Stopnie mocy w polskich magnetofonach w czasach PRL-u - pomiary i ocena

[Romekd]

Poniżej wyniki pomiarów zniekształceń intermodulacyjnych, które zgodnie z moimi przewidywaniami wyszły bardzo wysokie, znacznie wyższe niż we wzmacniaczu z magnetofonu M-2405S, tak wyszydzanym przez jednego z użytkowników naszego Forum...

Równie kiepsko wypadły zniekształcenia dynamiczne DIM (TIM), których wartości dla różnych mocy wyjściowych znacznie przekraczały te generowane przez układ "bida-komplementarny" dla znacznie większych mocy.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Czołem.
Jeden z moich znajomych, po przeczytaniu moich dzisiejszych postów zadał mi pytanie - czy dołożenie jednego dodatkowego stopnia (przedwzmacniacza) do wzmacniacza mocy może spowodować duży spadek zniekształceń nieliniowych? Odpowiedziałem, że może tak się stać, gdyż jak wcześniej wspomniałem w swojej wypowiedzi zniekształcenia dwóch stopni mogą się wzajemnie redukować, choć całkowity poziom zniekształceń intermodulacyjnych może w tych układach okazać się nadmiernie wysoki. Bawiąc się w roku 2019 wzmacniaczami z magnetofonów MK-125, zrobiłem pewien eksperyment. Polegał on an wyeliminowaniu z układu wszystkich ujemnych sprzężeń zwrotnych. Potencjometr regulujący napięcia na emiterach tranzystorów wyjściowych zastąpiłem dwoma szeregowo połączonymi rezystorami o łącznej rezystancji odpowiadającej wcześniejszemu ustawieniu potencjometru RN2, przy czym środek połączonych rezystorów podłączyłem kondensatorem elektrolitycznym 22 μF do masy. To samo zrobiłem z rezystorem polaryzującym bazę tranzystora T4, a także zwarłem rezystor emiterowy R23 (33 Ω) tranzystora T4, likwidując w ten sposób lokalne ujemne sprzężenie zwrotne. Pasmo przenoszenia wzmacniacza mocno się zawęziło, a poziom zniekształceń nieliniowych pozostał stosunkowo niski (jak na układ pozbawiony ujemnych sprzężeń; pozostawiłem jedynie dodatnie sprzężenie typu bootstrap w obwodzie kolektora tranzystora T5). Poniżej wykresy pasma przenoszenia tak przebudowanego wzmacniacza dla różnych wartości pojemności kondensatora C17 i C24.

A tak przedstawiały się zniekształcenia THD czterotranzystorowego wzmacniacza bez ujemnych sprzężeń zwrotnych.

Nie powinno się badać zniekształceń IMD wzmacniacza, którego pasmo nie jest w miarę płaskie dla zakresu wyznaczanego przez dwie podawane na niego częstotliwości sygnałów, gdyż wynik pomiarów będzie dość dość wysoki, ale mimo to je zamieszczę.

Jak widać faktycznie wyszły one bardzo wysokie.

W następnym poście przedstawię wyniki pomiarów wzmacniacza z MK-125, w którym pozbyłem się tranzystora T4.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Po wylutowaniu tranzystora T4, sygnał z generatora podawałem na bazę T5 przez kondensator C21 o pojemności zwiększonej do 100 μF. Rezystancja źródła sygnału 1 kHz wynosiła wtedy 50 Ω. Zniekształcenia pokazują wykresy poniżej.

Po zmniejszeniu rezystancji źródła sygnału do 10 Ω poziom zniekształceń THD jeszcze bardziej się podniósł, co przedstawiają kolejne wykresy.

Nie pamiętam już dokładnie szczegółów dotyczących tamtych zabaw ze wzmacniaczem kasetowego magnetofonu, gdyż miały one miejsce prawie dwa lata temu. Wtedy nie publikowałem ich wyników, gdyż nie chciałem psuć innemu użytkownikowi dobrego humoru, w jaki wpadł po przetestowaniu swojej repliki tego wzmacniacza (opisywał on ten "cudowny" układ, jakby był nim do cna zafascynowany...). Zrobiłem to dopiero teraz, gdyż temat został mi przypomniany w innym wątku.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Czołem.
Dzisiaj sprawdziłem parametry stopni mocy m.cz. stosowanych w starszych wersjach magnetofonów szpulowych typu ZK-240, ZK-246 oraz M-2404S. Montowane w tych magnetofonach wzmacniacze o mocy większej lub równej 5 W/8 pracowały w układzie quasi-komplementarnym, wykorzystując w stopniach wyjściowych tranzystory BD354B oraz BC211-16 oraz BC313-16 jako sterujące (ten układ pojawił się po wcześniejszym, zrealizowanym na germanowych tranzystorach mocy typu TG70. Byłem ciekaw o ile te stopnie mocy okażą się lepsze w pomiarach od układów "bida-komplementarnych", montowanych w nowszych magnetofonach M-2405S, Finezja i jeszcze wielu innych. Moduły które otrzymałem do testów były w świetnym stanie, nigdy nie naprawiane, nie lutowane, nie grzebane.

