Audio Technologies

Text Box: Copyright 2012 Audio Technologies, Miltiadis Logothetis Laboratory, All Rights Reserved.
Rounded Rectangle:

The electrostatic speaker in its basic form consists of two perforated metallic screens which are insulated and sandwich a high resistance coated plastic diaphragm, able to retain a high voltage charge up to 6000 volts.

The static load is similar to a permanent magnet.

A transformer is electronically connected to the front and rear screens.

When an audio signal is applied to the transformer input, it modulates between the two screens, varying the electrical field between the screens and the highly charged diaphragm which then vibrates the surrounding air to create sound.

Our ESL-18 uses the above loudspeaker technology  and  has  some important features.

It has a diaphragm which is virtually weightless, bipolar and extremely linear in its operation to yield lower distortion of other loudspeakers technologies.

Because it is weightless it can reproduce the widest frequency response.

We don't need heavy magnets with intense magnetic fields to energize the system, but by simply controlling the Mylar diaphragm-to-screen spacing and varying the external high voltage supplied.

The diaphragm is devoid of the cabinet colorations of conventional box speakers and has a transient response which defies even the fastest ribbons.

The linearity and dynamic range of ESL-18 allows listening at whisper sound levels.

The natural dynamics of music are not compressed and so musical recordings are more spectacular.

About 50% of the cost for a typical speaker goes into labor and materials to build the box.

The box makes a sound of its own called resonance.

Some manufacturers use exotic woods and transverse bracing to damp the resonance.

That drives up the cost and still never really works.

In conventional transducers a coil in a magnetic field, send the sound vibrations to the attached cone through glue.

Resolution is lost and distortion is high.

Conventional speakers use heavy cones attached to voice coils and magnets, causing the transient response to be slow.

They also use multiple drivers to cover the entire audio range.

Every time a crossover is used from one driver to another, there is distortion that damages performance.

Time and phase coherence is lost and the ear/brain mechanism receives the same sounds from more than one source at the same time, making it difficult to localize with precision, resulting in poor resolution.

Τhοse problems are solved with the ESL-18.

 

 

 

 

 

 

Στην απλή του μορφή το ηλεκτροστατικό ηχείο συνίσταται από δύο μονωμένα διάτρητα μεταλλικά φύλλα, τα οποία περιβάλλουν ένα επιστρωμένο πλαστικό διάφραγμα υψηλής αντίστασης, ικανό να διατηρήσει φορτίο υψηλής τάσης έως 6000 βολτ.

Το στατικό φορτίο είναι παρόμοιο με μόνιμο μαγνήτη.

Ένας μετασχηματιστής είναι ηλεκτρονικά συνδεδεμένος στο εμπρός και το πίσω φύλλο.

Όταν ένα ηχητικό σήμα εφαρμόζεται στην είσοδο του μετασχηματιστή, διαμορφώνεται μεταξύ των δύο φύλλων, αλλάζοντας το ηλεκτρικό πεδίο ανάμεσα στα δύο φύλλα και το υψηλού φορτίου διάφραγμα, το οποίο στη συνέχεια πάλλει τα μόρια του αέρα γύρω του, δημιουργώντας ήχο.

Το ESL-18 χρησιμοποιεί την πιό πάνω τεχνολογία ηχείων και έχει μερικά σημαντικά χαρακτηριστικά.

Χρησιμοποιεί διάφραγμα το οποίο είναι ουσιαστικά αβαρές, αμφίπολο και εξαιρετικά γραμμικό στη λειτουργία του, επιτυγχάνοντας χαμηλότερη παραμόρφωση από  άλλες τεχνολογίες ηχείων.

Επειδή είναι αβαρές μπορεί να αναπαράγει ευρύτερη απόκριση συχνότητας.

Δεν χρειάζεται βαρείς μαγνήτες με έντονα μαγνητικά πεδία για να ενεργοποιηθεί το σύστημα, αρκεί ο έλεγχος της απόστασης του διαφράγματος mylar από το μεταλλικό φύλλο μέσω της εξωτερικής υψηλής τάσης που εφαρμόζεται.

