Przedwzmacniacz z poczwórną drabinką rezystorową Khozmo

Problematyka audiofilska oraz zagadnienia dotyczące NIELAMPOWEGO sprzętu audio.

Moderatorzy: gsmok, tszczesn, Romekd, Einherjer, OTLamp

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 7082
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Przedwzmacniacz z poczwórną drabinką rezystorową Khozmo

Post autor: Romekd »

Czołem.
Przedstawiony przeze mnie w wątku o tytule "Khozmo Audio - Poland" ( https://www.forum-trioda.pl/viewtopic.p ... 95#p368895 ) regulator siły głosu ("drabinka" rezystorowa z przełącznikiem źródłem sygnału) składa się z czterech sekcji, które pozwalają dokonywać identycznych zmian tłumienia w czterech oddzielnych torach sygnałowych. Podzespół taki dałoby się wykorzystać w zwykłym wzmacniaczu audio - mógłby np. regulować poziom sygnału na samym wejściu wzmacniacza (przed układem regulacji barwy dźwięku) oraz na wyjściu przedwzmacniacza i wejściu stopnia mocy. Zapewniłoby to regulację poziomu głośności w zakresie od ok. -120 dB do 0 dB z krokiem ok. 2 dB (dla niektórych kroków byłoby to niecałe 3 dB). Część sekcji, użyta przed stopniem mocy pozwalałaby obniżyć poziom szumów przy cichym słuchaniu muzyki, a ta użyta na wejściu zapobiegałaby przesterowaniu się przedwzmacniacza (z obwodami regulacji barwy) przy bardzo dużych poziomach sygnału doprowadzonego do wejść urządzenia. Poczwórna drabinka rezystorowa dałaby się również wykorzystać we wzmacniaczu kwadrofonicznym, w którym mogłaby pełnić rolę bardzo precyzyjnego regulatora siły głosu (regulacja w zakresie 0...60 dB z krokiem ok. 1 dB) w czterech kanałach, jednak tego typu wzmacniacze nie upowszechniły się i dzisiaj stanowią już tylko techniczną ciekawostkę...
Przekazany mi do przebadania regulator z przełącznikiem wejść firmy Khozmo docelowo ma jednak zostać wykorzystany w wysokiej jakości przedwzmacniaczu symetryzującym, który zapewni współpracę dowolnego źródła dźwięku (tunera radiowego, przetwornika DAC, multimedialnego odtwarzacza plików /odtwarzacza "strumieniowego"/, odtwarzacza CD itp.; będzie miał wysoką rezystancję wejściową) z bardzo wysokiej klasy stopniami mocy, pracującymi w klasie D (rezystancja wejściowa stopni mocy wynosi 2,2 kΩ, a rezystancja wyjściowa przedwzmacniacza symetryzującego ma wynosić ok. 2 x 100 Ω). Układ ma w założeniach współpracować ze źródłami dźwięku z wyjściami niesymetrycznymi typu RCA (Cinch) o napięciu wyjściowym od 0,5 V do 2 V (RMS) lub w wyjściami symetrycznymi typu XLR o podobnym względem masy poziomie napięcia wyjściowego. Układ przy maksymalnym podkręceniu regulatora ma wprowadzać wzmocnie na poziomie 6...10 dB (tak więc nie będzie to "przedwzmacniacz pasywny", tak krytykowany przez niektórych użytkowników w tym wątku, a przedwzmacniacz aktywny... :wink: ). Układ ma zawierać również dodatkowy tłumik - 30 dB (lub -20 dB), który będzie miał ułatwić regulację poziomu głośności również przy cichym słuchaniu muzyki. Dedykowane do przedwzmacniacza końcówki mają dostarczać moc o wartości do 1 kW/4 Ω na kanał przy symetrycznym napięciu wejściowym 2,5 Vrms względem masy (±3,5 Vp). Właściciel sprzętu poprosił mnie o zaprojektowanie układu pasującego swoimi parametrami do reszty zestawu audio (w tym rewelacyjnych zestawów głośnikowych, w których większość z głośników ma membrany wykonane z ceramiki), czyli "poprzeczka" została ustawiona bardzo wysoko... Początkowo w układzie miały być wykorzystane jedynie wysokiej jakości wzmacniacze operacyjne firmy Texas Instruments, ale stwierdziliśmy, że może warto byłoby również dodać lampę, np. E88CC, którą można byłoby również wyłączać z toru sygnałowego układu dodatkowym przełącznikiem. Rolą lampy w układzie przedwzmacniacza byłoby wprowadzanie parzystych harmonicznych, celem niewielkiego "ocieplenia" dźwięku, gdyż sam sprzęt zapewnia tak idealnie czyste (wręcz sterylne) brzmienie muzyki, że razem z moim Kolegą chcielibyśmy mieć możliwość lekkiego jego "popsucia", oczywiście z możliwością wyłączenia takiej opcji... :wink:
W układzie chciałbym zastosować nowoczesne wzmacniacze operacyjne typu OPA1611, LME49724, zamontowane przed "drabinką" oraz nieco starszy NJM2068 lub jakiś inny o małych szumach i zniekształceniach, który znalazłby się za "drabinką" rezystorową . Kolega na jednym z forów ( https://ssl.diyaudio.pl/showthread.php/ ... a-LME49724 ) znalazł dyskusję, w której jeden z uczestników zaproponował ciekawe rozwiązanie przedwzmacniacza symetryzującego (schemat poniżej zawiera część układu ze stabilizatorami napięcia i jednym kanałem przedwzmacniacza).

