Topologie Federmann
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: Topologie Federmann
- Zobrazení: 8065
Úvod
V článku Dynamická saturace, příčina Tranzistorového zvuku! jsem popsal děje odehrávající se ve vstupní diferenciální dvojici. Originální popis jsem publikoval v Federmann Bohumil. Tranzistorový zvuk a počítačové simulace příčin jeho vzniku. In Perspektivy elektroniky 2009 : 26. 3. 2009. Rožnov pod Radhoštěm : SŠIEŘ R.p.R., 2009, s. 19-25. ISBN 978-80-254-4052-0. Přestože byl text vydavatelem omezen na pouhých 8 stran, je z něj dostatečně patrné, že zásadní vliv na vlastnosti zesilovače má vstupní diferenciální napětí, které je nepřímo úměrné rezervě zisku. Rezerva zisku je dána zesílením otevřené smyčky, uvědomíme-li si, že následuje zlom a zesílení klesá se strmostí 20dB/okt, je tímto zesílením otevřené smyčky limitován i mezní kmitočet. Mnohé bylo popsáno i v článku Hi-Fi zesilovače a milníky jejich topologii
Převodní charakteristiky
Převodní charakteristiky vstupní diferenciální dvojice s BJT vs. FET tranzistory mluví samy za sebe. Podíváme-li se na vodorovnou osu s vynesením symetrického vstupního diferenciálního napětí, pak je hned na první pohled patrné, že pokles zesílení BJT tranzistoru je mnohem významnější jak pokles u FET tranzistorů.
Linearita vstupní diferenciální dvojice s BJT vs. FET tranzistory
Linearita vstupní diferenciální dvojice s BJT vs. FET tranzistory je s uvedených grafů patrná. BJT či-že bipolární tranzistory se již při vstupním diferenciálním napětí řádu jednotek mV dostávají do nelineární oblasti, kde dochází krom poklesu zesílení a zkreslení signálu i ke křížové modulaci všech přítomných kmitočtů, kdežto FET či-že polem řízené tranzistory mají tuto hranici mnohonásobně vyšší.
V konečném důsledku jsou zesilovače osazené na pozici vstupní diferenciální dvojice MOS FETy mnohem méně náchylné ke vzniku nežádoucích křížových modulací, což se rovněž projeví i v konečné kvalitě zvuku, v kombinaci s menším zkreslením, nemůže být lepší volba, což je jeden z důvodů, proč zesilovače HQQF krom extrémně vysokého zisku otevřené smyčky, bývají většinou osazeny J-FETy.
Závěr
Popis Dynamické saturace rázem změnil pohled na vstupní diferenciální dvojici a zesilovače jako celek, konkurence rázem překotně překopává své zesilovače na J-FETy a zbytek osazuje rychlými tranzistory, přitom zapírá a zapírá, popírá 50let slepé cesty a maže všechny stopy.
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: Topologie Federmann
- Zobrazení: 7110
Úvod
Po nekonečné řadě poslechových testů, by se zdálo, že již není kam pokročit a cesta k hledání ztracených detailů se tak postupně ztrácí, opak je však pravdou. Několik detailů z nekonečné řady poslechových testů bylo zadokumentováno v článcích:
Následovala jistá informační odmlka, což však neznamenalo, že by se na kvalitě zesilovačů dále nepracovalo, že by se dále netestovalo a neposlouchalo.
Ohlédnutí
V článku Dynamická saturace, příčina Tranzistorového zvuku! jsem popsal děje odehrávající se ve vstupní diferenciální dvojici
Originální popis jsem publikoval v Federmann Bohumil. Tranzistorový zvuk a počítačové simulace příčin jeho vzniku. In Perspektivy elektroniky 2009 : 26. 3. 2009. Rožnov pod Radhoštěm : SŠIEŘ R.p.R., 2009, s. 19-25. ISBN 978-80-254-4052-0. Přestože byl text vydavatelem omezen na pouhých 8 stran, je z něj dostatečně patrné, že zásadní vliv na vlastnosti zesilovače má vstupní diferenciální napětí, které je nepřímo úměrné rezervě zisku.
