Workhorse amplifier...pour les nuls

[Nicodimdom]

On trouve en général deux types d'amplis:
Les amplis classiques à contre réaction de tension appelés aussi VFA (Voltage Feedback Amplifier) et les amplis CFA à contre réaction de courant appelés CFA (Current Feedback Amplifier).

Je n'y connais pas grand chose mais la correction différentielle, ce n'est pas une troisième option ?
https://6bm8-lab.fr/phpBB/viewtopic.php?t=531

[quoler]

Un réglage de gain est il pertinent ou pas pour chaque canal ?
Peut être une dégradation du signal  ?

[mambojet]

@Nicodimdom
C'est assez rare dans le monde du transistor. Cela rentrerait plutôt dans les VFA à première vue...
Luxman a breveté quelque chose (depuis 1989) qui y ressemble et qui équipe toute une série d'amplis
http://www.luxman.com/product/detail.php?id=19
The latest version, 4.0, of the ODNF circuit that performs feedback of only distortion components is introduced to the amplification circuit. Then, both the merits of NFB (negative feedback), i.e. low distortion and wide-band characteristics, and the features of a non-feedback amplifier, i.e. quick response and natural tone quality are provided. The ODNF circuit version 4.0 has the improved accuracy of detecting distortion with use of 3 parallels of the first stage of the error detection amplifier. The expressive power of silence has been improved and the sound emotion is finely and heavily expressed by minimizing the feedback amount, reducing the distortion at high frequencies or low sound volume, and reproducing minimal sound data precisely.
Je connais un peu cela dans le monde du tube depuis assez longtemps mais je n'ai rien essayé.

@Quoler
A voir selon chacun: la présence d'atténuateurs en entrée représente un filtre passe bas assez visible lorsqu'on visualise des signaux carrés à 10khz par exemple. C'est dommage d'introduire plusieurs atténuateurs dans un système (donc des multiples filtres passe bas). De plus on peut régler le gain dans chacun des designs directement sur le circuit (Contre réaction). Je choisi en général une sensibilité faible vu que j'ai toujours un  preamp. Pour un intégré c'est différent bien sur.
Pour les amateurs d'essais de câbles, il est facile par contre d'installer un Mute en entrée d'ampli (CC point chaud masse). Du coup on engage le Mute et on peut déconnecter les câbles de modulation sans crainte de "ploc". Bon là aussi pas forcément nécessaire mais neutre au niveau qualitatif.

[babaas]

Voici probablement le design que j'aurais choisi si je n'avais pas déjà réalisé quelque chose d'assez similaire en classe A (Hifisonix KX2)
https://hifisonix.com/nx-amp-audio-amplifier/

Merci pour le lien.  
La librairie est pas mal du tout et pour le "diyeur" c'est vraiment complet.

PS : ce serait intéressant d'ouvrir un post-it dans la filière "je bricole" pour recenser tous ce genre de sites proposant des projets aboutis.

[AJMARS]

Voici probablement le design que j'aurais choisi si je n'avais pas déjà réalisé quelque chose d'assez similaire en classe A (Hifisonix KX2)
https://hifisonix.com/nx-amp-audio-amplifier/

Bonsoir,

J'aime bien le 100W AB, une variante en 50W dans un châssis 2U m'aurait vraiment tenté...

Peut-être dans quelque temps.

A plus
André

[mambojet]

Bonsoir,

J'aime bien le 100W AB, une variante en 50W dans un châssis 2U m'aurait vraiment tenté...

Peut-être dans quelque temps.

A plus

André, vu ton expérience, tu  connais certainement ceci:

Cliquez sur l'image pour l'agrandir

https://hafler.com/pdf/archive/DH-220_amp_man.pdf

Kit qui était disponible dans les années 80 (85 exactement)

J'avoue que je suis complètement passé à coté à l'époque.
J'aime bien le design simple, la relative compacité de l'engin et le fait qu'il réponde parfaitement au cahier des charges.
On retrouve le style des kits Dynaco à lampes avec tous les conseils de montage.
Si vous avez l'expérience de cet engin, n'hésitez pas à en parler. Je ne connais pas du tout l'engin.

