Předmluva

Srovnání dvou topologii či pojetí topologií je stále ožehavé téma. HQQF-55-502D vs. SPV 250, Federmann vs. Sinclair topologie zdánlivě podobné, přesto naprosto odlišné.

Topologie postavená v minulosti Sirem Clivem Sinclairem se stala pro mnohé vzorem a není divu, že po světě koluje značné množství její klonů, obdobně tomu bylo a je s topologii, kterou postavil W. Marshall Leach, Jr., Professor.

.

Topologie, kterou jsem postavil, se stala synonymem odporu výrobců zesilovačů! Každý "konstruktér" hájí jen svou topologii a vše ostatní je zavržení-hodno, každý "konstruktér" zavírá oči a nechce vidět, že vývoj tranzistoru trvá přes 60let a vývoj analogových zesilovačů stagnuje více jak 30let.

.

Úvod

Podívejme se na krátké srovnání HQQF-55-502D vs. SPV 250, Federmann vs. Sinclair. Ve srování se prozatím zaměříme na vlastnosti zesilovače bez výkonových tranzistorů, srovnání provedeme v:

• Teplotní stabilitě
• Nastavení pracovních bodů
• Frekvenčním rozsahu
• Napěťovém zesílení
• Fázové charakteristice
• Velikost napětí Udif
• Odolnost proti Tranzistorovému zvuku

Teplotní stabilita

Teplotní stabilita je odvozena od konstantních zdrojů proudů, obě konstrukce jsou si podobné.

HQQF-55-502D

Pro HQQF-55-502D je použito jako zdroj referenčního napětí diody LED vyrobené na bázi As-Ga, jejíž teplotní závislost je o málo menší než u běžného přechodu Si. V konečném důsledku se teplotní závislosti přechodu LED diody a přechodu BE tranzistoru odečtou, vykompenzují a výsledná závislost je menší jak 10%.

SPV 250

Pro SPV 250 jsou použity jako zdroj referenčního napětí dvě Si diody jejíž závislosti jsou obdobné s Si přechodem BE tranzistoru. V konečném důsledku se teplotní závislosti přechodů diod chovají jako výrazně závislejší, neboť je použit odlišný proud a dvě diody, po odečtení teplotní závislosti přechodu BE tranzistoru je výsledná závislost větší jak 100%! Hlavním důvodem tak velké závislosti je vypárování přechodu diody s přechodem tranzistoru, obdobně jako u HQQF-55-502D, ale krom toho je další diodou zanesena teplotní nestabilita, která již není ničím kompenzována.

 .

Vliv teplotní závislosti SPV 250 v rozmezí teplot 0÷80°C je alarmující, jednak je nevhodně zvolena Si dioda 1N4004, která je používána v oblasti svého kolena, nikoliv dostatečně daleko za ním.

Závislost u HQQF-55-502D není zcela přesná, neboť namísto modelu LED diody, byla použita kombinace SS zdroje 600mV a Si diody 1N4148. Pro znázornění nevypárovaného počtu teplotně závislých prvků je však výsledek dostatečně demonstrativní.

Nastavení pracovních bodů

Nastavení pracovních bodů je rovněž důležitý parametr, abychom mohli mnohé pochopit podívejme se na pracovní proudy jednotlivých tranzistorů.

HQQF-55-502D

U topologie HQQF-55-502D jsou proudy kolektorů diferenciální dvojice tranzistorů stejné jak referenční LED diodou.  Relativně velký proud kolektory diferenciálních dvojicí tranzistorů, přes 4mA přináší větší zesílení a zároveň širší oblast Udif bez poklesu zesílení. Naopak nese větší míru šumu, která však při takto silných signálech již nemá význam.

Dvojice výstupních tranzistorů má dostatečný kolektorový proud, který již dokáže budit libovolný počet výkonových tranzistorů. Zesilovač může sloužit i zcela samostatně, jako linkový či sluchátkový a pod.