Tranzystory mocy zostały w nich zamontowane bez izolacyjnych podkładek mikowych (lepsze oddawanie ciepła), gdyż nie było to potrzebne, bo oba radiatory zostały odizolowane elektrycznie od obwodów wzmacniacza.

Po sprawdzeniu wszystkich elementów okazało się, że kondensatory elektrolityczne nadal są w niezłej kondycji, a zastosowane w układach tranzystory sterujące i końcowe mają bardzo zbliżone charakterystyki i wzmocnienia prądowe. Przed dokonaniem pomiarów w modułach ustawiłem prądy spoczynkowe (30 mA, mierzone na przewodzie zasilającym +27 V) i symetrię przebiegu wyjściowego dla pełnego wysterowania końcówki. Wyniki zamieszczę w kolejnym poście.

Pozdrawiam
Romek

[Tomek Janiszewski]

Prawie dwa lata temu użytkownik Tomek Janiszewski opisał swoje doświadczenie z tranzystorowym stopniem wyjściowy magnetofonu MK-125, wykonanym na tranzystorach mocy AC180K i AC181K (lub AC187k-VII i AC188K-VII), niesamowicie wychwalając ich niezwykłą liniowość i doskonałe pozostałem parametry techniczne

Pierwsze zdanie - i już manipulacja. Owszem zachwalałem liniowość celem wykazania że tak prosty układ (w ogóle jeden z najprostszych sensownych) jest pod tym względem lepszy niż bardziej od niego złożony układ bida-komplementarny stosowany w całej gamie wytworów Polskiej Myśli Technicznej poczynając od drugiej połowy lat 70-tych aż do jej spektakularnego jej upadku we wczesnej III RP. Zaakcentowałem to zresztą w przytoczonym obszernie peanie pochwalnym. Oto ten fragment, dodatkowo jeszcze przeze mnie okrojony aby niepotrzebnie nie zaciemniać. Na wszelki wypadek podkreśliłem kluczowe słowa:

Słabowite, i jeszcze niedoświadczone Maleństwo, /.../ spuściło siarczyste manto znacznie bardziej zaawansowanemu dziadostwu rozpanoszonemu za sprawą Asów PMT w sprzęcie z o wiele wyższej półki, stanowiącym obiekt westchnień amatorów dobrej muzyki i brzmienia najwyższej jakości! Przynajmniej jeśli idzie o poziom i charakter wnoszonych zniekształceń nieliniowych.

Pozostałymi parametrami, takimi jak moc wyjściowa, przenoszone pasmo, związana z powyższym praca przy większych częstotliwościach (w których to warunkach mierzy się zniekształcenia IMD oraz DIM) się nie zajmowałem, i nie próbowałem ich poprawiać, co wcale nie oznacza że ich poprawa była niemożliwa. Co więcej, nie twierdziłem jakoby to co zastosowano w MK125 stanowi szczyt doskonałości, lecz przeciwnie: wskazałem co należałoby w tym wzmacniaczu zmienić, aby w pełni wykazał swoje zalety (choćby takie jak większa moc i sprawność, mniejsza wrażliwość na wahania napięcia zasilającego), zachowując jednak podstawową tożsamość: pełnokomplementarnej końcówki mocy na jednej parze pracujących przeciwsobnie tranzystorów (jak sobie kto życzy, może jeszcze dopisać: germanowych średniej mocy). Oto kolejny fragment peanu:

Prosi się przecież wstawić jeszcze większy radiator, termistor zastąpić trzecią acetką (AC125 mianowicie) mającą kontakt z radiatorem, pozwoli to nie tylko na bezpieczną pracę przy podwyższonym napięciu zasilania (celuję w 12V a nawet nieco więcej) ale i na radykalne zmniejszenie rezystorów emiterowych (np. z 1 do 0,15 oma), wreszcie na zastosowanie znanej już z wielu moich konstrukcji struktury której podobnie jak peerelowskie asy PMT zamierzam się trzymać jak pijany płota, skoro nigdy dotąd mnie nie zawiodła.