Rezerva zisku je dána zesílením otevřené smyčky, uvědomíme-li si, že následuje zlom a zesílení klesá se strmostí 20dB/okt, je tímto zesílením otevřené smyčky limitován i mezní kmitočet. Mnohé bylo popsáno i v článku Hi-Fi zesilovače a milníky jejich topologii
Konkurence jako ozvěna?
Konkurence se rázem začala chovat jako ozvěna, brzy pochopila, že vřazení emitorových odporů vstupní diferenciální dvojici problém jen přesune dále do struktury zesilovače, rozumnější je na vstupu použití J-FETů, které mají výrazně menší závislost poklesu zesílení na vstupním diferenciálním napětí. Tak se stalo, že se začaly vstupní části zesilovačů hromadně předělávat na J-FETy. Časová návaznost osvícení jejich konstruktérů s popsáním Dynamická saturace je však čistě náhodná.
Popsání Dynamická saturace ukázalo i na nutnost výrazně větší šířky pásma. Tak se rovněž stalo, že se začaly části zesilovačů hromadně předělávat na rychlejší tranzistory. I zde časová návaznost osvícení jejich konstruktérů s popsáním Dynamická saturace je čistě náhodná.
HQQF vždy o krok napřed
HQQF jako vždy o krok napřed. Vylepšování samotného koncového stupně se dostává do stavu, že další zlepšení je neúčelné, ukazuje se, že je třeba jít cestou, zlepšováním podmínek pro samotný zesilovač. Nejvíce nežádoucích rušení přichází se zdroje, proto byla veškerá snaha o zlepšení nasměrována na napájecí části zesilovače, ukázalo se, že je zde opravdu co zlepšovat. Ukázalo se, že zde nepomohou žádné drahé pračky, když značná část rušení vzniká při usměrnění síťového napětí, přímo v samotném zesilovači.
Nástup řady 507
Jak bylo zadokumentováno v článku HQQF-55-507W v detailech podruhé, byly u této řady požité v napájení rozkmitového stupně i pro hlavní napájení velmi účinné filtry, které jsou rovněž originální konstrukce, jsou popsané v článku Síťový filtr HQQF-55-207a pro hi-fi zesilovače.
Jako další krok k dokonalosti byl vyvinut filtr síťového napájení popsaný v článku HQQF-55-208 Řízení zdroje, střídavý a ss síťový filtr. Jde další unikátní řešení, kde je v cestě síťovému transformátoru předřazen nejenom filtr, ale také filtr stejnosměrné složky s kondenzátory 40F.
Poslechové testy mnohé napovídají
Poslechové testy stále více ukazují, že zvuk HQQF se stále více od konkurenčních zesilovačů liší, přitom v samotné funkci koncového stupně nedošlo k žádným změnám, dokonce starší verze 506, je při novém napájení zvukově taky někde jinde. Testováno bylo s mnoha konkurenčními stroji a na mnoha dalších různých komponentech, značná část poslechu byla v akusticky upraveném prostoru, zbylá část v prostorách na které byli jejích majitelé dokonale zvyklí.
Postupně se více či méně ukazuje, že les harmonických vznikajících při Dynamická saturaci, podpořený lesem harmonických z napájení, je v konečném zvuku slyšet, potlačením tohoto nežádoucího zvuku, se výrazně zvětší rozdíl ve zvukovém projevu mezi zesilovači. Na tyto změny reaguje každý po svém, pro někoho jsou přínosem, někomu se naopak podbarvovaný zvuk líbí.
Rozdíly je nutno hledat v detailech, čím menší detail tím větší rozdíl, značné rozdíly jsou pozorovatelné například v sykavkotvorných částech řeči, některé zesilovače si samy umí sykavky vyrobit a když je lepší zesilovač nevytvoří, pak mohou někomu sykavky dokonce chybět. Jiné zesilovače takové detaily jen rozmažou, pak se muže zvuk dokonce jevit jako libozvučnější, neboť zvukový projev je podobný chóru.
