300Wrms8ohm全功率范维超低失真0.0005%，2.5uV底噪，158db线性范围, 135db超大动态

我们(FumacLAB)在替某国家实验室设计一款大功率高速电源.
因为大功率高速电源对中国禁运,所以找到我们设计.
当然,我们作为国内非常小的一个私人实验室已经有很多设备在国家重点实验室服役
这些不重要,因为这个是音响论坛.所以很少说.

不过这次开发过程出现了一个副产品,跟音响有关
其实,高速电源就是一台性能优异的大功率功放
日本NF有类似产品.
所以他们找到我们就是因为我们一直是设计各种古怪的高精度放大器的实验室.

作为一个理想的放大器,理论上就是:
功率越大越好,谐波失真越小越好,带宽越宽越好,底噪越低越好,转换速率越高越好,
互调失真越低越好,带载能力越强越好,放大能力越大越好.

比如, 我们6年前设计的前级 mhzpreampII(ref) 就是按照这个目标去实现的
各位可以参考下面这个帖子:
-120dB极限型设计：1.2MHz带宽全频段失真低于0.0001%, HIFI参考前级 MHzpreampII(Ref)
https://forum.xitek.com/thread-1051463-1-1-1.html
很显然,这个设计只能用于前级,因为他不符合带载能力越强越好, 无法推动喇叭.

所以,这么多年一直有个心病, 我们应该做一台超低失真的大功率功放.
大功率 (100wrms 以上),因为需要巨大的电流,和电压放大器(前级)有极大的区别

测试板照片昨天我实验室测试的一个新的电路, 很意外的获得了以下几张图片
1.图一: 失真vs功率输出,带载8ohm 的时候
0.5W~12W输出:  thd+n为0.0002x% 未计权
12W~300Wrms输出: thd+n 低于0.0005%  未计权
也就是说, 这个放大器即使输出300w的时候, 他的失真都比大部分dac,前级低很多.
实现了我们一直以来的梦想: 大功率下面的超低失真,个人暂时没发现世界上在这个功率状态下比这个失真更低的放大器
各位见多识广的朋友如果有请告知我们信息.
下图是 thd+n FFT 分析 at 1khzthd+n vs power output17年12月14日 更新
今天调整了一天，终于有点点收获
看图，大功率的状态下面失真低了一点，
现在控制在340W内THD+N 低于0.0004%
中等功率范围 10～180Wrms 在0.0003% 附近
应该再很难改善了17年12月19日 更新
灰色是100Hz 全功率状态失真 ，已经达到ap2322的极限测量数值，和1KHz的失真同一个水平
黄色是1KHz 全功率状态失真
绿色是20Hz 全功率状态失真，第一个向各位提供20Hz满功率状态下面的失真，THD+N小于0.0005%
非常非常非常低，永远都不需要担心低频的失真了。18年1月2日更新
一直没公布高频失真,是因为还没到我们想要的目标,虽然已经很好
这个是早期的7k失真在小功率下面 10w内可以保持的非常好, 但是在大功率状态下面恶化
虽然接近满功率下面也能保持低于0.002%的好成绩
但是对于强迫症患者,还是不好意思公布
终于调整的更好了,看下图, 7k的失真已经控制在0.0005%左右了从此,不再疑惑,找不到高音刺耳的原因了, 以后高音还是刺耳的话, 就需要换喇叭了

2. 图二:是测量我们放大器的底噪FFT图,
数据读取结果是 2.5uV(20~20k)未计权,

这个参数低于绝大部分dac的输出底噪, 绝大部分高端的dac输出底噪在3~5uV,有很多甚至是10~30uV
也就是说, 如果用在音响上面, 这个背景会黑的深不见底.
而实现这个的条件并没有用特殊的稳压电源,
也就是我们常用的变压器加上我们自己的一整套10年前设计的滤波整流电路
这套滤波整流电路已经成功应用在我们的mhzpower 功放 mhzpreampII 参考前级等等设计上3. 图三:这个图是测量放大器的线性度的黄色的线是AP2322 自己内部校正测量的线性度曲线,
-163db 可以看作是ap自己的可准确测量的线性范围的最低数值