A jak pozbyć się zniekształceń wytwarzanych przez bida komplementarne końcówki mocy, dające efekt taki jakby równocześnie z zasadniczym głośnikiem grał drugi, ze zmniejszoną mocą za to zasilany przez dwupołówkowy prostownik? Dla przypomnienia: o takie zniekształcenia, wytwarzane przez oryginalną końcówkę użytą w magnetofonach M531S oraz Finezja Hi-Fi (sic!) chodziło:

a post w którym je przedstawiłem można zobaczyć pod adresem
http://www.forum-trioda.pl/viewtopic.ph ... 15#p356415
zachowując przy tym szkieletową strukturę: bida-komplementarnego wzmacniacza na "parze" (cokolwiek miałoby to znaczyć) BD354C/BD354B+BC177A. Podejmuje się ktoś to uczynić? Zanim jednak pochopnie na to się porwie, polecam zapoznać się z pozostałymi oscylogramami zawartymi w tamtym poście i uświadomić sobie że występowały one, i plasowały się (w sensie stosunku wartości międzyszczytowej i przebiegu zniekształceń pozbawionego pierwszej harmonicznej) w zakresie od 0,5% (przy mocy wyjściowej w okolicach połowy mocy maksymalnej, powyżej której występuje ostre obcinanie wierzchołków) do niemal 1% (przy mocy wyjściowej na poziomie... 4mW poniżej której szybko malały ponieważ wzmacniacz zaczynał pracować w klasie A kiedy to rażące nawet różnice wzmocnień tranzystorów wyjściowych przestają wywierać negatywny wpływ). Czyli praktycznie w całym zakresie użytecznych mocy.

Poniżej różniące się minimalnie schematy wzmacniacza.

Ano właśnie: nie zastanowiłeś się dlaczego się one różnią, choćby i minimalnie? Ponieważ PMT kombinowała co i rusz, i dokładała lub ujmowała to ten, to inny element. Jeden schemat, pochodzący zapewne z instrukcji obsługi lub serwisowej (co wnioskuję po licznych etykietkach z podanymi napięciami) zawiera np. kondensator C19. Tak samo wygląda schemat MK125 zamieszczony w RiK nr1/1972, z tym tylko że jest monochromatyczny. W jeszcze innym (załączonym do broszurki pt. "Magnetofon MK125" autorstwa Tadeusza Głuskiego i Mieczysława Próchnickiego) ten kondensator nie występuje. Inne są też nominały C24, nie mówiąc już o tym że został on błędnie oznaczony jako R24 a pikofarady ewidentnie pomylono z nanofaradami (ale nie w zrekonstruowanym przeze mnie egzemplarzu). Także na części posiadanych przeze mnie płytek występują oba te kondensatory (C19 i C24) i mają pojemność 47pF, na innych - występuje tylko C24 i miewa różne pojemności: 120, 150 lub 180pF, po C19 pozostały zaś na takich płytkach tylko otwory w druku, pozbawione jednak opisu. Wskazane jest zatem nie tylko sprawdzenie co się ma na używanej do eksperymentów płytce, ale i weryfikacja czy układ z takimi fabrycznymi zmianami działa poprawnie. Zastrzegłem zresztą z góry aby skopiowanego z RiK schematu nie traktować ze śmiertelną powagą, poprzedzając go następuje:

A tak (mniej więcej) wygląda jego metryka):

(podkr. moje)
Łatwo się zresztą domyślić że nie rysowałem go osobiście: gdyby tak było to pominąłbym zupełnie nieistotne dla rozważań elementy, w szczególności styki przełączników. Za to zawarłem w kolejnym poście przydatną być może wskazówkę:

Można tylko stwierdzić z całą pewnością, że to jeszcze nie jest klasa A. Nawet przy 0,5pp szczytowy prąd w obciążeniu wynosi 63mA, tymczasem prąd spoczynkowy tranzystorów końcowych - poniżej 20mA. Na jego wartość wpływu nie mam: w oryginalnym układzie MK125 nie przewidziano do tego celu drugiej podkówki,, a chciałem aby odstępstw od oryginału było jak najmniej.