Hledání ztracených detailů
Hledání ztracených detailů se tak stává mnohem složitější nežli by se mohlo zdát, chce to poslouchat a poslouchat, jen tak se dá dobrat správného výsledku a najít dokonalejší a věrnější zvuk. Jak HQQF ukázal, nalezení cesty k dokonalosti vyžaduje dlouhé hodiny poslechu, srovnávání různých detailu a nalezení toho zvuku, který je blíže originálu, ten však nemusí být právě ten, který se více v daný okamžik líbí. Zdlouhavost je často poznamenána i tím, že je posluchač na ten či onen zesilovač zvyklý, chvíli mu může trvat, než si na zvuk jiného zesilovače alespoň částečně navykne a na jejich srovnání se časem stane více připravený.
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: Topologie Federmann
- Zobrazení: 9417
Úvod
Korekční zesilovače pro gramofonovou přenosku jsou nekonečné téma, od jejich charakteristik popsaných v článku MC a MM přenosky nejenom RIAA standardy přes použité aktívní prvky, až po dilema zda použít aktivní zpětnovazemní či pasivní zapojení. Po článku Bezkonkurenční MM/MC předzesilovač přichází jeho pokračování, které by mělo prozradit o připravovaném předzesilovači něco více.
Popis
V textu Bezkonkurenční MM/MC předzesilovač byl již zveřejněn náznak zapojení, spíše s ohledem na sled časových konstant. V této části textu je ukázka důležitosti použitých prvků a použité topologie, která je rozhodující pro výsledné vlastnosti předzesilovače a tím předurčuje i jeho použitelnost pro tu či onu přenosku.
Zapojení Topologie Federmann klade jako vždy důraz na pracovní boby, jejich stabilitu, lineárnost a v tomto případě je značný důraz kladen na šumové vlastnosti.
Šumové vlastnosti
Zapojení HQQF-55-516-RIAA Topologie Federmann bylo navrženo s ohledem na minimální šum, který se podařilo stačit až na neuvěřitelnou hodnotu menší než 0,3nV/√Hz.
Při RIAA charakteristice s přenosem +60dB při 1kHz, je výsledný šumový výkon bezkonkurenčních cca 40µV. Což znamená, že při vstupním napětí MC přenosky 400µV získáme výstupní napětí 400mV s vlastním šumem předzesilovače 40µV, tedy poměr signál/šum neuvěřitelných 80dB. Obdobně pro MM přenosku s napětím 4mV získáme výstupní napětí 4V s vlastním šumem předzesilovače stejných 40µV, tedy poměr signál/šum neuvěřitelných 100dB.
Přenosové a fázové vlastnosti
Zapojení HQQF-55-516-RIAA Topologie Federmann bylo navrženo i s ohledem na přenosové a fázové poměry a chování jednotlivých tvarovacích článků. Každý filtr pracuje jako pasivní bez zatěžovacího odporu, každá kapacita je polarizována. Vstup je zapojen jako symetrický, stejně tak výstup, samozřejmě s možností nesymetrického připojení.
Sestavení HQQF-55-516-RIAA
Jako všechny výrobky s označením HQQF, bude i tento předzesilovač HQQF-55-516-RIAA sestavován dle konkrétního přání zákazníka, na konkrétní gramofonovou přenosku typu MC či MM.
Pro povýšení šumových vlastností předzesilovače pro MC přenosku na šumové vlastnosti MM přenosky je možno použít MC step-up transformátor, který převede nízké napětí na napětí vyšší, kde bude pro šum rozhodující ne šum předzesilovače, ale šum impedance vstupního 47kΩ odporu.
Závěr
MC/MM RIAA předzesilovač HQQF-55-516 Topologie Federmann byl navržen tak, aby odstranil řadu nedostatků v současné době vyráběných předzesilovačů, čímž se řadí k absolutní špičce a aby byl absolutní špičkou se vším všudy, bude sestaven do skříně, která je rovněž absolutní konstrukční třešničkou, ale ta bude představena až v konkrétní podobě, až při představení předzesilovače.
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: Topologie Federmann
- Zobrazení: 14013
Úvod
Korekční zesilovače pro gramofonovou přenosku jsou nekonečné téma, od jejich charakteristik popsaných v článku MC a MM přenosky nejenom RIAA standardy přes použité aktívní prvky, až po dilema zda použít aktivní zpětnovazemní či pasivní zapojení.
