Усилитель Нельсона Пасса для наушников и не только

У Пасса схемы не просто простые, они убогие.

 

[Lyuber]

ИРки610 - очень хороши,
на эти посмотрите:

J 74 много где искал, на Али проверенные магазины, по запросу, так же не нашли (оригинал). Перевернуть, а 2SK170 с индексом А5 есть в ЧиД (настоятельно запросить, чтоб выбрали из кучи).
Сам храню РОА 22000 мкФ х25в 2шт, на выход однотакта, хорошей схемы так и не нашел, Нельсона пп лежат, симуль всё кажет - ужас (плечё на ИТ - ни какое). Кстати, Никитоида в симуле твикнул, там вольтодобавка на джифет (примено, как у Вас), открывается на 1Вт теперь (не пердит, как у ВСЕХ), а "пик ту пик" почти на максимум.

 

[Samodelkin]

С Алишки прикупил в прошлом году платы по
схеме Пасса.
Этой зимой постараюсь спаять.
Худовский на Ger-мании сделал, отдал Заказчику.
Надо Пасса послушать да и подкинуть для сравнения.
И останется сделать "глубокоосник" на 157УД,
как завещал НЕУЛО(?).
И тоже подкинуть.
Пусть слушает, какой лучше "звучит".
P.S. Кумица-III у него уже есть..

 

[Алекс2]

Ток покоя везде 50ма.
А теперь по сути какие комментарии будут?
В принципе, предотвращение запирания выходных транзисторов действительно снижает высшие гармоники от 5.
Еще читал, что какие-то высокочастотные помехи через питание это предотвращает.

 

[М.Васильев]

Из первого поста я так и не понял , что значит творить? Повторять чужое это и есть творчество ? Помоему это обзывается иным словом. Копирайт . Да ладно бы современные разработки , но копировать древнее старье выдавая его за верх технического совершенства.

 

[Vik]

Алекс2, а зачем вы смотрите harm(v(in)), не логичнее ли смотреть harm(v(out))?

 

[Алекс2]

Алекс2, а зачем вы смотрите harm(v(in)), не логичнее ли смотреть harm(v(out))?

там обратная связь и идеальный опер, потому в оут искажений ноль, надо смотреть перед выходным каскадом

Для выходного 2 в
какой спектр лучше?

 

[Александр Бокарёв]

Смотрю на разные сайты и везде одна картина – симуляция убила творческое мышление, изобретательность, воображение, само радиолюбительство.
Video killed the radio stars.
Все гоняют нолики. Каждый считает себя гением (и все оказываются непризнанными) и толпой ступают по одному шаблону, колею уже истоптали в попытках найти новый путь, а он оказывается старым и тупиковым, избыток нулей не даёт улучшения. Шаблон – побольше дифкаскадов, источников тока и токовых зеркал, главное любой ценой добиться максимального петлевого усиления дескать это превыше всего, узость мышления не даёт искать других путей. И всем нужны идеальные усилители, лучшие в мире, пора устраивать чемпионат тэорэтиков – кто насобирает больше нуликов и станет главным нулём.
Взять чужие оригинальные и отличные схемы им гордыня не позволяет, вот и оказываются старухами с разбитыми корытами, а Золотая Рыбка плавает себе в море.
А я считаю незазорным поучиться у умных живых людей, не ии всяких. Взять их готовые схемы над которыми они поработали и убрали грабли. До сих пор живы ещё некоторые творческие люди умеющие думать не по шаблону.
Вот про это и хочу написать. Вступать в дискуссии не хочу, заранее знаю что набегут обиженные гении и с удовольствием нагадят. Ну а кому будет интересно, без труда найдут полный материал. Я выдерну из него только некоторые положения.
Не буду их комментировать, каждый решит сам где истина, а где заблуждения.
Главное – проверка собранной схемы, оценка её работы на слух.

