Усилитель Михаэля Видерхольда, или сверхлинейник 1977-го года

Статус
В этой теме нельзя размещать новые ответы.

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
11,339
4,516
Плюк
Тема временно закрыта от комментариев.

Усилители Михаэля Видерхольда. 1977-й год.

По многочисленным просьбам участников форума, для того, чтоб этот вопрос не потерялся среди других материалов, было принято решение вынести обсуждение схемотехники Михаэля Видерхолда в отдельную тему.

Многие наивно полагают, что усилитель Видерхольда, это такая маленькая невнятная публикация в журнале Радио за 1978 год с двойкой на выходе и без подробностей.
На самом деле это не совсем так. А, скорее, совсем не так.

Сначала в ГДР-овском журнале Radio Fernsehen Elektronik, №14 (июль) за 1977-й год:
rfe1477.jpg
появилась статья "Neuartige Konzeption fur einen HiFi-Leistungsverstarker":
Скан статьи - в аттаче этого сообщения.

В Радио-78 была выложена первая, самая простая, маломощная и наименее линейная из всех схем исходной публикации:
1622851862442.png

Но лучшая схема в этой статье - последняя, с квазикомплементарной тройкой на выходе:
1622851912541.png

Схема проста, как и все гениальное - ОУ + УН (ОК-ОБ-ОБ) + ВК.
К сожалению, именно эта схема в журнал "Радио" не попала и долгое время была недоступна широкому кругу советских радиолюбителей.

Некоторые считают, что Видерхольд дубля не отбивал в частотной коррекции усилителей, но я постараюсь показать, что это не так.
Усилитель был тщательно рассчитан, причем с использованием, в том числе, и математического моделирования.
 

Вложения

Последнее редактирование:

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
11,339
4,516
Плюк
Рассмотрим модель ВВ-77:
VV-77_SHM.gif
Особенности модели:
- На входе применена наша иерархическая модель К153УД1 (153УД1 - отечественный аналог примененного Михаэлем ОУ А109). Ее основные параметры соответствуют документации производителя (ниже рассмотрим эту модель отдельно).
- В УН использованы качественные модели современных транзисторов. Дополнительные паразитные емкости добавлены искусственно (Cpar на схеме). Для оценки АЧХ каскадов этого достаточно.
Примерными аналогами SF129 являются отечественные КТ630 (Скб=15пФ) и КТ503 (Скб=20-50пФ).
Примерными аналогами ВС640 являются отечественные КТ684 (Скб=50пФ) и КТ502 (Скб=20-50пФ).
Поэтому суммарная паразитная емкость одной пары транзисторов принята равной 50пФ. Для двух пар, соответственно, 100пФ.
В ВК применены модели современных транзисторов.

Петлевое усиление этой схемы имеет вот такой вид:
VV-77_AFC.gif

Этот график является геометрической суммой трех других графиков:
VV-77_AFC_summ.gif
АЧХ ОУ, АЧХ УН+ВК и АЧХ петли ООС.

Смотрим, как меняется АЧХ УН+ВК при изменении "паразитной" емкости (Cpar):
VV-77_AFC_Cpar2.gif
Емкость на каждом из четырех шагов равна 33, 68, 120 и 220 пФ, соответственно.
Такие АЧХ можно легко построить по трем точкам для каждого графика, т.к. наклон в каждой точке известен.

Смотрим, как меняется АЧХ ОУ при изменении емкости его коррекции (C5):
VV-77_AFC_Ccorr.gif
Емкость на каждом из четырех шагов равна 220, 470, 1000 и 2000 пФ, соответственно.
АЧХ можно построить по четырем точкам, хотя для расчета УМ достаточно и первых трех.

Что примечательно, подстройкой всего одного конденсатора в коррекции ОУ можно скорректировать усилитель под практически любую разумную емкость нагрузки транзисторов УН, будь она хоть паразитной, хоть добавленной искусственно.
Т.е. по мере развития технологий изготовления транзисторов этот усилитель может становиться все лучше и лучше вообще без каких-либо изменений схемы. Ну, разве что асимметричную тройку заменить на комплементарную от Локанти.
Это гениальное решение!
 
