Аналоговый фильтр с германиевым "выхлопом"
Признаться, выпуск описываемого фильтра в мои планы не входил. Он разработан на основе схемы умощнённого каскада от Lynx Audio на ОУ 544УД2 с германиевым буфером на транзисторной сборке ГТС609. Ссылку на эту интересную схему мне прислал Денис, и просто стало ужасно любопытно, как она будет «звучать» в аналоговом фильтре для ЦАП AH-D16 Pro. По результатам исследования, проведённого автором исходной схемы, спектр искажений даже при низкоомной нагрузке получается экспоненциально спадающим, что позволяет ООС ОУ достаточно эффективно их подавлять. Мне понравилась «музыкальность» звучания аналогового фильтра на основе такого каскада. В схеме используются отечественные активные компоненты, которые пока ещё можно раздобыть, поэтому аналоговый фильтр получился в этом смысле «антисанкционным» и относительно недорогим.
Приведу несколько высказываний Д. Андронникова с форума diyaudio.ru по поводу ОУ 544УД2:
- Можно использовать практически повсюду. Это один из лучших по звучанию ОУ не только среди наших, но и вообще… Единственная пара недостатков — это большое напряжение смещения и «слабенький» выход.
- Я не раз обращал внимание на интересный факт — когда наши предприятия копировали западные образцы, то копия практически всегда была хуже. Когда же создавался именно оригинальный продукт (типа 544УД2...), то получались исключительно удачные приборы, существенно выделяющиеся на общем фоне.
- Все разновидности 544УД2 имеют в основе один и тот же кристалл, группы распределяются по результатам разбраковки тестовых партий. ОУ в металлическом корпусе лучше априори из-за полной герметичности корпуса и, соответственно, отсутствию или очень малому количеству молекул воды, воздействующих на поверхность структуры. Основную часть стоимости прибора составляет не стоимость самого кристалла, а стоимость корпуса и метрологических процедур. Отсюда и разница в цене.
На вопрос, чем хороши именно германиевые транзисторы в данной схеме, Д. Андронников ответил так: "Они не хороши и не плохи. Они просто другие. Малая ширина запрещенной зоны германия определяет несколько иной вид проходных характеристик (существенные отличия наблюдаются уже на характеристиках 2 и более высоких порядков — напр., кривизне), а также протекание динамических процессов (для них менее выражены эффекты, связанные с туннелированием носителей и лавинообразованием) и процессов включения-выключения (но последнее для данной схемы неактуально). Соответственно, и субъективное звучание устройств на ГТ отличается от такового на КТ".
Я пробовал ставить на плату фильтра ОУ (К)544УД2А в металлическом корпусе и КР544УД2Б в пластмассовом — разницу в «звучании» мне услышать не удалось. Уход «нуля» при прогреве на выходе фильтра с микросхемами 544УД2А не превысил долей милливольта. У микросхем с буквой «К» дрейф «нуля» на выходе может быть больше. Необходимо заметить, что ОУ должен быть произведён после 1981 года, так как примерно в это время была проведена серьёзная ревизия кристалла.
Выходной каскад работает при токе около 17 мА (после прогрева ток чуть-чуть снижается), в результате максимальная рассеиваемая на сборке мощность не превышает паспортного значения 0,5Вт, что в принципе позволяет обойтись без дополнительного теплоотвода. Однако, для повышения температурной стабильности и облегчения теплового режима я решил прижать сборку через силиконовую термопрокладку к слою медной фольги на плате. Я использовал сборки 1ТС609Б с немного укороченными выводами, демонтированные с каких-то старых плат. Чтобы не укорачивать выводы ещё больше (так как не люблю запаивать детали впритык к плате и обрезать коротко их выводы), под сборки снизу через двухсторонний термоскотч я подложил дополнительные медные пластинки размерами 14 x 7 мм подходящей толщины, так, чтобы корпус сборки находился на некотором расстоянии от платы:
Не помешает и дополнительный подходящий алюминиевый или медный радиатор с основанием 13..15 x 13..15 мм, который можно приклеить сверху на корпус сборки.