Выдержки из статьи в журнале Радиоаматор No 9-12, 2020 по поводу построения выходного каскада УМЗЧ. Автор П.Ф.Чередник

С моими огромными сокращениями чтобы эта статья не была многотомной.

Начало цитаты.

Метод компенсации искажений позволяет достичь высоких качественных показателей - коэффициента искажений порядка 0,001% на частоте 20 кГц при нагрузке 8 Ом при незначительном вкладе гармоник высших порядков.

"Любители лампового звука предпочитают звук латеральных полевых транзисторов". Вопрос - как можно отличить звук усилителя с латеральными транзисторами (с горизонтальным каналом в русскоязычной терминологии), если рябит в глазах от числа нулей после запятой в технических характеристиках искажений обоих усилителей?

Искажения указываются не для реального сигнала под реальной нагрузкой, а для чистой синусоиды с частотой в 1 кГц на резистивной нагрузке. При этом измерения производятся на сигнале большой амплитуды, маскирующей практически все основные проблемы, возникающие вблизи нуля. Все оказывается прекрасно для любителей грохочущего "металла", а те, кто хочет услышать тончайшие интонации голоса, вынуждены покупать ламповые усилители мощностью максимально 10 Вт при стоимости по тысяче долларов за каждый ватт либо нагревать помещение транзисторными усилителями, работающими в классе А.

Проблема нуля возникает в двухтактных усилителях мощности вблизи нулевого тока нагрузки, когда происходит передача управления выходным током от одного плеча усилителя к другому.

При нарастании сигнала вблизи нуля, когда выходные транзисторы только-только вышли из состояния отсечки тока, усилитель с глубокой ООС вынуждено переходит на предельный режим работы, форсируя открывание транзистора. В этот момент запас усиления резко падает, выходное сопротивление возрастает, возникают переходные искажения, которые принципиально невозможно устранить при помощи обратной связи.

Спектр сигнала искажений, возникающих в подобных процессах, также простирается до мегагерцовой области.

Корень проблем в низком качестве выходного каскада усилителя. Каскад, лишенный переходных искажений, имеющий малые искажения всех видов в звуковом диапазоне частот, незначительный по ширине спектр гармоник, свободно работающий на реактивную нагрузку любого вида, такой каскад снимает эти проблемы. Именно о таком каскаде пойдет речь.

Наличие "мертвой зоны" в поведении выходных транзисторов - проблема не этих транзисторов, а всей схемы, работающей с ООС, поскольку в эти моменты весь усилитель до предела форсирует усиление, а затем довольно долго "выходит из шокового состояния". Выбросы напряжения, связанные с режимом предельного усиления, и дребезг, сопровождающий выход из этого режима, будут наблюдаться в любых точках усилительной системы. Второй критерий качества - коэффициент искажений не должен возрастать при уменьшении амплитуды выходного сигнала. Значительно лучше, если он будет уменьшаться. (Для многих "высококачественных" ОУ, особенно тех, что потребляют малые токи покоя, характерно монотонное возрастание искажений при уменьшении сигнала.

В звуковых усилителях следует избегать схем, работающих на малых токах покоя.

Динамическая составляющая искажений связана с переходом предварительного усилителя на предельные режимы, в связи с его неспособностью быстро перевести выходные транзисторы в активный режим.

Попытки решить проблему в рамках той же структуры сводились к следующему простому принципу: необходимо реализовать такой режим работы выходных транзисторов, при котором не допускается отсечка тока.

Дополнительный ток, проходящий через выходные транзисторы должен быть одинаков для обоих плеч. Это должен быть сквозной ток и усилитель должен поддерживать режим одинакового (не обязательно постоянного) сквозного тока.

Такой режим автоматически реализуется при использовании вышеупомянутых латеральных полевых транзисторов (2SK1056(57,58)/2SJ160(161,162), 2SK133(134,135)/2SJ48(49,50), BUZ901(900)/BUZ906(905)), включаемых по схеме с общим истоком.