z której wynikało że prąd spoczynkowy był bliski 20mA. Może wynosił 18mA, może 15mA, gdyby jednak z różnych powodów okazał się zdecydowanie mniejszy, to można byłoby oczekiwać zwiększonych zniekształceń skrośnych, zwłaszcza przy najmniejszych mocach, kiedy to oszacowałem je na 0,1% lub mniej. Z kolei niedostatek wzmocnienia tranzystorów końcowych, tudzież nieoptymalny rozkład napięć pomiędzy nimi wpłynie na wzrost zniekształceń przy najwyższych mocach. Tymczasem rozkład przedstawiony na schemacie serwisowym trudno za optymalny uznać: niewielka asymetria jest owszem pożądana ale akurat w przeciwnym kierunku, aby chronić T5 przed nasyceniem gdy chwilowa wartość napięcia w punkcie połączenia rezystorów emiterowych zbliża się do minimum, gdy tymczasem maksymalny poziom napięcia ogranicza je tylko nasycanie się tranzystora końcowego T6, natomiast obciążenie "bootstrap" takich ograniczeń nie wnosi o ile tylko T6 ma dostateczną betę) zwiększa zniekształcenia dla silnych sygnałów. Wreszcie, tranzystory końcowe wykazujące bardzo zbliżone wzmocnienia dla jednego wybranego prądu mogą znacząco się różnić dla innych prądów (dla tranzystorów germanowych zwykle wzmocnienie prądowe tranzystorów npn szybciej spada ze wzrostem prądu niż tranzystorów pnp. A przypomnę że wzmacniacz ten ma prawo być dość wrażliwy na takie różnice, ponieważ ogólne USZ jest stosunkowo płytkie (w okolicach 15dB) ponieważ potrzebne jest wysokie wzmocnienie napięciowe z otwartą pętlą. Jak można porównywać go pod tym względem ze wzmacniaczem choćby od Finezji 2 (schemat w źródłowym poście tematu) gdzie rezystorowi R23-33R odpowiada R404-36R zaś R27-10k odpowiada R406 o rezystancji... 1k? To daje w pierwszym przybliżeniu głębsze USZ o całe 20dB na korzyść Finezji! A mimo to końcówka Finezji robi taką sieczkę na ekranie, której próżno szukać w przebiegu wyjściowym wzmacniacza od MK125. Możliwe że trafiły mi się staranniej dobrane w parę tranzystory, ale jedno i drugie źródło zniekształceń (przy małych i przy dużych mocach) w Twoich pomiarach zostałoby zapewne wykryte, gdyby oprócz suchych, bezrefleksyjnych pomiarów THD oraz widma zniekształceń obejrzeć ich przebieg na oscyloskopie. Jak się nie chce klecić a potem równoważyć kompensatora pochodzącego z epoki Króla Ćwieczka - można było i należało posłużyć się automatycznym miernikiem zniekształceń w rodzaju naszego PMZ, gdzie oprócz odczytu THD ze skali wskazówkowego miernika można było wyprpowadzić przebieg wyjściowy pozbawiony pierwszej harmonicznej, tj, "same zniekształcenia". I wyciągnąć stosowne wnioski, po czym w miarę możliwości usunąć wykryte mankamenty. O ile rzecz jasna się chce, przede wszystkim jednak potrafi.

Poniżej wyniki uzyskane przez Kol. Tomka i przeze mnie. Różnice są ogromne...

No bo ja wiem czy jest się czym chwalić? Niby czym: że się zrobiło gorszy wzmacniacz od wykonanego wcześniej przez kogoś innego i nie raczyło uczynić nic dla poprawy sytuacji? Nie po raz pierwszy zresztą.

W kolejnym poście przedstawię wykresy z pomiarów zniekształceń THD, IMD i DIM, oraz przebieg charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza z załączonym i wyłączonym ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

Nie ma jak na złość babci odmrozić sobie uszy, nie tylko wpędziwszy się w żmudne pomiary wzmacniacza o którym z góry było wiadomo że w takiej postaci w jakiej się go uruchomiło daleko mu do pełnej sprawności, ale i nie uczyniwszy nic aby dostosować jego konstrukcję do warunków w jakich ma przy tych pomiarach pracować. Choćby tak na początek sprawdzić czy pasmo musi być aż tak mocno cięte od góry.

[Tomek Janiszewski]

Witam

Myślę że winę za duży poziom zniekształceń nieliniowych ponosi impedancja wejściowa tranzystora T5, która obciąża stopień z tranzystorem T4.

Ten niepozorny post, jak wszystko na to wskazuje - odegrał kluczową rolę w dalszym toku rozumowania mojego Adersarza...

[Romekd]

Zacznę od przypomnienia schematu układu.

Prezentację wyników rozpocznę od przedstawienia zmierzonego pasma przenoszenia. Niestety charakterystyka częstotliwościowa zaczyna dość szybko opadać, co nie jest dobre w szpulowym magnetofonie, mającym przenosić sygnał do 18 kHz przy prędkości przesuwu 19 cm/s.

Zniekształcenia nieliniowe mierzyłem dla kilku poziomów mocy i obciążeniu wyjścia wzmacniacza rezystorem 8 Ω. Poniżej poziomy zniekształceń THD dla sygnału o częstotliwości 1 kHz. Maksymalna moc układu dla zniekształceń 1% wynosiła 6,25 W.