Последнее редактирование:

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
11,339
4,516
Плюк
Отдавая дань Герою Социалистического Труда Михаэлю Видерхольду, попробуем сделать сегодня усилитель строго по его схеме, только лишь с использованием современных транзисторов и заменой ВК на симметричный:
VV-77_v05_03_SHM.gif
Параметры на картинке.
Немного уточнены режимы и номиналы родной коррекции.
Применяемые ОУ - К153УД1А или К553УД1А.

Петлевое усиление - 77дБ/20к:
VV-77_v05_03_Loop.gif

Интермоды:
VV-77_v05_03_IMD.gif

Клип:
VV-77_v05_03_CLIP.gif


А эта схема - попытка выжать максимум из исходной топологии Михаэля, но с минимальными изменениями относительно исходной матрицы коррекции:
 
Последнее редактирование:

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
11,339
4,516
Плюк
Н. Сухов в своих ютубиках вещает:
nick2bike написал(а):
я не хочу, чтоб опять ктото инсинуировал, что я спер ... ВВшник у Видерхольда
Нет.
В статье честно указано, откуда взята схема.
Но мало честно спереть результаты чужого труда. Нужно еще суметь их дотащить.
И на этом этапе у многих возникают проблемы, которые они пытаются прикрыть разного рода демагогией.

nick2bike написал(а):
добавил один кондер, и улучшил на 3 порядка Видерхольда.
А вот это, откровенно говоря, ложь.
И скоро узнаете, почему.

"Уважение трудно заработать, но легко потерять."
 
Последнее редактирование:

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
11,339
4,516
Плюк
Усилитель Михаэля Видерхольда (1977 год):


Как вы думаете, чем эта простая схема, опубликованная в 1977-м году, принципиально лучше схемы киносипедиста велорежиссера, опубликованной в 1989-м году (т.е. через 12 лет)?

У нее в десятки раз больше петлевого усиления, чем у компиляции 89-го года.
Почему?
Потому что Сухов использовал "свои конденсаторчики" :)
Он добавил всего два "конденсаторчика" и с их помощью увеличил искажения примерно на порядок, по сравнению с исходной схемой Михаэля Видерхольда.
Первый "конденсаторчик", это 330пФ в нагрузке УН (С11 по схеме в Радио). Этот "конденсаторчик" дает на 20к импеданс, равный 24кОма.
Т.е. усиление транзисторной части УН улетает в трубу на ровном месте.
А если добавить емкости прилегающих коллекторов и термодатчика, то ситуация становится просто драматической.
У Видерхольда такого разбазаривания усиления не было.
Второй "конденсаторчик", это 10пФ (C4) внешней коррекции ОУ DA1. Этот конденсаторчик резко снижает усиление неплохого, в целом, ОУ (К574УД1).
 
Последнее редактирование:

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
11,339
4,516
Плюк
Как вы думаете, чем эта простая схема, опубликованная в 1977-м году, принципиально лучше схемы киносипедиста велорежиссера, опубликованной в 1989-м году (т.е. через 12 лет)?
Начнем с самого начала. Т.е. с ОУ, стоящего на входе.
Тов. Видерхольд применил А109, аналогом которого является отечественный 153УД1.
Полную транзисторную модель этого ОУ мы уже давно сделали.
Конечно, она не идеальна, как и любая модель. Но позволяет уверенно оценить линейность и устойчивость схемы.
Смотрим даташит 153УД1:
1625583702183.png
Предельное усиление - около 90дБ.
Частота первого полюса задается цепями коррекции.

Смотрим на нашу модель с цепями коррекции, соответствующими графику 1 даташита:
1625583712128.png
Видно, что ход кривых сходный. Конечно, есть разброс параметров, есть отличия параметров ОУ от разных производителей.
Но суть не в этом.

Применяем коррекцию Видерхольда к 153УД1:
1625583729120.png

И видим вот такой ход усиления скорректированного ОУ:
1625583743375.png

57дБ/20к!


Разброс качества разных экземпляров ОУ на этой частоте не влияет. Тут работает только частотная коррекция.
Это уже было неоднократно показано в теме HaTaлu, где супермодератор с помощью коррекции делает из любых ОУ одинаковые TL071...