红色的线是 测量我们这款新的放大器的线性度曲线,
从0db~-158db 都是一根直线,
也就是说我们的功率放大器的线性范围是158db

4:关于动态范围,
图四是一个常规的-60dB信号动态范围测试, 输入一个-60db的信号, 读取snr, 再加上60db就是动态范围
看图的结果就是动态范围:140db, 为了避免争执, 我们将动态范围声称小些: 133db关于线性度测试和动态范围之间数据有差异的情况,
实际上是测试方法引起的,ap在测量线性度的时候加入了一个BP滤波器,
只计算输入信号(1k)的幅度. 这个也是标准的测量方法.
比如有些场合需要用到超线性放大器,那么就在电路上增加这个滤波器,
就可以成为一个158db的超线性放大器了
当然,这么大的一个线性范围, 听音乐是不需要的去管的.
发出来仅仅为了显摆

5. 当然, 对于关心这个放大器的动态失真的朋友也不需要担心
虽然这个是第二版本的实验板,动态失真已经非常非常优秀.
下图是ccif-dim100 的测试.
黄色是ap自测的 互调失真曲线
绿色是加入我们功放之后的互调失真曲线
两条曲线几乎重合,
意思就是ap测不出我们的互调失真当然,现在这个只是一个样品板的测试, 我们后期还要改进,改进的结果也会在本帖公布.
准备推出两款新的功率放大器
A:500w@ 4ohm  B:1000w@4ohm 超低失真大功率放大器,以回馈无忌网友10年的支持.
当然,也有可能再加一款 1500~2000w 4ohm (如果实现的了的话),
这个新的功放系列暂定名字为Fullpower ,肥炮?

指标还是实验状态, 所以均不作为以后产品的标定,具体产品会做具体取舍.
仅仅是告诉各位关心 fumacLAB的朋友, 我们一直在做些无用的东西.
群里说过一句话: mhzpower4 已经足够好, 不要因为如此巨大的提升而轻易升级,
我们仅仅是为了了自己一个心愿而做这个超低失真,大功率,超线性高速放大器而已

mhzpower的连接
https://forum.xitek.com/thread-557314-1-1-1.html

大概计划如下：
1. 参考级次旗舰：
立体声版本：   100WX2 8ohm/200wX2 4ohm/400wX2 2ohm
可变为单声道：400Wx1 8ohm/800WX1 4ohm
是否能2ohm翻倍是看到时候定价，因为如果是要2ohm 翻倍的时候，
电源要用到4000VA以上，体积和成本都无比庞大。

2. 参考级旗舰：
立体声版本：   200WX2 8ohm/400wX2 4ohm/800wX2 2ohm
可变为单声道：800Wx1 8ohm/1600WX1 4ohm
这个是完全不考虑成本的设计，也完全不考虑是否有人买。
我自己有两台玩就够了，成本实在太高太高

这个设计有个好处
假设是8ohm 负载，你可以获得一系列的功率
一台次旗舰，100wX2 立体声就可以很好的工作了
两台次旗舰，400wX2 很爽很爽

同理：
一台旗舰，200wX2 立体声就可以很好的工作了
两台旗舰，800wX2  很爽很爽很爽很爽

这是我暂时考虑的产品路向。100W 200W 400w 800W
整个系列功率都很齐全了。

今天，群里有朋友给我们一句话：不忘初心
我们的初心就是要做一整套指标完美之产品
所以，这个功放成功之后，我们整个信号链路达到完美状态
所以这个机器正式名称是： the heart power  初心之能
感谢这个哥们

实际上，后来很多人发现 双tone的测试并不能完全测量出完整的互调失真
所以，后来发明了更多测试方法
比如 CCIF，也是利用双tone，但是一个是高频，一个是低频。