symetryzator RCA-XLR_1.png

W pierwszej chwili rozwiązanie to nawet mi się spodobało. Jednak po jego dokładniejszym przeanalizowaniu naszły mnie pewne wątpliwości co do zastosowanych w nim rozwiązań (wartości elementów). Wzmacniacz operacyjny typu OPA1611 (lub podwójny OPA1612) to ultra-niskoszumowy element o bardzo niskim poziomie wszelkiego typu zniekształceń. Patrząc na zamieszczone w nocie katalogowej dane techniczne można dojść do wniosku, że jest to element wprost idealny:
OPA1611_k.png

Poziomy zniekształceń i szumów w sygnale wyjściowym tego układu są rewelacyjnie niskie (dane te podkreśliłem zieloną linią). Z wykresu poniżej możemy odczytać, że zniekształcenia THD, mierzone łącznie z szumami (THD+N przy fg=1 kHz) dla wyjściowego sygnału o wartości skutecznej mieszczącej się w przedziale 3...9 V są niże od 0,000008%. Nawet dla mniejszego sygnału, o wartości skutecznej równej tylko 10 mV wartość zniekształceń i szumów (odniesiona do wejścia) wynosi jedynie 0,0035...0,004%, a to oznacza napięcie szumów i zniekształceń niższe od 0,4 μV dla pasma o szerokości aż 80 kHz...
Na wykresie po prawej stronie załącznika widać, że również pozostałe rodzaje zniekształceń (IMD i DIM/TIM) dla OPA1611 są wyjątkowo niskie. Dla porównania podam, że same tylko szumy (odniesione do wejścia) niskoszumowej lampy EF86 wynoszą 2 μV i to w paśmie 25 Hz...10 kHz (ośmiokrotnie węższym niż przyjęte dla OPA1611), dla lampy EF806 - 2 μV w paśmie 45 Hz...10 kHz, a dla lampy ECC808 wynoszą 2 μV w paśmie 45 Hz...15 kHz. Dodatkowo lampa w odróżnieniu od układu scalonego przy napięciu wyjściowym sygnału 9 V wprowadza nieporównywalnie wyższe poziomy wszelkiego typu zniekształceń, co powoduje, że między jej parametrami a parametrami wzmacniacza operacyjnego jest prawdziwa przepaść (oczywiście lampa pracuje bez ujemnego sprzężenia zwrotnego, a układ scalony objęty jest silnym ujemnym sprzężeniem zwrotnym...).

OPA1611_THD_IMD_Amp.png

Gdy jednak przyjrzymy się dokładniej wykresowi zniekształceń i szumów wzmacniacza operacyjnego, zauważymy, że tak małe zniekształcenia THD mogą wystąpić jedynie w przypadku podłączenia do układu źródła sygnału o zerowej rezystancji wyjściowej. Jeśli rezystancja źródła będzie wyższa, poziom THD+N będzie stawał się coraz bardziej niekorzystny, co wyraźnie widać na kolejnym wykresie (wykres po prawej stronie załącznika)...:(