Ten niespecjalnie zależny od mocy wyjściowej, stosunkowo wysoki poziom THD źle rokował. Obawiałem się, że inne typy zniekształceń mogą wypaść dla tego wzmacniacza dużo gorzej. Poza tym zniekształcenia THD okazały się wyższe niż w stopniu "bida-komplementarnym", co oznaczało, że nawet z dobrymi półprzewodnikami ten zbyt prosty układ ma kiepskie parametry...
Zerknąłem do książki "Magnetofony ZK 246 i M 2404S" T. Głuskiego i M. Próchnickiego i przeczytałem, że zniekształcenia tego wzmacniacza mogą wynosić nawet 1,5% i przez autorów książki nazwane zostały "nie zniekształconą mocą wyjściową". Ależ wtedy obowiązywały normy...
W kolejnym poście przedstawię jak wypadły zniekształcenia intermodulacyjne i transjentowe (DIM/TIM).

Pozdrawiam
Romek

[Tomek Janiszewski]

W układzie z MK-125 mamy kilka ujemnych sprzężeń zwrotnych, poprawiających liniowość całego wzmacniacza. W pierwszym tranzystorze mamy sprzężenie rezystorem kolektora z bazą, co przy rezystancji jaką widzi od strony bazy tranzystor T4 (równej ok. 9,6 kΩ, przy potencjometrze siły głosu podkręconym na maksimum głośności) zapewnia poprawę parametrów tego stopnia.

Wskazane jednak byłoby się zastanowić zanim postawi się tego rodzaju tezy, czy istotnie ten stopień ma parametry na tyle złe aby celowym było ich poprawianie. Oraz czy istotnie ulegają one dzięki takiemu włączonego rezystorowi poprawie: może jest wręcz przeciwnie, jeżeli już?

W obwodzie emitera T4 mamy rezystor 33 Ω, na które wpięta jest pętla ujemnego sprzężenia zwrotnego z rezystorem R27 i kondensatorem C22, a który i bez tej pętli dawałby niewielkie lokalne ujemne sprzężenie zwrotne tranzystorowi T4, obciążonemu bardzo nieliniową opornością wejściową tranzystora T5.

A co ma bezdyskusyjnie nieliniowa rezystancja wejściowa T5 do ewentualnych zniekształceń wprowadzanych przez T4? I o jakich zniekształceniach jest właściwie mowa?

Kolejne sprzężenie zwrotne w układzie z T5...T7 zapewnia potencjometr 500 kΩ, który służy do ustawienia odpowiedniego napięcia na emiterach tranzystorów mocy T6 i T7.

Można wykazać że głębokość USZ wprowadzonego przez tę podkówkę jest zbliżona do 6dB (a więc zdecydowanie płytkie jest to sprzężenie), i to bez względu na jej ustawienie jakie okaże się wymagane aby spełniła ona zasadniczą wyznaczoną jej rolę, tj. symetryzacji rozkładu napięć stałych na tranzystorach końcowych. Potrafisz wpaść na pomysł jak to zrobić?

W obwód kolektora T5 włączony jest tez bootstrap, który również poprawia liniowość tranzystora sterującego T5

On służy temu aby można było wysterować T6 aż do nasycenia, bez potrzeby stosowania prądu spoczynkowego T5 wielokrotnie większego od maksymalnego prądu bazy jaki potrzebuje T6 na granicy nasycenia. Co zaś do bezpośredniego wpływu układu boostrap na zniekształcenia - to jest on negatywny jeżeli już. Wszak gdy zaczyna on działać gorzej (np. w pobliżu przejścia sygnału przez zero, gdy prądy tranzystorów końcowych się zrównują a nawet jednocześnie zanikają gdy polaryzacja końcówki jest ustawiona niewłaściwie) to więcej prądu ucieka z kolektora T5 do rezystora R31. O poprawie liniowości można by mówić gdyby zamiast boostrapu użyć stałoprądowego źródła prądowego, które zachowuje wysoką impedancję różniczkową niezależnie od tego jakie różniczkowe wzmocnienie napięciowe (wyraźnie malejące poniżej 1 w warunkach wskazanych wyżej) osiąga komplementarny wtórnik końcowy.

Jednak w układzie występują silne zniekształcenia nieliniowe na tranzystorach T4 i T5, które jednak w dużej części wzajemnie się znoszą

No i mamy potwierdzenie jak łatwo można Cię zbić z pantałyku I zrobił to tym razem AZ12 (choć z pewnością takiego zamiaru nie miał) a nie ja!

jednak tak dobrze nie znoszą się już zniekształcenia intermodulacyjne (te dodają się, przez co ich poziom na na wyjściu wzmacniacza może być spory - nie wykryje ich jakiś tam "kompensator")