D'autant que Bob Cordell a mis à jour ce design à travers un article paru dans AudioXpress en 2021
http://www.cordellaudio.com/poweramp/DH ... lifier.pdf
Meilleures performances au prix d'une plus grande complexité et avec l'ajout d'un DC Servo

Printed wiring boards are available from Rick Savas via eBay. Boards can optionally be purchased with suitable 2SK489 and 2SJ689 JFETs included.

[AJMARS]

Bonsoir Philippe,

Je n'ai jamais abordé ces appareils par l'aspect "kit" mais j'ai déjà pas mal écouté et conseillé des appareils Hafler de cette série...
Ce que j'ai pu en écouter était pas mal.

En ce qui me concerne (c'est assez différent de ton projet, vu que je me propose de driver des enceintes différentes (de "petits" moniteurs 8 ohms), je regarde plutôt des appareils assez simples dont le principe serait :

- Etage d'entrée différentiel (bipolaires (éventuellement Fet)
- Second étage bipolaire
- Drivers et Puissance (éventuellement Darlington) bipolaires

Que l'on retrouve dans pléthore d'intégrés des années 70/80.

Dans des puissances comprises entre 30 (minimum) et 50 W ( 8 ohms).

En ce qui concerne ces appareils à transistors, mais quel plaisir de pouvoir se servir chez Farnell, RS ou Mouser avec des transistors à quelques euros et de sortir des "composants" du monde "audiophile". C'est un vrai bol d'air.
Les délires ont eu raison de ma passion pour les tubes, je ne me sentais pas de cautionner les dérives d'un système dérapant vers le "toujours plus cher", sans que ce "toujours plus cher" ne trouve à mon sens aucune raison, subjective ou objective autre que les bénéfices de certains.

A plus
André

[mambojet]

Peter Walker disait souvent qu'il n'existe pas de différences audibles entre deux amplificateurs bien conçus.
En effet, le rôle de l'amplificateur est restituer de la façon la plus "fidèle" possible le signal d'entrée avec amplification et adaptation d'impédance. Donc le fameux "fil droit avec du gain" et cette conformité suppose l'absence de toutes formes de distorsion et de bruits.
Lorsque tous les éléments du système se conforment à cette règle on appelle cela "la haute fidélité"...

Bien sur cela a été raillé par ceux pour qui l'amplification serait une sorte de magie obtenue en mélangeant des composants soigneusement choisis, le tout orchestré et construit forcément par une sorte de sorcier. Ils prétendent bien sur que tout s'entend et dépensent des fortunes pour acquérir les appareils des "sorciers". Sorciers qui semblent avoir trouvé le filon si l'on en juge par les tarifs pratiqués actuellement pour ce qui est appelé "haut de gamme".

Ces amateurs très fortement éclairés sont des "oreilles d'or" et bien entendu ce fil (pour les nuls) ne s'adresse pas à eux
Le seul problème est que l'audition de ces "oreilles d'or" semble interconnectée avec le nerf optique. En atteste les piteux résultats obtenus aux tests en aveugle où ceux qui entendent même l'ordre des prises dans les barrettes secteur ne sont pas capables de distinguer un malheureux Kenwood des années 70 avec un petit ampli à tubes. Je vous renvoie à la très nombreuse littérature présente sur le net

Pour ma part j'aurai une position un poil plus nuancée (il faut rester modeste/ voir les tests   ) et conforme à mon expérience et je dirais que les différences existantes entre deux amplificateurs bien conçus et adaptés à la charge (puissance/ courant) sont limitées. Mais elle existent...(enfin je crois   )
Toute la nuance réside dans le "adaptés à la charge". Et souvent certains amplis ne sont peu ou pas adaptés à la charge (et du coup les différences sont plus grandes...)