Я измерил коэффициенты усиления входящих в состав сборок транзисторов и сориентировал сборки при установке на платы так (их можно разворачивать на 180°), чтобы произведение коэффициентов усиления VT1.1 и VT1.2 в каждом из каналов было наибольшим.
В ходе проверки схемы я обнаружил, что вместо довольно дефицитных плёночных конденсаторов Wima в фильтре можно применить и другие, в том числе и керамику, без заметного ухудшения звука, так как частота среза фильтра находится за границей слышимого диапазона частот:
В качестве VD1 можно использовать любые подходящие диоды, которые желательно подобрать в пару по одинаковому падению напряжения на них (примерно 0,65В) при токе около 4 мА. Диоды Д220 можно купить в Чип и Дип.
На сегодняшний день микросхемы ОУ (К)(Р)544УД2А(Б) и транзисторные сборки ГТС(1ТС)609А(Б) ещё можно приобрести на аукционе Мешок или на Авито, в Чип и Дип и т.д. Сборки попадались мне даже на Озон и Алиэкспресс, правда там они дороже.
На платах предусмотрены отдельные контактные площадки для измерения выходного напряжения схемы при балансировке ОУ и для снятия падения напряжения на резисторе R13 с целью проверки тока покоя выходного каскада. Возможно, придётся подобрать номинал резистора R13.
Примечание: Плёночные конденсаторы в питании фильтров на плате самого ЦАП я не ставил.
В приватном вложении я прикрепил gerber-файл для самостоятельного заказа печатной платы.
Спасибо, опередили, такой буфер от Андронникова давно отмакетирован для регулятора громкости но в выхлоп ЦАП руки совершенно не дошли. Сравнение от Вас теперь германий или полевики )
Сравнивал полдня, но так и не решил, что лучше. Каждый по своему хорош, под настроение. У германия звучание немного посочнее что ли на ВЧ. И трансформаторный с буфером на JFET безоосный тоже хорош по своему.
У Вас целый зоопарк фильтров набрался, сравнивать можно до бесконечности долго, так и не решив, что же лучше.
Опять же, уши у всех разные, глупо на мнение других в этом вопросе опираться, одно одному нравится, а другому будет нравиться совсем другое.
Владимир, а сами ОУ пробовали применять разные?
В частности интересно, как себя здесь показала на слух AD744. А также не пробовали ли Вы (К)(Р)544УД2А(Б) слушать в предыдущем фильтре совместно с КП902?
Нет, разные ОУ не пробовал. Наверное, AD744 могла бы здесь хорошо звучать, но только при снятии сигнала с вывода 6, а не 5. И, конечно, только оригинальная в металлическом или керамическом корпусе. В пластике, как правило, выходной каскад у них совсем плохой по звуку. Но особого смысла, честно говоря, не вижу, так как хорошую AD744 сейчас проблематично найти.
Идея попробовать поставить 544УД2 в фильтр с КП902 была, но не захотелось «ковырять» рабочий фильтр с КП902 — у 544УД2 цепь балансировки другая, а без неё очень большое смещение на выходе.
Я пробовал ставить две штуки 544УД2 с цепями балансировки вместо двойного ОУ в усилитель для наушников Lynx HA46. По звуку 544УД2 очень похож на OPA1656 и однозначно лучше («чище») AD823. Правда, у меня наушники дешёвые, полноценным сравнением назвать нельзя, наверное. Больше никаких сравнений я не делал.
Благодарю за внимание, которое было уделено моей разработке кремний-германиевого буфера. Хотелось бы добавить пару комментариев по данной схеме, которые, вероятно, могут оказаться небесполезными при её повторении.
1. Учитывая достаточно невысокую температурную стабильность германиевых транзисторов, для обеспечения надежности и отсутствия лавинного саморазогрева, желательно обеспечить минимальное тепловое сопротивление между диодом VD1 и корпусом ГТС609. Это приведет к увеличению отрицательного термокоэффициента тока ГСТ на температурах диапазона 45...60С и исключению положительного ТК на температурах более 60...65С. При использовании в качестве термокомпенсатора только транзистора сборки возможен эффект саморазогрева при недостаточности теплоотвода или высокой температуре (более +40С) окружающей среды.