Теперь смотрим на ОУ 574УД1, качественная модель которой у нас тоже, к счастью, есть.
Измеренный неоднократно участниками нашего форума Ку этого ОУ на частоте 20кГц составляет от 53 до 60 дБ в зависимости от экземпляра, партии, даты производства, существующего политического строя и фазы Луны.
Смотрим, что показывает наша модель без внешней коррекции:
1625583851976.png
Мы старались создать лучший вариант.
Хуже всегда можно допилить коррекцией.

Теперь добавим к нашему ОУ конденсаторчик С4, который добавил киносипедист велорежиссер:
1625583890410.png

Получаем вот такой график Ку ОУ:
1639574355283.png
50дБ/20кГц!
С помощью всего одного конденсатора велорежиссер потерял 10дБ усиления. Т.е. увеличил искажения примерно в три раза.

Запомнили сколько усиления получили от входного ОУ два разработчика?
Напоминаю:
1977 год, М. Видерхольд - 57дБ@20к
1989 год, Н. Сухов - 50дБ@20к.
Наглядно:
1625584570254.png

Поэтому когда велорежиссер рассказывает, как он добавил к усилителю Видерхольда один конденсатор и увеличил линейность на три порядка (в тысячу раз, Карл!), относитесь к таким рассказам взвешенно. Ему никто не мешает рассказывать, как в том бородатом анекдоте про пенсионеров. А вам никто не мешает подумать, почему он это рассказывает.

Мне эта история напоминает еще одного персонажа, который взял многопетлевик Кена Ишиваты и тоже сделал его хуже, в меру своего непонимания схемотехники.

Далее рассмотрим транзисторную часть УН...
 
Последнее редактирование:

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
11,339
4,516
Плюк
Переходим к транзисторной части.
Чтобы не было спекуляций на тему типов транзисторов, в обе схемы ставим одинаковые проверенные качественные модели, а паразитные емкости добавляем искусственно (Cpar на схемах).
Т.е. ставим обе схемы в равные условия.

Усилитель 1977-го года:
1622225378851.png

Паразитная емкость четырех примыкающих коллекторов принята за 100пФ (Cpar). Так же, как и в следующей схеме.

Усиление от точки "3" до выхода (т.е. усиление транзисторной части усилителя):
1622225607962.png

36дБ/20к.

Усилитель 1989-го года:
1622225715145.png

Паразитная емкость четырех примыкающих коллекторов и термодатчика так же равна 100пФ.

Усиление от точки "3" до выхода (т.е. усиление транзисторной части усилителя):
1622225849920.png

26дБ/20к.
В три раза меньше, чем в было 1977-м году.

Оно и на пальцах, без симулятора было понятно - засадить на выход УН суммарную емкость под полнанофарады при токе УН в 4мА, это диверсия в чистом виде. Видерхольд себе такого не позволял даже в середине 70-х годов прошлого века.
Да еще и резонансы появились на 30+МГц. Какой "мой конденсаторчик" приводит к этим выбросам, мы рассмотрим отдельно.
Но кто-то упорно рассказывает про "один конденсаторчик", с помощью которого он повысил линейность на три порядка.

Что мы имеем в сухом остатке:
Видерхольд в 1977-м году собрал 57+36=93 дБ усиления.
Велорежиссер в 1989-м году добавил "один конденсаторчик" и собрал 50+26=76 дБ усиления.

После введения ОООС в петле у каждого разработчика осталось:
1977-й год - 71дБ@20к
1989-й год - 46дБ@20к

В ООС-ный усилитель с выхлопом в АВ и с глубиной ООС 46дБ/20к хоть какой ОУ ни поставь, он (усилитель) звучать не будет.

Емкость 330пФ в нагрузке УН заслуживает отдельного рассмотрения.
При токе покоя ВК УН порядка 4мА (как это сделано у велорежиссера) на частоте 20кГц и при выходной амплитуде 40 вольт, только эта емкость будет тянуть в себя ток 1,6мА. Паразиты потянут, минимум, еще треть от этого (~0,5мА).
Т.е. половина тока УН уходит в песок уже на частоте 20кГц.
На 40кГц в песок уйдет весь возможный ток УН.
Все. Приехали. Полоса мощности закончилась.