Отсечка тока отсутствует, а "мягкость" входной характеристики этих транзисторов - плавно нарастающая крутизна позволяют при грамотном подходе достичь хороших результатов простыми средствами.

Очевидно, что традиционная схемотехника УМЗЧ вышла не некий предел, который также можно характеризовать как определенный тупик, из которого невозможно выйти без существенных изменений подхода.

Проблема решается в усилителях класса А, где рабочая точка транзистора остается практически неизменной, а искажения сигнала незначительны и связаны только с меняющимся падением напряжения на транзисторе.

Обеспечить хорошую и непрерывную управляемость работы транзисторов выходного каскада можно, если ток проходит через выходные транзисторы всегда, и всегда превышает ток, идущий в нагрузку. По мере роста этого превышения величина искажений выходного сигнала приближается к таковой для режима класса А. Но главное - гармонический состав спектра искажений постепенно сводится к одной - второй гармонике.

Схема должна обеспечивать наличие непрерывного и управляемого сквозного тока через выходные транзисторы и оба транзистора непрерывно должны находиться в активном режиме.

Базовая схема выходного каскада
Посмотреть вложение 136601
Схема управления
Посмотреть вложение 136602
Величина и характер искажений сигнала зависит от относительной величины превышения тока через транзистор над током нагрузки. По мере роста этого превышения быстро исчезают высшие гармоники искажений, и остается чистая вторая гармоника.
Конец цитаты.
Посмотреть вложение 136603
Честно говоря, и такие «идеальные» схемы энтузиазма не вызывают. И не только у меня. Эти мертворождённые монстры остаются в мечтах симулянтов.

А вот что писали на сайте «впаяем».
Выходные каскады на полевых транзисторах
Посмотреть вложение 136604
Справа - однотактный каскад ОИ с источником тока в цепи нагрузки, главным идеологом которого является руководитель лаборатории "Pass Labs" Нельсон Пасс.

Мы помним, что не столь важен общий коэффициент нелинейных искажений УНЧ (в ламповых Hi-End системах он составляет довольно значительную величину), сколь спектр гармоник этих искажений.
«Покажите мне график зависимости коэффициента искажений от частоты, и я скажу, как будет звучать усилитель», - писал Владимир Ламм.
Ну что ж, давайте посмотрим на спектр гармоник:
Посмотреть вложение 136605
Синим цветом изображён спектр гармоник каскада ОС-ОС (1кГц), красным - каскада ОИ-ОИ.

(М-да, мягко говоря впаятели меня не убедили.)

Что касается однотактника Нельсона Пасса (справа), то здесь вообще всё очень красиво: 3-я гармоника на 16дБ ниже 2-ой, 4-ая - ещё на 10дБ ниже, все остальные - находятся на уровне шумов и в учёт могут не приниматься. Всё в лучших традициях однотактных ламповых конструкций!
(А вот здесь я с впаятелями больше согласен).