Το διάφραγμα στερείται των χρωματισμών της καμπίνας ενός συμβατικού ηχείου, ενώ έχει απόκριση μεταβατικών που αψηφά ακόμα και τις ταχύτερες μεμβράνες ταινίας.

Η γραμμικότητα και το δυναμικό εύρος του ESL-18 επιτρέπουν την ακρόαση σε εντάσεις επιπέδου ψιθύρου.

Τα φυσικά δυναμικά της μουσικής δεν συμπιέζονται με αποτέλεσμα οι εγγραφές να αναπαράγονται με εντυπωσιακό τρόπο.

Περίπου 50% του κόστους ενός τυπικού ηχείου απορροφάται στην εργασία και τα υλικά που απαιτούνται για την κατασκευή του κουτιού.

Το κουτί έχει δικό του ήχο ο οποίος καλείται αντήχηση.

Μερικοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν εξωτική ξυλεία και εσωτερικά δεσίματα για να αποσβέσουν την αντήχηση.

Αυτή η λύση ανεβάζει το κόστος και εξακολουθεί να μην δίνει ουσιαστικά αποτελέσματα.

Στα συμβατικά μεγάφωνα ένα πηνίο μεταφέρει τους ηχητικούς παλμούς στον συνδεδεμένο κώνο διαμέσου κόλλας, μειώνοντας την ανάλυση και αυξάνοντας την παραμόρφωση.

Τα συμβατικά ηχεία χρησιμοποιούν βαρείς κώνους συνδεδεμένους με πηνία φωνής και μαγνήτες, προκαλώντας αργή μεταβατική απόκριση.

Χρησιμοποιούν επίσης πολλαπλά μεγάφωνα για να καλύψουν όλο το ακουστό φάσμα.

Κάθε φορά που παρεμβάλλεται ένα κύκλωμα διαχωρισμού συχνοτήτων μεταξύ δύο μεγαφώνων, υπάρχει παραμόρφωση που λειτουργεί καταστροφικά για την απόδοση του ηχείου.

Η χρονική και φασική συνοχή χάνεται και ο μηχανισμός αυτιού/εγκεφάλου λαμβάνει τους ίδιους ήχους από περισσότερες από μία πηγές ταυτόχρονα, δυσκολεύοντας τον ακριβή εντοπισμό τους και οδηγώντας σε χαμηλή αναλυτικότητα.

Aυτά τα προβλήματα έχουν λυθεί με τα ESL-18.

Κάθε στάτορας έχει διαστάσεις 20x60mm και είναι κατασκευασμένος από επιχαλκωμένες εποξικές διπλές πλακέτες, οι οποίες είναι τρυπημένες και αποχαλκωμένες στα όρια των οπών.

Υπάρχουν  5000 οπές σε κάθε πάνελ τρυπημένες με CNC, με ακρίβεια 3 μικρών, κάτι που απαιτεί χρόνο 2 ωρών.

Αυτή η διαδικασία παραγωγής στατόρων λύνει τα προβλήματα μόνωσης που υπαρχουν στους μεταλλικούς  στατορες.

Οι στάτορες υποστηρίζονται από ένα ξύλινο πλαίσιο με εποξική επίστρωση.

Ο χαλκός έχει μονωθεί με εποξικό βερνίκι και με μία ακόμη στρώση ειδικού βερνικιού.

Ένα ζευγάρι ESL-18 αποτελείται από 36  στάτορες που απαιτούν αρχικά 70 ώρες γιά να ολοκληρωθούν, μετά άλλες 60 ώρες γιά την τοποθέτηση των αποστατών και του film.

Τελικά χρειάζονται άλλες 70 ώρες γιά την κατασκευή των ηλεκτρονικών και την τελική συναρμολόγηση.

