" Не так ли и ты, Русь, что бойкая необгонимая тройка несёшься?"
Н.В.Гоголь
Дальнейшее развитие каскодного цирклотрона.
Предыдущая статья, где были описаны еще два принципа построения аппарата актуальны и в данном применении.
Сейчас речь пойдет об усилителе для людей с ослабленными дофаминовыми рецепторами.
Цель стояла повысить проникающую способность звукового сопровождения и извлечь еще большую энергию при прослушивании. В процессе обдумывания, пришла в голову ассоциация применить топологию линейного ускорителя:
Другими словами, для снижения уровня интермодуляций было решено нарастить еще количество "верхних" транзисторов в каскодных плечах. Данная идея заложена в книге А.Ложникова и Е.Сонина "Каскодные усилители". Но, в предыдущей схеме, этот "верхний" транзистор был подключен к плюсу источника смещения, таким образом, источник на 2,5 вольта еще работал, и, как "подогрев" (коллектор-эмиттер) "нижнего" модулирующего транзистора через переход база-эмиттер "верхнего". Сам по себе принцип начального смещения, где источник небольшого напряжения (чуть выше границы насыщения, обычно 2-2,5 вольта) подключен напрямую к коллектору и эмиттеру, ничего плохого не несет. С другой стороны, такая топология, где этот источник один-единственный, накладывает некоторые ограничения на широкополосность, скорость нарастания и дальнейшее снижение интермодуляций. В ламповой, да и транзисторной схемотехнике решая эти задачи, применяется метод "неподвижной рабочей точки" модулирующего элемента. Достигается это, в том числе, с помощью динамической коллекторной нагрузки. В рассматриваемой схеме применено нечто подобное. Но здесь еще стоит задача повысить коэффициент когерентности изделия в целом, а для этого необходимо применить последовательное соединение элементов, где течет один общий модулируемый ток. Другими словами, пришлось отказаться от соединения базы "верхнего" транзистора от источника смещения 2,5 вольта и применить гальванически независимый другой источник смещения, имеющий возможность регулировки.
Требования к данным источникам ЭДС сохраняются: они должны иметь максимально большой ток, т.е. минимально возможное внутреннее сопротивление и предельную стабилизацию, иначе малейшие выплески тут же окажутся в динамиках.
В процессе эксплуатации предыдущего усилителя выяснилось, что убедительность и энергия вполне достаточны для удовлетворительного прослушивания, и, тем не менее, возникло понимание, что есть еще некоторый потенциал увеличить проникающую способность. Для решения этой задачи необходима полная токовая топология самой схемы. Недостаточно модулировать входной транзистор током. Для него нужна "многослойная" динамическая нагрузка. Её способна дать n-этажность построения каскода. Можно надстраивать сколько угодно транзисторных ячеек, последовательно включенных по схеме общих баз, однако, разумная достаточность не будет лишней. Тем не менее, существует предел приращения качества от количества, вернее кривая, похожая на график десятичного логарифма (y=lgx), которая бесконечно приближается к образцовой прямой, параллельной оси абсцисс, никода с ней не соприкасаясь. Здесь, пришлось применить волевое решение и ограничить количество "верхних" транзисторов равным трем. Дальнейшее их наращивание представляется нецелесообразным.
Как видно, процесс построения данного аппарата предполагает снижение сопротивления и плотности тока в пассивных проводниках. А, также, компенсации потерь внутри транзисторов промежуточными источниками ЭДС. Такой подход весьма недешев. Хорошо подумайте, стоит ли результат таких затрат. Изменения коснулись и трансформаторов питания. Здесь есть кое-какое соображение. Двухполупериодная со средней точкой схема, на мой взгляд, лучшая по звуку. Но. Простое исполнение такого выпрямителя несет одну неприятную особенность – по вторичным обмоткам протекает ток одного направления, содержащий и переменную и постоянную составляющие. Постоянная составляющая насыщает магнитопровод, что порождает высшие гармоники. Избавиться от этого недостатка способна схема соединения "зигзаг". В данном исполнении трансформатора постоянная и переменная составляющие будут компенсироваться. Этот подход в аудиотехнике используется редко, если, вообще, используется. Если, уж, мы взялись снижать сопротивления, то стоит упомянуть выпрямительные диоды. Подумалось, сначала, сделать синхронные выпрямители, но потом отказался от этой мысли, остановившись на сдвоенных диодах Шоттки 400CNQ045. Причем, на один трансформатор ставятся по два сдвоенных диода. И на каждый сдвоенный диод подходят по две параллельные обмотки. Другими словами, вторичную обмотку надо выпонять в четыре провода. Это к вопросу повышения энергии. Данное соображение навеяно ассоциацией с формулой E=mc2. Здесь работает стойкий принцип прямой зависимости: чем больше вещества задействовано в процессе, тем выше энергоотдача. Диаметры проводов вторичных обмоток взяты по 1,5 мм. Теперь представим, какие габариты должны быть у двухстержневого трансформатора, чтобы уложить "трос" из проводов по 1,5 мм каждый в качестве вторичной обмотки, да еще, соединенной в "зигзаг". Причем, таких трансформаторов должно быть две штуки – по одному на плечо. И это не считая промежуточных. Вырисовывается, совершенно, непотребный моноблок.