A tu już odpłynąłeś kompletnie. Po pierwsze: stopień z T4 nie wnosi praktycznie żadnych zniekształceń, a już na pewno takich jakie byłyby w stanie skompensować zniekształcenia wnoszone przez T5. Po drugie: nawet gdyby sięgnąć po środki mające wydatnie zwiększyć zniekształcenia wnoszone przez T4 (np. zmniejszając jego prąd spoczynkowy przynajmniej o rząd wielkości) i gdyby udało się skompensować zniekształcenia pojedynczych sygnałów sinusoidalnych - to niby z jakiej racji nie miałoby się to stać z dwoma a nawet wieloma sygnałami sinusoidalnymi podawanymi równocześnie, zakładając że nie występują po drodze znaczące przesunięcia fazy? Gdyby było tak jak apodyktycznie przyjąłeś - to kolosalnymi zniekształceniami intermodulacyjnymi (i w konsekwencji zniekształceniami wszelkich sygnałów innych niż pojedyncza sinusoida) cechowałyby się wszelkie analogowe układy mnożące działające na zasadzie rozpływu prądu w tranzystorach tworzących parę różnicową. Wszak w takich układach mamy tak naprawdę do czynienia z logarytmowaniem prądu wejściowego na złączu jednego tranzystora, po czym ten drugi realizuje funkcję wykładniczą i dostarcza do wyjścia niemal niezniekształcony prąd, stanowiący część prądu wejściowego. Skąd ta filozofia że zniekształcenia intermodulacyjne się dodają? I wreszcie po trzecie: kompensator spokojnie wykryłby także zniekształcenia intermodulacyjne, gdyby rzeczywiście obie składowe sygnału wyjściowego zostałyby skompensowane na wyjściu (być może trzeba by użyć osobnych potencjometrów do kompensacji amplitudy i fazy dla każdego z sygnałów. Pozostałyby w przebiegu wyjściowym zarówno harmoniczne obu sygnałów wyjściowych, jak i kombinacje ich częstotliwości rozmaitego rzędu.

które są znacznie bardziej dokuczliwe dla naszego słuchu niż zniekształcenia nieliniowe..

A zastanawiałeś się kiedykolwiek dlaczego są takie dokuczliwe? Bo powstają tym intensywniej, im wyższy jest rząd nieliniowości układu w jakim powstają. A ten w Twoim wzmacniaczu jest duży, jak wynika z wcześniejszych pomiarów THD połączonych z analizą widma. Zamiast pozbyć się najpierw nieliniowości wysokiego rzędu (których wcale być nie musiało jak to pokazują wyniki zaprezentowanych przeze mnie obserwacji przebiegów na wyjściu analogicznego wzmacniacza robisz sensacje z rzeczy które z góry można było przewidzieć.

Charakterystyka częstotliwościowa przenoszenia wzmacniacza dla aktywnych sprzężeń zwrotnych wyglądała jak na wykresach poniżej. Jeden wykres pokazuje przebieg dla kondensatora C17 o pojemności 33 nF (taka wartość tego kondensatora oryginalnie występowała na dwóch moich płytkach - był to tandetny kondensator z ferroceramiki, cechującej się dużą zależnością pojemności od napięcia i temperatury), a drugi dla kondensatora C17 o pojemności 100 nF.

I można zrozumieć a nawet usprawiedliwić wstawienie wstawili takiego małego kondensatora. Bo niższych częstotliwości i tak nie przeniósłby miniaturowy głośnik magnetofonu, a gdyby nawet założyć że będzie on z zasady użytkowany z dołączonym z zewnątrz zespołem głośnikowym wysokiej klasy (co jest wystarczająco problematyczne) to pojawiłyby się inne problemy, jak np. odtwarzanie zakłóceń takich jak warkot silnika, lub wzbudzanie się całego toru odtwarzającego przy mocno wyczerpanych bateriach o dużej impedancji wewnętrznej. Potwierdza to zresztą ostatni z zamieszczonych wykresów: coś niepokojącego zaczyna się dziać przy 30Hz. Skoro już to wykryłeś - to może wypadałoby wyjaśnić przyczynę aby wiedzieć jak ją usunąć?

[Tomek Janiszewski]

Poniżej wyniki pomiarów zniekształceń intermodulacyjnych, które zgodnie z moimi przewidywaniami wyszły bardzo wysokie, znacznie wyższe niż we wzmacniaczu z magnetofonu M-2405S, tak wyszydzanym przez jednego z użytkowników naszego Forum...

Tak samo niekorzystnie na końskich targach wypadłaby prezentacja zwierzęcia należącego do konkurencji, które naszprycowałoby się przed występem, a przynajmniej nie dopilnowało aby nie nażarło się jakiegoś świństwa.

Równie kiepsko wypadły zniekształcenia dynamiczne DIM (TIM), których wartości dla różnych mocy wyjściowych znacznie przekraczały te generowane przez układ "bida-komplementarny" dla znacznie większych mocy.