Electrostatic loudspeakers

Our ESL technology

Μετά πολλά χρόνια εξομειώσεων με το Spice* και μαθηματικής έρευνας επάνω στην συμπεριφορά της παραμόρφωσης των λυχνιών και πώς αλληλεπιδρά στον πραγματικό κόσμο των ηχείων, όχι μόνο με αντιστάσεις φορτίου, θεμελιώθηκε η υλοποίηση των συγκεκριμένων σχεδίων μας, για την κλωνοποίηση του περίπλοκου μοντέλου κύκλωμα+μετασχηματιστής που θέλαμε να μιμιθούμε.

Τα συμβατικά ηλεκτρομαγνητικά ηχεία απαιτούν υψηλό ρεύμα και χαμηλή τάση.

Τα ταινίας απαιτούν ακόμη χαμηλότερη τάση και υψηλότερο ρεύμα και έχουν ενσωματωμένο μετασχηματιστή.

Τα ηλεκτροστατικά ηχεία μας έχουν μετασχηματιστές ενσωματωμένους που αυξάνουν την τάση εξόδου του ενισχυτή 200 φορές, και μειώνουν το ρεύμα 200 φορές λιγότερο από τους ακροδέκτες εξόδου του ενισχυτή.

Οι ενισχυτές μας με λυχνίες έχουν μεγάλο εύρος ζώνης από 20Hz έως 30KHz σε πλήρη ισχύ στην ονομαστική αντίσταση φορτίου πριν την εφαρμογή της ολικής αρνητικής ανάδρασης, με λιγότερο από 30 μοίρες διαφορά φάσης μεταξύ 30 Hz και 20 kHz.

Υπάρχει κάποια μείωση του βρόγχου ανοικτού κέρδους πάνω από τα 32kHz και είναι ουσιαστικής σημασίας για τη σταθεροποίηση του κυκλώματος με χωρητικά φορτία.

Η απόκριση ενός τετραγωνικού παλμου 5kHz δείχνει ελάχιστη διάρκεια υπέρβασης που δεν περνάει τα 3dB για οποιαδήποτε τιμή πυκνωτή ή καθαρής αντίστασης σαν φορτίο.

 

 

 

 

 

 

 

 

Our vacuum tube amplifiers

After many years of Spice simulations and mathematical research into tubes distortion behaviour and how it interacts in the real world with speakers, not only with load resistors, the foundation of our specific designs was provided, to clone the complex model circuit+transformer we wanted to emulate.

Conventional electro-magnetic dynamic speakers require high current and low voltage.

Ribbon speakers require even lower voltage and higher current and have another transformer built into them.

Our electrostatic speakers have transformers built in which transform the amplifier output voltage up by 200 times, and reduce the current 200 times less than at the amplifier output terminals.

Our tube amplifiers have a wide bandwidth from 20Hz to 30KHz at full power to the nominal load resistance before the application of global negative feedback, with less than 30 degrees of phase shift between 30 Hz and 20 kHz. 

There is some reduction of open loop gain beginning above 32kHz and is essential to stabilize the circuit with capacitive loads.

The square wave response at 5kHz show minimal over shoot not exceeding 3dB for any value of capacitor or pure resistor as load.

Every screen stator have dimensions of 20x60cm and is  manufactured from copper-plated epoxy composite double boards, which are precision drilled and etched to remove the copper from the edge boundaries of the holes.

There are over 5000 holes, in each panel drilled perfectly with a CNC machine, to within 3 micron which requires two hours.

It is only by producing the stators in this way that we avoid the typical insulation problem inherent in electrostatics using perforated steel.

The stator are supported by a wooden frame which is epoxy-coated.

The copper is sealed using high voltage resistant epoxy coating which is further coated with a proprietary formula. 

A pair of ESL-18 consists of 36 stator which require on average 70 hours to bring them to a finished state, then 60 hours more for preparing the spacers and the film and finally 70 hours for the manufacture of electronics and final assembly.

TECHNOLOGIES

ESLs involve complicated physics and electronics.

Atoms, in their surrounded nuclei, contain positively charged protons by orbiting negatively charged electrons.

