P3A-Rod-Elliott vs EL34-Push-Pull. Analiza si sinteza, putere si distorsiuni cu si fara reactie negativa

[gsabac]

Propun sa facem o comparatie intre cele mai simple scheme de amplificatori de audiofrecventa cu

 tuburi electronice cu vid si echivalentele lor cu tranzistori, urmarind amplificarea, distorsiunile, randamentul,

 influenta clasei de functionare, etc.

 

Pentru inceput am ales doua scheme reprezentative care pot livra o putere de circa 50 de wati in sarcina.

 

Schema amplificatorului in contratimp cu EL34 (6CA7)

 

Schema amplificatorului in contratimp Rod Elliott

 

Nu mi-am propus sa declansez un "razboi" de aceea, ar fi corect sa dezbatem performantele

 comparative,  avantajele si dezavantajele, datele tehnice, detalii constructive, pret, fiabilitate, etc.

 

Succes !

 

@gsabac

 

 

 

 

[donpetru]

Va recomand sa faceti o comparatie pe baza unor rezultate practice, inclusiv testari cu diverse forme de unde (sinus, rectangular, triunghiular) pe o banda cat mai larga de frecventa, care sa depaseasca usor spectrul audio (sa zicem un max. 50kHz) doar pentru o mai buna comparatie. Desi cred ca intuiti care va fi castigatorul, e bine totusi sa treceti prin toate etapele necesare pentru a pune in evidenta toate aspectele problemei care vor fi de interes in topic.

[zal]

M? tem c? se compar? mere cu pere inutil ?i vor fi indu?i ?n eroare cititorii f?r? experien??. Poate singurul criteriu clar va fi puterea la ie?ire.

La ampliful cu l?mpi, schema e doar simulat?, are valori prea mici la cond de cuplaj ?i e sabotat? cu al?i cond ?n plus. Nu folose?te reac?ie, ceeace e un plus de dinamic? ?i band? audio. Performan?ele ei nu depind at?t de l?mpi c?t de trafo de ie?ire, ?n acest caz de circa 3,5k Raa, iar defazorul catodin? exist? azi ?ntr-o variant? modernizat? ce permite simetrizarea corect? nu generic? ca ?ntr-unul ptr chitar?. Io a? fi ales un defazor simetric diferen?ial. 6CA7 nu e 100% EL34 la to?i produc?torii ?i simulatorul e u?or de p?c?lit.

...........

P3A are o schem? primitiv? de nivelul anului 1970, cu re?ea bootstrap ?i are reac?ie f?r? de care e ?n b?l?rii. Configura?ia Sziklai e cunoscut? ca instabil? ?i se folose?te mai rar. Io a? fi ales o schem? total simetric? cu etaj final normal. ?n plus, ampliful are 4 etaje, fa?? de cel cu l?mpi care are 3 etaje.

...........

Exist? o gr?mad? de alte scheme cu l?mpi ?i silicoane de calitate, produse ?n serie ?i ale c?ror date ?i documenta?ie se g?sesc. Ptr o compara?ie corect? se aleg amplifuri cu num?r egal de etaje ?i ie?iri prin trafo. Exist? amplifuri cu silicoane ?i trafo la ie?ire - McIntosh. Cum firma produce ambele game de amplifuri are ?i testele cele mai pertinente. Ce ?ncerc?m noi aici cu scheme de doi lei? Avantajele ?i dezavantajele ambelor categorii se cunosc bine de juma de secol, de c?nd au ap?rut trz ?i s-a sperat ?n performan?e superioare, care nu au fost atinse, doar au rezolvat produc?ia de aparate ieftine. Asta e explica?ia revenirii ?n for?? a l?mpilor. Detaliile constructive s?nt individuale de la caz la caz, ca peste tot, aceea?i schem? poate da na?tere la mii de amplifuri diferite fizic. Pre?ul ?i fiabilitatea s?nt criterii subiective c?nd vine vorba de publicul ales. Melomanii ?i o parte a audiofililor vor alege l?mpile ptr sunet, ceilal?i silicoanele.