I oczywiście przed pomiarem zniekształceń TIM nie sprawdziło się nawet czy C24 (decydujący o SR wzmacniacza) istotnie musi mieć aż 150pF. W ciasnym magnetofonie MK125m, gdzie całkowite wzmocnienie napięciowe liczone od głowicy odtwarzającej po głośnik z pewnością przekracza 60dB ma to uzasadnienie: na płytce z cienkimi ścieżkami masy nie wyłączając, za to z pytami kabli sygnałowych pętającymi się wokół przełącznika rodzaju pracy łatwo o sprzężenia, tym razem na wysokich częstotliwościach gdyby pojemność C24 była zbyt mała a tym samym pasmo zbyt szerokie, tzn tak szerokie jakie powinno być gdyby oczekiwało się niskich zniekształceń TIM.

[Romekd]

Kolejna porcja wyników. Tym razem są to, zgodnie z zapowiedzią zniekształcenia intermodulacyjne, powstające przy podaniu na wejście wzmacniacza dwóch przebiegów sinusoidalnych, jednego o dużej amplitudzie i częstotliwości 250 Hz oraz drugiego o czterokrotnie niższej amplitudzie i częstotliwości 8 kHz. Ten typ zniekształceń jest zdecydowanie bardziej uciążliwy dla ludzkiego słuchu niż zniekształcenia nieliniowe. Pamiętam że w innym wzmacniaczu o podobnej budowie (stosowanym w radioodbiorniku "Donatina" i wielu innych /w nich na wyjściu wzmacniacza również zastosowano tranzystory germanowe serii AC, ale nie to było przyczyną marnych parametrów stopnia mocy; zniekształcenia tamtego wzmacniacza pokazałem w wypowiedzi: viewtopic.php?p=362156#p362156 / poziom zniekształceń intermodulacyjnych wynosił kilka lub nawet kilkanaście procentów, co diametralnie zmieniało brzmienie radia (na co się w tamtych czasach w ogóle nie zwracało uwagi... ). No to zobaczcie Koledzy jak wypadły zniekształcenia IMD w stopniu mocy o budowie quasi-komplementarnej.

Jeszcze gorszy wpływ na brzmienie urządzenia wywierały zniekształcenia transjentowe typu TIM, których wpływ na brzmienie (było ono ostre, metaliczne, nieprzyjemne) przedstawił w swojej pracy Matti Otala już na początku lat 70. Nawet ułamek procenta tych zniekształceń da się wykryć na słuch w brzmieniu muzyki. Tak ich poziom kształtował się w quasi-komplementarnej końcówce mocy magnetofonów szpulowych typu M-2404 i ZK-246, które były produkowane przed wprowadzeniem wzmacniaczy "bida-komplementarnych".

Zniekształcenia te powoduje opóźnienie sygnału wprowadzane przez tor wzmacniacza o bardzo dużym wzmocnieniu i głębokim ujemnym sprzężeniu zwrotnym, stosowanym dla obniżenia zniekształceń THD. W przypadku badań wykonywanych programem ARTA, generowane są dwa sygnały. Pierwszy o większej amplitudzie i przebiegu prostokątnym ma częstotliwość 3,18 kHz, a drugi sinusoidalny o małej amplitudzie ma częstotliwość 15 kHz. Program analizuje tylko te zniekształcenia, które leżą w odpowiednio okrojonym paśmie akustycznym i wynikają ze zbyt dużego opóźnienia sygnału przez badany wzmacniacz audio z zamkniętą pętlą USZ. Tak wyglądają zniekształcenia TIM wprowadzane przez dobry wzmacniacz w paśmie 800 Hz...20 kHz i całym paśmie analizowanym przez kartę pomiarową.

Na wykresie widać częstotliwości harmoniczne (nieparzyste) przebiegu prostokątnego (nie tworzy je wzmacniacz, a stanowią one składowe sygnału doprowadzanego na jego wejście), ciągnące się do końca pasma przenoszenia karty pomiarowej. Zniekształcenia typu TIM leżą bardzo nisko, a poziom żadnej z nich (składowych) nie przekracza - 100 dBFS.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Tomku, przepraszam Cię, ale nie mam czasu i siły odpisywać na Twoje długie "elaboraty" (jeszcze nie doszedłem do siebie po COVIDzie). W swoich postach nie pisałem jakie powinny być wzmacniacze w polskich magnetofonach, ale jakie naprawdę były...

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Wracając jeszcze do tematu scalonych wzmacniaczy TBA810AS, stosowanych w ostatniej wersji magnetofonu M-2405S, to wraz kolegą przebadaliśmy w sumie 57 sztuk, chyba wszystkich możliwych producentów, w tym układów nowych i lutowanych (pozyskanych ze sprawnych modułów). Żaden z nich nie dawał tak niskich zniekształceń o jakich pisał mój Adwersarz. Ostatnim z mierzonych scalaków był nowy układ ("leżak magazynowy") firmy TESLA, o oznaczeniu MBA810AS, widoczny na zdjęciu poniżej.

