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

[cavit]

 Exista totusi diferente intre tuburi si semiconductoare fiecare cu avantajele si dezavantajele lor.

 

 La amplificatoarele liniarizate prin reactie negativa conteaza mai putin functia de transfer nativa si mai mult viteza. banda de castig si numarul polilor si al zerourilor. evident unsigur etej inseamna un singur pol si este neconditionat stabil dar este mai mult un caz teoretic, in practica nu se prea utilizeaza, este de dorit un castig in bucla mai mare amplifcatorul avand doua sau trei etaje.

 

 Teoria este una dar practica este putin diferita, este doar o aproximare mai mult sau mai putin reusita a cazului ideal.

 

 Amplificatorele cu tuburi sunt mai stabile chiar si realizate neingrijit deoarece tuburile au transconductata mica si nu prea au tendinta la instabilitate si oscilatii parazite, au totusi o limitare in realizarea structurilor simetrice, tranzistorii exista tit pnp cat si npn si canal p si canal n, la tuburi nu exista asa ceva, asta ingereuneaza realizarea reactiei in curent continuu datorita offsetului de tensiune.

 

 In principiu amplificatoarele cu tuburi se folosesc fara reactie mai mult din cauza ca e dificil de realizat in practica asa cum este dificil de realizat si cuplajul galvanic intre etaje, caracteristica de transfer aproape liniara permite functionarea fara reactie.

 

 Un alt avantaj fata desemiconductoare este zgomotul mic si impedanta de intrare mare si banada decastig mai mare.

 

 Semiconductoarele permit realizarea structurilor simetrice deoarece sunt pnp si npn si cuplajul si reactia galvanica asta nu limiteaza in jos banda de frecventa practic pot opera si in curent continuu.

 

 Dezavantajul este ca avand trasconductanta mare au tendinta la instabilitate si in caz de realizare neingrijita pot genera oscilatii parazite, uzual au zgomot mai mare si banda de catig mai mica decat tuburile.

 

 La modul general tuburile au piederi de putere reziduale mult mai mari ca semiconductoarele, de aceea nu se folosesc pentru puteri mici, dar fata de semiconductoare sunt stabile termic si pot opera le temperaturi de5-6 ori mai mari, avand necesitati de racire mult mai reduse ca semiconductorii in afara de asta rezistala radiatii.

 Totusi datorita pierderilor mari de putere cu incalzitea nu  se mai folosesc decat ca hobby sau la aplicatii speciale.

 

 

A explorat cineva semiconductorii widebandgap in audio? de exemplu carbura de siliciu are caracteristici undeva intre siliciu si tuburi, un jfet cu carbura de siliciu functioneaza asemantor unei triode si poate fi folosit cu rezultate bune ca amplificator audio in clasa A, panta e aproape liniara ca la trioda si transconductanta nu prea mare.

 

 Evident ca modele pentru amplificator cu SIC jfet sau sic mosfet in clasa A nu prea se gasesc, nu cred ca va posta cineva asa ceva.

 

 Eu am incercat cu 1 bucata dec2m0080120d direct la retea cu trafo clasic cum se face clasa A cu tetroda si functioneaza cam la fel, numa ca domeniul tensiunii la intrare pentru zona liniara este mai restrins, 1,8-5v.

 

 Deocamdata tranzistoare complementare cu carbura de siliciu nu se gasesc pentru a putea realiza un amplificator simetric cu etaje cuplate galvanic, un astfel de amplificator ar cam scoate tuburile din discutie cu un zgomot si stabilitate termica de cateva ori mai bune ca siliciu cu banda de frecventa si de10 ori mai lata si un comportament stabil.

[gsabac]

@cavit, am studiat si eu posibilitatea construirii de amplificatoare cu tranzistori MOSFET,

  canal N,cu carbura de siliciu (SiC).

Sunt atractivi deoarece au curenti si tensiuni mari, dar si tensiuni de saturatie mici.

