Myśl techniczna PRL, było "Stopnie mocy w polskich magnetofonach w czasach PRL-u - pomiary i ocena"

[Tomek Janiszewski]

Ze względu na zgłoszenia wydzieliłem z wątku luźniejszą dyskusję o konstruowaniu konsumenckiej elektroniki w PRL. Miejsce podziału oryginalnego wątku jest arbitralne, gdzieś trzeba było podzielić, proszę się nie doszukiwać kolejnych den. - T.S.

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

Tylko współczuć temu znajomemu że na takiego marnego edukatora trafił Trzeba by się bardzo dobrze starać aby skonstruować taki dwustopniowy wzmacniacz w którym jeden stopień redukuje zniekształcenia harmoniczne powstający w innym. I na koniec umiejętnie go popsuć, tak aby zniekształceń intermodulacyjnych redukcja nie dotyczyła.

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

No i co się temu dziwić skoro tak przedobrzono z pojemnością C24? Stworzono problem pakując tych pikofaradów ile wlezie, a potem bohatersko go zwalczano ujemnymi sprzężeniami zwrotnymi.

a poziom zniekształceń nieliniowych pozostał stosunkowo niski (jak na układ pozbawiony ujemnych sprzężeń

I zarazem mniej więcej taki jakiego należało oczekiwać po układzie skonstruowanym poprawnie tj na parze komplementarnych tranzystorów końcowych, w przeciwieństwie do bida-komplementarnych wynalazków które bez USZ kompletnie zmasakrowałyby sygnał zamiast go wzmacniać.

pozostawiłem jedynie dodatnie sprzężenie typu bootstrap w obwodzie kolektora tranzystora T5

Przynajmniej jedno co zrobiłeś sensownego. Bo w myśl filozofii przezentowanej w poście na który odpowiadam można było przecież usunąć C23 a potem ogłosić że pchła bez nóg nie słyszy... znaczy się wzmacniacz bez bootstrapu nie osiąga pełnej mocy.

Poniżej wykresy pasma przenoszenia tak przebudowanego wzmacniacza dla różnych wartości pojemności kondensatora C17 i C24.

No i co w tym właściwie odkrywczego? Że nawet bez owego nieszczęsnego C24 wzmocnienie spada powyżej 10kHz - to było w pełni do przewidzenia. Wszak producent acetek podaje fT na poziomie 1MHz (dla typów npn nieco więcej) co przy becie w okolicach 100 każe spodziewać się spadku wzmocnienia prądowego (w układach wspólnego emitera oraz wspólnego kolektora) właśnie przy takiej częstotliwości. W typowych zastosowaniach takie parametry można uznać za wystarczające. Zaś roztrząsanie jeszcze i wpływu C17 na ograniczenie pasma od dołu i to przy zwartym R23 - to już elektroniczne przedszkole.

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

No i THD faktycznie niewielki jak na takie warunki ale... skąd tyle harmonicznych wyższego rzędu? Druga i trzecia - w okolicach 1%, ale czwarta, piąta, szósta i siódma niewiele od nich słabsza, a jeszcze 9 osiąga ponad 0,1%. Nie wyjaśniło się powyższego i potem zdziwienie że przy pomiarze IMD...

wynik pomiarów będzie dość dość wysoki,

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

Przedstawić wyniki pomiarów to nie taka znowu wielka sztuka, ale prawidłowo je zinterpretować...

[Tomek Janiszewski]

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.

Można było pójść na całość, i pozbyć się jeszcze i pary komplementarnej, pozostawiając już tylko T4. Poważnie! Za obciążenie mógłby posłużyć rezystor mający trochę więcej niż sumarycznie mają R28 i R31, zasilany z napięcia trochę większego niż magnetofonowe 9V, tak aby na T4 odłożyło się te niecałe 5V przy prądzie na poziome 10mA, mniej więcej tak jak to jest we wzmacniaczu MK125.