В сухом остатке имеем следующее:
Михаэль Видерхольд в 1977-м году тщательно рассчитал глубокоООСный усилитель.
Он был ограничен только имевшейся в наличии комплектухой, иначе на выходе стояла бы симметричная тройка Локанти.
Но в результате получил вот столько усиления в петле:
1622228580223.png

И искажения порядка 0,002% на частоте 20кГц.

Велорежиссер в 1989-м году "добавил один конденсаторчик" и заявил, что "снизил искажения на три порядка" :)
При этом установил на входе хороший ОУ, на выходе - симметричную тройку, прикрутил свистелки-перделки интеграторы-компенсаторы, и получил примерно столько петлевого усиления:
1622228818764.png

И искажения порядка 0,02% на частоте 20кГц.

Т.е. через 12 лет после Видерхольда сделал его усь в 10 раз хуже, но выдал это за подвиг.

Видерхольд офигительный глубокоосник имел в 1977 году. Спасибо большое за проделанную работу, тов.Берия, многие подробности по этому усилителю для меня сегодня вашими стараниями открылись. Наивно полагал, что Видерхольд - это маленькая невнятная публикация в Радио78 с двойкой на выходе и без подробностей. Оказывается, что нам в течении ряда лет лгали, откровенно лгали относительно неких заслуг. Ещё раз, спасибо, очень интересно.
 
Последнее редактирование:

GecAS

Постоялец
28 Фев 2019
214
172
Санкт-Петербург
Может уже попадался данный материал.
EMiq__Wiederhold.png
ссылка на перевод автора поста EMig
(перевод с немецкого)
 

Вложения

Последнее редактирование модератором:

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
11,339
4,516
Плюк
Некоторые фанаты киносипедиста сухова пытаются доказывать, что Михаэль Видерхольд придумал какой-то отстойный усь, и только велорежиссер смог сделать из этого уся что-то более-менее приличное. (да еще и назвал эту переделку "усилителем высокой верности").

Давайте еще раз взглянем на самую лучшую схему Видерхольда:
1640165600003.png

Тут имеется 71дБ петлевого усиления на частоте 20кГц:
1640165834548.png

Искажения находятся на уровне 0,0019% на частоте 20кГц (и 0,00055% на первом ватте!).

Сигнал в точке сравнения:
1640165666771.png
Видно, что амплитуда на уровне порядка 550мкВ.

Теперь рассмотрим переделку от киносипедиста, незаслуженно обозванную "усилитель высокой верности":
 
Последнее редактирование:

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
11,339
4,516
Плюк
Проведены измерения нескольких экземпляров 574УД1 без внешней коррекции, и с конденсатором 10пФ.
574UD1x7.JPG
ОУ специально не отбирались. Просто взяты несколько штук в разных корпусах и разных лет выпуска.

Результаты сведены в табличку:
574UD1x7.gif

Как видим, с емкостью коррекции всего в 10пФ можно получить усиление от 49 до 54дБ на частоте 20кГц.
Среднее значение - 51дБ/20к. Собственно, на него и приходится ориентироваться любителям. Но все зависит от везения, кому-то могут попасться и экземпляры с Ку меньше 50дБ...
 
Последнее редактирование:

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
11,339
4,516
Плюк
Результаты сведены в табличку:
Обмерил ОУ оказалось те что в пластике имеют больше 60дб. Те что 0785 и одна U7 от 63 до 65дб
Т.е. 574УД1 имеют разброс усиления от 53 до 65дБ/20к.
В 4 раза!

Вот отсюда, видимо, и растут мифы про склонный к возбуду 574УД1.

И когда люди ставили в изначально склонный к возбуду вв-89 экземпляры ОУ с бОльшим усилением, т.е. лучшие экземпляры ОУ, усь свистел. И "разработчик" советовал им заменить ОУ или навешать емкостей на выход УН.
Типичный могильный. Т.е. плагиатор, который даже не смог донести до клиентов стыренное.

