уже не 5000 =)
Двойка на входе да, дает порядка 5000, ну и имеем входное порядка~ 16 МОм при работе на 4 Ом.
Так это же отлично, лампа работает в близком к идеальному режиме, динамическая нагрузка в аноде и нагрузка ВК в виде десятков МОм.

AlexGround · October 27, 2023

В 25.10.2023 в 23:52, Сергей А сказал:

И каков он ?

я применял смд вообще фиолетовый, падение примерно такое же, шума не прибавляет, его в целом можно не ставить, он компенсирует падение затвор исток, компенсирует тепловой дрейф стабилитрона, хотя и первое и второе мелочи, ну а 3 просто информирует визуально о работе высоковольтной шины. Если его заменить перемычкой работать ощутимо хуже не станет

AlexGround · October 27, 2023

В 25.10.2023 в 18:01, BAA сказал:

Второе, что делает узел на VT3,4?

стабилизирует ток ВК по обратной связи с датчика тока. То есть не нужен контроль температуры выходников, прям совсем. Ток задал и он держится при любом питании и любом нагреве радиаторов.

AlexGround · October 27, 2023

В 25.10.2023 в 17:15, Valinor сказал:

Приведу здесь описание гибридного усилителя от @AlexGround

Спасибо :smile-09:

Сергей А · October 27, 2023

Как ОС по второй сетке посчитать ?

Я смотрю там делителя нет. Если ее в обычный усилитель поставить ?

AlexGround · October 27, 2023

3 часа назад, Сергей А сказал:

Как ОС по второй сетке посчитать ?

Я смотрю там делителя нет. Если ее в обычный усилитель поставить ?

Делитель внутри лампы, так как вторая сетка дальше от катода и меньше влияет на анодный ток. А что считать? Глубину? Усиление? Ку каскада будет соответствовать Ку лампы в триоде, это по сути псевдо-триодное включение.

Как в железе померять глубину? Замерять усиление без ООС ( конденсатор со 2сетки на землю), потом поделить его на Ку с ООС, получим величину петлевого усиления. Для схемы гибрида это навскидку 35..40 дБ

Сергей А · October 27, 2023

Спасибо. Интересная идея и реализация.

BAA · October 28, 2023

7 hours ago, AlexGround said:

стабилизирует ток ВК по обратной связи с датчика тока. То есть не нужен контроль температуры выходников, прям совсем. Ток задал и он держится при любом питании и любом нагреве радиаторов.

Я могу ошибаться. Напряжение боотстрапа (положительного по схеме вывода С16) превосходит, естественно, питание. При этом реверсируется напряжение на VT4 и VT3.
Это так и должно быть?
Второе. При питании 30 В на аноде VD5 напряжение немного выше нуля. Полуается, то на базе VT5 примерно 18 В. Отавшиеся аольт 10 падают на R24, номиналом 100 Ом?

BAA · October 28, 2023

8 hours ago, AlexGround said:

Кашу маслом испортим?

Задаем усиление "от фонаря"...

AlexGround · October 28, 2023

5 часов назад, BAA сказал:

усиление "от фонаря"

Стоит убрать например vt1, и входное сопротивление станет не 15МОм, а 150кОм. Усиление пентода упадет децибел так на 25, как результат, на столько же ухудшится линейность усилителя. Усиление не от фонаря, а такое, что бы обеспечить максимально комфортный режим у пентода.

AlexGround · October 28, 2023

5 часов назад, BAA сказал:

Напряжение боотстрапа (положительного по схеме вывода С16) превосходит, естественно, питание

Превосходит только при подходе к клипу, тогда отпирается VD5, а ГСТ выключается.

В нормальном режиме, не в клипе, напряжение на +С16 больше напряжения на базе VT5 примерно на 1.3...1.4В (падение на R18 чуть больше чем падение на R20). И до клипа не превышает напряжение питания

AlexGround · October 28, 2023

5 часов назад, BAA сказал:

Второе. При питании 30 В на аноде VD5 напряжение немного выше нуля. Полуается, то на базе VT5 примерно 18 В. Отавшиеся аольт 10 падают на R24, номиналом 100 Ом?

Не понял где вы берете эти значения. На базе вт5 примерно+1.2..1.4в необходимых для смещения верхней двойки. Ведь на выходе у нас 0. Разница напряжений между питанием и базой VT5 падает в основном на транзисторе источника тока VT4

BAA · October 28, 2023

Виноват, не то написал, на коллекторе VT4.

30 вольт питания 2 базо-эмиттерных(примерно) - катод стабилитрона (на 16в) - анод стабилитрона -120 Ом - два базо-эмиттера - 0.

Считаем 30, 28.5, 12.5, R18, 1.2, 0. Между 12 вольтами на аноде Vd5 и двумя переходами выходной двойки (отноително нуля) сколько будет?

Сергей А · October 28, 2023

SSM16 - диод Шоттки

BAA · October 28, 2023

29 minutes ago, Сергей А said:

SSM16 - диод Шоттки

C...ка слепой стал!... 55С16 - стабилитрон. Спасибо...
Не менее тем переключение в усилке ни к чему, с другой строрны зачем шунтровать достаточно мощный базо-коллекторный переход.

AlexGround · October 28, 2023

В 25.10.2023 в 22:06, Андрей63 сказал:

какое при местной ООС ? И заодно какой спектор.

Местную ОС добавил как опцию, цели замерять себе не ставил, потому ограничился проверкой устойчивости при местной ОС и впаял вместо переключателя перемычку на общую.

Понятно что без охвата ВК спектр будет хуже и выходное сопротивление выше

AlexGround · October 28, 2023

55 минут назад, BAA сказал:

переключение в усилке ни к чему

Ну так мощность усилителя 60Вт, а не 10Вт.

55 минут назад, BAA сказал:

переключение в усилке ни к чему

Особенностью этой схемы является плавное переключение, комутационные искажения очень малы. Этот эффект проявляется при токе покоя примерно от 220мА и выше, искажения коммутации резко снижаются практически на уровень шума