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

No i to jest dopiero istne odkrycie Ameryki!
Zgrzebać do osnowania wzmacniaczyk z archaicznego magnetofonu, wrzucić w pytę wykresów na ten nieszczęsny serwer triody przez ostatnie lata, aby na koniec ogłosić że zniekształcenia wnoszone przez tranzystor bipolarny rosną przy małej impedancji źródła sygnału. I jeszcze wyciągnąć z powyższego zupełnie opaczne wnioski. Każdy kto przebrnął edukację na poziomie chyba nawet niekoniecznie wyższym powinien pamiętać że zależność prądu kolektora od napięcia między bazą a emiterem jest wykładnicza. Taka zależność wzorem Shockley'a się nazywa. Nie miejsce tu na katowanie Forumowiczów matematyką wyższą, ale powinno być oczywiste że harmonicznych w zniekształconym w taki sposób przebiegu skolko ugodno. A odkształcenie prądu kolektora będzie tym bardziej zgodne z powyższą zależnością im mniejsza będzie impedancja generatora. Bo wówczas wymusza się niemal sinusoidalne napięcie na złączu baza-emiter. I prąd kolektora (a tym samym i napięcie odkładające się na obciążeniu) będzie, kolokwialnie rzecz ujmując - "sinusoidą" przepuszczoną przez funkcję wykładniczą. Oszacujmy jeszcze tylko impedancję wejściową tranzystora T4. Posługując się wspomnianym wyżej wzorem Shockley'a można wyliczyć że różniczkowa impedancja w punkcie pracy przy typowej dla BC108C becie w okolicach 500 wyniesie - 1,3k. Ale to w punkcie pracy, tj dla Ic=10mA. Zakładając że stopień z T4 pracuje przy wysterowaniu 80% (od 2 do 18mA) zauważmy że jego rezystancja wejściowa (przy założeniu stałości bety) zmienia się odpowiednio od 6,5k do 0,72k. Można zatem uznać że tranzystor istotnie jest sterowany napięciowo, zarówno przy Rg=10, jak i 50 omów.
A jak byłoby gdyby do bazy T4 doprowadzić niezniekształcony prąd sinusoidalny? Np. posłużywszy się tym samym generatorem ale ustawionym na wyższe napięcie, i włączywszy go za pośrednictwem rezystora znacznie większego od impedancji wejściowej T4, nawet przy najmniejszym osiąganym prądzie kolektora. Wtedy w prądzie bazy z założenia nie będzie zniekształceń, ale w prądzie kolektora i w tym wypadku pojawią się znieksztacenia, tylko że innej natury. Jednym z ich źródeł będzie zależność bety od prądu kolektora, drugim - zależność bety od napięcia kolektor - emiter (wywołana przez tzw. efekt Early'ego). Znów można by policzyć jakie zniekształcenia ona wywołuje, poprzestanę jednak na konkluzji że są one wyraźnie mniejsze od zniekształceń generowanych przez tranzystor sterowany napięciowo w zakresie niemal od zatkania do podwójnej wartości prądu spoczynkowego. I co jeszcze bardziej istotne - odkształcone w ten sposób przebiegi zawierają wyraźnie mniej harmonicznych wysokiego rzędu niż te powstające wskutek wykładniczej zależności IC od UBE. Stąd na ogół im mniejsza impedancja generatora tym zniekształcenia większe. Oto i tajemnica rzekomego "kompensowania" zniekształceń powstających w tranzystorze T5 przeciwnymi jakoby zniekształceniami generowanymi przez tranzystor T4. W istocie zaś prąd T4 nawet przy pełnym wysterowaniu wzmacniacza zmienia się w tak znikomym stopniu (może od 0,9 do 1,1 prądu spoczynkowego) że praktycznie żadne zniekształcenia w nim nie powstają, zwłaszcza że i zmiany napięcia na jego kolektorze (obciążonym małą rezystancją wejściową bazy T5) są na poziomie kilkudziesięciu mV. Natomiast impedancja wyjściowa T4 jest dużo większa od impedancji wejściowej T4 (szczególnie w niezgrzebanym wzmacniaczu gdzie działa szeregowe sprzężenie zwrotne na rezystorze R23 i ta okoliczność właśnie przesądza o redukcji zniekształceń całego wzmacniacza, nie jakieś wyimaginowane zniekształcenia przeciwnego znaku.

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...).

Jak widać z powyższych, i będzie widać także z kolejnych postów - wcale humoru mi nie popsułeś. Przeciwnie, nieźle się bawię mając sposobność odkrywać i wytykać Ci kolejne braki w Twojej wiedzy. Może więc faktyczny powód niepublikacji był zupełnie inny? Taki mianowicie, że jak to staram się wykazać - z owego multum pomiarów niewiele co wynika, a zdarza się że wynika zupełnie co innego niż chciałbyś aby wynikało.

Zrobiłem to dopiero teraz, gdyż temat został mi przypomniany w innym wątku.

Więc po co w tamtym wątku przyczepiłeś się do wzmacniacza MK125 jakoby był on przykładem marnego układu, pomimo szeregu zastosowanych sprzężeń zwrotnych? Zareagowałem przypominając że wcale on tak marny być nie musi, no i uznałeś że nie masz innego wyboru chcąc ratować własną reputację

[Tomek Janiszewski]

Tomku, przepraszam Cię, ale nie mam czasu i siły odpisywać na Twoje długie "elaboraty"

Ja natomiast czuję się zobowiązany odpisywać. Nie po to aby przekonać kogoś kto i tak przekonać się od dawna nie daje, ale aby uchronić innych przed wprowadzaniem w błąd, co tu od dawna uskuteczniasz.

(jeszcze nie doszedłem do siebie po COVIDzie)

Dwa lata, a nawet półtora roku temu COVID jeszcze nie było.

W swoich postach nie pisałem jakie powinny być wzmacniacze w polskich magnetofonach, ale jakie naprawdę były...