Смешнее (и, одновременно, печальнее) всего, когда в синдроме Даннинга-Крюгера обвиняют окружающих именно жертвы этого синдрома...
 
Последнее редактирование:

Rus2000

I=U/R
17 Окт 2017
11,339
4,516
Плюк
"Не говори гоп, пока не перепрыгнешь" (с) народное​


2021-й год закончился. Для кого благополучно, для большинства - не очень.
Заодно закончился еще один год последовательного разоблачения хвастовства и надувательства одного широкоизвестного в узких кругах велорежиссера.
Который сделал заявку на, ни много, ни мало, "ВВ-XXI".
Не ВВ-2021, не ВВ-MMXXI, а именно "вэвэ-латинское двадцать одно".

Но чуда не произошло.
За целый год публика смогла увидеть лишь жалкий патент на всем давно известный метод линеаризации составного выходного каскада, и много сказок про дорогущие ОУ и транзисторы.

Так что феерического совпадения трех грандиозных событий: появления внеочередного клона усилителя Видерхольда, наступления двадцать первого века и его двадцать первого года, ожидаемо, не произошло.
Вот уже 45 лет кое-кто не может совладать со схемой тов. Видерхольда.

Поздравляю, товарищи ждуны, "ВВ-XXI" - всё.
1641431144996.png
Аминь.

Теперь с нетерпением ждем "ВВ-2022" (или ВВ-XXII). :)
 

alexcp

Постоялец
23 Май 2020
339
874
hifiocean.com
на eBay только что купил несколько аутентичных A109 производства ГДР ;) приедут в новом году.
Приехали:
1642123233715.png
Все как на подбор, отличное немецкое качество. Измерения на стенде показали не менее 90дБ усиления на низких частотах для всех экземпляров (на высоких зависит от коррекции). Это совпадает с измеренным усилением uA709 производства National Semiconductor.

Я собрал макет одного канала усилителя Видерхольда с использованием Ориентира в качестве УН и ВК:
Wiederhold.JPG
Коррекцию ОУ подобрал для получения красивого клипа на 1, 8 и 20кГц под нагрузкой:
1642123620376.png
Измерил петлевое усиление на 20кГц, которое составило 70дБ, из которых 56дБ - усиление ОУ, 36дБ - усиление транзисторной части и -22дБ - ослабление делителя ОС. Измеренные значения совпали как с расчетными, так и с данными симуляции.

Далее, измерил искажения при 10 вольтах СКВ на выходе с нагрузкой 8ом. (Для справки, питание было +/-30 вольт, и максимальный уровень до появления значительных искажений составил около 17 вольт скв). Измерения не показали ничего, что было бы выше искажений моей звуковой карты (модифицированная E-MU 0204)
Wiederhold non-invert 1kHz 10Vrms 8ohm.png
Wiederhold non-invert 19+20kHz 10Vrms 8ohm -10dB.png
Wiederhold non-invert 250Hz+10kHz 10Vrms 8ohm.png

Тогда я перевел усилитель в инвертирующее включение. С одной стороны, это снизило искажения, с другой - позволило применить простой вычитатель для ослабления тестового сигнала до уровня, где искажения звуковой карты уже не мешают. На картинках ниже полный уровень на выходе усилителя также составляет 10В скв. Тестовый сигнал подавлен на 60-70дБ, а то, что осталось, усилено в 10 раз (на 20дБ). Палка высотой -104дБВ на картинке соответствует уровню -124 дБс (по отношению к уровню сигнала).
Wiederhold invert 1kHz 10Vrms 8ohm +20dB.png
Wiederhold invert 19+20kHz 10Vrms 8ohm +20dB.png
Результаты измерений приятно удивили. Это, конечно, не Напалм (Паруса у меня нет), но очень неплохой сверхлинейный усилитель. Сижу, слушаю музыку через единственный собранный канал :cool:
 
Последнее редактирование модератором:
Статус
В этой теме нельзя размещать новые ответы.

О Нас

  • Наше сообщество существует уже много лет и гордится тем, что предлагает беспристрастные и критические обсуждения среди любителей радиоэлектроники. Мы каждый день работаем над тем, чтобы быть лучше.

Быстрая Навигация

Пользовательское Меню