La amplificator in clasa A cu transformator de iesire nu m-am gindit, nici la un contratimp

  cu transformator de iesire, dar se pare ca sunt foarte buni pentru aceasta.

O tensiune de alimentare de 400V, o excursie de +/- 360 de volti, cu un raport

de transformare de 4:1 se obtine 180Vvv. Nu fac socoteala mai departe,

ca ne "omoara" transformatorul  de iesire si transformatorul de retea.

Dar se poate suda cu ei la o frecventa de 400Hz, unde  transformatorul iese foarte mic.

Schema in contratimp ca pe vremea tranzistorilor cu germaniu, dar cu tranzistori MOS

  are randament mai bun si este mai usor de facut.

Vom astepta asa cum ati spus sa apara si canalul P.

 

Amplificator linear  de nivel mare cu transistor MOSFET canal N.

Schema este similara cu a amplificatorului cu trioda cu vid, dar spre deosebire de trioda cu vid,

  rezistenta interna D-S a tranzistorului MOSFET 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

  tensiunea G-S. Este necesar un singur parametru, panta.

Schema, demonstratia si calculele practice sunt aratate in poza.

 

Exemplul de calcul este pentru tranzistorul IRFU210 iar datele sunt luate din prospectul tranzistorului.

Pentru celelalte tipuri de tranzistori, calculul este acelasi, dar trebuiiesc caracteristicile.

Datele obtinute prin calculi sunt asemanatoare cu cele din simulare.

 

@gsabac

Editat Iulie 26, 2016 de gsabac

[gsabac]

Comparatie dupa analiza amplificatorilor de nivel mare

 

Am analizat trei amplificatoare similare cu trei tipuri de dispozitive, trioda cu vid,

 tranzistorul bipolar cu jonctiuni (BJT) si tranzistorul monopolar cu efect de cimp cu

 poarta izolata (MOSFET). Acesti amplificatori sunt folositi ca etaje de comanda pentru

 etajele finale cu tranzistori sau tuburi. Nivelele mari de iesire la distorsiuni mici

 sunt esentiale pentru obtinerea de performante ridicate la o buna stabilitate.

In tabel sunt datele obtinute din simularile anterioare ale acestor trei amplificatoare,

 cu tubul cu vid ECC82, tranzistorul cu jonctiuni tip NPN, 2N5551 si tranzistorul unipolar

 cu poarta izolata MOSFET, IRFU210. Pentru fiecare amplificator s-a ales o tensiune

 de alimentare adecvata.

 

.Nivelul de intrare                          14,1mVv     141mVv      1,41Vv       6Vv        7Vv

 Nivelul de iesire aproximativ        141mVv      1,41Vv        14,1Vv       60Vv      70Vv

 

                                                       Distorsiuni la fiecare nivel

ECC82                                           0,044%       0,14%         1,52%        6,6%   -----

2N5551                                          0.007%       0,026%        0,25%      -------      1,34%

IRFU210                                        0,016%       0,016%        0,011%      3%

 

Ca regula generala, la nivele mici distorsiunile sunt foarte mici, iar la nivele extreme de iesire

 cind tensiunea de la virf la virf ajunge la 120V sunt in jur de 3% pina la 6,6%.

 

Aceste rezultate pregatesc comparatia pentru inceput a unui amplificator fara reactie negativa cu

 tuburi de 50W si unul similar fara reactie negativa cu tranzistoare. La amplificatorul cu tranzistoare,

 spre deosebire de cel cu tuburi, trebuie studiat si comportamentul la diverse temperaturi

 

@gsabac

[zal]

Nici unul din amplifurile mele cu l?mpi nu are reac?ie negativ?. Numai cele cu multe etaje, amplific?ri mari ?i/sau trafo slabe folosesc.

[gsabac]

Multumesc @zal pentru precizare, este de valoare si o respect.