Après ce petit préambule, revenons à notre "Workhorse Amplifier"
Je dirais en reformulant qu'il s'agit d'un ampli qui serait bon à peu prés partout mais génial nulle part. On trouvera certainement dans des cas particuliers des amplis plus performants. Mais c'est toujours le cas lorsqu'on recherche de la polyvalence qui ne s'obtient souvent que grâce à certains compromis.

Conformément à ce que disait AJMARS, j'aimerai bien aussi que cet ampli polyvalent soit également simple de conception. Ce qui ne veut pas dire que l'on ne pourra pas obtenir mieux avec plus de sophistication.

Pour les amplis VFA, il existe en gros (pour les amplis jugés performants) 2 types de topologies:
La première des topologies est celle des amplis de type « Lin » du nom H. C Lin des laboratoires Bell
La deuxième concerne les FBS (Fully Balanced Symmetrical)
Avec l'intérieur de chaque catégorie de très nombreuses variantes qui font qu'on aboutit à une infinité de designs possibles

Pour le Lin
The 1956 Lin amplifier, by H. C. Lin, was the first practical transformerless transistor power amplifier. Through a series of step-by-step improvements, most importantly the addition of a balanced front end, it morphed into the ubiquitous Modified Lin amplifier, which is the dominant power amp layout to date.
Qui aboutit grosso modo à cette structure

Il y a maintenant quelques années, j'avais un peu étudié le bouquin de Douglass Self "Audio Power Amplifier Design"
Ouvrage qui a débouché sur son fameux "blameless Amplifier"
J'aime bien cette qualification "blameless" qui indique qu'on ne va pas travailler pour l'obtention de qualités "extraordinaires" mais que l'on va faire le maximum pour optimiser et linéariser chacun des étages clés pour aboutir à quelque chose de non-critiquable et dont les performances objectives correspondront en tous points au fameux "fil droit avec gain".

Voici en gros cette structure à 3 étages (que Self va s'attacher ensuite à optimiser pour aboutir à son "Blameless Ampilier")
Tirée de la page http://www.douglas-self.com/ampins/dipa/dipa.htm

Le premier étage utilise une paire différentielle appelée aussi LTP (Long Tail Pair)
Il s'agit d'un étage à transconductance qui transforme une tension en courant nécessaire pour attaquer le deuxième étage qui constitue le VAS (Voltage Amplification Stage). Une très grande partie de l'amplification en tension est effectuée par ce VAS
Suit ensuite l'étage de puissance pour lequel on trouve toutes sortes de topologies: EF2, EF3, CFP, Quasi Complémentaires, Séries (Bryston, SAE...) etc
On notera que le driver fait partie de l'étage de puissance et que le gain de ces étages de puissance est le plus souvent unitaire.

(A suivre)

[AJMARS]

Parmi les schémas que j'ai regardé... C'est exactement ce que tu cites dans ton post au-dessus.

Cliquez sur l'image pour l'agrandir

Mais peut être qu'une structure un peu plus élaborée pour le deuxième étage (TR4) est préférable (cascode ?)

A noter que la puissance est ici un Darlington complémentaire, structure que je connais peu, j'ai souvent utilisé des doubles collecteurs communs.

A plus
André

[mambojet]

Oui c'est identique à part le remplacement de la paire différentielle par des NPN au lieu des PNP
Si je reprends les références de ton schéma:
TR1 et TR2 représentent la paire différentielle. Il est très important d'utiliser des transistors avec Hfe élevé. Il est également très important de les appairer au mieux et de les coupler thermiquement.
TR3 (et les diodes) est la source de courant dans le "tail" qui permet de fixer le courant circulant dans la paire différentielle. Pour Self, et du point de vue distorsion (et donc linéarité) il est très important que les courants Ic circulant dans la paire soient absolument identiques, ce qui n'est bien sur pas réalisé avec des R3 et R4 identiques. On peut améliorer très sérieusement en différentiant les deux résistances de charge mais cela reste selon lui trop approximatif et surtout l'utilisation de résistances de charge limitent le Slew Rate, un des point faible de ce type ampli VFA Lin.