OPA1611_THD-f.png

Na prawym wykresie w załączniku widać rosnący poziom zniekształceń i szumów dla rezystancji źródła sygnału równej: 150 Ω, 300 Ω, 600 Ω. Jeżeli wejście drabinki rezystorowej podłączone będzie pod wyjście układu wzmacnicza symetryzującego z pierwszego załącznika przez rezystor 100 Ω (na schemacie wartość tego rezystora wynosi 40 Ω), oporność wyjścia drabinki dla kolejnych kroków regulacji będzie miała wartości jak w tabeli poniżej.
Rezystancja wyjściowa regulatora.png

Dla pozycji 56. rezystancja wyjściowa drabinki wyniesie aż 3226 Ω i z tego powodu chcę na jej wyjściu dać inny wzmacniacz operacyjny (o niższym prądzie wejściowym szumów; dodatkowo szeregowy rezystor o wartości 1 kΩ na wejściu wzmacniacza OPA1611 chcę zmienić na 100 Ω). Początkowo myślałem o użyciu układu NE5532 lub NJM2068, ale poziom prądu szumów wejściowych obu tych układów też jest stosunkowo wysoki, więc może użyję układu OPA2134 (lub jeszcze innego), który ma bardzo niewielki wejściowy prąd szumów, choć znacznie większe napięcie szumów wejściowych.
W układzie wzmacniacza symetryzującego będzie można włączać lampę E88CC (pracującą w układzie wspólnej katody z dzielnikiem napięcia na wyjściu) zamiast pierwszego wzmacniacza operacyjnego. Przez dobór wartości elementów w stopniach przed "drabinką" chcę wprowadzić w nich wzmocnienie napięciowe rzędu 6 dB, a w buforze wyjściowym za drabinką będę chciał uzyskać dodatkowe 4 dB wzmocnienia, co da łączne maksymalne wzmocnienie na poziomie 10 dB (można będzie włączyć tłumik, uzyskując -20 dB tłumienia).

Poniżej parametry układu wzmacniacza LME49724 z symetrycznymi względem masy wyjściami:
THD+N_LME49724.png

Autor przedstawionego przeze mnie przedwzmacniacza symetryzującego zaproponował zasilanie układu ciekawymi pod względem parametrów stabilizatorami napięcia o symbolach TPS7A49 i TPS7A30. Zapewniają one stabilne napięcie dodatnie i ujemne w których poziomy szumów nie przekraczają kilkunastu mikrowoltów. W swoim układzie chcę tez użyć "cichego" stabilizatora napięcia anodowego dla lampy E88CC.

Co Koledzy sądzicie o próbie "ocieplenia" dźwięku przez zastosowanie w układzie lampy?

Pozdrawiam
Romek
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
Awatar użytkownika
Marek7HBV
3125...6249 postów
3125...6249 postów
Posty: 4000
Rejestracja: wt, 1 grudnia 2015, 19:26

Re: Przedwzmacniacz z poczwórną drabinką rezystorową Khozmo

Post autor: Marek7HBV »

O tak! Lampa bardzo ociepli dżwięk,zwłaszcza przy THD przedwzmacniacza 0,00000... :lol: .Dobrze że będzie wyłącznik :roll: Ale w sumie bez lampy to i tak rewelacja. Czy te planowane 1kW {na kanał} to moc ,,muzyczna,,? {wreszcie rozpiętość nagrań 32 bit miała by sens}. Pozdrawiam :D
Einherjer
2500...3124 posty
2500...3124 posty
Posty: 2665
Rejestracja: pt, 22 stycznia 2010, 18:34
Lokalizacja: Wałbrzych

Re: Przedwzmacniacz z poczwórną drabinką rezystorową Khozmo

Post autor: Einherjer »