When protons are surrounded by an equal number of orbiting electrons the atom is electrically neutral.

When the number of electrons and protons are different the atom has a net electrical charge.

The production of electrically charged atoms by adding or removing electrons from the outer shells is called ionization.

Electrostatic force or charge is the net electrical charge of ionized atoms.

The number of electrons added or missing determines the strength of the charge.

When electrons are missing the net charge is positive and when electrons are excessive the net charge is negative.

Ionization and charge

The superior electrostatic technology

Distributed driving force

Because the use of a very thin membrane along with an evenly distributed force field, electrostatic transduction exhibits the lowest mass lowest distortion and the most control over membrane motion of any type of transducer.

This means that a properly designed electrostatic speaker recreates music with unsurpassed accuracy and naturalness.

Very low moving mass

The thickness of the conductive coating required to store electrical charge on the membrane need only be molecular.

So inertial problems are eliminated and the damping of the membrane approaches the ideal damping characteristic of air. 

 

The multiple stators management

Audio Technologies employ a principle that virtually eliminates the two major drawbacks of a dipole speaker, the membrane resonance peak and the dipole energy cancellation. 

The resonance peak exhibited by all stretched membranes can cause a large acoustical energy peak at the resonant frequency.

Instead of using acoustical damping materials that will cause distortion, we use multiple stators.

The result is a fast, dynamic and detailed bass frequency response.

At normal listening distances and beyond the rising characteristic, as seen at a near field measurement, enough energy is added at each frequency to make up the energy lost due to dipole cancellation.

 

How far from the back and side walls our loudspeakers should be placed

The distance is not particularly critical. 

If the speakers are mounted near the rear wall, we provide a 30 degree angle to not cancel the bass.

 

The charge ring utility

We are using a very low resistance membrane and a copper charge ring that effectively blocks electrical leakage paths and therefore maintains a uniform charge over the entire surface.

The copper ring consists of a copper foil strip that is placed around the periphery of the conductive membrane and is grounded.

The bias voltage supply is connected to the two copper plated stators via a proprietary design.

Charge is diffused from this ring over the conductive surface of the membrane.

The copper charge ring eliminates the effects of dust and other common environmental contaminants.

The loudspeakers needs only a few minutes to charge when are powered from the mains.

 

Our loudspeakers in humidity

A special circuit lowers the bias high voltage when humidity is high.

So no sparks are occurred, only the sound volume is lowered.

 

Deterioration with time

If the loudspeakers are not exposed to water, sunlight or excessive heat there will be no deterioration with time. 

Η ανώτερη ηλεκτροστατική τεχνολογία

Κατανεμημένη κινητήρια δύναμη

Λόγω της χρήσης μιας πολύ λεπτής μεμβράνης σε συνδυασμό με ένα ομοιόμορφα κατανεμημένο πεδίο δυνάμεων, η ηλεκτροστατική μεταγωγή έχει την μικρότερη μάζα την χαμηλότερη παραμόρφωση και τον μεγαλύτερο έλεγχο κίνησης της μεμβράνης από οποιοδήποτε άλλο μεγάφωνο.

Αυτό σημαίνει ότι ένα σωστά σχεδιασμένο ηλεκτροστατικό μεγάφωνο αναπαράγει μουσική με αξεπέραστη ακρίβεια και φυσικότητα.

Πολύ χαμηλή κινούμενη μάζα

Το πάχος της απαιτούμενης αγώγιμης επικάλυψης για να αποθηκευτεί ηλεκτρικό φορτίο στη μεμβράνη αρκεί να είναι μοριακό.

Έτσι τα αδρανειακά προβλήματα εξαλείφονται και η απόσβεση της μεμβράνης πλησιάζει τα χαρακτηριστικά της ιδανικής απόσβεσης του αέρα.

 

Η διαχείριση πολλαπλών στατόρων

Η Audio Technologies χρησιμοποιεί μία αρχή για την κατάργηση των δύο σοβαρών μειονεκτημάτων ενός διπόλου μεγαφώνου, την κορύφωση του συντονισμού της μεμβράνης και την ακύρωση της ενέργειας λόγω δίπολης ακτινοβολίας.