 .

SPV 250

U topologie SPV 250 je proud kolektorů diferenciální dvojice tranzistorů 6x menší jak referenčními diodami. O řád menší proud kolektorem Q1, jak u T1 topologie  HQQF-55-502D, cca 0,6mA přináší značně menší zesílení a zároveň užší oblast Udif bez poklesu zesílení. Naopak nese menší míru šumu, která však při takto silných signálech již rovněž nemá žádný význam.

Dvojice výstupních tranzistorů má nedostatečný kolektorový proud, který již špatně budí komplexní zátěž, kterou představuje větší počet případně připojených výkonových tranzistorů. Zesilovač nemůže sloužit i jako linkový či sluchátkový a pod. neboť jeho výstupní impedance je značně vysoká.

.

Frekvenční rozsah

Frekvenční rozsah je závislý na počtu použitých polovodičů a jejich vlastnostech, použitých zpětnovazebních prvcích, ale také na pracovních bodech.

HQQF-55-502D

Pro HQQF-55-502D používá autor velmi jednoduchou topologii, pro dosažení větší šířky pásma jsou použity tranzistory s vysokým Ft, ale hlavně k dostatečné šířce pásma přispívají dostatečně velké kolektorové proudy jednotlivých tranzistorů.

SPV 250

Pro SPV 250 používá autor obdobnou topologii a tranzistory jako u HQQF-55-502D, ale dosažení dostatečné šířky pásma brání na spodním konci pásma malé vazební kondenzátory C5 a C7, na horním konci frekvenčního pásma je omezení v kapacitě C6. Dostatečné šířce pásma brání i velikosti kolektorových proudů Q1 a Q5.

.

Napěťové zesílení

Zde nás bude zajímat jednak napěťové zesílení v otevřené smyčce, napěťové zesílení v uzavřené smyčce a dostatek rezervy napěťového zesílení.

HQQF-55-502D

U topologie HQQF-55-502D je napěťové zesílení řešeno optimálním pracovním proudem tranzistorů T1 a T7 spolu s T2 a T8, zde již vidíme celo-symetrické zapojení, které se projeví dalšími 6dB na navýšení zesílení.

SPV 250

U topologie SPV 250 není napěťové zesílení nikterak řešeno a vychází z původních čtyřicet let starých topologii Sira Cliva Sinclaira, jako většina ostatního.

.

Fázová charakteristika

Fázová charakteristika je zcela samostatnou a značně opomíjenou problematikou. Fázová charakteristika napoví mnohé o chovaní zesilovače na krajích přenášeného pásma, zda zesilovač ještě stíhá či nikoliv. Rozfázování jednotlivých složek signálu může působit velmi nepříjemně a rušivě, tento druh zkreslení se však běžně neměří.

HQQF-55-502D

U topologie HQQF-55-502D bylo vše od prvopočátku podřízeno maximální linearitě včetně fázové pro celé přenášené pásmo a výsledek je patrný z grafů.

SPV 250

U topologie SPV 250, naopak od topologie HQQF-55-502D, konstruktér zřejmě ani netuší jak se zesilovač v požadovaném pásmu fázově chová, výsledek je rovněž uveden v grafu.

.

V detailu fázové charakteristika je zcela patrné přenášené pásmo do ±1°, které je pro topologii HQQF-55-502D v rozmezí 25Hz÷25kHz, kdežto u topologie SPV 250 se musíme spokojit s pásmem jen 750Hz÷4,3kHz, pro pásmo do ±4°, u topologie HQQF-55-502D je to již v rozmezí 5Hz÷100kHz, kdežto u topologie SPV 250 se musíme opět spokojit jen s šířkou pásma 200Hz÷12kHz.

Velikost napětí Udif

HQQF-55-502D

U topologie HQQF-55-502D bylo vše od prvopočátku podřízeno maximální linearitě, včetně fázové charakteristiky pro celé přenášené pásmo k dosažení čehož je ideálním měřítkem Udif.

