Amplificator multimedia

[sesebe]

Marian, poate ca știi deja, dar cind ai pretenții sa nu-ți mai fie repostate schemele pe net trebuie să-ți iei masuri de protecție și cea mai simpla este ca la toate imaginile postate sa pui watermark. 

[Marian]

Multumesc pentru sugestie, nu-i rea ideea.

 

Am avut "pretentia" asta doar in cazul acelui forum motivat fiind de modul cum am fost sters de acolo, dar mi-a trecut vazand atitudinea proprietarului acelui forum. Dar in principiu nu am o problema cu redristribuirea unor scheme, mi-am asumat asta la momentul cand am postat fiecare schema in parte. Mi se pare insa ridicol sa se copieze dintr-un proiect al meu, sa se dezvolte un altul ca apoi sa fiu acuzat tot eu de plagiat...

Editat Februarie 26, 2021 de Marian

[Marian]

 

Schema este gata, cel putin pana la simulari.

 

Pe langa ce ramasese de ieri de completat la valori, am adaugat si 2 semireglabile ( R1 si R 63 ) care servesc la reglajul offset-ului. In simulator nu vor fi necesare, insa la montajul practic mici diferente intre componente ( in special intre ramuri ) sunt inevitabile, acele semireglabile vor permite reglarea offset-ului cat mai aproape de zero.

Solutia este imprumutata de la modulele mele MPA300.V2, semireglabilele vor fi smd cu o singura tura.

Ideea este simpla, acele semireglabile ajusteaza fin rezistenta totala a shuntului de la surse, si implicit ajusteaza foarte fin curentul acestora, reglandu-se astfel offset-ul.

 

Am calculat si adaugat valori si la segmentele unde acestea lipseau, toate urmeaza sa fie optimizate intai in simulator si apoi dupa nevoi la montajul practic.

Despre compensare si superdioda nu-i mare lucru de zis, compensarea este TMC-ul optimizat si folosit deja la MP100.V3 ale mele, iar superdioda ar trebui sa ofere in configuratia aia o compensare de ceva mai mult de 4,2mV/*C undeva in zona reglajului curentului de mers in gol, ramane de vazut in ce masura superdioda va putea fi optimizata in simulator, apoi in urma testelor practice ( ajustarea semireglabilului si/sau a valorii R40 ajusteaza si nivelul de compensare ).

 

La protectie valorile R49 si R50 trebui alese astfel incat sa mentina finalii in SOA la zona cea mai stresanta pentru ei ( cam 35W pe iesire in cazul de fata ), dar in acelasi timp sa nu intervina la nivel de semnal foarte mic pe iesire, acolo unde intreaga alimentare se regaseste pe finali. 

Stresul maxim e in cazul de fata asa cum am zis cam pe la 35W pe 4 Ohm ( tipic 30-33% din puterea maxima ), unde am nevoie de minim 4,3Av si unde pe finali pica aproximativ 23V ( ignorand caderea in sarcina de la sursa ).

Din graficul soa al finalilor la 23V intersectia pe curba DC ( cea mai dezavantajoasa ) e pe la 7A ( estimativ ).

Cu valorile din schema, pragul de interventie al protectiei la zona aia de stres maxim e pe la 5,6A ( estimativ ).

Imi ofera o rezerva suficienta pentru varfurile de curent necesare, si-mi pastreaza si finalii in curba DC a soa.

In practica lucrurile vor sta mai bine pentru ca sursa tinde sa scada in sarcina, deci stresul SOA e mai mic. 

 

Ramane de pus totul in simulator apoi verificat si optimizat fiecare etaj in parte.

Ca asa se creaza scheme, prin munca minutioasa si multe calcule mult inainte de simulator, nu prin modificari de scheme luate de pe net si puse direct in simulator, apoi pretins ca suntem autori de minuni si venind cu pretentii ridicole pe topicul meu.

Dar cum teoria e tabu pentru multi...

 

 

[core]

Pe partea de DAC, iti pot recomanda o placa pe care o folosesc eu de peste 3 ani, cu iesire pe amp/casti Stax, folosind intrarea coaxiala, in DAC, de la iesirea coaxiala de sunet a placii de baza. Se aude impecabil.

https://www.ebay.com/itm/ES9038-Q2M-DAC-DSD-Decoder-Board-Support-IIS-DSD-384KHz-Coaxial-Fiber-DOP-New/263908779821?hash=item3d7230672d:g:KTkAAOSwYFpbQu65

Eu un chip DAC de acelasi tip, cu o generatie mai noua, si nu are intrare USB, insa are intrari optic si coaxial digitale.

