Úvod

V článku Malé ohlédnutí nejen za rokem 2017... byl mimo jiné popsán doposud nepopsaný druh zkreslení, které se doposud neposuzovalo, ani nikterak neměřilo, zkreslení, které má významný vliv na konečný zvuk, zkreslení které na svou metodiku posuzování teprve čeká.

Ve světových publikacích se mi nepodařilo najít nic, co by směřovalo k takovému náhledu a posuzování zvuku či hledání právě takového druhu zkreslení, které jsem v závěru článku Malé ohlédnutí nejen za rokem 2017... popsal, mam za to, že tento druh zkreslení i tento článek mohu nazvat "Zkreslení Federmannovo".

Paradoxem je, že tímto zkreslením, zesilovače Topologie Federmann trpí snad nejméně. Nezbývá než připomenout text Malé ohlédnutí nejen za rokem 2017... , který zůstal bez výraznějšího povšimnutí a bližší vysvětlení Zkreslení, které jsem si dovolil pojmenovat Federmannovo Zkreslení či Zkreslení Federmann.

Přínos Topologie Federmann a dění kolem

Milníky topologii

Abychom mnohé pochopili, bylo se třeba vrátit zpět ke kořenům, které pro zpětnovazební zesilovače svým US patentem č. 2 102 671 dne založil 8. srpna  1928 Harold Stephen Black, jak bylo napsáno v článku Hi-Fi zesilovače a milníky jejich topologii. Myšlenka však byla těžce pochopitelná a ani po 50 letech ji mnozí nejsou schopni dostatečně pochopit, proto jsem napsal články na téma 50let slepé cesty.

Dynamická saturace

V článcích o Dynamické saturaci jsem poodhalil příčinu či jednu z příčin vzniku zkreslení u zpětnovazebních zesilovačů, kterou se doposud nikdo hlouběji nezabýval a její dopad je na zvuk či jeho charakter rozhodující, vše se točí kolem rezervy zisku, zpětné vazby a Udif.

Rezerva zisku

Rezerva zisku, zpětná vazba a Udif jsou neoddělitelné na sobě závislé veličiny, které jsou navíc závislé na mnoha dalších faktorech, frekvenci nevyjímaje. Většina světových obvodových zapojení vychází z prací a zapojení Roberta R. Cordella, jehož pohled na rezervu zisku byl diametrálně jiný jako můj, spíše bych měl snad napsat, že Robert R. Cordell rezervu zisku vůbec neřešil, neboť se upřel spíše na linearizaci poklesu zesílení v závislosti na frekvenci, kdežto mé pojetí, pojetí Topologie Federmann upřednostnilo malost Udif a k jejímu dosažení je zapotřebí zisk zvětšovat, nikoliv zmenšovat. Mnohé bylo popsáno v textech na toto téma.

Celková vs. lokální zpětná vazba

O vlivu celkové vs. lokální zpětné vazby, jsem toho taky něco málo napsal, v podstatě nám lokální zpětná vazba převážně hloupým přidáváním kapacity ke kapacitě Millerově mnohé vylepšuje, ale vše se děje na úkor celkového zesílení a tím rezervy zisku s enormním nárůstem Udif, hloupým řešením malých problémů vznikají problémy mnohem hloupější a větší, což je podstatným rozdílem mezi pracemi Roberta R. Cordella a B. Federmanna, přesně jak je již bylo uvedeno.

Filtr napájení

V článcích věnovaných napájecím částem a její filtraci jsem poodhalil problematiku, které rovněž doposud nebyla věnována dostatečná pozornost, pozornost problematice průsaku rušivých složek do napájení zesilovače a tím i do akustického signálu s přímým dopadem do posunu pracovního bodu vstupních obvodů nejenom zpětnovazebních zesilovačů a vzniku zkreslení. 

 Federmannova koncepce a její přínos pro dynamický dynamický rozsah

Ztráta zvukových detailů a věrnost zvuku je oblastí kterou se mnozí zabývají, ale výsledek práce je pro mnohé blízký nule, zde jsem problematiku nazval Federmannova koncepce a dynamický rozsah, který bude blíže popsán v PE-AR 01/2018.