Η μέγιστη κορύφωση που επιδεικνύουν όλες οι τεντωμένες μεμβράνες μπορεί να προκαλέσει μεγάλη ακουστική ενέργεια στη συχνότητα συντονισμού.

Αντί να χρησιμοποιηθούν υλικά απόσβεσης ήχου που θα προκαλούσαν παραμόρφωση, χρησιμοποιήθηκαν πολλαπλοί στάτορες.

Το αποτέλεσμα είναι μία γρήγορη, δυναμική και λεπτομερής απόκριση χαμηλών συχνοτήτων.

Σε κανονικές αποστάσεις ακρόασης και πέρα από το χαρακτηριστικό κορύφωσης, όπως φαίνεται σε μία κοντινού πεδίου μέτρηση, αρκετή ενέργεια προστίθεται σε κάθε συχνότητα για να αναπληρωθεί η ενέργεια που χάνεται λόγω της δίπολης ακύρωσης.

 

Πόσο μακριά από τους πίσω και τους πλευρικούς τοίχους θα πρέπει να τοποθετηθούν τα ηχεία μας

Η απόσταση δεν είναι ιδιαίτερα κρίσιμη.

Αν τα ηχεία είναι τοποθετημένα κοντά στον πίσω τοίχο, δίνουμε μια γωνία 30 μοιρών για να μην ακυρωθεί το μπάσο.

 

Η χρησιμότητα του δαχτυλιδιού φόρτισης

Χρησιμοποιώντας μια πολύ χαμηλής αντίστασης μεμβράνη και ένα δαχτυλίδι φόρτισης από χαλκό, εμποδίζονται αποτελεσματικά οι ηλεκτρικές πορείες των διαρροών και ως εκ τούτου διατηρείται μια ενιαία φόρτωση σε όλη την επιφάνεια.

Το δαχτυλίδι του χαλκού αποτελείται από μια λωρίδα φύλλου χαλκού που βρίσκεται γύρω από την περιφέρεια της αγώγιμης μεμβράνης και είναι γειωμένo.

Η σταθερή τάση φόρτισης είναι συνδεδεμένη με τους δύο επιχαλκωμένους στάτορες μέσω μιας δικής μας σχεδίασης.

Η φόρτιση διαχέεται από αυτό το δαχτυλίδι πάνω στην αγώγιμη επιφάνεια της μεμβράνης.

Ο χάλκινος δακτύλιος ελαττώνει τα αποτελέσματα της σκόνης και άλλων κοινών περιβαλλοντικών ρύπων.

Τα ηχεία χρειάζονται μόνο λίγα λεπτά για να φορτίσουν όταν τροφοδοτηθούν από το δίκτυο.

 

Τα ηχεία μας στην υγρασία

Ένα ειδικό κύκλωμα μειώνει την πόλωση υψηλής τάσης όταν η υγρασία είναι υψηλή.

Έτσι δεν δημιουργούνται σπινθηρισμοί, μόνο η ένταση του ήχου μειώνεται.

 

Αλλιώση στον χρόνο

Εάν τα ηχεία δεν εκτεθούν σε νερό, στο φως του ήλιου ή σε υπερβολική ζέστη δεν θα υπάρξει φθορά με το χρόνο.

Digital systems

In digital systems because of the symbolic processing of information there are no problems as with analogue signals.

The symbol survives the transfer between components and can easily be regenerated, by pulse-shaping techniques, so data is fully preserved.

The data is usually stored in a memory and is clocked by a very accurate crystal oscillator.

Digital systems have their own problems.

The digitization adds noise that is measurable and depends on the resolution (number of bits) of the system.

The timing errors in sampling clock (jitter) resulting in nonlinear distortion (modulation FM) signal.

One measure of quality for a digital system is related to the error in the transmission or reception (bit error rate).