И теперь переходим к главному –

ACP+: DIY Preamp and Headphone Amplifier Project
Посмотреть вложение 136606
Удивительно красивые схемы у Пасса. Потому что у него есть голова, разум, здравый смысл. Это он умывальников начальник и мочалок (симуляций) командир, а не наоборот. Поэтому находит нешаблонные решения проблем и они чертовски хорошо работают.
Он явно любит полевые транзисторы и не любит биполярные.
У него кратчайшие тракты, минимум или отсутствие конденсаторов в цепи прохождения звука, входной можно смело менять на плёночный 1 или 2 мкФ.
Однополярное напряжение питания и конденсатор на выходе тоже не случайны. Он использовал простейший покупной блок питания, просто и оригинально решил проблемы с фильтром питания.
Подчёркивает что основная гармоника – вторая.
Как обычно у него класс А что просто и разом решает сложные проблемы описанные выше. Но вот его схемы на порядок проще, воплощены в железе, он продаёт наборы для сборки или просто платы и в комментариях жалоб не видно. Просто и эффективно.
А схемы выше, с которых я начал статью, смогут собрать не только лишь все, а настроить, наверное, только автор, но похоже что цифры он даёт по симулятору.
Посмотреть вложение 136607
Цифры с точки зрения теоретиков страшно-ужасные, но слух это не подтверждает, усилитель работает чисто.
Посмотреть вложение 136608
Искажения при мощности более 100 мВт которая бывает только на коротких пиках.
Посмотреть вложение 136609
Автор даже попробовал как усилитель заработает с Танноями 15 дюймов – у Нельсона есть чувство юмора. Работает, но в наушниках громче.
На макете в антисанитарных условиях и с несколько другими деталями цифры у меня были похуже, но не плохи. В целом АЧХ и искажения похожи. Неоднократные замыкания и пропадания контактов на макете не привели к фатальным последствиям. Я лишний раз убедился что попытки улучшить или упростить его схему оказались ожидаемо неудачными. Например, можно заменить источник тока на полевом транзисторе даже резистором. Работать будет, может и на слух незаметно, но цифры становятся похуже. Порадовал спектр. Он быстро и монотонно спадающий, третья гармоника получилась ниже второй на 20 дБ, остальные ещё ниже.
Я сделал только один канал, заказал кое-какие детали и жду их прибытия чтобы рисовать печатную плату. К сожалению, транзисторы дефицитные, в основном подделки. И китайцы продают их копии, которые безграмотные дурачки называют репликами.
Самое интересное, конечно, управление выходными транзисторами с помощью оптрона. Я ставил 3ОТ110В потом купил в Москве рекомендованные 4N35 наши вроде бы получше. Вместе с конденсатором большой ёмкости получился простой и эффективный интегратор. Переменный ток проходит беспрепятственно, а режимы по постоянному току стабильные.
Изюминка в нагрузке нижнего по схеме выходного транзистора. Получился класс А с максимальным напряжением на выходе. Если поставить как в АБ1 резистор, то напряжение и ток на выходе будут ограничены им, будет асимметрия. А у Пасса получилась пара транзисторов имеющих общее постоянное сопротивление, но в динамике - если открывается нижний транзистор, закрывается верхний и наоборот. Сигнал на выходе симметричный и изначально линейный, не требуется гиперпетлевое усиление когда сначала достигают миллиона или около того, потом сбивают его до десятка-другого, именно это приводит к некоторым неразрешимым проблемам, как написано выше.
При проверке макета и питании 18 В, полный размах на выходе доходил до 16 В – это отлично. Пока слушал через наушники 250 ом впараллель (нагрузка 125 ом, почти как ТДС -5) оба канала чтобы понять – делать опытные платы или нет.
Пожалуй, сделаю. Увы, этот усилитель может работать только как стационарный, что неудивительно для класса А. Расчитываю его использовать для наушников 250 ом.
Владельцам высокоомных наушников советую подумать. Проще и лучше купить набор деталей у Пасса, если он остался с 2019 года, но насколько я помню, он быстро их распродает. И цена смешная – всего 240 долларов, без корпуса, ну с доставкой будет 300 долларов, плюс хороший корпус, то да сё ещё полсотни.
Мне интереснее сделать самому.

Решение с оптроном роскошное. Глянул у себя в тумбочке- куча АОТ101БС, в пластике, по цене рупь ведро. Сейчас освежу в памяти их поведение в макетке. В конце 90-х возился с устройствами на их основе. А! Вот и желтый красавец АОТ110, фотодарлингтон. И цоколевка в тетрадке есть

 

[М.Васильев]

Решение с оптроном роскошное. Глянул у себя в тумбочке- куча АОТ101БС, в пластике, по цене рупь ведро. Сейчас освежу в памяти их поведение в макетке. В конце 90-х возился с устройствами на их основе. А! Вот и желтый красавец АОТ110, фотодарлингтон. И цоколевка в тетрадке есть

да какая там роскошь .