No i były złe, co do tego chyba pełna zgoda? Rzecz jednak w tym że akurat te których usiłowałeś bronić i usprawiedliwiać ich tfu!rców zakładając ninieszy temat - były, są, i będą złe i nic poprawić w nich się nie da. Chyba że jak u Marka Twaina w "Przygodach Hucka": za pomocą strzelby, tj lutownicy i kombinerek, tak jak to opisałem w poście:
viewtopic.php?p=355872#p355872

[Tomek Janiszewski]

Dzisiaj sprawdziłem parametry stopni mocy m.cz. stosowanych w starszych wersjach magnetofonów szpulowych typu ZK-240, ZK-246 oraz M-2404S.

Przypomnę że zrobiłem to znacznie wcześniej:

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.

Doprawdy??? Dopiero teraz? Tymczasem do wyników moich doświadczeń zupełnie się nie odniosłeś, swoim zwyczajem uciekając do przodu, tym razem po raz kolejny w układy scalone UL1481 oraz ich odpowiedniki.

Moduły które otrzymałem do testów były w świetnym stanie, nigdy nie naprawiane, nie lutowane, nie grzebane.

No jakże to nie były grzebane, skoro nawet zupełny laik zauważy że grzebane były? Fabrycznie. Wtedy mając tylko jeden taki moduł, do tego jeszcze kompletnie pogięty nie miałem jeszcze zupełnej pewności kto zgrzebał takiego ohydnego pająka pętaka (może użytkownik magnetofonu, domowy majsterklepka?) ale w międzyczasie zakupiłem u Sławka nie tylko dwa kolejne moduły o których jest mowa, lecz także ów najstarszy, na Adeptkach. Więc aż muszę pochwalić się swoją całkiem już pokaźną kolekcją końcówek częściowo magnetofonowych, częściowo zaś magnetofonoidalnych (bo całkowicie zrekonstruowanych przeze mnie i nigdy w magnetofonach nie stosowanych). Zwracają uwagę malowane w kolorowe kropki tranzystory pary komplementarnej w końcówce pokazanej u dołu pośrodku, pochodzące z Zestawu nr 4 oferowanego przez CSH. Ciekawe skąd się tam wzięły, jakie w rzeczywistości mają parametry (wg podanego wyżej źródła minimalna beta wynosi... 5 i jak działał z nimi wzmacniacz Na pierwszy rzut oka wyglądają jakby siedziały tam od nowości. Zresztą i tranzystory mocy w tym egzemplarzu pochodzą z niewiele wyższej półki: stoi na nich D354.

U góry od lewej: dwie dawne końcówki bida-komplementarne przebudowane na pełnokomplementarne i poprawiona końcówka quasi-komplementarna której dotyczy niniejszy post. U dołu od lewej: dwie końcówki quasi-komplementarne jeszcze nie zgrzebane i samotna końcówka na adeptkach.

To samo ale widziane od strony druku.

I jak się w tym momencie okazało - właśnie przez zgrzebanie tego ostatniego, z zachowaniem oryginalnej płytki powstał quasi-komplementarny moduł na bedetkach. Żenada że PMT nie raczyła nawet opracować płytki do niego, tylko uskuteczniała taką babraninę.

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.

Tiaaaa, nie było potrzebne... Zapomniałeś tylko dodać że nie było potrzebne przede wszystkim dlatego że między kolektorem a bazą T6 wtryniono kondensator C29 o pojemności aż 330pF, i nietrudno policzyć że 3dB częstotliwość graniczna plasuje się wówczas gdzieś w okolicach 18kHz, a jak Twoje pomiary potwierdziły - nawet wyraźnie niżej. Kto jednak prześledził moje zmagania ze wzbudzeniami tego wynalazku (i to mimo uziemienia obu radiatorów i odizolowania obudów tranzystorów mocy!) powinien przestać się dziwić, że mając na karku połączoną z wyjściem antenę w postaci radiatora T10 zdecydowano się na taki desperacki chwyt. O kondensatorze wstydu C34 już nie mówiąc. Ale włożony przeze mnie trud w okiełznanie tego wytworu PMT opłacił się sowicie: wzmacniacz działa stabilnie nawet bez jakiegokolwiek C29!

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.

Zapewniam Cię że i u mnie znamienny dla tego modułu kondensator głośnikowy C35 typu KEN również jest oryginalny, a nie regenerowany jak to czynią niektórzy naprawiacze starych radioodbiorników - przez wybebeszenie i zaszycie w pozostałej po nim wydmuszce współczesnego miniaturowego chinola. Gorzej było z tranzystorami komplementanymi - one wykazywały dość znaczne zróżnicowanie bet ale postanowiłem je zachować, podobnie jak końcowe BD254B (właśnie 254 a nie 354!). Specjalnie po to aby utrudnić mu rywalizację z bidakami z której jednak wyszedł z twarzą.

[Tomek Janiszewski]

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.

I choćby się skichać - lepsza nie będzie póki C29 ma 330pF.

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...