2. Согласно РТМ на 1ТС609, выпущенного в 1975/76гг, допустимая мощность рассеяния ВСЕЙ сборки может быть повышена до 2.2Вт при использовании дополнительного теплоотвода площадью 70 кв. см на основании корпуса сборки. К сожалению, самого РТМ у меня в наличии нет и эти данные привожу по памяти. В моих экспериментах установка на верхнюю крышку корпуса (с удаленным слоем краски!) медного игольчатого радиатора Enzotech позволяла без негативных последствий в виде недопустимого разогрева сборки и/или лавинного саморазогрева реализовать ток покоя до 40мА при питании ±15В. Рост тока покоя способствовал некоторому снижению искажений и возможности работы на нагрузку меньшего сопротивления.
3. Из трех типов сборок (буквы А, Б, В) наименьшие искажения обеспечивали буферы со сборками ГТС609А с меньшей «бетой». Связано это, по всей видимости, с лучшей относительной линейностью передаточной характеристики транзисторов с меньшим коэффициентом передачи тока.
Дмитрий, рад поприветствовать Вас на сайте! Благодарю за ценные советы.
Интересно, не испытывались ли Вами с схеме однотактного ЭП с активной нагрузкой одиночные германиевые транзисторы? И если были такие исследования, то какие приборы показали наибольшую линейность?
Спасибо на добром слове. Схема, ставшая основой для рассматриваемого буферного каскада имела вариант на транзисторах П608Б, также пробовал и ГТ402. Фактически, искажения самого повторителя на П608 и на ГТС609 очень близки при выборе одинаковой плотности тока в кристалле. Поскольку площадь переходов П608 примерно в 4...4.5 раза больше, чем у ГТС609, току коллектора в 20мА для ГТС609 соответствует примерно 90мА у П609. С соответствующим увеличением тепловыделения и, естественно, габаритов. Такие токи в буфере для аттенюатора или ФНЧ ЦАП совершенно не требуются и вариант на П608 просто остался в истории в качестве макета. ГТ402 очень линейны на низких частотах, но быстрое падение беты с ростом частоты сильно ухудшает работу этих транзисторов в схемах ОУ. Еще более линейны (на НЧ) вражеские АС128, но они в то же время еще более низкочастотны, чем ГТ402. Из более-менее подходящих для работы при питании +\-15В есть еще ГТ321, но те, которые мне попадались, - «кривые», как рога винторогого барана :)
на случай поисков отечественных деталей - https://eandc.ru
цены приемлемые, пока только первый заказ сделал, посмотрим, что приедет.
сборки приехали. новые с лужеными выводами. дата изготовления довольно занятна :-))
В последнее время начал собирать из интереса устройства на германиевых транзисторах и мне доволе понравилось их звучание (характер), как раз нашел пару ГТС609А (0784 дата выпуска) ОУ тоже найти не проблема, да и по-моему были они у меня. Попробую собрать в общем.
Может у кого есть пара платок на эту схему?
У меня последняя и единственная плата осталась.
Сегодня наконец -то дошли руки поставить данный фильтр в плеер. Действительно отлично звучит, настройка потребовалась минимальная.
Есть 2 пары транзисторных сборок, не пойму у меня с индексом А или Д. Кто может с уверенностью сказать?
По той информации что я нашел, то есть только А, Б и В.
Если у меня все-таки А и Б, какие предпочтительнее, или без разницы?
Скорее всего, это буква А. Можно померить коэффициенты усиления, посмотреть. Дмитрий Андронников пишет, что с буквой А более линейные, хоть у них коэффициенты усиления чуть поменьше.
Это буква А, в этикетке к сборкам только три варианта А, Б, В. А с самым малым коэф. передачи тока, но и разброс у них поменьше а линейность повыше.