[Marian]

Multumiri pentru interes si pentru sugestie.

Nu dispun de iesire coax la laptop ( nici la desktop ce-i drept ), de asta conditia primordiala este o conexiune USB.

 

[core]

Exista o alta placuta de adaptare de la USB la I2S, ceea ce ar putea rezolva problema cu USB-ul, dar nu am testat-o pentru ca nu am avut nevoie, insa sunt versiuni pe aliexpress cu ambele placi, adaptorul simplu e destul de scump, de 24$ sau 32$, decinde de unde cumperi. Partea buna e ca unele placi adaptoare suporta chiar si DSD 512 si rate de esantionare de 384kHz, ceea ce e probabil peste ce poti integra in restul sistemului.

Cam asa arata:

https://www.aliexpress.com/item/4000652583849.html

[Marian]

Prea complicat pentru capabilitatile mele in domeniul digital 

Oricum nu-i graba, si cred ca as insista pe un exemplar precum cel din link-ul pus de mine initial, pe care as face niste teste sa vad ce si cum. Mi s-a spus ca dac-urile folosite sunt destul de ok deci...

 

Revin momentan la amplificator, si pasul urmator e simularea.

Si m-am gandit sa aplic aceeasi abordare pas cu pas precum la desenarea schemei, deci folosindu-ma de informatiile prezentate deja in topicul meu cu teoria/diferentialul:
https://www.elforum.info/topic/129153-teorie-si-generalitati-in-audio/?do=findComment&comment=1614831

 

 

Haidem sa simulam distinct diferentialul si sa vedem ce obtinem si daca e nevoie de ajustari pe undeva.

O sa intru in ceva calcule si incep cu degenerarea diferentialelor aleasa initial la 100R.

Curentul prin fiecare brat al diferentialului e undeva pe la 1,1mA, deci Re' la fiecare tranzistor e undeva pe la 23,5Ohm, deci raportul dintre degenerare si Re' e destul de mic, si in principiu ne dorim o diferenta cat mai mare intre degenerare si Re' tinand cont ca este o "rezistenta" dinamica. Pot mari degenerarea la 220R, ceea ce imi duce raportul undeva peste 9, deci mult mai ok ( ar fi totusi de mentionat ca prezenta oglinzii de curent mentine Re' la o valoare mult mai constanta deoarece incarca permanent in mod egal colectoarele diferentialului ) Marirea degenerarii reduce castigul diferentialului, insa pentru ca avem sarcina activa, castigul va fi oricum suficient. Un efect benefic al unei degenerari mai mari este asa cum stiti posibilitatea unei compensari mai mici, deci un SR ceva mai mare.

 

 

Am pus in simulator doar unul dintre diferentiale ( cel NPN ), celalalt doar reproduce pe asta pe ramura opusa.

R7 are valoarea pe care o va avea in montajul practic ( 10k de la semireglabil in paralel cu 300R ).

 

Voi testa doar psf-ul pentru ca asta ma intereseaza.

Intai voi calcula estimativ cat ar trebui sa am amplificare in bluca deschisa la diferential, apoi testez cu simulatorul.

Presupunand impedantele oglinzii de curent si de intrare in VAS mari fata de R3, iau in calcul doar valoarea R3 pentru estimarea amplificarii in tensiune a diferentialului, si aceasta este raportul dintre R3 si valoarea total insumata a rezistentelor dintre cele 2 emitoare. Pe langa cele 2 rezistente de 220R avem si Re' in valoare cumulata de 47 Ohm, deci valoarea totala este 487 Ohm. Amplificarea ar trebui sa fie 100000/487, sau 205 ( cam 46db ).

 

Verific intai echilibrul in smulator:

 

Curentul prin R4 si R5 este aproape identic, deci ok.

 

Verificam acum amplificarea obtinuta. 

Pun o eticheta pe iesirea diferentialului si-i retin valoarea la echilibru:

 

Adaug 10mV in baza Q1 si urmaresc valoarea Vout:

 

38.5867-37.0479=1.5388

1.5388/0.01=153x

Fata de 205 calculati mai sus.

Diferenta provine de la impedanta oglinzii care este totusi una definita, si poate fi verificata usor aici in simulare.

Inlatur R3 din schema si verific din nou amplificarea care acum e dictata numai de impedanta oglinzii:

 

 

658x

Stiind valoarea totala a rezistentelor dintre emitoare la 487 Ohm, rezulta ca impedanta oglinzii ( cel putin in simulator ) este de 320k.