Настройка происходит следующим образом.
Из рисунка видно, что нужно добиться равенства вторичных напряжений относительно общего провода. Достигается это подстройкой промежуточных источников. У меня есть, пока макет с четырьмя источниками по 15 вольт. Если на основном (верхнем) напряжение 15 вольт, то на промежуточных 14,85 вольта. Это относительно общего провода. Падение не очень значительное. В принципе, регулировкой напряжений можно пренебречь и оставить, как есть. А вот общий ток настраивается временным подстроечным резистором. Можно выставить от 0,5 до 1,5 ампер. Другими словами, граница режима а и ав может быть принята в районе 10 Ватт. И, уже, от полученного значения сопротивления рассчитывать модулирующий трансформатор. Отступая от основной темы повествования, пытался прослушивать наметки звука в однотактном варианте с динамиком 4гд-35 через конденсатор. Сквозь стогерцовый гул (промежуточные источники нестабилизированные), все же, стало ясно, что направление верное. Повысилась скорость отработки быстропротекающих моментов фонограммы. В частности, были расслышаны колебания мембраны малых барабанов между ударами палочек, а они отбивали со скоростью около 180-200 ударов в минуту. Здесь еще можно вот что заметить. Экспериментировал с типом каскодных соотношений. В частности, нижий (модулирующий) транзистор pnp был подключен с общим коллектором, т.е. образовалась пара ок-об. Результат не впечатлил.
Звук стал тонким, если можно так выразиться. Поэтому оставил классическую оэ-об. Можно на модуляцию попробовать поставить полевой компонент. В этой связи, видятся варианты: TP65H015G5WS, IRFS7430-7b, IRFP7430, IRFB7430. Но этот аппарат задумывался, как конструкция двойного назначения, а здесь необходим "нижний" биполярный транзистор.
Сама схема достаточно проста:
Здесь показано обычное потенциальное включение динамика. Лучшие результаты даёт сочетание: широкополосный, диаметр 12-15 дюймов, комплексное сопротивление 16-32 Ома, чувствительность от 96 дБ и выше и, лучше, с подмагничиванием. Результат был бы неполным, если мы оставим всё на этом этапе. А задача стоит совместить воедино потенциальную и токовую подачу материала. Поэтому и динамик нужен соответствующий. Сама схема еще будет слегка дорабатываться с учетом другого громкоговорителя.
Модулирующий (входной) трансформатор, тоже, должен быть несколько другим. На этой схеме показана основная идея. На кольцо из нанокристаллического пермаллоя наматывается жгут из проводов. Жилы вторичных обмоток делаются константановым (или манганиновым) проводом, их сопротивление постоянному току равно значению, найденному при настройке каждого плеча схемы для нужного тока покоя. В предыдущем варианте длина жгута равна 21 метру. Первичная обмотка состоит из 10 жил провода ПЭВ-2 0,1, вторичная – из двух жил провода ПЭШОК 0,14. Трансформатор в этой схеме задумывается несколько сложнее и более трудоёмок в изготовлении. Сначала мотается кольцо жгутом, затем в него, с небольшим натягом, вставляется кольцо из наноперма поменьше, и снаружи, тоже с небольшим натягом, ставится кольцо побольше. Получается трехслойная констукция: внутреннее и наружнее кольцо без обмоток, среднее кольцо с обмоткой жгутом. Далее, вся конструкция обматывается медным проводом ПЭВ-2 0,1 в количестве 3000-3500 витков. Начало и конец этой обмотки замыкаются накоротко.
Другой вариант. Изготовив кольцо со жгутом, кладем его в тороидальный контейнер, заливаем магнитопроводом (о наливных трансформаторах: http://charmel.chat.ru/new_zealand/transformator_naliv.html), закрываем контейнер и обматываем короткозамкнутой секцией, состоящей из провода ПЭВ-2 0,1.