Poate ar fi mai instructiv compararea a dou? amplifuri ?n clas? A cu un singur element de putere la ie?ire (zise Single Ended). Acolo se pot folosi ?i trz mosfet.

Editat Iulie 6, 2016 de zal

[viobio]

C7 22nf ,ingusteaza banda de frecventa ,100nf este o valoare acceptabila.

C6 22nf,cond de cuplaje intre etaje,ingusteaza banda de frecventa,150..220nf o valoare buna pt C6.

C4,C3 condensatori de cuplaj cu finalele,valori prea mici ,470..680nf sunt valori care pot asigura toata banda audio.

C8 680nf,aceasta valoare creste amplificarea etajului dkar pentru frecvente adio foarte inalte.

R2,R4 100K ,au valori prea mici,asta deranjeaza defazorul,uzual se folosesc valori de 390K..470K.

Sunt curios de Raa.

 

La schema cu tranzistori,sunt curios daca mai functioneaza daca o sa scoateti din schema R5.

Editat Iulie 7, 2016 de viobio

[gsabac]

Avem date valoroase de la @donpetru, @zal si @ viobio, care au propus valori noi pentru condensatori, in schema cu tuburi.

Si observatia ca C6 se foloseste pentru cresterea frecventelor inalte este corecta, eu am vazut-o din simulare

 si nu am inteles de ce a fost introdusa valoarea de 680nF, impreuna vom alege valoarea corecta.

Schema cu tranzistori functioneaza ireprosabil de la -10^oC la 85^oC fara reactie negativa, deci fara R5 si are performante foarte bune.

Bineinteles ca am folosit metode locale de stabilizare cu temperatura si cu tensiunea de alimentare.

Dar totul trebuie sa aiba un inceput si m-am hotarit pentru etajele de amplificare de nivel mare (driver) in clasa A cu tuburi si cu tranzistoare.

Am ales o trioda din 12AU7(~ECC82) si un transistor 2N5551 in aceeasi configuratie.

 

Acum voi prezenta unele date despre modulul cu 12AU7(~ECC82).

Datele de catalog sunt prezentate mai jos.

Am subliniat configuratia alimentata cu 300V la 3,65mA curentul anodic.

Amplificarea este 13,5 si la un nivel de iesire de 43Veff (RMS) adica 121Vvv, distorsiunile sunt de  6,5%, date de producator.

Pentru calculul distorsiunilor la nivele mici, am realizat o schema simpla de simulare cu amplificarea Au=10 si care sa aiba aceleasi 

 distorsiuni la 43Veff ca in foaia de catalog, adica 6,5%. Nivelul de intrare in acest caz a fost de 6Vv pe care l-am scazut progresiv

 la 1,41V, apoi 141mV si in final pina la 14,41mV si am facut trei diagrame complete prezentate mai jos.

Schema de lucru este urmatoarea:

 

Pentru verificare am simulat pentru nivelul din catalog si am obtinut urmatoarele date:

 

Pentru veridicitate si studiu de grup am postat si fisierele complete pentru simulare.

Puteti face studii valoroase, pe care probabil nu ati avut timp sau posibilitaatea sa le faceti. In acest mod 

 veti studia la propriu si veti avea cunostinte din experienta proprie, nu numai din citite auzite si vazute.

Daca sunt doritori de ecuatii matematice va rog sa apelati.

In postarile viitoare voi continua cu nivelele mai mici si cu etajul similar cu transistor.

Nu vreau sa muncim, ca in final sa facem comparatia ca intre Leu si Tigru, care este mai puternic.  Ar fi bine  sa discutam

  metodele tehnice si artificiile realizate de maestri, pentru imbunatatirea performantelor tuturor tipurilor de amplificatoare.

 

Succes !

 

@gsabac

Etaje driver de nivel mare.zip

Editat Iulie 7, 2016 de gsabac

[viobio]

ECC82/12AU7 este o alegere putin nefericita ,pe acea simulare,distorsiunile de peste 6% !