 

Ca sa nu maresc numarul valorilor diferite din schema ( de dragul listei de componente mai mici ) pot mari degenerarea oglinzilor tot la 220R asa cum este la diferential ( si valorile rezistentelor din bazele diferentialului tot la 220 ).

O fac si verific amplificarea acum:

 

 

Amplificarea a crescut pe la 171x, adica 44db.

In montajul final castigul asta de la diferential va scadea datorita influentei impedantei de intrare in VAS, si ca vorbiram de VAS, in schema initiala degenerarea din VAS era de 15 Ohm pentru cam 7mA.

Ca sa raman la curentul asta trebui sa maresc degenerarea din VAS cam pe la 33 Ohm, cu care o sa am cam 7,3mA.

Un beneficiu bonus este o diferenta mai mare intre degenerare si Re' din VAS care la 7mA e cam 3,7 Ohm, deci cu degenerare de 33 Ohm, raportul ar creste si aici pe la 9 la fel ca la diferential.

Cu o amplificare totala a VAS estimata din graficele din pdf pe la 50000, ar trebui sa am o impedanta de intrare in VAS de cam 1,6M Ohm, deci amplificarea totala la diferential ar trebui sa scada pe la 160x ( 44db ), personal si 30-35db la diferential m-ar multumi, ar mai trebui doar 45-50db de la VAS pentru atingerea tintei de 80db la bucla deschisa, ceea ce mi se pare foarte usor de obtinut.

 

 

Scuze daca plictisesc pe cineva cu postari lungi, dar m-am gandit ca topicul asta ar putea fi o aplicare practica a informatiilor teoretice prezentate pe topicul cu teoria, ar ajuta mai mult la asimilarea lor.

 

PS: Offtopic:
- @sesebe nu sunt stapan pe tarlaua nimanui, sunt doar mod pe cateva sectiuni, si prerogativele mozilor sunt sa acitioneze administrativ acolo unde ei considera ca este cazul. Mai mult decat atat, cei care se simt nedreptatiti au varianta unei reclamatii facute fie pe sectiunea dedicata fie direct catre Vasile, el are autoritatea si uneltele pentru a retrage orice actiune de-a moderatorului. Pe Der_Doktor nu l-a obligat nimeni sa plece, el a cerut asta in mod explicit dupa o sanctiune minima primita in urma unui sir lung de postari usor abuzive si in ciuda avertismentelor mele verbale repetate in care ii ceream sa inceteze, nu s-a oprit, si am dorit sa-i demonstrez ca totusi nu-i imun, ca a gasit oportun sa renunte la cont doar pentru o sanctiune de principiu, e alegerea lui.

 

 

Editat Martie 1, 2021 de Marian

[Marian]

Am pus in simulator si VAS:

 

Nu aveam modelele BC846C insa am copiat informatia de la cele cu sufixul B, le-am redenumit si am marit in datele modelului doar hfe-ul conform pdf-ului.

Modelele PZT-urilor sunt luate de pe pagina de producator si adaugate in librarie.

Ce se vede pe iesire este offset-ul ( 144uV ).

 

Trec direct la ce ma intereseaza, bucla deschisa.

Intai compensare simpla, un singur pol dominant ( miller ):

 

Doream minim 80db, am obtinut 111, deci bucla deschisa maxima este ok, insa castigul asta se mentine doar pana spre 80hz:

 

La 20khz mai am doar 62db:

 

Limitarea vine de la compensarea simpla dar modesta, trebui deci o compensare mai buna, una cu 2 poli.

Iata un exemplu de TPC:

 

Bucla deschisa acum:

Punctul -3db s-a mutat acum pe la 7khz, fata de aproape 80hz anterior.

Si la 20khz am acum aproape 90db:

 

Deci minimul de 80db propus la inceput exista acum si la 20khz, ceea ce fireste ca e foarte bine.

Avem in schimb acea cocoasa in zona -3db, se poate rezolva din valorile din compensare.
Marind spre exemplu conzii de 220p la 470p:

 

Cocoasa a scazut, dar a scazut in frecventa si punctul -3db.

Sau reducand rezistentele de 2k2 la 1k:

 

Cocoasa practic a disparut, si bonus, avem si un punct -3db ceva mai sus, deci ceva mai multa reactie negativa si la 20khz.

 

Valorile finale ale compensarii or sa fie alese dupa finalizarea schemei pentru a indeplini conditiile de stabilitate.
Schema insa este suficient de simpla si stabila incat sa nu necesite o compensare foarte restrictiva.