Another measurement concerning the quality of the system, is defined by the sampling rate and depth of the bit.

Digital systems have much less errors than analog systems but they need special designs, otherwise their inputs and outputs will interact with the analog level.

In all our digital players and clocks we always carefully design digital and analog signal paths for minimum interaction.

We also make an extensive research on the power supply paths and the ground planes.

The Jitter is a measure of the variability of the period (periodic jitter) and the absolute time (random jitter) measured a timing clock in relation to an ideal clock.

The less jitter is better for sampling systems.

The sample rate is a specification of the rate at which measurements are taken from the analog signal is measured in samples per second, or else hertz.

A higher sampling rate allows a higher bandwidth, full-or pass-band, frequency response and allows less sharply anti-aliasing filters to be used.

The bit depth determines the maximum theoretical signal to noise ratio or dynamic range for the system.

It is common to create more noise than the minimum of noise.

Dither noise is added to reduce the negative effects of quantization noise, turning it into a higher level  uncorrelated noise.

Since independent digital audio devices have their own crystal oscillator and no two crystals are exactly the same,  the percentage of the sample will be slightly different.

This will result in devices being dragged separately over time with different results.

Because timing is required we produce the RCG-10, a rubidium oscillator based clock.

The RCG-10 has ultra low noise power supplies for powering the rubidium oscillator.

If a digital device used to monitor another digital device will cause data loss or distortion of sound.

For example, a device will produce more or less data than the other in the unit of time, or if two independent devices record at the same time, one will lag the other more and more over time.

This effect can be circumvented by word-clock synchronization or it can be corrected in the digital field correction algorithm using a drift.

Such an algorithm compares the relative percentages of two or more devices and add or remove samples from the sets of any schemes drifting too far from the main unit.

The sample rate will change slightly over time.

The crystals also change with temperature.

That’s why we are using OCXO (or Oven Control Crystal Oscillator) in our CD player and USB player.

A crystal oscillator uses the mechanical resonance of a vibrating crystal to create an electrical signal with a precise frequency.

The OCXO circuit is placed in an oven chamber with stable high temperature for stability.

 

                               HOME          PRODUCTS          TECHNOLOGIES          ABOUT          CONTACT   

Our digital players

The CDP-16 player has a modified PC mechanism.

We have designed carefully all power supplies, the analog-digital signals paths, and the total thermal management for maintaining a constant device temperature.

The Burr Brown PCM1794A DAC and OCXO clock are used.

 

The USBP-13 USB player has an OCXO clock and the high performance Burr Brown PCM1794A DAC.

 

 

 

 

Οι ενισχυτές μας σε τάξη Α με τρανζίστορ

Μία βαθμίδα μικρού σήματος είναι το προφανές σημείο εκκίνησης για έναν ενισχυτή χαμηλής παραμόρφωσης.

Οι παραμορφώσεις μπορούν εύκολα να κυριαρχούν στην απόδοση ενος ενισχυτή και πρέπει να μελετηθούν χωρίς τις επιπλοκές ενός σταδίου εξόδου τάξης Β.

Προσομοιώνουμε πρώτα το κύκλωμα στο λογισμικό Multisim σε ένα μοντέλο ενισχυτή με μικρά ρεύματα, που αποτελείται από το στάδιο εισόδου και το στάδιο VAS (στάδιο ενίσχυσης τάσης), καθώς και με ένα γραμμικό σε ακολουθία ενισχυτή τάξης Α ως στάδιο εξόδου για τη μετάδοση του δικτύου ανάδρασης.

Η παραμόρφωση του ζεύγους εισόδου εξαρτάται από την απόλυτη στάθμη εξόδου και όχι από την αναλογία της τάσης των γραμμών τροφοδοσίας.

Ένας σταθερός συντελεστής αρνητικής ανάδρασης σε ένα μοντέλο ενισχυτή (εξομείωσης) μπορεί εύκολα να είναι ασταθής όταν προστίθεται ένα πραγματικό στάδιο εξόδου.