ECC83/12AX7 cu Ua 400V,Ra 220K,Rg 1M,Ia 1mA,Rg' 680K ,sta mult mai bine,distorsiunile sunt de 1,1%

[gsabac]

@viobio, am ales ECC82 deoarece este un tub de succes si are performante deosebite in amplificatoarele de audiofrecventa.

Daca as fi ales ECC81 avea panta prea mare, ECC83 este un tub "pentru chitara" dupa cum au remarcat unii utilizatori.

Este adevarat ca ati ales din catalog situatia cea mai favorabila pentru ECC83, dar daca se alege tensiunea de alimentare 300V la tensiunea de 

 iesire de 43Veff, se ajunge la un rezultat similar cu ECC82. Aceasta este o situatie limita, pentru triode in general, la semnale mari.

 

In continuare sunt exemple de simulari cu ECC82 la nivele diverse.

Pentru nivelul de intrare de 1Veff(1,41Vv) se obtine la iesire 10Veff si (14,1Vv) iar distorsiunile sunt mult mai mici, de 1,52%.

Este totusi un nivel foarte mare.

 

Pentru nivelul de intrare de 100mVeff revine 1Veff la iesire si distorsiunile scad sub 0,14%.

 

Pentru nivelul de intrare de 10mVeff se obtine 100mVeff la iesire si distorsiunile sunt deosebit de mici, 0,04%

Daca folositi simularea si modificati schema pentru ECC83, la diverse tensiuni de alimentare,

 puteti obtine date pentru acest tub.

Se poate analiza dupa diagramele FFT si tabele, raportul armonicilor pare si impare.

 

Schema de analiza pentru amplificatorul cu transistor este urmatoarea:

 

@gsabac

Editat Iulie 8, 2016 de gsabac

[viobio]

Domnul meu,toate tuburile au performante bune daca sunt folosite acolo unde le este locul ,depinde de aplicatie si unde sunt implementate.

Va spun azta din foarte multa practica ,pentru orice etaj unde exista un tub ,trdbuie gasit un PSF optim .Nu poti face un clasament intre citeva tuburi ,sa zicem ECC81,82,83,ca sound si performante audio,depinde de topologia schemei.

[gsabac]

Sunt ?ntru totul de acord cu Dvs.,  dar unii useri  doresc s? ne arate din "experien?a" lor de fi?e,

 de aceea am ales ECC82 dar si pentru ca are un zgomot redus, pe care am de gind sa il calculez

 in expunerile viitoare. Eu ca idee pot folosi orice trioda rezultatele sunt asemanatoare, deoarece

 trioda este trioda, de la Nuvistor la 10KW si nimic mai mult.

 

Ce parere aveti despre performantele la diverse nivele de intrare, distorsiuni, amplificare, forma de unda,

  componente spectrale pare si impare specifice triodei.

Doar 2 useri au fost interesati de simulare si 115 vizualizari fara replica, desi sunt foarte multi doritori de

 amplificatoare cu tuburi electronice cu vid.

 

Succes!

 

@gsabac

[zal]

Triod?, triod? dar fiecare cu curbele ?i graficele ei, nu se ob?in rezultate identice, nici m?car asem?n?toare. Compara?i 45, 47, 2A3 sau 300B cu 6S33S sau 4P1L, sau EC360, 6336, 6080... c? tot triode s?nt. Noroc c? capacit??ile interne ?i rez dinamic? s?nt diferite. ?n cazul celor mici oferta e ?i mai larg?, fiecare reprezint? o familie cu rude ptr aplica?ii militare, industriale, calculatoare, speciale, medicale, etc uneori nici nu mai seam?n? constructiv. ECC82 se folose?te mai ales ca lamp? prefinal? sau ?n etajele gen adaptor ca lamp? final?. Iar a?a zisul zgomot redus e dat de amplificarea mic?. Cu ceva efort se poate face zgomotoas? ?i ea.