Półprzewodniki może i dobre, ale ich wykorzystanie bardzo niezręczne. Choćby rezystancja podkówki stojąca na drodze prądu bazy tranzystora T8, podczas gdy do bazy komplementarnego T7 prąd dopływa przez diodę D6 o niewielkiej rezystancji różniczkowej. Jakiś R63 w emiterze tegoż T8, rezystory R62 i R123 dołączone nie bezpośrednio do złącz baza-emiter T10 i T9 ale dopiero za rezystorami emiterowymi tych tranzystorów, kondensator wstydu przy T7... Wszystko to psuje symetrię quasi-komplementarnego stopnia wyjściowego bardziej niż ustawa przewiduje. Zrobiłem to nieco lepiej, i efekty też wyraźnie lepsze.

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...

Pewnie odziedziczono je po w erze lamp...

W kolejnym poście przedstawię jak wypadły zniekształcenia intermodulacyjne i transjentowe (DIM/TIM).

A tu odpowiedź chyba sobie odpuszczę. Wystarczy że ustosunkował się do tych domniemanych zniekształceń Kol. Einherjer.

[Tomek Janiszewski]

Jednak denerwują mnie osoby, które "naginają rzeczywistość", twierdząc, że rozwiązanie "bida-komplementarne" nadaje się tylko do megafonu (zwanego potocznie szczekaczką) i nawet je tam kiedyś ponoć widzieli...

Ja w szczekaczce ich nie widziałem, o tym pisał Reduktor Szumów. Ale też nie ma powodu aby bidaka tam nie było, skoro był w Safari 2, zasilanym z nieznacznie tylko wyższego napięcia. Straty napięciowe tego szczekaczkowego "wzmacniacza" nie są wcale takie wielkie, gdy się pominie rezystory emiterowe tak jak to właśnie zrobiono w Safari 2. To tylko UBE tranzystora końcowego plus UCE sat tranzystora sterującego, a więc coś koło 1V dla każdej z połówek. A czy ten szajs nadaje się także do sprzętu Hi-Fi - cóż. "Linearyzowane" bramki TTL też pewnie można by tam na upartego wstawić zamiast tranzystorów, tylko w jakim celu i z jakim efektem?

W rzeczywistości w czasach produkcji magnetofonu wszystko było kiepskie i parametry stopnia mocy niewiele już były w stanie cokolwiek pogorszyć. Marne były kolumny głośnikowe, głowice magnetofonowe i same taśmy.

Takie glajszachtowanie sprzętu jakie niniejszym uskuteczniasz budzi moją odrazę. Mam położyć ruki po szwam i wybić sobie z głowy myślozbrodnię że w nawet w tamtych siermiężnych czasach wiele rzeczy można było zrobić o wiele lepiej niż się robiło, i to wcale nie tak wielkim kosztem?

Tak samo prymitywne były niemal wszystkie polskie wzmacniacze, tunery i korektory graficzne. Ich posiadanie dawało tylko złudzenie obcowania ze sprzętem wysokiej jakości...

Chyba w odpowiedzi na takie dictum zrobię sobie w końcu stopkę o treści jak niżej, oczywiście z podaniem nicka Autora tej złotej myśli aby na zarzut plagiatu się nie narażać:
Trąbiąc wszędzie i bez przerwy, jakie to parszywe były te bida-wzmacniacze w polskich magnetofonach, plujesz w twarz ludziom, którzy w tamtych czasach posiadali te urządzenia i cieszyli się brzmieniem muzyki, jaką te sprzęty odtwarzały.

[Einherjer]

Jeszcze gorszy wpływ na brzmienie urządzenia wywierały zniekształcenia transientowe typu TIM, których wpływ na brzmienie (było ono ostre, metaliczne, nieprzyjemne) przedstawił w swojej pracy Matti Otola już na początku lat 70. (...)

Romku daj spokój nieszczęsnemu Otali! Nieszczęsnemu, bo gdyby przewracał się w grobie za każdym razem, gdy ktoś opowiada głupoty o zniekształceniach TIM, kręciłby się z prędkością turbiny w rozpędzonym Subaru WRX. A już szczególnie lubuje się w takich opowieściach Reduktor Szumu.

Opowieści Pana Krzysztofa z kanału "Reduktor Szumu", o jakoby potwornie dużych zniekształceniach TIM, występujących np. w drogich modelach wzmacniaczy firmy Technics z lat 80. (sam mam kilka wzmacniaczy tej marki) oraz w stopniach mocy magnetofonów M2405S strasznie mnie irytują. Zbadałem wiele modeli wzmacniaczy różnych firm i w żadnym z tych stworzonych od drugiej połowy lat 70. praktycznie nie obserwowałem tego typu zakłóceń. Nie wiem na ile skutecznie oprogramowanie ARTA wraz z moimi interfejsami komputerowymi radzi sobie z rozpoznawaniem i pomiarem tego typu zakłóceń. Mam częściowo zbudowane filtry i wzmacniacze, które w założeniach mają mi służyć do pomiarów zniekształceń TIM metodami klasycznymi, ale jakoś nie mam samozaparcia i przekonania, że tego typu sprzęt faktycznie może mi się przydać do analizy wzmacniaczy audio. Z tego co czytałem, a czytałem na ten temat sporo, problem dotyczył głównie pierwszych tranzystorowych wzmacniaczy audio, opracowanych jeszcze na germanowych tranzystorach mocy w stopniu wyjściowym wzmacniacza, lub z wykorzystaniem wczesnych tranzystorów krzemowych o niskiej fT (np. 2N3055).