De aceea si eu in continuare voi posta numai despre amplificatoare fara reactie negativa, ca sa vedem

 impreuna ce se poate realiza, comparativ cu ce am obtinut. Am retinut si idea Dvs. de utilizare a unui

 etaj defazor diferential si voi trata si o schema de acest tip. Poate doriti sa postati o schema cu 3 etaje

 aleasa pentru analize, daca nu, am sa aleg eu o schema "made Zal".

 

@gsabac

Editat Iulie 29, 2016 de gsabac

[zal]

Exist? destule, dar o aleg pe asta din dou? motive: nu are cond ?ntre etaje ?i e exclusiv triode. Evident c? de c?nd a fost proiectat? p?n? azi au ap?rut stabilizatoarele de tensiune, nu mai trebuie folosite rez de balast ca ?n 1930.

[gsabac]

@Zal, mi-ati pasat doi "morti" pe care nu ii pot resuscita, asa ca am trecut la tuburi

finale mai tinere, dar tot "vintage". Triodele RCA-45 nu dau 50W cit cere tema.

Am prelucrat schema din postarea #21 cu cele doua etaje diferentiale si am pus

tuburi finale 6CA7 (pe linga EL34).

Toate tensiunile din defazor si din etajul prefinal le-am respectat.

 

@gsabac

Editat Iulie 30, 2016 de gsabac

[gsabac]

Amplificatorul cu tuburi electronice are performante bune, dar sunt multi parametri de reglat.

 Trebuie si o revize la citeva sute de ore de functionare, deoarece tuburile imbatrinesc si

asta se intimpla destul de repede la tuburile de serie. Practic cresc distorsiunile si scade

 puterea maxima de iesire.

Schema prezentata pentru studiu de @zal, a fost optimizata, pentru putere si distorsiuni minime,

 fara reactie negativa. Se folosesc doua etaje cuplate in curent continuu si un final cu EL34(6AC7).

Pentru aplatizarea curbei de distorsiuni, rezistentele din grila ecran nu sunt decuplate.

Desigur, schema este folosita la un studiu, dar se poate adapta pentru un produs finit.

Curba distorsiunilor este nesperat de buna, deasemenea puterea maxima de iesire.  Aceste date

 au fost obtinute prin reglajul fin al valorilor din schema si din structura schemei.

Datele masurate sunt urmatoarele pentru EL34 Mullard, Ua=450V Ug=-38V si Ico=50mA:

5mW      0.005%

0.4W      0.147%

2,76W    0,290%

5,5W      0.690%

11,7W    1,350%

19W       1,830%

27,7W    2,150%

51W       2,170%

68,9W    1,750%

75,5W    3,090%

77W       5,140%

  

Este interesanta aceasta evolutie a distorsiunilor care seamana foarte mult cu aceea a unui

 amplificator cu reactie negativa. De fapt aceasta se produce din cauza limitarii semnalului de iesire.

 

Urmeaza amplificatorul similar cu tranzistori, fara reactie negativa

 

@gsabac

Editat August 3, 2016 de gsabac

[gsabac]

In postare am sa prezint amplificatorul P3A si performantele sale, apoi o retrospectiva despre performantele

 amplificatoarelor prezentate.

Schema amplificatorului P3A modificat, fara reactie negativa la 27 de grade.

Datele care le-am obtinut din simulari sunt urmatoarele:

20mV                        0,07%

100mV     250mW     1,52%

200mV      1W           0,53%

500mV      6,28W      0,28%

750mV      9,82W      0.41%

1V             23,9W      0.85%

1,25V        35W         1,49%

1,6V          54W         2,74%

1,8V          64,4W      3,67%

2V              67W        4,84%

 

Pe baza lor am trasat curba de distorsiuni in functie de puterea de iesire.

Pentru o functionare stabila in functie de temperatura am fost nevoit sa micsorez amplificarea prin introducerea

 unor rezistente locale in emitori si o compensare cu diode. Nu am reusit perfect,

  dar in gama de temperaturi de la 10 grade la 75 de grade, functionarea este buna.