[gsabac]

@zal, buna postare, poate gasim adepti sa incerce unele variante propuse de Dvs.,  dar si varianta lui @viobio cu ECC81.

Am vizionat postarile de pe Facebook, frumoase realizari ca si laboratorul prezentat.

 

Pina acum nu s-a incumetat nimeni, probabil ca topicul inca nu este suficient de elaborat, sau nu prezinta interes.

Eu am sa continui cu prezentarea amplificatorului cu un tranzistor  npn de mare succes si 50 de bani ca pret, 2N5551.

Alimentarea este la 180V, si tensiunile sunt marcate pe schema. Datorita reactiei negative locale puternica,

 performantele sunt foarte bune pentru domeniul de audiofrecventa.

Inceputul il fac cu nivelul intrarii de 7Vv ( 5Veff). Rezulta tensiunea de iesire la circa 140Vvv, distorsiuni de 1,34%.

Tranzistorii au tensiunea de saturatie de ordinul voltului, de aceea excursia la iesire este  mare, la tensiune mica de alimentare.

 

Pentru nivelul de intrare de 1Veff(1,41Vv) se obtine la iesire 10Veff si (14,1Vv) iar distorsiunile sunt mult mai mici, de 0,25%.

 

Pentru nivelul de intrare de 100mVeff revine 1Veff la iesire si distorsiunile scad sub 0,026%.

 

Pentru nivelul de intrare de 10mVeff se obtine 100mVeff la iesire si distorsiunile sunt deosebit de mici, 0,0075%

 

Bineinteles ca sunt date rezultate din simulare, dar reflecta destul de bine realitatea fizica.

Daca folositi simularea si modificati schema pentru diverse tensiuni de alimentare, puteti obtine date noi.

Puteti schimba si tranzistorul. Se poate analiza dupa diagramele FFT si tabelele prezentate, raportul armonicilor pare si impare.

 

Schema de analiza pentru amplificatorul cu transistor a fost postata la #7.

In continuare voi prezenta acelasi tip de amplificator cu transistor MOS, canal N.

In atasament se afla modulele de simulare completa in LTspice IV 2016..

 

Succes !

 

@gsabac

2N5551 driver de nivel mare.zip

Editat Iulie 9, 2016 de gsabac

[gsabac]

Urmatorul amplificator de nivel mare este realizat cu tranzistorul MOSFET, IRFU210.

Este alimentat cu 200V si scoate un nivel maxim de +/- 82V, in total 164Vvv. 

Schema este de aceeasi complexitate ca schemele precedente cu ECC82 si 2N5551 si este urmatoarea:

Schema este realizata si simulata cu Orcad Capture CIS. Datele despre performante sunt promitatoare

 si chiar mai bune decit la tranzistorul bipolar 2N5551.

 

Urmeaza simularile de nivel, FFT si distorsiuni.

 

@gsabac

[gsabac]

Am realizat 2 grupe de simulari pentru schema cu tranzistorul  MOSFET, IRFU210.

Este alimentat cu 200V si scoate un nivel maxim de +/- 82V, in total 164Vvv. 

Schema este de aceeasi complexitate ca schemele precedente cu ECC82 si 2N5551 si este in posarea #12.

Analiza pentru 6,6Veff la intrare.

Distorsiunile sunt de circa 3%.

 

Analiza pentru 1Veff la intrare.

Distorsiunile sunt de 0,01%

Fisierele de programului sunt mai greu de deschis in OrCAD,

dar daca doreste cineva sa le utilizeze le postez. 

 

La o analiza retrospectiva cu cele 3 circuite cu ECC82, @N5551 si IRFU210, cu scheme

 asemanatoare se evidentiaza performantele amplificatorului cu MOSFET, ca distorsiuni si nivel de iesire.

Schemele propuse de mine cu tranzistori, desi simple, au performante superioare deoarece beneficiaza 

 de o puternica reactie negativa locala. Tranzistorii BJT si MOSFET, au fara reactie negativa amplificari

 foarte mari, de aceea schemele sunt foarte eficiente.