下面4张图第一张就是我们的功放，第三张是 upd自测的结果
两者比较相差0.4dB，也就是说，MOD失真已经极度接近仪器的极限测量能力
接近理想状态了

也就是说，整个设计电路貌似已经达到最佳状态了
于是我们就用更为严苛的一个测试DIM 动态互调失真DIM dynamic inter modulation distortion analysis
动态互调失真测试
这个测试用一个低频方波去调制一个高频正弦波（图2）

因为采用方波做激励信号，方波是由若干个正弦波构成，所以激励信号比之前的都复杂很多
从而可以模仿更复杂的互调过程，这个测试一共可以涵盖到9次互调失真的结果。

从测量结果和仪器自测结果比较而言，只相差了0.7db，也就是已经极度接近可测量的极限了。
貌似越来越完美了。当接近完工的时候，我们顺便用另外一种测量方式去测量一下。
就是DFD 这次采用的是等幅度的高低频双tone信号，
以考察放大器在高低频同时有信号的时候的互调失真
有别于两个高频信号和一个低频信号加上-12db高频信号的双tone

以考察最后的效果。准备定型了

结果一出来，吓坏了

仪器自测是-132.6db
我们的功放测试结果只有-102.5dB
在我们的概念里面这个是非常差的结果
这个结果会导致当交响乐齐奏的时候，
因为产生了多余的信号而导致整体很脏
这其实就是测量互调失真的意义。

这个测试可以理解为，一个低频信号（比如管风琴低频长音）
一个高频信号，钢琴旋律，小提琴旋律
当单独弹钢琴的时候很好听，
但是有管风琴进入的时候，钢琴小提琴的音色变了，感觉有点脏（多出了互调失真信号）

所以，我们非常注重互调失真的测量。

怎么办，功亏一篑。
为了解决这个问题，只能从头来过了
从输入管检查到输出管，拆下来重新测量配对
再重新装上，这个指标还是一如既往的差
因为这个指标搞了三天
终于放弃！只能放弃
因为很多人期待这个功放，在群里天天催，还说再不出来就上论坛黑我
我们其实已经有两个互调失真的指标达到极限状态了
剩下这个dfd全世界的功放都不会公布的
我们也可以选择不公布。

忽然间，想起，好像每次测量驱动电路的时候，电流是有点不一致的
会不会是驱动电流导致的呢
于是，我们重新分析了传统的三级放大电路
发现了驱动的增益可能不够，而且传统的驱动电路电流是有点点失控
我们就重新设计了一套“精确电流驱动器”。
果不然，就是传统所谓教科书式电路的问题。

从新测量结果，之前的测量都一致，
唯独这个DFD大幅度改善了达到-131dB
整整提升了28dB。28db什么概念呢？从可闻到完全不可闻
假设0dB是一米那么大的失真的话，-28db就是4厘米

“精确电流驱动器”。Accurate current driver 我们命名为 FumacLAB ACD 技术

有了这个ACD技术，就不怕被黑了昨天, 因为某著名的博士转告我,
说固定电阻和喇叭工作环境不一样,
所以,需要用喇叭做负载测试
但是我找遍了网络,包括某博士自己设计生产的功放,
也没发现用喇叭做测试负载来测试

不过,本着实证求真精神.
我们实验室还是进行一次实验性的测试,
( 其实因为我前面说过,这个是高速电源,所以需要做感性测试了   )
我们就从喇叭开始吧.

我手上刚好有一只 12寸的150wrms承受功率的喇叭,
喇叭有点贵,所以,决定暂时做0~100wrms 100Hz的测试
测试现场见下图
我们得出 0~100wrms 在这个12寸 8 ohm 的喇叭上做功,
测出的功放失真和用电阻做负载完全没区别
都达到低于 0.0003%的THD+N
也就是说,我们的功放对于感性负载能力非常强悍,一样可以保持超低失真

这个小实验应该是首次网络公开的用喇叭做负载的大功率实验.

