среда, 11 апреля 2018 г.

Однотактный усилитель для наушников. Часть 2. Пара для лампы. Схема и измерения.


Добрый день :)

Чуть раньше я взялся рассказывать об однотактном усилителе для наушников, но не смог все утрамбовать в объем одной записи. Пришлось писать продолжение. И вот - это оно:). 

Я приглашаю Вас посмотреть результаты измерений схемы, предназначенной специально для работы с ламповыми предварительными усилителями. 


Примечание: Для тех, кто не желает читать много текста и предпочтет просмотреть запись по "диагонали", я выделил основное содержание. Для того чтобы с ним ознакомиться, достаточно обращать внимание только на зеленый текст :)

Схема выглядит так:


Схема однотактного усилителя для наушников в классе А

Это та же схема, о которой речь шла в прошлый раз. Только в ней нет операционного усилителя, а вместе с ним и свойственных ему, по мнению части аудиосообщества, недостатков... К сожалению, усиления по напряжению теперь тоже нет:). 

Ее достоинства:

1. Она исключает блок питания (БП) из звуковой системы. так как потребляет от него только постоянный ток. 

Схема построена так, что звуковой сигнал не протекает через блок питания и потому не зависит от его качества... Многие другие схемы (особенно двухтактные) таким свойством не обладают.


2. Подавляет пульсации питающего напряжения.

Эта способность не очень высокая и составляет, в зависимости от многих факторов, 20 - 60 дБ (10-1000 раз). Тем не менее, у многих других однотактных повторителей нет даже этого: они совершенно беззащитны перед пульсациями питания...

3. Схема имеет высокое входное сопротивление и низкую чувствительность к выходному сопротивлению источника сигнала... И поэтому прекрасно сработается с очень многими схемами ламповых усилителей напряжения.


А теперь посмотрим, что же удалось померить. 

Начнем со спектров искажений. Они зависят не только от самой схемы и уровня выходного напряжения. Не меньшее влияние на результаты оказывают сопротивление подключенных наушников и выходное сопротивление источника сигнала.

Спектры искажений измерялись для двух нагрузок: с сопротивлениями 32 и 500 Ом. Первая из них - наушники HD-215, вторая - резистор с соответствующим сопротивлением. А выходное сопротивление источника сигнала изменялось в экспериментах от 0 Ом до 100 кОм. Низкие значения характерны, например, для выхода звуковой карты ПК, высокие - для различных ламповых предварительных усилителей и прочих подобных схем...

Так как спектров получилось очень много, объединил их в два сводных графика. На каждом из них на горизонтальной оси отложено сопротивление источника сигнала. Цветными точками  обозначены соответствующие уровни гармоник разных порядков.

Первый график получен для случая подключения к усилителю наушников HD-215 (сопротивление 32 Ома), второй - при подключении резистивного эквивалента (500 Ом).

Вот эти графики:

Первый: наушники с сопротивлением 32 Ома (HD-215), выходная мощность - 300 мВт (ампл. значение):

Нелинейные искажения в однотактном усилители для наушников в классе А. Нагрузка - наушники HD-215

Трактовка результатов - дело субъективное). Поэтому не настаивая на своей правоте, я лишь поделюсь некоторыми выводами, которые сделал. 

Во-первых: для отдельного каскада, работающего при выходной мощности близкой к максимальной, общий уровень искажений почти во всех режимах невысок: не более 0,1% и ниже. Стоит отметить, что при снижении выходной мощности уровень искажений будет быстро падать. Например, при нулевом сопротивлении источника сигнала и выходной мощности 125 мВт (ампл. значение) он составит уже всего 0,025%, а спектр будет выглядеть очень благоприятно:

Нелинейные искажения в однотактном усилители для наушников в классе А. Пониженная выходная мощность

При обычных уровнях выходной мощности в несколько десятков мВт все станет еще значительно лучше:)

Второй вывод: общий уровень искажений буфера имеет несильную зависимость от выходного сопротивления источника сигнала. А вот о спектре того же сказать нельзя. С ростом сопротивления он удлиняется. Для себя я решил, что не хочу с этой схемой использовать источник сигнала с выходным сопротивлением выше 50 кОм. Еще лучше не перешагивать отметку в 10 кОм, так как при этом слишком вырастает уровень гармоник высоких порядков. 


Второй график: нагрузка - резистор 500 Ом. Амплитуда выходного сигнала 3.5 В.  