 

Bucla inchisa:

 

Am aproape 27db, deci am cei 22x doriti initial.

 

Capetele de banda:

 

Punctele -3db sunt undeva putin peste 1hz si respectiv 488khz.

Deci o banda foarte generoasa, si cu mai bine de 60db reactie negativa la 20khz, performantele ar trebui sa fie suficiente.

 

Armonicile si THD:

 

Cam atat pentru moment.

Ramane de adaugat si etajul final apoi refacute principalele masuratori.

Editat Martie 3, 2021 de Marian

[Marian]

 

Daca schema etajului final pare comuna sunt total de acord, interesul pentru teorie al elforumistilor e prea mic sa merite bataia de cap cu inovatii. Ca dovada chiar monologul meu de aici. 

 

Nu aveam in ltpice modelele finalilor pe care ii am insa aveam o alta versiune de thermaltrack cu diodele lor incluse, asa ca nu mi-am mai batut capul cu cautare si editare de modele noi, le folosesc pe alea si vedem ce rezultate se obtin aici in simulare, apoi dupa realizare om vedea ce rezultate practice se pot masura, atat cat or sa se poata masura pentru ca n-am analizor de spectru, nu merita o astfel de investitie, si ampliful oricum nu se vrea a fi audiofil ( ma stiti ca detest audiofilia ).

 

Ce vedeti in imagine e schema completa cu punctul static de functionare, ceva mai mult de 50mA prin finali, si un offset nerealist de mic facilitat de caracteristica identica a componentelor din simulator.

In montajul practic o sa se poata regla offset-ul, deci nu poate fi o problema oricare ar fi initial, mai ales ca tranzistorii de pe intrare sunt perechi duble foarte strict sortate din fabrica.

 

Bucla inchisa ar fi asta:

 

Sa zicem un 2hz jos, si undeva spre 500khz sus, arhisuficient pentru a lasa rezerve generoase erorilor inerente unui montaj practic ( fata de simulator ).

Ca fapt divers limitarea de la 488khz nu-i de la performantele amplificatorului in sine ci de la condensatorul de 330p de pe intrare care face un pol cu rezistenta de 1k5 inseriata cu intrarea. Indepartand 330p de pe intrare, bucla inchisa merge pana dupa 2Mhz, dar nu facem amplificator RF, deci 3-400khz banda de frecvente ne ajung, tinand cont si ca pana si la 20khz armonica a zecea din cele pare ( adica a 20-a ) e pe la 300khz, si de pe la cativa Mhz in sus armonicile intra in zona zgomotului de fond.

 

Bucla deschisa e cam la fel cu cea gasita la VAS, deci nu mai pun din nou imagine.

Marginea de faza cam 60* ( obtinuta prin marirea rezistentelor din TPC de la 1k la 2k2 asa cum era initial in schema din eagle ), deci ok.

 

SR-ul:

 

Ceva mai mult de 30V/uS.

In opinia mea se mai poate reduce compensarea fara risc de instabilitate, situatie in care SR ar creste.

Dar tinand cont ca mi-am propus 30V/uS de la bun inceput, nu-mi bat capul cu optimizari nici aici.

Ar mai fi de zis ca am incercat in simulator si clasa A de pe intrare sugerata de Dl @franzm dar nu numai ca SR nu se inbunatateste, insa iesirea arata urat rau, indiferent ce valori pun acolo. 

Posibil sa fie o eroare a simulatorului ori a modelelor folosite, sau poate una de intelegere a mea personala, oricum am ce-mi doream. 

 

Dreptunghi 10khz, 4R, inainte de inductanta:

 

Fara overshoot, confirmand astfel stabilitatea schemei.

 

Dreptunghi 10khz cu 1uF pe post de sarcina pe iesire, inainte si dupa inductanta inseriata cu iesirea:


 

Cursa maxima a iesirii in 4 Ohm la 40V cu etajul ala final e putin peste 23Vrms:

 

Deci cam 130W pe 4 Ohm.

In practica n-o sa fie atat deoarece sursa pica in sarcina, plus vom avea si ceva riplu plus saturatia reala a etajului final poate sa difere de cea din simulator, si nu avem nici 40Vcc ci doar 39Vv ingorand redresarea. 
Insa 100W pe 4 Ohm or sa fie obtinuti relaxat, si ceva mai mult de jumatate pe 8 Ohm ( sursa pica mai putin, saturatia etajului final e mai mica, etc ).