Dobry ocieplacz dźwięku nie jest zły, ja tam lubię "triodowy" dźwięk, mój wzmacniacz mocy ma pierwszy stopień nie objęty sprzężeniem zwrotnym. Jak będzie można to łatwo wyłączyć to nie ma wielkiego problemu. Jak i tak ma być dzielnik za lampą, to może lampa z mniejszym mu? Tylko, że skoro lampa ma być włączona zamiast pierwszego wzm. op. to jak wysteruje 1 kOm rezystancji wejściowej wzmacniacza symetrycznego?
Swoją drogą, co jest ciekawego w tym rozwiązaniu symetryzatora sygnału? Widziałem coś takiego w N miejscach, zresztą jak się wie o istnieniu czegoś takiego jak Fully Differential Amplifier, to jest pierwsze co przychodzi do głowy...
Zasilacz potrzebowałby filtru CRC albo CLC przed stabilizatorem, żeby odsiać wysokoczęstotliwościowe śmieci, tłumienie stabilizatora spada wraz częstotliwością, PSRR wzmacniaczy też.
Jeśli chodzi o szumy to wygląda, że dla maksymalnej rezystancji źródła około 3 kOm, sumaryczne szumy wzmacniaczy z tranzystorami bipolarnymi będą podobne jak tych z JFET. Te ostatnie są lepsze dopiero dla naprawdę dużych rezystancji źródła, albo np. indukcyjnego charakteru źródła (wkładka MM!). Za to dla wszystkich niższych rezystancji lepsze będą te pierwsze. Patrz wykres poniżej, zaczerpnięty ze Sztuki Elektroniki.
opamp_noise.png
Zniekształcenia będą rosnąć wraz ze wzrostem rezystancji źródła dla każdego wzmacniacza z tranzystorami bipolarnymi na wejściu, prąd bazy jest nieliniowy i trudno to przeskoczyć. Pytanie czy dla tych 3 kOm topowy wzmacniacz bipolarny będzie gorszy od topowego JFET. Można by jeszcze przed wzmacniaczem dodać parę różnicową na dyskretnych JFETach i objąć ją pętlą sprzężenia (stabilność?), ale to by miało sens raczej dla 32 kOm a nie 3,2 kOm. Ja bym został przy topowym opampie z bipolarnymi tranzystorami na wejściu.
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 7082
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Przedwzmacniacz z poczwórną drabinką rezystorową Khozmo

Post autor: Romekd »

Marek7HBV pisze: ndz, 17 maja 2020, 18:34 O tak! Lampa bardzo ociepli dżwięk,zwłaszcza przy THD przedwzmacniacza 0,00000... :lol: .Dobrze że będzie wyłącznik :roll: Ale w sumie bez lampy to i tak rewelacja. Czy te planowane 1kW {na kanał} to moc ,,muzyczna,,? {wreszcie rozpiętość nagrań 32 bit miała by sens}. Pozdrawiam :D
Jest to oczywiście moc RMS z każdego monobloku. Monobloki maja wyjścia mostkowe (BTL, Class-D), a taką moc mogą oddawać na obciążeniu 4 Ω aż do częstotliwości 35 kHz (pasmo dla spadku -3 dB sięga 70 kHz). Dynamika wg zapewnień producenta osiąga prawie 120 dB. Przy cichym słuchaniu moc pobierana z sieci może być mniejsza od tej jaką pobierał lampowy gramofon "Bambino" :D Modyfikację (ocieplenie) dźwięku metodą analogową powinno się dać uzyskać przez dodanie drugiej harmonicznej przez lampę, włączoną w tor sygnałowy. Lampa na wejściu będzie pracowała ze stałą maksymalną amplitudą (drabinka włączona jest do układu już za lampą). Na prostym stopniu z E88CC uzyskałem następujące poziomy zniekształceń THD - poziom sygnału na wyjściu lampy był, z tego co pamiętam (pomiary robiłem jakiś czas temu) wyższy od wejściowego chyba 27 razy :roll:
1_THD_1kHz_IN-100mV.PNG
2_THD_1kHz_IN-250mV.PNG
3_THD_1kHz_IN-500mV.PNG
THD_1kHz_IN-710mV.PNG
THD_1kHz_IN-1000mV.PNG


Do tego poziomu sygnału dominuje druga harmoniczna, która potrafi mieć poziom wyższy nawet o 40 dB w stosunku do poziomu pozostałych harmonicznych... Przy jeszcze większym sygnale ilość śmieci jest już wyraźnie wyższa, ale po zasileniu układu napięciem 250 V powinno być dużo lepiej (wykres poniżej był robiony gdy wartość skuteczna napięcia sygnału na anodzie lampy była wyższa od 50 V!).