Ve skutečnosti jde o uzavřený kruh, jehož středem je Udif, což není nic jiného než rozdílové napětí vstupní diferenciální dvojice zpětnovazebních zesilovačů. Rozdílové napětí je zesilováno frekvenčně závislým zesílením otevřené smyčky na dané frekvenci a výstupní napětí tak odpovídá zesílenému napětí vstupnímu, přičemž se pohybuje v povolené napěťové toleranci vymezené rezervou zisku.

Uvědoměním si této skutečnosti a jejím hlubším poznáním se dostáváme do dalšího kroku významného poznání zesilovačů s celkovou zpětnou vazbou, neboť zjistíme, že povolená odchylka výstupního napětí je na úrovni Udif, kde v této povolené odchylce, jakési pomyslné volnosti signálu, může zesilovač signál přidávat, ponechávat či ubírat a to dle víceméně náhodného předchozího stavu, který je vymezen přibližně konstantním časovým zpožděním daným zpožděním zesilovače a rezervou zisku na dané frekvenci.

Ve skutečnosti nám zpětnovazební zesilovač zaručí věrně malé signály jen na úrovni rezervy zisku od aktuálního signálu maximálního, podíváme-li se na Cordellovu koncepci, při frekvenci 10kHz a doložené rezervě zisku vychází aktuální dynamický rozsah pouhopouhých 66-26=40dB! Podíváme-li se na Federmannovu koncepci, při téže frekvenci 10kHz a doložené rezervě zisku vychází aktuální dynamický rozsah velmi slušných  125-22=105dB! Srovnáním obou koncepcí zjistíme, že Federmannova koncepce je v detailech řádově o 60dB přesnější - věrnější než koncepce Cordellova.

Zde uvedený rozdíl obou koncepcí chování se zpětnovazebních zesilovačů ve zpracování či přenesení nejjemnějších signálových detailů, není nic jiného než popis doposud nepopsaného druhu zkreslení, v jehož důsledku se vytrácí či poškozují nejjemnější detaily zvuku, jako ambientní zvuky, ruchy, tep či tlukot srdce, dýchání, polknutí či tikot hodinek, odrazy, šustot oděvu a mnohé další, jak je popsáno v poslechovém testu HQQF na Hi-Fi Voice.

Tímto druhem doposud nepopsaného zkreslení, jakousi dynamickou změnou dynamického rozsahu trpí zřejmě všechny zpětnovazební zesilovače, ale je rozdíl zda se vytrácí či poškozují detaily na aktuální úrovni -40dB či na úrovni -105dB!

Závěr

Závěrem nutno upřesnit, že Federmannovo zkreslení je zkreslení způsobené z jakési volnosti a zhoršené kontroly signálu,

Úvod

Elektronkový předzesilovač HQQF-55-510 je levnější verzí Symetrického předzesilovače HQQF-55-512 bez celkové ZV, opět jde o předzesilovač bez celkové ZV, na místě některých elektronek byly použity transistory, opět je zapojení založeno na kaskódách, opět symetrické provedení.

Několik pohledů na hotový modul

Jak je na obrázcích patrné, předzesilovač je na jednom spoji spolu se stabilizovanými zdroji, pro hlavní i pomocné napájení a žhavení, stačí připojit příslušný transformátor.

Několik měření předzesilovače na osciloskopu

Nejdříve měření při 1kHz, sinus i obdélník, následuje měření při 10kHz a dále při 100kHz, závěrem měření i při 1MHz, kde je sinusovka stále sínusovkou.

Měření frekvenční charakteristiky předzesilovače

Jak je patrné, zesílení je nastaveno na 20dB, šířka pásma pro -1dB cca od 3Hz do 150kHz a pro -3dB cca od 1Hz do 450kHz.

 Použití předzesilovače

Předzesilovač lze osadit s charakteristikou RIAA či podobnou, zvýšít zesílení k maximu a použít jej jako gramofonový předzesilovač, nebo bez korekčních členů, jako lineární zesilovač až do úrovní desítek V, při napájení 300V hravě zvládá výstupní rozkmit 170V, poněvadž je plně symetrický, pak může výstupní napětí dosahovat až rozkmitu 340V, v tomto sestavení je ideálním budičem koncového stupně, sledovače, rovněž bez celkové ZV. Pro velké zesílení klesá vstupní šumové napětí předzesilovače až na 1nV/√Hz.

Úvod

Tu a tam se po českých webech řeší ten či onen problém, v posledních dnech se na Audiowebu řeší ochrana zesilovače spočívající v odpojení reproduktorů, ale také napájecího napětí.