Nie wiem czy zwróciłeś uwagę ile miejsca poświęcono zniekształceniom TIM w "nowoczesnych" książkach na temat wzmacniaczy audio (Cordella czy Selfa). A właściwie ile go nie poświęcono. Dlaczego? Są one tylko pewną wąską klasą zniekształceń wynikających ze zbyt małej szybkości narastania napięcia wyjściowego. Nie przyglądałem się co konkretnie mierzy ARTA jako zniekształcenia DIM, ale pewnie właśnie całą rodzinę tego typu zniekształceń. Obecnie wiemy jak bez większych problemów zbudować wzmacniacz o szybkości narastania napięcia wielokrotnie wyższej niż nawet dla 20 kHz przy pełnej mocy (chociaż w muzyce takie nie występują). A jak komuś jeszcze mało to może sięgnąć po prądowe sprzężenie zwrotne i mieć setki albo nawet i tysiące V/us. Te filtry i wzmacniacze do pomiaru TIM wyrzuć, albo wyślij Reduktorowi Szumu

Otala opisał specyficzny efekt, który zachodzi we wzmacniaczach z parą różnicową na wejściu bez rezystorów emiterowych. Jeśli połączymy to z głębokim (kilkadziesiąt dB) sprzężeniem zwrotnym, skompensowanym "ciężką ręką", otrzymujemy wzmacniacz z niedostatecznie dużą szybkością narastania napięcia wyjściowego i łatwo przesterowującym się różnicowym stopniem wejściowym. Jeśli teraz na wejściu wzmacniacza pojawi się szybko narastający sygnał, sygnał wyjściowy nie nadąży za wejściowym, rosnąca różnica pomiędzy nimi przesterowuje różnicowy stopień wejściowy, wskutek czego staje się on "głuchy" na inne sygnały nałożone na ten szybko narastający. Teraz powiedz mi, Romku, gdzie na schemacie ZK-246 jest para różnicowa? Skąd miałoby się tam wziąć kilkadziesiąt dB głębokości sprzężenia zawrotnego? Pomijam już to czy ze względu na ograniczenia samego źródła sygnału do powstania takich zniekształceń byłyby w ogóle warunki.

Znam mechanizm powstawania tego typu zniekształceń, wiążących się z przesterowaniem stopnia wstępnego we wzmacniaczu i "gubieniem" pewnych informacji na zboczach sygnałów. Jednak nie uważam, że musi nim być jedynie wzmacniacz różnicowy. We wzmacniaczu z pojedynczym tranzystorem na wejściu również może dochodzić do jego przesterowania, jeśli kolejne stopnie wzmacniacza będą wprowadzały nadmierne opóźnienie sygnału dla pętli USZ. W przypadku wzmacniacza w konfiguracji "bida-komplementarnej" kompensację częstotliwościową mamy zrealizowaną na drugim tranzystorze, więc pierwszy mógłby się w pewnych sytuacjach przesterowywać, choć tak naprawdę w sygnałach audio nie ma bardzo szybkich zboczy (szczególnie w magnetofonie), jak to opowiada na swoim kanale "Reduktor Szumu"... W końcówce mocy z magnetofonu M2404S układ zrobiony jest inaczej, bo milerowskie ograniczenie pasma przenoszenia zrealizowane jest już na pierwszym tranzystorze. Podejrzewasz, że ARTA z moją kartą pomiarową może coś przekłamywać, biorąc np. zniekształcenia IMD za TIM?