各位不需要担心本机器的感性负载能力
实际上,后续我们将会测试更强悍的感性负载,因为这个功放的本意是做高速电源的,感性容性负载都要测试
忽然想起, mhzpower4 也做过输出口用30UF电容做负载的实验.
有兴趣可以在mhzpower 帖子找找那个测试图.2019年12月29日 标题更新为600w 2~8ohm,因为新的测试图出来了2020年5月17号  更新了Libido(大龟)样机的测试图
868wrms 4ohm的 1khz/7khz  测试图 thd+n 非A计权  0.00025%今天的更新，今天在做机器定型的总体调试
下面这个测试在我朋友圈有视频公布。

我们的成品小龟  0db输入口，4ohm  393瓦的时候
全频带失真低于0.0003%（Thd+N）
全频带的概念就是 20～20KHz。

因为采用AP2322测试，
他本身的极限可测量范围是高于0.0003%
我们通过对比测试，红色是仪器自测，蓝色是我们的功放测量结果
可以确认，我们的功放失真典型值低于ap可测量范围。
也就是各位已经订购的朋友当他是一根具有大功率输出的一根线一样用即可。

终于满意了，准备交货，包装调试需要一定时间，大家久等了再次敬告各位老朋友
Mhzpower已经很好
不要因为这么巨大的提升而盲目升级

这个放大器正式命名为: GAIA

品名-----------俗称----8欧姆----4欧姆----2欧姆-----AV--------HIFI-----HI-END
EGO-----------小龟----200W----400W----------------29dB-----29dB-----0dB
super EGO---中龟----300W----600W----------------29dB-----29dB-----0dB
Libido---------大龟----400W----800W----------------29dB-----29dB-----0dB
本帖最后由 fumac 于 2021-12-28 08:28 编辑

哎呀 居然吵起来
下面几位有个东西没有搞清楚
绝对值和比值是两种不同的概念
不能用测绝对值的概念（电压）去类比 比值的概念（失真是一个比值）

ps 前几天去省声学质量检测中心做了一圈测试
我发个测试图

OPA1612

低噪声，高精度音频运放。

看看米国人怎么测失真度的。

谢谢您的回复，您提供的知识又让我重温一遍。

您说的那些物理量是用什么测量的？经过哪一家认证了？哪部仪器不是用物理世界中电路，电容，电感制造的。您的问题是只谈论纯理论，但现实世界中的测量是由各种不完美的仪器来完成测量，使用者最终还是人。

我在大学搞科研很久了。玩电学只是个兴趣，3年而已，我相信我的计量学知识能超过大多数人。

你看，你自己都说了可以用数字电压表通过以测量电位差方式获得 1e-8 量级不确定度，那你前面说



不就是扯谈了

btw. 我不记得具体的使用数字电压表以测量电位差方式获得的不确定度量级了...

但显然，它远高于数字电压表自身的“厂家指标”，你自己也承认，不是吗

频率的测量不确定度很高，远优于 1e-10 量级，按你的说法 JVS 不确定度也应该优于 1e10 量级

JVS 作为一锅不确定度 B 类评定的源头，但各锅之间确实存在相互对比，尤其是各锅和巴黎的 JVS 的对比，这个 1e-10 量级就来自各锅之间，以及和巴黎 JVS 对比的结果，对比使用的就是数字电压表，不过你那么说我就不讲怎么用数字电压表做这个事啦

唉，最后回复一次。
JVS是什么？Josephson Voltage Standard，是电压基准从实物基准过渡到自然基准的结果。它不是直接测量电压，以Josephson效应物理原理制成的电压基准生成装置，不是“直接”测量电压的什么xx位数字电压表，而是通过测量频率来表征电压的一组装置，而频率这货可以以原子本征振动来精确校准，这就是为什么世界和国家电压标准装置的不确定度可以达到E-10水平的原因。
“电压测试测量仪器”不等于“已知数字万用表中精度最高的 8 位半数字万用表”，视野不要太窄。