 

[vitamir]

Посмотреть вложение 136652
Посмотреть вложение 136653

Посмотреть вложение 136654
Ток покоя везде 50ма.
А теперь по сути какие комментарии будут?
В принципе, предотвращение запирания выходных транзисторов действительно снижает высшие гармоники от 5.
Еще читал, что какие-то высокочастотные помехи через питание это предотвращает.

Конденатор С2, що прискорює перемикання транзисторів виходу, вмикають між базами вихідних транзисторів. а не між емітерами драйверних.
Тобто, вам потрібно два таких конденсатори.
Конденсатор С1 також потрібно відокремити від емітерів транзисторів предрайвера парою резисторів ом по 10. Або видалити його, якщо транзистори предрайвера в жодному разі до АВ не заходять. Голодний драйвер пагано працює. не жалійте йому режимного струму.
І не забувайте, що вихідний опір каскадів підсилення напруги у нормальних людей складає мегаоми. Де врахувати, надіюсь скнокаєте.

 

[Алекс2]

Конденатор С2, що прискорює перемикання транзисторів виходу, вмикають між базами вихідних транзисторів. а не між емітерами драйверних.
Тобто, вам потрібно два таких конденсатори.
Конденсатор С1 також потрібно відокремити від емітерів транзисторів предрайвера парою резисторів ом по 10. Або видалити його, якщо транзистори предрайвера в жодному разі до АВ не заходять.
І не забувайте, що вихідний опір каскадів підсилення напруги у нормальних людей складає мегаоми. Де врахувати, надіюсь скнокаєте.

Что это дает, я не понимаю

 

[vitamir]

А тепер оптимізуємо за заповітом Олівера режимний струм вихідної пари і додаємо режимного струму драйверній, аби драйвер назавжди залишався в режимі класу А

 

[Алекс2]

какой спектр лучше?

 

[NEULO]

какой спектр по твоему лучше и почему

никакой. пофигу абсолютно. или ты 40 и 60кГц расслышать в состоянии?
Но если в звуковой полосе, то оба не прям фонтан.

 

[Алекс2]

никакой. пофигу абсолютно. или ты 40 и 60кГц расслышать в состоянии?
Но если в звуковой полосе, то оба не прям фонтан.

один с незапираемыми выходниками, вопрос имеет ли это смысл.
так какой лучше?
разница высокая 3-гарм или высокая 5 и выше

 

[NEULO]

один с незапираемыми выходниками, вопрос имеет ли это смысл.
так какой лучше?
разница высокая 3-гарм или высокая 5 и выше

Второй тогда. Хоть третья и выше чем в первом- она по идее должна маскироваться лучше чем пятая.

 

[Алекс2]

Второй тогда. Хоть третья и выше чем в первом- она по идее должна маскироваться лучше чем пятая.

так ее оос сильнее подавит, так что не все так просто

 

[Vik]

не понимаю, у меня гармоники в 10 раз больше получаются

 

[Алекс2]

не понимаю, у меня гармоники в 10 раз больше получаются

Посмотреть вложение 136669

режимы и pss
transient запускай

 

[Vik]

Ну блин вы даете. У вас выходной каскад охвачен ООС с идеальным усилителем, Ку=11. Понятно, почему такие искажения. Смотреть так искажения самого выходного каскада, зачем их ООС давить?

 

[Алекс2]

Вроде этот лучше

Ну блин вы даете. У вас выходной каскад охвачен ООС с идеальным усилителем, Ку=11. Понятно, почему такие искажения. Смотреть так искажения самого выходного каскада, зачем их ООС давить?

Именно так и надо смотреть.
Азы объяснять?
В точке IN мы видим как раз предыскаженный оос сигнал, для того что бы не было искажений на выходе, то есть как раз сами искажения, каковы были-бы на выходе без оос.
А оос помогает правильно режимы выставить, как в реальной работе-задолбались-бы ноль на выходе и токи устанавливать

 

[NEULO]

Ну блин вы даете. У вас выходной каскад охвачен ООС с идеальным усилителем, Ку=11. Понятно, почему такие искажения. Смотреть так искажения самого выходного каскада, зачем их ООС давить?