Tak jak pisałem wyżej, najprawdopodobniej mierzysz całą szerszą klasę zniekształceń, nie tylko TIM. Nie wiem na ile na ten pomiar wpływają "statyczne" zniekształcenia IM, ale nie widzę też za bardzo sposobu na ich oddzielenie od tych "dynamicznych". A żeby doszło do powstania konkretnie zniekształceń TIM stopień wstępny musi być wzmacniaczem różnicowym, ale nie musi być parą różnicową. Zwróć uwagę, że pierwszy tranzystor w "bida komplementarnej" końcówce jest wzmacniaczem różnicowym. Odejmuje on sygnał sprzężenia zwrotnego od sygnału wejściowego podanego na jego bazę. Jest to układ z prądowym sprzężeniem zwrotnym, ale niesymetryczny, w skutek czego szybkość narastania napięcia wyjściowego będzie różna dla zbocza opadającego i narastającego. Dla jednego z nich, prąd ładujący/rozładowujący kondensator kompensujący jest teoretycznie ograniczony jedynie wydajnością prądową wyjścia wzmacniacza, bo to do niego jest dołączony emiter pierwszego tranzystora. O ile "otwieranie się" tranzystora jest teoretycznie nieograniczone, to w drugą stronę jest już gorzej. Pojedynczy tranzystor nie może zacząć przewodzić w drugą stronę, może tylko zejść z prądem do zera (zatkać się), co oznacza, że dla drugiego ze zboczy prąd kondensatora kompensującego jest już ograniczony przez wartość prądu spoczynkowego pierwszego tranzystora. I jeśli ten będzie zbyt mały, to szybkość narastania napięcia też będzie zbyt mała ze wszystkimi tego przykrymi konsekwencjami. W nowoczesnych wzmacniaczach ze sprzężeniem prądowym stosuje się dwa komplementarne tranzystory i problem z głowy.
W układzie M2404S, który nie ma różnicowego stopnia wstępnego, odejmowanie sygnału wejściowego z sygnałem sprzężenia zwrotnego zachodzi pasywnie w obwodzie bazy pierwszego tranzystora. Nie bardzo ma jak się on zatykać, czy przesterowywać, ponieważ wszystkie szybsze zmiany sygnału "przelatują nad jego głową" przez kondensator kompensacji millerowskiej. Jeśli obwód wejściowy nie będzie w stanie zapewnić odpowiednio dużego prądu do przeładowania tego kondensatora, dojdzie oczywiście do ograniczania szybkości narastania napięcia i jego konsekwencji. Czy można to nazwać zniekształceniami TIM? Może i można, ale jakoś daleko odeszliśmy od przesterowującej się pary różnicowej bez rezystorów emiterowych. Pytanie czy to w ogóle ważne? Moim zdaniem nie, lepiej dać sobie spokój z trzyliterowymi skrótami i po prostu zająć się kwestiami fundamentalnymi. Jak V/us będą się zgadzać, to żadne TIMy nie mają prawa nas straszyć. Chociaż wielu "ekspertów" dalej będzie wycierać sobie nimi gęby...

[Tomek Janiszewski]

Czuję się zobowiązany odpowiedzieć na ten post, ponieważ nieco wcześniej zdążyłem napisać co następuje:

swoim zwyczajem uciekając do przodu, tym razem po raz kolejny w układy scalone UL1481 oraz ich odpowiedniki. Oczywiście, ignorując zupełnie to co sam otrzymałem wcześniej, w szczególności przechodząc do porządku dziennego nad zniekształceniami typu szpilkowego, generowanymi na przejściach sygnału przez zero, jak wszystko na to wskazuje - przez nieoptymalną korekcję częstotliwościową i nie próbując jej poprawić.

nie zauważywszy w międzyczasie że nareszcie zastosowałeś się do mojej rady, zmieniając korekcję częstotliwościową względem katalogowej.

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 Adersarz. Ostatnim z mierzonych scalaków był nowy układ ("leżak magazynowy") firmy TESLA, o oznaczeniu MBA810AS, widoczny na zdjęciu poniżej.
MBA810AS_3.jpg

W pewnych zaś warunkach zniekształcenia te okazały się wręcz horrendalnie wysokie. Nie zamierzam tego pozostawić w sferze niedomówień.

Zniekształcenia tego układu dla różnych mocy wyjściowych i różnych wartości pojemności w obwodach kompensacji częstotliwościowej przedstawiają wykresy poniżej
THD1_1kHz_6000mW_4R.PNG

Ano właśnie: czemu miało służyć publikowanie wykresu widma przy 6W mocy wyjściowej bez jakiegokolwiek komentarza? Dla każdego obeznanego z techniką wzmacniaczy audio powinno być oczywiste że jeżeli w układach półprzewodnikowych pojawiają się takie zniekształcenia - to niemal na bank dochodzi do bardzo już wyraźnego obcinania wierzchołków sinusoidy, a przynajmniej jednego z nich. Tak dużego, że aby je wykryć nie potrzeba kompensatora lub peemzety, wystarczy przyjrzeć się oscylogramowi przebiegu wyjściowego. To nie przysłowiowa ECL86 SE bez USZ, gdzie zniekształceniom na takim poziomie nie towarzyszy ostre obcinanie, i nawet od biedy da się tego słuchać. Tak więc pomiar przy 6W mocy należało uznać za spalony.

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

No i co, spadły zniekształcenia harmoniczne po usunięciu C306? Jeżeli brać pod uwagę jedynie THD, to można uznać że się nie zmieniły, ale na pewno nie wzrosły. I co również warto zauważyć (patrz źródłowy post)- są niższe niż bida-komplementarnym wzmacniaczu z najgłębszym sprzężeniem zwrotnym zasilanym ze znacznie wyższego napięcia. Jedynie przy mocy 6W a nawet wyższej bidawzmacniacz wykazuje przewagę nad scalonym - z przyczyny jak wyżej. Przy 50mW zniekształcenia układu scalonego spadły z 0,21% na 0,20%, przy 100mW - 0,20% bez zmian, przy 500mW - 0.19% również bez zmian, przy 1W - 0,17% bez zmian, przy 2W - spadły z 0,16% na 0.14%, wreszcie przy 4W - spadły z 0.31 na 0.26%. Sytuacja poprawiła się także przy THD=10% (moc wyjściowa wzrosła z 6 do 6.1W) ale z przyczyn wskazanych wyżej tego wyniku nie należy brać pod uwagę. Pozwolę sobie jednak zauważyć że nie ów symboliczny spadek THD (w warunkach w których nie występuje obcinanie) jest istotny, lecz bardzo wyraźny spadek zawartości wyższych harmonicznych. W obecności C306 opadają one powoli, jeszcze w okolicach 10kHz mieszczą się w przedziale -80 do -90dB, dopiero gdzieś przy 50kHz opadają poniżej -100dB. Bez C306 wykres zniekształceń opada niemal liniowo, i tak przy 10kHz plasują się one w okolicach -100dB, powyżej zaś 50kHz toną w szumach na poziomie -120dB. Komu teoria sygnałów nie jest zupełnie obca - bez trudu skojarzy ów grzebień silnych harmonicznych wysokiego rzędu z ciągiem szpilek powstających przy każdym przejściu przez zero sygnału na wyjściu wzmacniacza wyposażonego w standardową korekcję częstotliwościową. Usunięcie C306 sprawia że szpilki znikają, w konsekwencji znacznie maleją też harmoniczne najwyższych rzędów.