你被之前的经验限制死了。

我可没说认可多出来的精度，厂家规定-100db就是-100。但不意味着-120db一定不准，如果不准，那-100的精度怎么确保？

我读过计量学，很多测量的最基础是怎么来的，做到最后都是玩材料。材料怎么测？没有那个仪器是天然经过上帝认证的吧。

你被之前的经验严格限制住了，缺乏深一步的思考。当你做的测试已经超出顶尖仪器的测量范围该怎么办？自己做台仪器。谁能计量？你把这种研发问题和计量院的规章制度混为一谈，这完全是两码事儿。

计量院的规章制度是防止乱来的，不是规范最顶尖的研究。

不知道回帖有明杆了什么词...

好吧我简单问你，锅架 JVS 不确定度我记得至少是 1e-10 数量级，这个超出所有测试测量仪器的测量极限，更远超出测试测量仪器的厂家指标极限：已知数字万用表中精度最高的 8 位半数字万用表的指标是 4e-6 数量级，那么如何确定 JVS 的不确定度

按你的说法，锅架 JVS 不确定度是不可以超过 4e-6 的

1992年就开始被技术监督局CMC折磨的飘过
测试测量的结论，是不能按照“自己校准”的精度去写的测量设备是什么指标，那就是什么指标，技术监督局每年的复检，无论实际检出精度多少，都只是对厂家标称的背书，高出的部分一概是不能承认的，也不允许按什么“比原厂指标还高的实际精度”标称。

官方说明如下：

显示精度，和技术数据手册上的保证精度，不是一回事。
这是APX555B信号发生单元的数据：

这是APX555B测量输入单元的数据：

以上数据都是直接截自厂家手册。
就像一个4位万用表，满度可以显示9.999，看起来能测到0.01%，但手册上写着我只保证0.1%的精度，你真就信了那个0.01%的末位分度显示的是有效测量数据？ 本帖最后由 jjyfoot 于 2022-4-22 11:28 编辑

能达到吧，记得有个各种ap性能的图，555在常用信号幅度都在-120db以下，-117db应该是换挡位后最劣的情况。

“功放增益不会小于20dB”这个假设有问题，是可以设计成低增益的，有些功放还有增益选择

作为一个技术宅，突然起了点好奇心。
4Ω 5W条件下，THD+N好于120dB，只考虑噪声的话相当于输出噪声小于4.47uV，考虑到功放增益不会小于20dB，那么等效到输入端需要小于0.45uV，这个对放大器本身不是不能办到；但是
我查了数据手册，最顶级的音频测试仪APX555B的相关本底极限是：
ANALOG GENERATOR（THD+N）：10 Hz to 20 kHz时，<= （-117dB+1uV），就是说：
1、输入给功放的测试信号，本身的THD+N在幅值上不会好于1uV；
2、输入给功放的测试信号，本身的THD+N在dB量度上不会好于 -117dB；
——那么，拿这个信号输出给被测功放，即使功放是理想的、即等同于一根有增益的线，那么在输出端得到的测试结果是无论如何不会好于-117dB的——除非，我是说除非啊，这个功放本身附带失真和噪声消除功能。
本来呢，说到这里就应该结束了，不幸的是我手欠，又查了一下APX555B的测试输入端性能极限：
ANALOG ANALYZER（THD+N）：10 Hz to 20 kHz时，<= （-117dB+1uV），翻译一下就是说：
这个仪器本身的THD+N已经是（-117dB+1uV）了，分辨不到-120dB的信号——换个说法，某人视力是1.0，在视力表测试时如果对2.0、3.0那一排的E指向说出断然结论，那一定发yi症了。
回到前面的“获奖功放”，莫非这货还有让测试仪器发yi症的功能？