Под оос искажения подаются на выходной каскад в противофазе и вычитаются сами из себя. Где то я тут уже кому то долго и упорно это объяснял.)))

так ее оос сильнее подавит, так что не все так просто

Вот и хорошо что подавит. Значит я в выборе не ошибся.)

 

[vitamir]

Якщо спотворення за рівнем менші, ніж їх пороговий рівень сприйняття на фізиологічне вухо, байдуже на розподіл спектральних складових за їх амплітудами. Яку би маячню не писали тут бокарьови.
Краще пройдіть слухове тестування на рівень спотворень, що їх ваше фізиологічне вухо здатне почути, від Кліппелів. Будете здивовані.

 

[Алекс2]

По результатам
для 20 амплитуды с реальным оу после оос разницы нет,
для амплитуды 2 в вот такая разница
В общем, непонятно, есть смысл держать выходники открытыми, или нет.

 

[Корвет 200УМ-088С]

непонятно, есть смысл держать выходники открытыми, или нет.

Я не могу найти на ваших схемах узлов, предотвращающих отсечку транзисторов ВК. Почему вы считаете, что сквозной ток через них не прерывается никогда?

 

[Алекс2]

Я не могу найти на ваших схемах узлов, предотвращающих отсечку транзисторов ВК. Почему вы считаете, что сквозной ток через них не прерывается никогда?

держать выходники открытыми означает поддерживать база эмитер под напряжением открытой полярности, что здесь не ясного?
про ток я ничего не писал.

 

[Корвет 200УМ-088С]

держать выходники открытыми означает поддерживать база эмитер под напряжением открытой полярности, что здесь не ясного?

Неясно, что вы считаете "открытой полярностью".
Достаточно ли NPN-транзистору положительного Uбэ, величиной пять милливольт?

По моим представлениям, открыт тот транзистор, через который идёт ток от коллектора к эмиттеру (в соответствии с его типом проводимости).

 

[Алекс2]

Неясно, что вы считаете "открытой полярностью".
Достаточно ли NPN-транзистору положительного Uбэ, величиной пять милливольт?

По моим представлениям, открыт тот транзистор, через который идёт ток от коллектора к эмиттеру (в соответствии с его типом проводимости).

а кто-то считает что земля на трех слонах.
суть претензии в чем?

транзисторы всегда находятся в открытом состоянии - минимум 0.4 в
запирания базы не происходит.

 

[Корвет 200УМ-088С]

транзисторы всегда находятся в открытом состоянии - минимум 0.4 в
запирания базы не происходит.

Я согласен, это лучше, чем нулевое или противоположной полярности напряжение, но это НЕ активный режим.
Суть "экономичного класса A" именно в поддержании не работающего в данный полупериод плеча в активном режиме, то есть, - с некоторым сквозным током, хотя бы ~пару миллиампер.
Во всяком случае, в мощном повторителе УНЧ "Корвет 200УМ-088С" сделано именно так.

 

[Алекс2]

Я согласен, это лучше, чем нулевое или противоположной полярности напряжение, но это НЕ активный режим.
Суть "экономичного класса A" именно в поддержании не работающего в данный полупериод плеча в активном режиме, то есть, - с некоторым сквозным током, хотя бы ~пару миллиампер.
Во всяком случае, в мощном повторителе УНЧ "Корвет 200УМ-088С" сделано именно так.

В зависимости от сочетания знаков и значений напряжений на p-n-переходах транзистора различают следующие режимы его работы:

а) активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный переход – обратное;

б) режим отсечки – на оба перехода поданы обратные напряжения (транзистор заперт);

в) режим насыщения – на оба перехода поданы прямые напряжения (транзистор полностью открыт);

г) инверсный активный режим – напряжение на эмиттерном переходе обратное, на коллекторном – прямое.