Χρησιμοποιούμε ένα διαφορικό ζεύγος τρανζίστορ εισόδου για ακύρωση της παραμόρφωσης.

Διαπερατότητα (Transconductance ή αγωγιμότητα μεταφοράς), ονομάζεται η αμοιβαία αγωγιμότητα καί είναι το ηλεκτρικό χαρακτηριστικό που σχετίζεται με το ρεύμα της εξόδου με την τάση στην είσοδο μιας βαθμίδας.

Η διαπερατότητα του ζεύγους εισόδου καθορίζεται από τη φυσική κατασκευή των τρανζίστορ.

Το κίνητρο για τη χρήση ενός διαφορικού ζεύγους είναι η χαμηλή μετατόπιση του DC, με επιπλέον πλεονέκτημα ότι το σταθερό ρεύμα δεν ρέει μέσω του δικτύου ανάδρασης.

Η διαπερατότητα είναι μέγιστη όταν τα δύο ρεύματα συλλέκτη είναι ίσα, και αυτό το μέγιστο είναι ανάλογο προς τα ρεύματα των γραμμών τροφοδοσίας.

Αν το στάδιο εισόδου είναι σωστά ισορροπημένο, παράγεται μόνο η τρίτη αρμονική η οποία τετραπλασιάζεται, αντί να διπλασιάζεται καθώς το πλάτος διπλασιάζεται.

Η ακριβής ισορροπία DC του ζεύγους της διαφορικής εισόδου είναι απαραίτητη για την ελάχιστη παραμόρφωση, γιατί ακόμη και μικρές αποκλίσεις από την ισότητα του ρεύματος συλλέκτη στο στάδιο εισόδου διαταράσσουν σοβαρά την ακύρωση της 2ης αρμονικής, μετακινώντας το σημείο λειτουργίας.

Χρησιμοποιούμε ένα καθρέφτη ρεύματος για να εξαναγκάσουμε τα δύο ρεύματα των συλλεκτών πολύ κοντά στην ισότητα όταν εφαρμόζεται ολική αρνητική ανάδραση, δίνοντας μία εξαιρετική ακύρωση της δεύτερης αρμονικής.

Επίσης ο μέγιστος ρυθμός slew rate (slew rate ονομάζουμε την δυνατότητα του σήματος εξόδου ενός ενισχυτή να παρακολουθεί τις μεταβολές του σήματος εισόδου) διπλασιάζεται.

Προσεκτικά σχεδιάζουμε το στάδιο ενισχυτή τάσης (VAS) γιατί θεωρείται το κρίσιμο σημείο ενός ενισχυτή ισχύος, επειδή παρέχει όλο το κέρδος τάσης και ταυτόχρονα την πλήρη ταλάντωση της τάσης εξόδου.

Στο στάδιο εξόδου χρησιμοποιούμε ζεύγη Sziklai, έτσι ώστε οι οδηγοί να συγκρίνουν την τάση εξόδου με την τάση εισόδου.

Η τοπολογία Sziklai δείχνει καλύτερη θερμική σταθερότητα, επειδή η Vbe της βαθμίδας εξόδου είναι μέσα στον τοπικό βρόχο αρνητικής ανάδρασης και μόνο ο οδηγός Vbe επηρεάζει τις συνθήκες ηρεμίας.

Η παραμόρφωση ενδοδιαμόρφωσης είναι το χειρότερο πρόβλημα στους ενισχυτές ισχύος τάξης Β, επειδή η φύση της εμφανίζεται σε ένα μικρό τμήμα του χαρακτηριστικού μεταφοράς και παράγει αρμονικές υψηλής τάξης, οι οποίες βρίσκονται γύρω από τη μηδενική διασταύρωση και είναι παρούσες σε όλα τα επίπεδα.

 

The output transformers of our power amplifiers were the most difficult and expensive parts to design and construct because of the following conflicting demands.

Low leakage reactance combining both leakage inductance and inter winding capacitance from the primary to the secondary winding to avoid loss of high frequency signals.