Trebuie tinut cont ca este doar o simulare, dar spune si ea ceva apropiat de cazurile practice.

In legatura  cu comportarea in frecventa, prin adaugarea de componente parazite am obtinut peste

 1MHz pentru ECC82 si 2N5551.

Adaptarea in frecventa pentru IRFU210 este mai dificila. Schema asa cum este merge la 100KHz cu -3dB.

Aceasta deoarece am ales un tranzistor "jumbo" de 25 de wati, pentru un "pici" de amplificator.

 

Urmeaza teorie si calcularea matematica pentru cele trei exemple.

 

Succes !

 

@gsabac

Editat Iulie 13, 2016 de gsabac

[gsabac]

Dupa simulari este necesar sa ne relaxam cu putina teorie de nivel scazut, pentru tehnicieni si ingineri.

Amplificatorul cu trioda cu vid.

Este foarte simplu, necesita alimentarea corecta a filamentului si o tensiune anodica de alimentare de ordinul sutelor de volti.

Sunt insa si triode care functioneaza bine la citiva zeci de volti.

Schema unui amplificator simplu cu trioda, cu reactie negativa in catod este prezentata in poza.

Pentru analize si calcule se folosesc teoremele lui Thevenin si Norton, care in acest caz simplifica schema.

Teorema lui Thevenin: Un generator de curent in paralel cu o rezistenta este echivalent cu un generator

                                       de tensiune cu o rezistenta in serie. Si inversa este adevarata si se numeste

                                       teorema lui Norton.

Exemplul de calcul se refera la tubul ECC82. Datele de calcul au fost interpolate de pe curbele caracteristice

 ale tubului din figura.

 

Pentru celelalte tipuri de tuburi se procedeaza similar.

 @gsabac

Editat Iulie 15, 2016 de gsabac

[gsabac]

In continuare putina teorie si rezultate obtinute din calcule pentru tranzistorul cu jonctiuni.

Amplificatorul de joasa frecventa cu tranzistor.

Schema este similara cu a amplificatorului cu trioda, dar spre deosebire de trioda cu vid, rezistenta interna C-E a tranzistorului

cu jonctiuni este foarte mare si nu se ia in consideratie la calcule. Daca la trioda calculul porneste de la tensiunea

 U_GC la transistor se utilizeaza curentul din baza. Este necesar un singur parametru, amplificarea in curent.

Schema, demonstratia si calculele practice sunt aratate in poza.

 

Click pentru marire.

 

Exemplul de calcul este pentru tranzistorul NPN 2N5551 iar datele sunt luate din prospectul tranzistorului.

Pentru celelalte tipuri de tranzistori cu jonctiuni, calculul este acelasi.

Uneori in loc de o simulare pe calculator este mai eficienta aceasta metoda de calcul ca si rezultatele ei.

Relatiile matematice pot calcula amplificarea cu sau fara reactie negativa iar datele pentru transistor se iau din prospecte

  sau pur si simplu se masoara beta, la curentul continuu prin tranzistor, in punctual de functionare.

Calcule asemanatoare se fac si pentru punctul static de functionare.

 

Reactia negativa, dupa calcule, micsoreaza amplificarea de 90 de ori de la 906 la 10,4 si astfel se imbunatatesc

  toti parametrii de functionare ai schemei:

- stabilitatea termica;

- stabilitatea amplificarii;

- distorsiuni mai mici.

O caracteristica interesanta a amplificatorilor cu reactie negativa este pastrarea unor performante ridicate pina in momentul

 atingerii nivelului maxim la iesire si chiar dupa aceea.

Desi este folosit doar un singur parametru rezultatele sunt foarte aproape de realitate.

Pentru calcule mai precise se foloseste modelul Gummel-Poon, dar numai cu un program de calculator, datorita complexitatii.

 

Urmeaza calculul amplificatorului de nivel mare cu tranzistor MOSFET.

 

@gsabac

Editat Iulie 19, 2016 de gsabac