L'introduction d'un miroir de courant permet de faire coup double en forçant un courant absolument identique dans chaque transistor et en doublant le Slew Rate
http://www.douglas-self.com/ampins/dipa/dipa.htm

Cliquez sur l'image pour l'agrandir

Cliquez sur l'image pour l'agrandir

Il est également très important selon lui d'introduire des résistances de "degeneration" dans les émetteurs de la paire différentielle et également au niveau de la source de courant
Malgré tous le soin apporté à l'appairage, les transistors ne seront jamais parfaitement identiques et ces résistances permettent d'obtenir un équilibre AC quasi parfait. Selon Self l'amélioration obtenue grâce à l'introduction de ces résistances est très importante. Il augmente également assez nettement le courant circulant dans la paire.
Pour plus de précisions et pour ceux qui sont intéressés, je vous recommande la lecture de sa page.

En ce qui concerne le VAS, sur le schéma posté par AJMARS on remarque que TR4 est le transistor amplificateur alors que TR5 le charge en tant que source de courant. C'est donc un VAS de type SE qui là aussi limite le Slew Rate (par conception). Un VAS de type Push pull permettrait d'améliorer ceci mais si on en reste au SE, le problème le plus important à résoudre est celui de sa distorsion importante.
On rappelle que le VAS réalise la quasi totalité du gain en tension de l'ampli. Sur un ampli de forte puissance, cela représente des chiffres importants.
Self remarque que l'utilisation de transistors à fort Hfe permet d'améliorer assez nettement. Mais ils ne sont pas adaptés à l'utilisation de forts courant (on peut les doubler). Cascoder est une solution mais une solution très simple semble l'emporter assez nettement: L'EF VAS. La distorsion de cet étage est divisée par 30 avec l'utilisation de l'EF

Cliquez sur l'image pour l'agrandir

L'explication donnée:
When a VAS-buffer is added, the drop in distortion is dramatic, as it is for the beta-enhancement method. The gain increase is ultimately limited by Early effect in the cascode and current-source transistors, and more seriously by the loading effect of the next stage, but it is of the order of 10 times and gives a useful effect. Fig 12 plots the distortion of a model amplifier with 100 Ohm input pair degeneration resistors, showing the extra distortion from a simple VAS. However, the beta-enhanced version has the THD submerged in the noise floor for most of the audio band, being well below 0.001%

En ce qui concerne l'étage de sortie, la configuration la plus simple et en même temps performante est d'utiliser un EF2 (Emitter Follower 2 étages)

Ceci nous donne le Blameless Amplifier
http://www.douglas-self.com/ampins/dipa/dpafig33.gif

Les chiffres de distorsion sont extrêmement bas et parviennent quelquefois à "challenger" selon lui son équipement de mesure (AP Precision)
Cordell propose un "Distorsion Enhancer" pour mesurer les taux de distorsion extrêmement bas X10 ou X100
Malgré les améliorations, le point le plus faible reste le Slew Rate qui reste plus limité que celui obtenu avec les meilleures implémentation FBS

Reste à savoir si, au niveau obtenu, le SR reste un facteur limitant dans l'utilisation de cet ampli. Ce qui vas nous emmener à étudier un peu ce fameux SR...

Bon je n'ai rien inventé...Mais comme j'ai essayé, je peux dire que c'est effectivement performant tout en restant simple (de mon point de vue)

(A suivre)

[AJMARS]

Il est également très important selon lui d'introduire des résistances de "degeneration" dans les émetteurs de la paire différentielle et également au niveau de la source de courant
Malgré tous le soin apporté à l'appairage, les transistors ne seront jamais parfaitement identiques et ces résistances permettent d'obtenir un équilibre AC quasi parfait. Selon Self l'amélioration obtenue grâce à l'introduction de ces résistances est très importante. Il augmente également assez nettement le courant circulant dans la paire.
Pour plus de précisions et pour ceux qui sont intéressés, je vous recommande la lecture de sa page.

Bonsoir Philippe

C'est exactement la première modification que je pensais faire sur ce schéma    
Kaneda aussi en parle dans ses études, mais je ne l'ai pas lu directement, je pense que c'est bien transcrit...