SPV 250

U topologie SPV 250, platí obdobné jako u Fázové charakteristiky, ne že konstruktér zřejmě ani netuší jaký má zesilovač v požadovaném pásmu průběh Udif, ale tento průběh je záměrně znevažován. Výsledek je rovněž uveden v grafu.

.

Pokud jsme v  detailu fázové charakteristiky mohli vidět diametrální rozdíly obou topologii, pak u Udif je to ještě mnohem horší!

Pro korektnost musím upozornit že HQQF-55-502D má nastaveno zesílení jen 26dB a vstupní citlivost +6dB, kdežto SPV 250 má nastaveno zesílení 33dB a vstupní citlivost 0dB a v tomto duchu je nutno výsledek poopravit.

Udif v okolí 1kHz nám udává míru zkreslení, čím větší Udif potřebujeme, tím máme menší rezervu v zisku a výstupní signál má větší tvarovou odchylku od signálu vstupního. Nástup nárůstu Udif je u topologie SPV 250 téměř o dva řády dříve jak u topologie HQQF-55-502D!

Odolnost proti Tranzistorovému zvuku

Jednoduchým zapojením můžeme nasimulovat chování diferenciální dvojice tranzistorů a jejich závislost zesílení na přivedeném vstupním rozdílovém napětí Udif.

  .

HQQF-55-502D

U topologie HQQF-55-502D je zesílení diferenciální dvojice tranzistorů větší a šířka Udif, pro pokles zesílení o -10% představuje cca 24,6mV.

 .

SPV 250

U topologie SPV 250 je zesílení diferenciální dvojice tranzistorů menší a šířka Udif, pro pokles zesílení o -10% představuje cca 17,6mV, což je téměř o 30% méně.

.

Při přivedeném nominálním vstupním napětí  dojde k poklesu zesílení diferenciální dvojice tranzistorů o 10% a tím k úměrnému nárůstu zkreslení, pro HQQF-55-502D (vstup +6dB) na kmitočtech cca 600kHz, pro SPV 250 (vstup 0dB)na kmitočtech cca 15kHz!

Závěr

U topologie HQQF-55-502D je dobře patrné, že honba za maximálním přenášeným kmitočtem nese své ovoce, ale ani mezní kmitočet 1,5MHz nestačí na to aby se pásmo do pouhých 100kHz vešlo do fázového posuvu ±1° a je celé -4°, stejně tak Udif je již trojnásobek Udif při 1kHz.

Zavedenou a "uznávanou" topologii SPV 250 nebudu radši moc komentovat, teplotní stabilita, šířka pásma, fázová charakteristika i odolnost proti Tranzistorovému zvuku je jaká je.

Hodnocení Tranzistorového zvuku

Při buzení zesilovače HQQF-55-502D napětím +6dB a použití vstupního R-C filtru nad 600kHz nemůže dojít k většímu poklesu zesílení diferenciální dvojice tranzistorů jak 10% a tím k neúměrnému nárůstu zkreslení a to bez ohledu na frekvenci vstupního signálu. Pro kmitočty 100kHz potřebné pro přenos formátů SACD a DVD audio je teprve pokles zesílení diferenciální dvojice tranzistorů pouhých 0,25%!

Při buzení zesilovače SPV 250 napětím 0dB však běžně dochází u diferenciální dvojice tranzistorů k poklesu zesílení většímu jak 10% a tím k neúměrnému nárůstu zkreslení již od frekvence cca 15kHz, pro deklarovaný kmitočet 40kHz by byl pokles zesílení již o cca 40% a pro kmitočty 100kHz potřebné pro přenos formátů SACD a DVD audio by pokles zesílení představoval mnohem více jak 80%. Co takový pokles zesílení dokáže se signálem vytvořit si může každý zodpovědět sám.

Podívejte se na články se stejnou tématikou.

Diskuse