THD_1kHz_IN-2000mV.PNG


Ciekawej modyfikacji ulega też dźwięk przepuszczony przez dobry magnetofon (wnosi on do sygnału zniekształcenia harmoniczne niskiego rzędu). Poniżej film z YT, na którym w 18-tej minucie można posłuchać jak brzmi muzyka z CD oraz odtwarzana z taśmy magnetofonu - w słuchawkach różnicę w brzmieniu powinno być dobrze słychać (ja słucham na monitorach studyjnych i różnica w brzmieniu z obu źródeł jest naprawdę spora...).

https://www.youtube.com/watch?v=nRG6UxkPQjk

Pozdrawiam
Romek
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 7082
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Przedwzmacniacz z poczwórną drabinką rezystorową Khozmo

Post autor: Romekd »

Einherjer pisze: ndz, 17 maja 2020, 21:01 Dobry ocieplacz dźwięku nie jest zły, ja tam lubię "triodowy" dźwięk, mój wzmacniacz mocy ma pierwszy stopień nie objęty sprzężeniem zwrotnym. Jak będzie można to łatwo wyłączyć to nie ma wielkiego problemu. Jak i tak ma być dzielnik za lampą, to może lampa z mniejszym mu? Tylko, że skoro lampa ma być włączona zamiast pierwszego wzm. op. to jak wysteruje 1 kOm rezystancji wejściowej wzmacniacza symetrycznego?
Swoją drogą, co jest ciekawego w tym rozwiązaniu symetryzatora sygnału? Widziałem coś takiego w N miejscach, zresztą jak się wie o istnieniu czegoś takiego jak Fully Differential Amplifier, to jest pierwsze co przychodzi do głowy...
Zasilacz potrzebowałby filtru CRC albo CLC przed stabilizatorem, żeby odsiać wysokoczęstotliwościowe śmieci, tłumienie stabilizatora spada wraz częstotliwością, PSRR wzmacniaczy też.
Jeśli chodzi o szumy to wygląda, że dla maksymalnej rezystancji źródła około 3 kOm, sumaryczne szumy wzmacniaczy z tranzystorami bipolarnymi będą podobne jak tych z JFET. Te ostatnie są lepsze dopiero dla naprawdę dużych rezystancji źródła, albo np. indukcyjnego charakteru źródła (wkładka MM!). Za to dla wszystkich niższych rezystancji lepsze będą te pierwsze. Patrz wykres poniżej, zaczerpnięty ze Sztuki Elektroniki.
opamp_noise.png
Zniekształcenia będą rosnąć wraz ze wzrostem rezystancji źródła dla każdego wzmacniacza z tranzystorami bipolarnymi na wejściu, prąd bazy jest nieliniowy i trudno to przeskoczyć. Pytanie czy dla tych 3 kOm topowy wzmacniacz bipolarny będzie gorszy od topowego JFET. Można by jeszcze przed wzmacniaczem dodać parę różnicową na dyskretnych JFETach i objąć ją pętlą sprzężenia (stabilność?), ale to by miało sens raczej dla 32 kOm a nie 3,2 kOm. Ja bym został przy topowym opampie z bipolarnymi tranzystorami na wejściu.
Dziękuję za informacje. Chodził mi po głowie właśnie układ OPA227, który jest optymalny "szumowo" dla rezystancji źródła w zakresie kilku kiloomów.
Za lampą znajduje się dzielnik rezystorowy napięcia, za którym uzyskuję identyczna wartość sygnału jak na siatce lampy (dochodzą tylko harmoniczne).
Dzielnik włączony był rezystorem o niskiej oporności od strony plusa napięcia zasilania, a ponieważ sygnał AC występował względem masy, to wymagania co do czystości napięcia zasilania były w badanym przeze mnie układzie ogromne. Po tamtych badaniach wykonałem układ wzmacniacza różnicowego z lampą E88CC, którym jednak skompensowały się parzyste harmoniczne, przez co rozwiązanie takie uznałem jako słabe do "ocieplacza brzmienia" :wink:


Obrazek
Obrazek
Obrazek
Obrazek
Obrazek
Obrazek
Obrazek

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
alpher
375...499 postów
375...499 postów
Posty: 471
Rejestracja: czw, 18 stycznia 2007, 03:50
Lokalizacja: Mississauga

Re: Przedwzmacniacz z poczwórną drabinką rezystorową Khozmo

Post autor: alpher »

mirfak
100...124 posty
100...124 posty
Posty: 124
Rejestracja: pt, 26 grudnia 2008, 20:45
Lokalizacja: Katowice

Re: Przedwzmacniacz z poczwórną drabinką rezystorową Khozmo

Post autor: mirfak »

Dziękuję Romku za bardzo ciekawy wątek.
Na diyaudio.com w wielu miejscach polecają wzmacniacze operacyjne MUSES. Bipolarne 8820D i 02 oraz j-fet 8920D i 01 (piszę z głowy, więc mogłem coś pomylić).
Dużym problemem może być zdobycie oryginałów.

Pozdrawiam