Pour le deuxième étage il faut que je puisse tester des choses.

Je réfléchis surtout à une structure "modulaire" pour l'ampli en séparant les cartes "puissance" et les cartes "tension" afin de pouvoir faire des tests indépendants sur les deux parties.

A plus
André

PS : Je ne peux pas lire tes liens, quand je clique dessus il ne se passe rien.

[mambojet]

Tu n'arrives pas à lire ce lien ?
http://www.douglas-self.com/ampins/dipa/dipa.htm

Ou c'est juste les photos ?

C'est le cas pour d'autres personnes ?
Chez moi lorsque je clique, cela fonctionne

Au pire copie et colle dans la barre d'adresse

[AJMARS]

Si ce lien là marche bien, ce sont les  boutons "cliquer pour agrandir" qui ne marchent pas.

A plus...

[Bruno D]

Aucun problème pour moi, tous les liens fonctionnent.

[mambojet]

C'est vrai que sur Chrome cela ne semble pas fonctionner
Avec Safari c'est OK
Du reste j'ai fait des copies d'écran pour corriger

Et au pire, vous avez la page de Self à digérer  

PS: c'est quand même du boulot d'écrire tous ces trucs même si je n'invente rien et ne fait que simplifier...et essayer. Merci à tous ceux qui participent en tous les cas (même par la pensée...).

[AJMARS]

Re'

Sur Edge ça ne fonctionnait pas non plus, mais te stresse pas, je peux aller voir dans l'article complet.

N'y passe pas un temps trop important, je peux m'adapter.

A plus
André

[Damounet74]

PS: c'est quand même du boulot d'écrire tous ces trucs même si je n'invente rien et ne fait que simplifier...et essayer. Merci à tous ceux qui participent en tous les cas (même par la pensée...).

Je comprends que ce soit du boulot mais sache que j'apprécie ton travail de vulgarisation.
J'attends la suite avec impatience  

Damien

[mambojet]

Alors on peut imaginer une transposition pour un FBS (Fully Balanced Symetrical) amplifier
Si on "symétrisait" ce qu'on a fait sur le LPT, qu'on supprimait la source de courant du VAS en la remplaçant aussi par un EF VAS qui fonctionnerait ainsi en push pull, cela pourrait donner un truc sympa:
De ce genre là

Cliquez sur l'image pour l'agrandir

Alors cela donne une discussion de ce genre entre Joseph (dit JoJo la trouvaille), expert en simulation et diverses bricoles et Albert dit Bebert son ami réparateur pour les grandes marques

(Jojo euphorique) Pétard Bebert je viens de trouver un truc de fou...
(Bebert) ah oui tes recherches sur les amplis ?
(Jojo très sur de lui) Oui, un circuit sans aucun défaut, distorsion quasi impossible à mesurer, Slew Rate super nickel le tout sur un ampli VFA
(Bebert) C'est super cela !
(Jojo très fier) Oui, quand je pense à l'autre rigolo sur le forum ls3 qui n'en finit pas de chercher son Workhorse amp. Moi j'ai à ma disposition Un Killer Amp ! Reste plus qu'à le construire
(Bebert) Un Killer amp ? tu sais dans l'électronique linéaire BF, cela fait longtemps qu'on a trouvé ce qu'on devait trouver. Tu me montres ton circuit ?
(Jojo) Le voilà. Je vais tous les enfumer sur leur forum soi disant Anglais
(Bebert qui éclate de rire) il ne fonctionne pas ton circuit
(Jojo consterné) Comment cela il ne fonctionne pas? En Simul c'est super nickel chrome
(Bebert) ben oui mais dans la vraie vie, avec de vrais transistors, cela ne fonctionne pas. C'est instable et la tension de sortie va se balader d'un rail à l'autre
(Jojo dégoûté) Miseria....de miseria
(Bebert moqueur) Cela fait environ 50 ans que ton circuit a été imaginé et qu'on le sait. Remarque que si tu veux te débarrasser de tes HP...C'est des JBL c'est pas grave ou alors tu vas l'essayer chez leur chef JérômeB
(Jojo démoralisé) Merdum...fait chier