Нелинейные искажения в однотактном усилители для наушников в классе А. Сопротивление нагрузки 500 Ом.

Уровень второй гармоники незначительно снизился, и что важнее стал лучше себя вести при высоких выходных сопротивлениях источника сигнала. Остальные гармоники упали и почти потеряли зависимость от сопротивления источника сигнала. Но в их поведении наблюдаются аномалии.

Для тех кому интересны точные цифры, решил добавить сводную таблицу. Цвета в ней и на графиках совпадают:

Сводная таблица спектров искажений усилителя для наушников в классе А.


Выходное сопротивление:

Выходное сопротивление усилителя влияет на его взаимодействие с наушниками, и при высоких (десятки-сотни Ом) может вызывать искажение АЧХ системы и даже быть источником дополнительных искажений (из-за нелинейности и частотной зависимости сопротивления наушников). Поэтому я не мог его не померить:) В нашей схеме выходное сопротивление складывается из двух частей. Первая - резистор  R11, вторая - выходное сопротивление самого повторителя. Так как о резисторе мы все знаем, на время измерений я его исключил, и мерил только вторую составляющую.

График зависимости выходного сопротивления усилителя для наушников в классе А от выходного сопротивления источника сигнала

Вполне ожидаемо она растет с ростом выходного сопротивления источника сигнала. Интересно то, что рост начинается только после того как сопротивление источника сигнала переваливает за 3,5 кОм.

Полное выходное сопротивление усилителя выше значений, указанных на графике, на величину сопротивления резистора R11.


О других результатах.


Конечно, были и другие измерения. Но их результаты такие же как и для схемы с операционным усилителем и общей ООС:

Схема усилителя для наушников в классе А с ОУ на входе

А о ней я рассказывал в предыдущей статье (тут). В которой можно найти дополнительные спектры искажений, осциллограмму выходного сигнала, рабочие температуры транзисторов и многое другое. Но на всякий случай часть информации продублирую и в этой записи. 

АЧХ усилителя на ВЧ определяется фильтром R1C1, а на НЧ - фильтром C2R16. И по уровню спада -3 дБ лежит в диапазоне 4 Гц - 500 кГц.

Максимальная выходная мощность зависит от сопротивления нагрузки., и ее значения рассчитанные для типовых сопротивлений наушников представлены в таблице:


Примечание: при сопротивлениях наушников менее 50 Ом, максимальная выходная мощность ограничена током покоя выходного каскада. При сопротивлениях наушников более 50 Ом, - максимальным выходным напряжением. В таблице это обозначено цветом: желтым выделены мощности ограниченные током, фиолетовым (или это лиловый?) - ограниченные напряжением. Результаты актуальны при токе покоя выходного каскада - 130 мА, и напряжении питания усилителя 24В.

Заключение

Вот, кажется, и все, чем я хотел сегодня поделиться. Очень буду рад обсудить результаты:). Пишите в комментариях, приходите в наши сообщества, заглядывайте в мои личные профили в соц.сетях. Ссылочки ниже :)

Чуть не забыл: в планах есть идея повторить измерения для режима с током покоя до 500 мА. Но для этого сперва придется вынести силовые транзисторы на внешние более мощные радиаторы. Как считаете, стоит ли пробовать?




Наши сообщества: на G+, на FB и VK
Присоединяйтесь, будем очень рады Вам! )

С уважением, Константин М.



Есть еще интересные статьи :)

Лампа 6Н23П. В поисках ответов. - В статье описаны схемы на лампе 6Н23П использующие невысокое анодное питание. Они как раз подойдут для совместной работы с выходным буфером рассмотренным выше. Кроме схем в записи также найдутся результаты измерений спектров искажений в разных режимах, и немного информации о коэффициенте усиления.

Схема лампового предварительного усилителя на лампе 6Н1П. Результаты измерений. - описанная схема - простой универсальный ламповый предусилитель с замечатльными параметрами и возможностями. Обратите на него внимание если Вам нужен ламповый предварительный усилитель.

Корректор ММ типа для проигрывателя пластинок. Часть 1. - В статье Вы найдете схему и результаты испытаний (очень неплохие) простого и отлично зарекомендовавшего себя корректора для головок ММ типа.

Ламповый пред.усилитель. Некоторые измерения - В записи показана схема лампового предварительного усилителя на сдвоенных триодах. Он отлично подходит для использования в гибридных усилителях.