Про организацию конденсаторов фильтров питания следует написать несколько слов. Если мы, уж, взялись минимизировать сопротивления, то и esr емкостей необходимо снижать. Придется изготавливать матрицу, состоящую из n-го их количества, соединенных параллельно. В принципе, емкости в 10000,00 микрофарад достаточно для первичного сглаживания пульсаций. Однако, применять одиночные детали представляется мало целесообразным из-за достаточно большого внутреннего сопротивления, а оно несколько "темнит" подачу материала. В связи с этими соображениями, было принято решение применить в одном фильтре сто конденсаторов по сто микрофарад на 25 вольт каждый. Экспериментирование в прошлом показало, что применять емкости с напряжением много превышающем номинальное рабочее самого блока питания тоже "темнит" волновую картину. Поэтому лучшие результаты дает применение рабочего напряжения, практически, на границе допустимого. Другими словами, если у нас блок питания выдает 25 вольт постоянного напряжения, то и ставить емкости фильтра будем, тоже, на 25 вольт. А с каким электролитом ставить с сухим или "мокрым", здесь дело личного выбора.
Организовать конденсаторы проще всего на текстолите в виде квадрата: десять на десять штук. Только толщина меди здесь будет недостаточна. Придется, либо дублировать дорожки, либо вырезать из медного листа толщиной 0,5-1,0 мм что-то в виде расчесок, вставленных зубцами друг в друга.
Примерно так:
Элементы, похожие на резисторы в базах модулирующих транзисторов можно не ставить. Они представляют из себя экспериментальные капсулы с различными растворами веществ, проводящие ток. На эту мысь навел один абзац из сети: "Этот эксперимент был проведён военными. От доноров были взяты лейкоциты из ДНК и помещены в специальные камеры для измерения электрических зарядов. В ходе эксперимента донора помещали в отдельную комнату и подвергали «стимулированию» при помощи видеоклипов, которые вызывали у человека различные эмоции. ДНК находилась в другой комнате того же здания. За донором и за ДНК велось наблюдение.
По мере того, как донор «выдавал» пики эмоций, измеряемые электрическими импульсами, ДНК реагировала ИДЕНТИЧНЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ИМПУЛЬСАМИ В ТО ЖЕ САМОЕ ВРЕМЯ. Не было ни времени запаздывания, ни времени передачи сигнала. Пики и спады импульсов ДНК В ТОЧНОСТИ СОВПАДАЛИ по времени с пиками и спадами импульсов донора. Военные хотели узнать, на какое расстояние они смогут отдалить донора от его ДНК и продолжать получать такой же результат. Они прекратили исследования после того, как расстояние между донором и его ДНК составляло 50 миль, а результат эксперимента был всё ТОТ ЖЕ: не было ни времени запаздывания, ни времени передачи сигнала". Здесь заявлена прямая зависимость, но может работать и обратная. При модуляции происходит считывание информации (соответственно звук "окрашивается") с молекул вещества, которое усиливается, естественно с некоторой деградацией, и подается на динамик.
Что касается проводов, то можно использовать всё, что душе угодно. Скажу пару слов о сетевом. Долгое время у меня стоял вот такой, что слева:
Он состоит из литцентдата ЛЭШО 615х0,071, каждый кабель в своей оболочке. Однажды попробовал, так называемый, "антифазный", тот, что справа. Ну что можно сказать. Эффект сравним с тем, как будто поменяли в одном динамике провода местами. Картина сузилась, практически, в точку. И, ради эксперимента, сделал провод из двух жестких моножил ПВ 10х1.
Вот этот-то провод оставил немедленно. Это к вопросу о снижении плотности тока из девятого пункта требований к конструированию. Тот эффект зала, что слышен на записях, как раз и даёт применение жёстких моножил, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Поэтому, конструкция моноблока, все-же, будет напоминать сварочный аппарат. Терминал присоединения сетевого кабеля к корпусу делается: выходными сварочными клеммами на 400-500 ампер каждая. Как пример:
https://cams-direct.com/16-series-400-amp-cam-connectors;
Сетевой провод, лучше сделать с некоторым расстоянием (около 10-15мм) между жилами, зафиксировав какими-либо распорками.
13.03.2021
Возник вопрос, какой аналог трансформатора подобен в механике, скажем в дисциплине "Детали машин"? Скорее всего – редуктор (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d1/Gears_animation_A-B.gif). Коэффициент трансформации Кт соответствует передаточному числу Z. Количества оборотов ведущего и ведомого валов соответствуют напряжениям на первичной и вторичной обмотках трансформатора. Что делает редуктор? В общих словах, он преобразует крутящий момент ведущего вала в крутящий момент ведомого вала, умноженный на передаточное число. То есть, частота вращения ведомогого вала уменьшается в Z раз, а крутящий момент возрастает на эту величину. Получается, по аналогии с редуктором, изменение крутящего момента редуктора соответствует изменению силы тока между первичной и вторичной обмоткой трансформатора.