Low level of leakage inductance from one half of the primary to the other to reduce the discontinuities due to push-pull operation and the odd order harmonic distortion resulting.

High primary inductance for good low frequency response and low winding resistance to avoid power losses.

High quality laminations to ensure a low level of core induced distortion due to magnetic hysteresis.

We successfully attempted on a computer the actual real performance outcome of our output transformers based on dimensioning the known winding details and use the data with SPICE. 

We made all transformers in our laboratory.

 

Output transformers

We design and build multi-layers, very low leakage inductance transformers for electrostatic loudspeakers that operate over an extremely wide frequency range at very high voltages.

For the above transformers SPICE is used.

The below basic formula among others is used

Lpr= (μo.μr.Npr.A)/(L+μr.D)   where

Lpr= primary magnetizing inductance

Μo= magnetic permeability of vacuum, 4π×10^−7 (H/m)

Μr= relative magnetic permeability of the core material

Npr= number of primary turns

L= length of the magnetic circuit (m)

A= cross-sectional area of the magnetic circuit (m^2)

D= length of the air gap (m)

ESL input transformers

Low distortion and calculated applied negative feedback

Over the past 10 years in our laboratory, we developed our own philosophy on the application of negative feedback in amplifier circuits, designing systems with THD less than 0.001%. 

This means that harmonics will be 100db below the fundamental so the system performance will be determined by the sources and not the preamplifier and power amplifier. 

 

The distortion and db relation on our measurements

The code to deciphering db into percentages is percent and equals 100x10^(dB/20), where the db retain negative sign.

0dB = 100%

-10dB = 31.0%

-20dB = 10%

-30dB = 3.1%

-40dB = 1%

-50dB = 0.3%

-60dB = 0.1%

-70dB = 0.03%

-80dB = 0.01%

-90dB = 0.003%

-100dB = 0.001%

-110dB = 0.0003%

-120dB = 0.0001%

 

Other distortion measurements

PIM: or Phase Inter-modulation Distortion results from the change in signal phase as a function of signal amplitude. 

PIM is simply related to the change in the amplifier closed loop roll-off pole with signal, regardless of the underlying cause.

 

AIM: or Amplitude Inter-modulation Distortion compression, If there is, open loop gain decreases, the closed loop pole comes in and there is more in-band phase shift due to that pole and PIM will thus result. 

 

IIM: or Interface Inter-modulation Distortion is created when the output impedance of the power amplifier changes as a function of signal current.

IIM was originally blamed on amplifiers that relied on negative feedback to establish low closed-loop output impedance, but even amplifiers without negative feedback exhibit IIM, since their output impedance can change as a function of signal due to many other causes. 

For a given amount of negative feedback, lower open loop output impedance will produce better results.

 

TIM: or Transient Inter-modulation Distortion is a high frequency distortion brought on by the rate of change of the signal.

 

Hard TIM: is synonymous with slew rate limiting.

 

Soft TIM: is associated with the onset of slew rate limiting and is indistinguishable from other forms of high-frequency nonlinearity.

Designs with no NFB force the design of an input stage with high dynamic range to create TIM due to transient error signal overload.

Phase noise measurement

Jitter measurement

For a signal with idealized square edges the jitter is how much variation there is in the period.

In theory time and frequency domain measurements are complements, but in practice the way to measure them differs.

We can use real time analyzers with enough bins to sweep slowly and average over cycles from the lowest frequency modulation.

We can also use digital oscilloscopes that have adequate memory to sample enough cycles to obtain the real average while maintaining enough temporal resolution to accurately measure the period of each cycle.

Measurement setup computes jitter by comparing the incoming signal against a higher rate reference clock and the nominal clock signal is recovered from the incoming data stream.

Spread spectrum refers to operations in frequency domain.

Jitter and skew refer to time measurements.

We measure Phase noise using the following setup:

1. Reference rubidium frequency standard generator

2. Spectrum analyzer

4. Oscilloscope

5. Phase variations into voltage variations converter

6. Ultra low noise power supplies