Schema simplificata nu are elemente de reglaj, valorile au fost optimizate prin tatonari.

Tensiunile din schema, la 75 de grade sunt aratate pe schema urmatoare:

Tensiunile sunt acceptabile ca si curentii prin tranzistori. Fata de cum era de asteptat, ca nici macar sa nu functioneze,

 de vreo "culoare" este un rezultat neasteptat de bun.

 

O mentiune speciala am sa fac pentru ambele scheme fara reactie negativa. Acolo unde sunt zonele de racordare

 a semialternantelor semnalului de iesire distorsiunile cresc brusc la tranzistori si mai lent la tuburi, dar ramin foarte mici.

Am facut masuratori speciale pentru aceste zone.

Dupa rezultate, ambele scheme sunt fezabile, nu exista deosebiri notabile, doar ca sensibilitatea schemei cu tuburi este mai buna.

In datele de catalog Mullard pentru EL34 sunt trasate curbe de distorsiuni cu "cocoase" de 3,5% la circa jumatate din putere.

La tuburi, valorile tensiunilor si curentilor anodici si de grila ecran sunt stabile cu temperatura, dar se modifica in timp.

Alegerea punctelor de functionare pentru etajele finale sunt hotaritoare in obtinerea de performante.

De aceea sunt realizatori care anunta rezultate foarte bune la tuburi sau la tranzistori.

 

Succes !

 

@gsabac

Editat August 5, 2016 de gsabac

[gsabac]

Trebuisc remarcate elementele esentiale in obtinerea de performante, schema de principiu si alegerea corecta

 a tensiunilor de alimentare si punctelor de functionare, pe linga detaliile tehnologice. Acestea sunt valabile atit 

 la amplificatoarele cu tranzistori cit si la cele cu tuburi electronice.

 

La tranzistori oarecum este mai simplu si rezultatul este garantat, se regleaza tensiunea continua la iesire

  si curentul de polarizare prin tranzistorii finali (bias) iar amplificatorul bine conceput functioneaza perfect

  intr-o gama larga de tensiuni de alimentare si rezistente de sarcina. Amplificatorul fara reactive negativa

  in contratimp cu tranzistori, nu este prezentat nicaieri, are performante similare celor cu tuburi, dar necesita

  reglaje fine si testari de anduranta si temperatura. Performantele se pastreaza in timp indelungat chiar

  zeci de ani, consumul de putere din retea este redus, amplificatorul este eficient, deci "verde".

Pretul componentelor este mic si se gasesc pretutindeni.

 

La tuburi trebuie reglat si echilibrat curentul de repaus prin finale precum si unele reglaje a tensiunilor continue la filamente. 

Schimbarea tensiunii de alimentare in afara celor recomandate de fabricant sau a rezistentei de sarcina,

  impun reglaje dificile si aparatura de specialitate, pentru obtinerea de performante optime. La tuburi vechi,

  folosite, reglajele sunt incerte si performantele indoielnice. Un avantaj al amplificatoarelor cu tuburi este functionarea 

  corecta la diverse temperaturi ambiante iar un mare dezavantaj este imbatrinirea tuburilor (400 ore),

  pentru respectarea performantelor. Consumul de putere este mare si randamentul este mic. Daca este folosit la putere

  mica este un mare consummator de energie. Piesele de calitate sunt greu de obtinut si costa foarte mult.

Pentru exemplificare am postat citeva diagrame sugestive pentru EL34, din care se vede clar cum depind distorsiunile 

 si puterea de iesire de regimul de functionare.

2xEL34, 400V polarizare fixa.

2xEL34, 430V trioda.

2xEL34, 450V polarizare in catod.

2xEL34, ultralinear la 20%.

Sunt date surprinzatoare de evolutie a distorsiunilor care atrag atentia asupra regimului de functionare.

