Proiect Amplificator MP100.V2

[Marian]

Salutari tuturor.

 

De ceva timp mi-a intrat in cap sa reconditionez un amplificator mai vechi de-al meu, m-am apucat sa-l desfac si pana la urma l-am desfiintat complet ca nu-mi placeau anumite detalii, apoi amintindu-mi ca in urma cu ceva timp am promis ca voi reveni cu o varianta mai performanta a MP100 al meu mi-am zis, de ce nu? si m-am hotarat sa pun la punct o schema ceva mai buna, si evident o putere usor sporita. Dupa ceva documentare am ajuns la un consens, alegand sa raman la arhitectura clasica ( asta de ce nu, si pentru a demonstra ca se poate performanta si cu aceasta configuratie ), cu ceva inbunatatiri la toate cele 3 etaje ( diferential, vas si iesire ), dar hai sa nu mai lungesc vorba si sa va arat schema la care am ajuns ( pun link catre imagine ):

http://img819.imageshack.us/img819/8313/jsus.png

 

Asa cum titlul subiectului arata, am numit amplificatorul MP100.V2. Ideea de baza a proiectului este performanta decenta de la o configuratie totusi oarecum simpla, am ales componente usor de gasit ( mai ales tranzistorii ), schema usor de urmarit si inteles, putere maxima de interes cam 200W pe 4 Ohm. Am pastrat surse simple pentru diferential si vas observand ca-si fac totusi treaba destul de ok, restul modificarilor fata de proiectul initial au fost menite pentru o cat mai buna liniarizare si de ce nu, un castig in bucla deschisa cat mai mare ceea ce face ca si reactia negativa sa fie mai buna, deci distorsiuni mai mici. Intrarea este destul de simpla deci nu cred ca sunt necesare comentarii, Amplificatorul in tensiune e asanumitul Darlington VAS, Q8 este amplificatorul in tensiune caruia i-am adaugat cascoda Q11 pentru a diminua mult fenomenul Early efect si de ce nu, mentinand colectorul Q8 la o tensiune mica, se poate alege pentru VAS tranzistor mai performant ( care de obicei sunt slabi in pd ), Q10 asigura amplificarea in curent iar Q9 limiteaza local curentul in VAS ( o masura suplimentara de siguranta ). Etajul final este un triplet, asazisul Locanthi T circuit, predriver-ul si driver-ul polarizati in clasa A, cu adaugirea C11 ca speed-ul capacitor, acesta practic asigura in AC driver totem poll pentru finali, am folosit triplet pentru o amplificare in curent cat mai mare si implicit o sarcina cat mai mica pusa pe VAS.

 

In fine, prea multe nu sunt de spus, biasul optim ar trebui sa fie teoretic 26mV pe rezistenta de putere, practic in simulator am gasit a fi cam la 21mV acolo, asta denota faptul ca impedanta de emitor la un tranzistor neideal nu e dictata numai de Re' si RE... Am simulat putin schema cu multisim pe sinusoida pentru a releva THD-ul pe sarcina de interes de 4 Ohm la 50% si 100% din puterea de interes, la 1Khz, 10Khz si 20Khz, imaginile:

http://img203.imageshack.us/img203/9116/799q.png

http://img443.imageshack.us/img443/3217/j3i0.png

http://img13.imageshack.us/img13/7062/vhqv.png

http://img716.imageshack.us/img716/4728/eti2.png

http://img545.imageshack.us/img545/7675/aws9.png

http://img96.imageshack.us/img96/7397/iwbg.png

 

Multisim nu afiseaza decat 3 zecimale dupa virgula de aceea la 1Khz apare doar 0, in realitate este probabil undeva pe la 0,000x.. oricum dupa 2 zero-uri deja nu prea mai conteaza ce urmeaza din punctul meu de vedere. Asa cum se poate observa chiar si la 20Khz la sarcina maxima de interes THD este foarte mic, asta se datoreste intr-o buna masura compensarii 2 poli, care asigura o reactie negativa mai buna si la limita superioara a spectrului audio. Slew Rate-ul ar fi undeva putin peste 30V/uS ( adica suficient ), alte detalii va las pe voi sa le deduceti, si astept si accept orice comentarii si/sau nelamuriri.

 

Voi realiza practic acest amplificator dupa definitivarea schemei, ar mai fi de implementat ceva protectii atat pentru boxe cat si pentru etajul final la eventualitate de scurt, inca nu m-am decis clar asupra acestui aspect dar ca idee as folosi o combinatie a celor 2... in fine mai vedem noi. AMplificatorul va fi alimentat de un transformator de retea pe tole EI pe care il voi bobina eu, si voi asigura in gol +/-50Vcc. Ar mai fi ceva mici detalii insignifiante, cum ar fi protectie la supratemperatura pentru etajul final, eventual un LCD care sa-mi indice mai multi parametrii la alegere, un VU-metru cu PIC... etc.

 

Toate cele bune.

Marian.

[franzm]

Câteva sugestii:

Cu un simplu jumper puteti trece de la compensare cu doi poli la TMC.

R40 se poate sunta cu un circuit precum aici: http://www.synaesthesia.ca/YAPOPstage.html

Daca doriti sa-l completati cu un circuit XD, va pot trimite desenul cablajului pt asemenea module.

[hpavictor]

Ar fi o premiera pentru Romania un amplificator DIY care sa contina etajul XD si o compensare TMC ...Felicitari pentru idee , este absolut superba . Sper ca @marian sa aplice acest etaj in versiunea actuala a proiectui sau .Practic va fi un salt superluminic fata de vechea varianta MP 100 V1.0 !