Mistři v akci?

Celá diskuse působí poněkud zmateně a úsměvně, obzvláště když jde o téma mnoho let opomíjené a řešení zavrhované, zavrhované právě proto, že za jeho unikátním řešením je právě má maličkost, řešení které řadu let používám, řešení která vyšlo i v Praktické Elektronice - Amaterském Radiu, jako součást rozsáhlé série článků o zesilovačích té nejvyšší kvality a věrnosti, řešení které ochrání nejenom reproduktory, ale také zesilovač včetně zdroje, ale současně řešení, které jako všechny mé texty a články jsou soustavně ubohou konkurencí mazány, včetně jakýchkoliv stop k tomuto řešení vedoucí, jen tak se může stát, že diskuze probíhá právě takto zmateně.

Tazatel v dobré víře vznese dotaz, že se dozví odpověď a nalezne optimální řešení, položí otázku s představou vlastního řešení a komunita? Bunta se snaží odpojit reproduktor, na kontaktech odpojovacího relé může vesele hořet oblouk, a čeká jestli přehoří pojistky, Daněček řeší co se může či nemůže stát přehořením jen jedné pojistky, někdo jiný poukazuje, že to relé ve schématu zřejmě nepřežije.

Topologie Federmann?

V topologii Federmann jsem myslel i na tyto extrémní situace, odpojování reproduktorů v takových situacích opravdu neřeším, neboť relé pro možnost vytažení oblouku nemusí být vůbec funkční, Buntova zcestná představa, že se tak může stát až po shoření koncových tranzistorů je přinejmenším mylná, pokud by došlo k poškození konců, šly by obě větve napájení do zkratu a na výstupu by nemohlo být napětí žádné, to Daněček je o krok dále, ale řeší odpojení jedné napájecí větve, takže taky mimo.

Ať je příčinou stejnosměrné složky cokoliv, v Topologii Federmann je jediným řešením odpojení napájení, ale není to tak jednoduché, jak by se mohlo zdát. Pokud dáme do napájecí cesty pojistku, pak úbytek na ní může být i několik voltů, a takové napájení koncového zesilovače je nepoužitelné, i když je takto většina konstruktérů řeší. Napájení musí být v Topologii Federmann co nejtvrdší a filtrační kapacity musí být co nejblíže koncovým tranzistorům, odtud se dostaneme k řešení, které nemůže kapacity odpojovat.

Když nejdou kapacity odpojovat, tak se musí elektrický náboj v nich kumulovaný zkratovat, ale zase takovým proudem, který nepoškodí jak kapacity, tak zkratovací obvody, přitom čas pro zánik napájení bude dostatečně krátký. Dalo by se říci, že je řešení na dohled, ale pokud zkratujeme napájení tak sice vybijeme filtrační kapacity, ale také uvedeme do zkratu vstupní část zdroje a budeme čekat až přehoří pojistka na vstupu transformátoru, na niž se může vytáhnout oblouk atd. atd. a původní problém se nám stěhuje do síťové části.

V Topologii Federmann je i na tento fakt taky pamatováno, proto v případě poruchy nejdříve odpojíme primární vinutí transformátoru, a po cca 20ms nastupuje řízený zkrat obou napájecích větví, není to tak úplný zkrat, ale vybití přes 1Ω odpory, čímž se dostaneme k odpojení napájení v řádu 50ms. Takto řízené odpojení napájení nám dostatečně ochrání reproduktory, ale také nepřepálí pojistku a padá i Buntova mylná představa, že se tak stává po průrazu tranzistorů, neboť právě takové přetížení bývá příčinou destrukce koncových tranzistorů, ale my dokážeme odpojit napájení ještě dříve než k samotné destrukci výkonových polovodičů dojde.

Uvedení ochran do činnosti může být závisle nejenom od výskytu stejnosměrné složky na výstupu, ale od řady dalších podmínek, zaleží před čím chceme zesilovač chránit. Řešení je přednostně navrženo tak, že stejnosměrná složka v koncovém stupni řady 507 či 514 prostřednictvím optočlenu spustí odpojení napájení, stejně tak lze ochrany spustit například od překročení teploty či čehokoliv jiného.  

Závěr

Co napsat závěrem, snad jen popřát mnohým hodně štěstí a úspěchů v hledání objeveného, a ať toho moc neshoří.