RIAA standard
Nejdříve si připomeneme RIAA standard, který je definován třemi časovými konstantami:
-
τ1=3180µs
-
τ2=318µs
-
τ3=75µs
Zapojení
Pro sestavení naprosto dokonalého předzesilovače jsem zvolil symetrické zapojení s pasívními prvky v signálové cestě s patřičnými časovými konstantami rozdělenými na τ1=3180µs spolu s τ2=318µs a následně τ3=75µs.
Zapojení je vždy koncipováno pro MM přenosku (Moving Magnet - Pohybující se magnet), tedy pro její výstupní napětí 2÷5mV, pro MC přenosku (Moving Coil - Pohybující se cívka) s výstupním napětím 100÷500µV není účelné dále na úkor šumu předzesilovače zvyšovat jeho citlivost a nezbývá než použít bezšumový převod mezi MC/MM přenoskpou pomocí předřazeného step-up transformátoru.
HQQF-55-512_RIAA bez celkové ZV
Jednou z možností jak dosáhnout naprosto špičkového RIAA předzesilovače je použití symetrického elektronkového předzesilovače HQQF-55-512 bez celkové ZV. Charakteristiky jsou známy, ale konkrétní zapojení ponechám až na konkrétní představení.
HQQF-55-515_RIAA bez celkové ZV
Další možností jak dosáhnout naprosto špičkového RIAA předzesilovače je použití polovodičového symetrického předzesilovače HQQF-55-515 bez celkové ZV.
Závěr
Obě zapojení topologie Federmann, jak elektronkové HQQF-55-512_RIAA bez celkové ZV s elektronkami E88CC tak i HQQF-55-515_RIAA bez celkové ZV s polovodiči a jejich šumovým napětím menším jak 0,7nV/√Hz jsou naprosto unikátní a splňují požadavky na ty nejdražší přístroje tohoto účelu.
Obě zapojení jsou vždy sestaveny na konkrétní typ MM či MC přenosky. Pro použití MC přenosky jsou navíc použity step-up transformátory, jejichž cena může přesáhnout i 5000 US $!
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: Topologie Federmann
- Zobrazení: 14260
.
Úvod
Po článku HQQF-55-507W v detailech a HQQF-55-507W nejvyšší řada zesilovačů Topologie Federmann s IXYS MegaMOSFETy je načase představit další detaily.
.
.
Pohled na frekvenční charakteristiku
.
Několik pohledů na dvou párový modul
.
.
.
Měření zvlnění před filtrem, amplituda 38mV
.
Měření zvlnění za filtrem, amplituda 10mV
Na naměřeném průběhu je znatelné potlačení vyšších harmonických, zůstává dominantní 100Hz základní harmonická.
.
.
Spektrální analýza zvlnění před a za filtrem
Na animovaném měření spektra napájení rozkmitového stupně, je dobře znatelné potlačení o cca 10dB celkem, výrazně více je to u vyšších harmonických se kterými si každý zesilovač hůře poradí, na 5. harmonické, tedy 500Hz je to již o 30dB, zůstává dominantní základní harmonická 100Hz, jejichž potlačení zesilovačům nečiní větších potíží. O použitém filtru Federmann se dá dlouze diskutovat, ale naměřené výsledky jsou pro zesilovače znatelným přínosem a jsou tak neoddiskutovatelné.
.
.
Závěr
Co říci závěrem, snad jenom to, že zesilovače Topologie Federmann řady HQQF-55-507W jsou vrcholem zesilovačů s celkovou zpětnou vazbou, jako jediné řeší dostatečnou rezervu zisku a tím i malé zkreslení, fázové poměry a potlačení rušivých napětí, jako jediné mají řešeno proudové omezení pro každý tranzistor samostatně, disponují symetrickým vstupem a hlídáním stejnosměrného napětí na výstupu, použitím MOS technologie se velmi blíží zvuku elektronek, což se pozná ve výškách, které nejsou plechové a ostré jako u konkurenčních zesilovačů, na rozdíl od elektronkových zesilovačů mají však dostatek energie i při nejnižších kmitočtech. Poslechový vjem je nepopsatelný, prostě se musí zažít, zesilovače Topologie Federmann řady HQQF-55-507W se musí slyšet.