Zniekształcenia tego układu dla różnych mocy wyjściowych i różnych wartości pojemności w obwodach kompensacji częstotliwościowej przedstawiają wykresy poniżej.

Po odłączeniu z obwodów korekcji częstotliwościowej kondensatora C306 o pojemności 5,6 nF, zniekształcenia prezentowały się jak na wykresach poniżej.

W którejś z wypowiedzi mojego oponenta w dyskusji padło stwierdzenie, że wysokie poziomy zniekształceń tej serii układów mogą powstawać wskutek nieliniowości umieszczonego wewnątrz układu rezystora pętli sprzężenia zwrotnego. Gdyby tak faktycznie było i ten element scalony mógłby tłumaczyć wysokie poziomy THD, to dlaczego po odłączeniu obciążenia wyjścia wzmacniacza poziom wnoszonych przez niego zniekształceń spadałby o dwa rzędy wielkości? Moim zdaniem największym źródłem zniekształceń THD są tranzystory w stopniu wyjściowym oraz tranzystory które je sterują. Poniżej zakłócenia wprowadzane przez nieobciążony na wyjściu układ MDA810AS.

.

Drugim czynnikiem, mogącym mieć wpływ na wzrost poziomu zniekształceń THD wzmacniacza może być źle zaprojektowana płytka drukowana (sposób prowadzenia jej ścieżek ich długość, kształt, szerokość i grubość). Sam zauważyłem, że gdy na mojej płytce z magnetofonu M-2405S pogrubiłem cyną ścieżki masy przy otworach, przez które mocowane są śruby dociskające radiator do blaszek układu scalonego, poziom THD wyraźnie się obniżył. Może mojemu przeciwnikowi w dyskusji udało się zaprojektować płytki dużo lepiej niż autorom tego scalonego wzmacniacza w firmie SGS...

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

O ile zniekształcenia THD tego nowszego wzmacniacza, montowanego w ostatniej serii magnetofonów szpulowych M-2405S można by jeszcze uznać za znośne w tamtych czasach, to już zniekształceń IMD i TIM nie da się tak po prostu "przełknąć". Poniżej zakłócenia IMD. Wykonując tamte pomiary (miało to miejsce w lipcu 2019 roku) również sprawdzałem jak wartości pojemności kondensatorów w obwodach kompensacji częstotliwościowej będą wpływały na zachowanie się wzmacniacza i generowane przez niego zakłócenia. W układzie z fabrycznie zamontowanymi kondensatorami zniekształcenia IMD dla częstotliwości sygnałów równych 250 Hz i 8 kHz (amplitudy 4:1) wypadły następująco:

Po usunięciu kondensatora C306 (5600 nF; producent zalecał stosowanie obu kondensatorów, co miało zapewniać układowi bezwarunkową stabilność pracy przy typowych parametrach obciążenia) poziomy zniekształceń uległy dużej zmianie, choć moim zdaniem i tak były zbyt duże i nadal wyższe niż we wzmacniaczu tranzystorowym z wcześniejszej wersji magnetofonu.

W kolejnym poście IMD tej wersji wzmacniacza dla częstotliwości 13 kHz i 14 kHz (1:1).

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

IMD dla częstotliwości 13 kHz i 14 kHz w układzie z oryginalnymi pojemnościami kondensatorów kompensacyjnych.

Oraz po usunięciu kondensatora C306.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

Na koniec zniekształcenia transientowe TIM/DIM układu MDA810AS dla nominalnych pojemności kondensatorów kompensacji częstotliwościowej.

I po usunięciu kondensatora C306.

oraz z wartościami kondensatorów, jakie były stosowane w polskim radiomagnetofonie "przenośnym" typu "CONDOR RM-820" (urządzenie było produkowane w drugiej połowie lat 80.; stopnie mocy tego magnetofonu również pomierzyłem /miałem wersję układu z kondensatorami kompensacji częstotliwościowej o pojemności 4,7 nF i 820 pF oraz 4,7 nF i 1,2 nF/)
Poniżej wyniki pomiarów dla układu z M-2405S z pojemnościami jak we wzmacniaczu "RM-820 Condor".

Jak widać nikt się w czasach PRL-u nie przejmował wysokimi poziomami zniekształceń wzmacniaczy tych sprzętów, a ludzie i tak się o nie zabijali w kolejkach, gdyż wtedy "na pniu" sprzedawało się wszystko co tylko pojawiało się na rynku. Ludzie tego sprzętu słuchali i nie narzekali, gdyż taki mieliśmy w kraju poziom rozwoju technologicznego i wymagania krajowych odbiorców (nieosłuchanych z brzmieniem sprzętu wyższej klasy, gdyż takiego na naszym rynku po prostu wtedy nie było... ).

Pozdrawiam
Romek