Pentodele finale folosite ca triode dau distorsiuni mult mai mici, dar puterea de iesire poate

  sa fie si de 4 ori mai mica.

Nu am abordat amplificatorii in contratimp cu tranzistori si transformator de iesire, dar ar fi interesant.

 

@gsabac

Editat August 14, 2016 de gsabac

[leo_electro]

In ce soft ati simulat schema amplificatorului de mai sus, postarea #24 ?

[gsabac]

Mutumesc pentru interes. Schema este simulata in Orcad PSpice 9.2.

Daca doriti fisierele pentru simulare le postez in forum si daca aveti ceva experienta in manipularea programului

 si evidentierea distorsiunilor, veti reusi chiar sa imbunatatiti rezultatele obtinute de mine.

Deasemenea schema se poate redesena in orice program de simulare, Multisim, LTspice, etc. si eventual

  schimbati tranzistorii cu unii echivalenti din librariile folosite.

Secretul distorsiunilor mici fara reactie negativa, consta in etajul prefinal (driver) de calitate,

 proiectat si evaluat in postarile anterioare, comparativ cu tuburi si MOSFET.

Contributia etajului cu repetori este foarte mica si mai ales in zona de racordare, asa cum se remarca

 din postarea #24, la citeva sute de mW.

 

@gsabac

Editat August 14, 2016 de gsabac

[viobio]

Trebuisc remarcate elementele esentiale in obtinerea de performante, schema de principiu si alegerea corecta

 a tensiunilor de alimentare si punctelor de functionare, pe linga detaliile tehnologice. Acestea sunt valabile atit 

 la amplificatoarele cu tranzistori cit si la cele cu tuburi electronice.

 

La tranzistori oarecum este mai simplu si rezultatul este garantat, se regleaza tensiunea continua la iesire

  si curentul de polarizare prin tranzistorii finali (bias) iar amplificatorul bine conceput functioneaza perfect

  intr-o gama larga de tensiuni de alimentare si rezistente de sarcina. Amplificatorul fara reactive negativa

  in contratimp cu tranzistori, nu este prezentat nicaieri, are performante similare celor cu tuburi, dar necesita

  reglaje fine si testari de anduranta si temperatura. Performantele se pastreaza in timp indelungat chiar

  zeci de ani, consumul de putere din retea este redus, amplificatorul este eficient, deci "verde".

Pretul componentelor este mic si se gasesc pretutindeni.

 

La tuburi trebuie reglat si echilibrat curentul de repaus prin finale precum si unele reglaje a tensiunilor continue la filamente. 

Schimbarea tensiunii de alimentare in afara celor recomandate de fabricant sau a rezistentei de sarcina,

  impun reglaje dificile si aparatura de specialitate, pentru obtinerea de performante optime. La tuburi vechi,

  folosite, reglajele sunt incerte si performantele indoielnice. Un avantaj al amplificatoarelor cu tuburi este functionarea 

  corecta la diverse temperaturi ambiante iar un mare dezavantaj este imbatrinirea tuburilor (400 ore),

  pentru respectarea performantelor. Consumul de putere este mare si randamentul este mic. Daca este folosit la putere

  mica este un mare consummator de energie. Piesele de calitate sunt greu de obtinut si costa foarte mult.

Pentru exemplificare am postat citeva diagrame sugestive pentru EL34, din care se vede clar cum depind distorsiunile 

 si puterea de iesire de regimul de functionare.

2xEL34, 400V polarizare fixa.

2xEL34 400V fixed bias.jpg

2xEL34, 430V trioda.

2xEL34 430V triode.jpg

2xEL34, 450V polarizare in catod.

2xEL34 450V cathode bias.jpg

2xEL34, ultralinear la 20%.

2xEL34 ultralinear la 20%.jpg

Sunt date surprinzatoare de evolutie a distorsiunilor care atrag atentia asupra regimului de functionare.