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.

A w tej oto mianowicie:

Rzeczywiście z przedstawionych wykresów widma zniekształceń wynika, że UL1481 rewelacyjny nie jest. Jest nawet wyraźnie gorszy od bidaka, i tu przyznam że przeceniłem go. Dotąd nie miałem okazji sprawdzić go metodą kompensacyjną, która być może pozwoliłaby wykryć powód, dla którego zniekształcenia są tak znaczne. Mogą wynikać stąd że scalone boczne tranzystory pnp miały dużo gorsze parametry niż scalone tranzystory npn, praktycznie równoważne elementom dyskretnym. Wprawdzie po scalonej parze Sziklayego pnp-npn oraz scalonej parze Darlingtona npn - npn jakie występują w scalonych wzmacniaczach mocy należy spodziewać się mniejszej rozbieżności wypadkowych bet niż po bida-komplementarnym zestawie BC177A-BD354B oraz BC354C, ale tragicznie złe właściwości częstotliwościowe scalonego bocznego tranzystora pnp przesądzają o wyniku. Innym źródłem zniekształceń w układach scalonych może być objęcie bootstrapem wszystkich źródeł prądowych, także tych zasilających stopnie wstępne. Źródła te, pozbawione przecież rezystorów emiterowych wykazują znaczną przewodność, tym samym do stopni wstępnych przedostają się przez nie przebiegi których być tam nie powinno. Wreszcie, scalone rezystory, zwłaszcza te o większych rezystancjach o przekroju zwężonym w kierunku pionowym metodą dyfuzji emiterowej są elementami wyraźnie nielinowymi, odpowiadającymi przewodzącemu kanałowi tranzystora JFET. Taki rezystor użyty w obwodzie sprzężenia zwrotnego mającego zredukować zniekształcenia elementów aktywnych - sam wprowadzi własne zniekształcenia. Chyba nieprzypadkowo scalone końcówki wyższej jakości, poczynając od TDA2020 nie zawierały tych rezystorów, dołączało się je z zewnątrz.

http://www.forum-trioda.pl/viewtopic.ph ... 24#p356124
Radzę jednak zwrócić uwagę na to kiedy tak pisałem. To było bezpośrednio po tym jak dotarły do mnie pierwsze hiobowe wieści jaki to tragicznie zły ma być UL1481. Niebawem jednak przebadałem go osobiście, w tym także po usunięciu owego feralnego C306, i zmieniłem zdanie na jego temat. Na korzyść.

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...

Przecież projekt mojej płytki dla UL1481 (a nawet dwóch)
nie jest żadną tajemnicą:


Pragnę zwrócić uwagę na jeden szczegół: elementy obu kanałów zmontowane są symetrycznie względem środka płytki. To umożliwiło skrócenie połączeń do minimum.
Czy jednak nie obrażasz przypadkiem konstruktorów zacnej skądinąd firmy SGS? Czy to na pewno oni wypuścili taki badziew?

Jako żywo przypomina mi to inne dzieło PMT, które również przedstawiałem

[Tomek Janiszewski]

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".

A jakie to warunki odpowiadają za szczególnie wysoki poziom zniekształceń IMD? Nieliniowości wysokiego rzędu! A więc gdy na sygnale sinusoidalnym widoczne są szpilki, to się należy spodziewać wysokich zniekształceń IMD, nawet gdy THD jest jeszcze do przyjęcia.