For good performance, the tail current must be shared equally between the two transistors in each
LTP (same applies to single ended designs as well). Simulation shows that only a small imbalance can
lead to appreciable distortion. Traditionally, audio power amplifier designers have used either resistive
load or a current mirror. With a current mirror, you get very good balancing between the transistors in
the LTP pair and very high gain. Additionally, as discussed in section 7.2, the SR is doubled over that of
resistive loading because all of the input stage tail current can be steered to charge Cdom - none of it is
wasted flowing into the collector resistive load (see OR and OR in Fig 10). On the face of it, a current
mirror load looks like a great solution – and it is on single ended designs like the Lin. However, in the
FBS topology, current mirror LTP loads are not DC stable and the amplifier output drifts towards one
of the supply rails and remains locked up there – a conventional DC servo won’t help either - and as a
result, you have to add a common mode current loop (CMCL) balancing circuit to keep the amplifier
12 output centered . (Andrew C Russell)

https://hifisonix.com/wordpress/wp-cont ... _V2.03.pdf

[Bruno D]

Sur ce dernier schéma, c'est curieux d'être symétrique partout pour finir en sortie sur un seul transistor  

Pour le slew rate évoqué précédemment, cela risque d'influer seulement sur le (très) haut du spectre, non ?

[mambojet]

Alors c'est déjà  pas facile de trouver un schéma qui ne marche pas...

et l'auteur te réponds
The model amplifier in Figure x.xx is completely
symmetrical, apart from the Class-A output stage
which in a full-scale amplifier would be replaced by
a symmetrical Class-B output stage. This symmetry is,
however, more apparent than real, for even transistors
that are sold as complementary pairs are by no means
mirror-images.

Voilà tu ne considères le circuit que jusqu'au VAS et l'étage final est un classique EF2 (par exemple)

Concernant le Slew Rate, tu as raison bien sur
https://www.audioholics.com/audio-ampli ... -slew-rate
Un article facile à lire

Slew Rate (SR) indeed expresses the ability of an amplifier to follow the input and as the formula implies this applies to the high frequencies within the passband of the amp. However most amplifiers have an input low pass filter used to minimize RF ingress and to limit slew rate induced distortions. Therefore even if the intrinsic SR of a power amp can be higher most designs tend to limit the bandwidth of the applied signal and in consequence the real SR may be lower than the one specified. If a manufacturer specifies “SR measured with input filter disabled” then it is the real deal.

By itself SR is a second order specification, not all manufacturers publish/measure it and is not indicative of sound quality if not accompanied by distortion numbers at the frequency of interest. For example an amplifier can follow a square wave at 20 kHz very closely in terms of rise/fall times, which in turn will give a very good SR number but if it does so with 20% overshoot and/or with long settling times (ringing that lasts for most of the pulse duration)…then the amplifier is probably not very good sonically (it has a hot and seemingly “detailed” top end).

The formula can be rewritten as: SR=2*π*f*√(2*P*Z)

This shows that if you need to deliver the same power at the same frequency into a higher load you need a higher SR. Considering the impedance swings of real world speakers we can see why having a healthy SR is not a bad idea as long as distortion and other parameters are kept in check.

On the other hand nobody expects a power amp to deliver full power at say 200kHz, the filter capacitors in the supply may not be able to sustain that kind of ripple current.

Bon en gros pour un ampli de 100W si on veut qu'il passe le 20kHz full power, il faut 6,3V/us de SR.
Pour 100khz il en faut 32
Sans compter que même à 20khz il ne doit rester grand chose en énergie sur de la musique normale (celle de PP je sais pas...je me méfie )

L'ampli "Blameless" affiche en général un SR de 40. Donc c'est en effet à mon avis un non problème. Sauf pour les chauves souris...

Pour info c'est un point fort (si on veut...) des amplis CFA qui n'affichent pas de limites avec des SR considérables (+ de 200V/us)