Ar mai fi de mentionat ca am redus la 470R rezistentele de 1k din emitoarele primilor tranzistori din VAS, inbunatatesc usor armonicile.

SI ca veni vorba de armonici, FFT si THD1 pe 4R, putere maxima:

 

Este insa discutabil acest rezultat pentru ca doar inlocuind PZT-urile cu BD-uri iata ce se intampla la aceeasi simulare:

 

Ramane aceeasi tendinta de dominare a armonicilor impare insa nivelul lor general scade mult, si scade deci si THD cu aproape un ordin de marime.

Mai mult decat atat, iata ce se intampla si cand pun MJE-uri ( 340/350 ):

 

Se pastreaza dominatia armonicilor impare ( vine la pachet cu configuratia full simetrica a schemei ), dar THD_ul urca inapoi.

 

Posibil ca modelele de PZT-uri gasite de mine sa nu fie foarte precise, ori poate sa fi introdus eu ceva erori la adaugarea lor in simulator...

Oricum merg pe instinct care-mi spune ca PZT-urile sunt tranzistori buni si rapizi, deci ar trebui sa fie ok, si n-o sa insist decat poate cel mult pe o oarecare uniformizare a armonicilor.

 

Am optimizat si valorile de la protectia SOA:

 

SImularile ar fi prea multe ca sa le mai pun, e deajuns sa spun ca la acea combinatie regimul SOA al finalilor se mentine undeva intre curbele DC si de 100mS din graficul de la pdf-ul finalilor pe care eu ii am, deci e ok ( sau asa ar trebui ).

Este probabil maximul care se putea obtine de la o protectie uni-panta, este totusi mult mai sigur decat o simpla limitare fixa. 

PS: Nu vreti sa stiti de cate ori am refacut calculele si simularile pana am ajuns la combinatia aia de valori la protectie...

 

 

[Akos]

Mariane, ai vazut vreo diferenta , nu la simulare ci la realizarea fizica dintre tmc, tpc sau miller ? Pentru ca eu vad o diferenta foarte mare la simulari dar nesemnificativ in practica.

[Marian]

La auditii n-am sesizat diferente, dar poate n-am eu urechea antrenata.

Insa folosesc TPC pentru ca e primul aplificator pe bipolari la care folosesc compensarea asta si tocmai pentru ca arata asa bine in simulari ( si de ce nu, si de dragul originalitatii ).

[KISS]

On 3/1/2021 at 10:16 AM, Marian said:

PS: Offtopic:
- @sesebe nu sunt stapan pe tarlaua nimanui, sunt doar mod pe cateva sectiuni, si prerogativele mozilor sunt sa acitioneze administrativ acolo unde ei considera ca este cazul. Mai mult decat atat, cei care se simt nedreptatiti au varianta unei reclamatii facute fie pe sectiunea dedicata fie direct catre Vasile, el are autoritatea si uneltele pentru a retrage orice actiune de-a moderatorului. Pe Der_Doktor nu l-a obligat nimeni sa plece, el a cerut asta in mod explicit dupa o sanctiune minima primita in urma unui sir lung de postari usor abuzive si in ciuda avertismentelor mele verbale repetate in care ii ceream sa inceteze, nu s-a oprit, si am dorit sa-i demonstrez ca totusi nu-i imun, ca a gasit oportun sa renunte la cont doar pentru o sanctiune de principiu, e alegerea lui.

 

 

Si uite asa...tarlaua aia de la lampi iti apartine. Probabil in curand tot forumul, sa faci monolog, ca in topicul asta.

[vijelie02]

Prietene drag cu numele schimbat, n-am observat niciun topic deschis de tine prin care sa-ti prezinti o lucrare asa cum a facut Marian. Nu-ti inteleg reactia.

[Akos]

Arata bine la simulari dar tmc-ul aduce cu el si un risc de oscilatii. Dar ma gandeam ca se vede ceva diferenta fizic pe osciloscop cand aplici patrat la intrare.

[Marian]

Stimabile cu numeschimbat, ti-ai cerut singur stergerea contului, nu vad ce cauti inapoi pe forum, insa oricum nu esti binevenit pe niciunul din topicurile mele, ocoleste-le te rog.

 

D-le Akos asa este, compensarea cu 2 poli este mai predispusa la oscilatii insa poate fi optimizata atat cat se poate in simulator, apoi in montajul practic, unde de regula daca dreptunghiulara nu are overshoot sau acesta este oricum mic, este stabil ampliful.