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)

Rozumiem że moc podawana w tabelkach była liczona jako suma mocy sygnału 250Hz i 8kHz? Jeżeli tak - to warto mieć świadomość jak dodają się wówczas moce i wartości szczytowe napięć. I tak o ile moc 4W w obciążeniu 4 omy wytworzy sygnał sinusoidalny o wartości szczytowej 5,66V, o tyle aby uzyskać taką samą moc przy sygnale złożonym z dwóch sygnałów o różnych częstotliwościach i wartościach szczytowych w stosunku 4:1 potrzeba złożonego sygnału o wartościach szczytowych 5,488V i 1,372V poszczególnych sinusoid, co daje wartość szczytową 6,86V tj o przeszło 1V większą niż przy czystym sygnale sinusoidalnym o tej samej mocy. Oznacza to że wzmacniacz przesteruje się przy sygnale złożonym wcześniej. Sinusoidalny sygnał o wartości szczytowej 6,86V wytworzyłby w obciążeniu moc 5,88W, a przy tej mocy przesterowanie wzmacniacza z UL1481 byłoby bardzo prawdopodobne. Jeszcze bardziej niekorzystna sytuacja zaistnieje przy sygnale złożonym z dwóch sinusoid o jednakowych amplitudach. Do uzyskania mocy 4W potrzeba sygnału o amplitudzie każdej ze składowych równej 4V, tj 8V co dla sygnału pojedynczego odpowiadałoby mocy 8W. Tym razem silne przesterowanie wzmacniacza jest już całkowicie pewne, skoro przesterowywał się już przy 6W mocy sygnału sinusoidalnego. Tylko czy wykonujący pomiary miał tego świadomość, skoro i tym razem żadnego komentarza nie przedstawił, poza stwierdzeniem że "nie da się tego przełknąć"? Bo też istotnie zniekształcenia IMD przy mocy wyjściowej 4W są absolutnie nie do przyjęcia.

Po usunięciu kondensatora C306

A może, skoro poszło się już w tak wysokie częstotliwości - wskazane byłoby sprawdzić czy nie da się znaleźć jeszcze lepszej metody korekcji częstotliwościowej? Np. zmniejszyć jeszcze bardziej C307, włączyć niewielki rezystor w szereg z nim, włączyć szeregowy dwójnik RC między wejście a końcówkę USZ układu scalonego (tzw. wejściowa korekcja częstotliwościowa, bardzo korzystna ze względu na zniekształcenia TIM, o ile one w ogóle powstawały, bowiem nie obciąża ona stopnia wejściowego pogarszając SR lecz przeciwnie: chroni go przed przesterowaniem przez szybko narastające przebiegi). Nie zajmowałem się tym, ponieważ położyłem akcent na zniekształcenia typu statycznego, badane przy częstotliwości 1kHz, jednak gdy się oczekuje jak najlepszych parametrów pod każdym względem - próba takiej optymalizacji byłaby jak najbardziej na miejscu. Ale po co, prościej było napisać że UL1481 jest "marny"...

producent zalecał stosowanie obu kondensatorów, co miało zapewniać układowi bezwarunkową stabilność pracy przy typowych parametrach obciążenia

Czyli jak to się zwykło było mówić - "przy współpracy z trudnymi zespołami głośnikowymi"? A może czas najwyższy uznać że to właśnie takie "trudne" zespoły głośnikowe są marne, bez względu na to że miliony much nie mogą się mylić?

[Alek]

próba. test łącza. -0- x^2+5x+9

[Romekd]

?

[Alek]

Powyższa próba dowodzi możliwości wielokrotnego edytowania postu już po tym, jak ktoś na niego odpowiedział. Oznacza to. że odpisywanie na posty może niekiedy nie mieć sensu, jeśli dyskutant wielokrotnie zmienia treść. Wtedy odpowiedź może sprawiać wrażenie nielogicznej. To istotne dla działania forum.

[alpher]

Uff, i pomyslec ze ta "dyskusja" dotyczy niszowego tematu w niszowej nawet w tamtych latach PRLu kategorii wzmacniaczy wbudowanych w magnetofon.
Naprawde strach pomyslec co by sie dzialo gdyby dyskusja zachaczyla o bardziej kontrowersyjne tematy, nie daj Boze polityke.
Bez siekiery i gazrurki pewnie by sie nie obeszlo. ( tu dodalbym ale cos czuje ze nie zupelnie by byl na miejscu).

[rezerwa]

Na podstawie tych 2 letnich pomiarów niech teraz mądra głowa wskaże jakiś ogólnodostępny przyzwoity, z przystępną ceną wzmacniacz scalony, który dziś w roku 2021 godnie zastępuje te ponoć liche konstrukcje jak UL1481, UL1440, czyli nie ma niedociągnięć wzmaków z lat 70-80-90.
Co dziś ogólnodostępnego, scalonego przyzwoitego? I nie wdepniemy na minę typu malowanka.
Mile widziany wachlarz kostek z mocą wyjściową 1W do konstrukcji przenośnych, do tych powiedzmy 30W, które warto dziś wstawić sobie do układu, aby nie pojawił się na horyzoncie jakiś mierniczy i stwierdzi "cóżeś baranie wstawił za badziewie do układu!".

[Alek]

Każda epoka ma swoje rozwiązania, które po latach łatwo jest wyśmiewać. Kiedyś były tuby gramofonów nagłaśniały nagrania z wałków woskowych. Dostępne nagranie głosu Bella jest niewyraźne, ale na tamte czasy stanowiło rewelację.
Układy wzmacniaczy serii UL mają około 45 lat. One też kiedyś były rewelacją (jak na tamte czasy).
Ale to było 45 lat temu. W elektronice to cała wieczność.