Pentodele finale folosite ca triode dau distorsiuni mult mai mici, dar puterea de iesire poate

  sa fie si de 4 ori mai mica.

Nu am abordat amplificatorii in contratimp cu tranzistori si transformator de iesire, dar ar fi interesant.

 

@gsabac

La ce va referiti cind spuneti "unele reglaje la tensiunile continue de la filamente" ?

 

Nu va suparati dar afirmatia ca componentele pentru echipamentele cu tuburi sunt scumpe si greu de procurat este falsa ,exista nagazine online de unde se pot cumpara aceste componente,nu costa averi .

[gsabac]

Am mai discutat impreuna aceste probleme la topicul "Preamplificator VTA-4SMM" daca doriti reluam si detaliem.

In legatura cu preturile comunic ca un tub electronic de calitate, nou, pentru 400 de ore de functionare

 costa intre 20$ si 200$ in functie de producator iar in tara un EL34 costa intre 70 de lei si 300 lei in functie

 de calitatea piesei sau pereche. Nu mai vorbesc despre tuburile cu 2000 de ore de functionare, care sut prohibite.

Deasemenea un transformator de iesire Dynaco pentru un amplificator in contratimp costa peste 50$ plus transport.

Este adevarat ca sunt si multe ?epe, ca si la tranzistori, cu piese contrafacute, folosite sau uzate. La tuburi mai este

 problema vidului, care la unele exemplare nu mai este corespunzator, deci ar trebui masurate inainte de cumparare,

 la un catometru.

Sunt si multi producatori aparuti pe piata, deoarece este cerere, dar piesele lor sunt de calitate mai slaba.

 

@gsabac

Editat August 17, 2016 de gsabac

[viobio]

Am mai discutat impreuna aceste probleme la topicul "Preamplificator VTA-4SMM" daca doriti reluam si detaliem.

In legatura cu preturile comunic ca un tub electronic de calitate, nou, pentru 400 de ore de functionare

costa intre 20$ si 200$ in functie de producator iar in tara un EL34 costa intre 70 de lei si 300 lei in functie

de calitatea piesei sau pereche. Nu mai vorbesc despre tuburile cu 2000 de ore de functionare, care sut prohibite.

Deasemenea un transformator de iesire Dynaco pentru un amplificator in contratimp costa peste 50$ plus transport.

Este adevarat ca sunt si multe ?epe, ca si la tranzistori, cu piese contrafacute, folosite sau uzate. La tuburi mai este

problema vidului, care la unele exemplare nu mai este corespunzator, deci ar trebui masurate inainte de cumparare,

la un catometru.

Sunt si multi producatori aparuti pe piata, deoarece este cerere, dar piesele lor sunt de calitate mai slaba.

 

@gsabac

Daca circuitul de masa este configurat corect,filamentele tuburilor nu trebuiesc alimentate in CC,cel putin pentru tuburile de putere nu se preteaza asa ceva.

Alimentarea filamentelor in CC se face pentru tuburile care amplifica semnale extrem de mici,pentru a preintimpina adaugarea acelui humm peste semnal ,implicit amplificarea lui.

 

Un amplificator cu tuburi nu este pentru oticine,stiu bine ca la un moment dat se va ajunge la polemica,ce prefera unii sau altii,cum preferinta este ceva personal ,fiecare o sa vina cu argumente pro/contra,dupa mine o discutie pe aceasta tema nu are rost.

Eu in ultimii 8 ani ascult muzica aproape exclusiv pe echipamente cu tuburi,pickup+preu+amp sau cd-player+amp (am citeva cdp care au iesirile pe tuburi) ,cu toate ca am cam 700Kg de amplificatoare SS ,toate de cea mai buna calitate,am renuntat sa mai ascult pe el.

Tuburile nu cost averi,doar trebuie sa stii de unde sa le cumperi.

Editat August 18, 2016 de viobio