[Marian]

...Cu un simplu jumper puteti trece de la compensare cu doi poli la TMC...

Banuiesc ca va referiti la Transitional Miller Compensation a lui Baxandall... Marturisesc ca am fost atat de atras de comportamentul compensarii TPC, mai precis panta de -12db/octava incat nu am luat in calcul si alte configuratii, ce-i drept raspunsul in frecventa este foarte frumos cu TPC, voi incerca si TMC comparativ sa vad ce performante se obtin, dar din cate stiu la asta panta este doar jumatate din cealalta, adica -6db/octava ceea ce inseamna mai putina reactie negativa la limita superioara a spectrului audio, si asta e tocmai motivul pentru care am ales TPC... in fine incerc si voi reveni cu rezultatul.

 

Cat deaspre etajul XD marturisesc ca nu stiu la ce va referiti dar ma voi documenta.

 

LE: Cred ca am gasit info despre acel "XD", este vorba despre un soi de clasa distincta de etaj final, clasa XD, dezvoltata de catre Douglas Self pentru Cambridge Audio care are drepturi exclusive asupra solutiei din cate inteleg. Ideea ar fi sa se extraga un asazis "displacement current" de la iesire catre una din ramuri pentru a muta punctul de trecere de la 0 inspre una din ramuri, se face fie pur si simplu rezistiv fie cu un soi de generator de curent constant, din cate inteleg iesirea nu se mai poate numi una simetrica... bine, nu asta ar conta, nu am lucrat cu asa ceva deci n-am de unde sa stiu ce si cum, probabil ca este o chestie performanta, dar cand aud de ideea de drepturi de autor... asadar si prin urmare multumiri pentru interes si sugestie dar prefer sa raman la iesirea asa cum este, amintiti-va ce s-a mai intamplat in trecut pe forum tot datorita drepturilor de autor.

[Marian]

Nu mai pot edita anterior astfel incat postez in continuare si cer scuze pentru dublu post.

 

Revin cu schema usor cosmetizata:

http://img17.imageshack.us/img17/4808/mdqo.png

 

Am corectat o eroare la superdioda unde in eventualitatea lipsei contactului dintre cursor si banda semireglabilului, finalii ar fi primit bias maxim, deci cel mai probabil bau, acuma este mai sigur penca-i invers. Am mai adaugat si ceva compensari pe prefinali si diodele alea antiparalel pe iesire pe care le omisesem initial, desi nu sunt prea convins de 1N-urile astea lente... poate ceva ultrarapid, sau chiar schottky, daca aveti sugestii la punctul asta nu ezitati.

 

Evident cel mai important detaliu este modificarea compensarii in acel TMC sugerat de catre @franzm ( caruia ii multumesc pentru interes ), testele in simulare au confirmat banuiala mea ca panta este intr-adevar la jumatate fata de TPC insa efecte negative nu se vad nici la volum maxim la 20Khz, ba dimpotriva, aici THD-ul a scazut cam cu 25%, de la 0,008 la 0,006%, asta cu siguranta se datoreste includerii directe a etajului final in reactia negativa; la frecvente mai mici situatia pare a fi la fel, spun pare penca asa cum spuneam indicatorul THD din multisim afiseaza doar 3 zecimale si la ambele compensari la frecvente mai mici ( de la 10Khz in jos ) arata 0,000, probabil diferente or fi totusi, dar la un nivel atat de mic, poate chiar nu mai are importanta. Bonusul acestei compensari este lipsa acelui "Q", varful acela creeat de dublul pol, din cate vad unda dreptunghiulara parca arata mai bine cu TMC, ii lipseste acel spike, dar e ceva mai rotunjuta chiar la varf si parca SR-ul ar fi o ideie mai mic, poate ca ceva bibileli ale valorii componentelor ar readuce SR-ul inapoi dar e o diferenta mica, nu sunt sigur ca ar conta atat de mult.

 

Inainte de a incheia va prezint si ceva diagrame bode, intai raspunsul in frecventa:

http://img585.imageshack.us/img585/2163/9oz2.png

 

Am rupt bucla inchisa cam asa ( ideie sugerata de Bob Cordel ):

http://img708.imageshack.us/img708/3647/lbid.png

 

Ideea este de a vedea comportamentul in bucla deschisa al amplificatorului si unde are loc intersectia dintre cele 2 bucle, cam asa arata:

http://img4.imageshack.us/img4/4080/le1x.png

 

Amplificarea in bucla inchisa este de cca 26db, asa cum se poate observa in imaginea de mai sus aceasta amplificare corespunde la bucla deschisa cu aproximativ 400Khz, deci cam aici ar fi intersectia dintre cele 2, si defazarea aici este:

http://img5.imageshack.us/img5/5421/qmyv.png

 

Din cate stiu limita este de -180, deci teoretic o margine de faza de aproximativ 100gr, in realitate cel mai probabil nu va fi asa, insa daca vor ramane 50 tot e bine.

 

Ceva pareri?

[franzm]

Ati încercat si varianta de reactie TPC cu circuit t-podit (un condensator mic peste circuitul de compensare) respectiv cu un RC serie în loc de R18?

[Marian]

Am încercat si acel cond "punte" peste compensare stiind ca scopul sau este de a elimina sau măcar atenua acel "Q" dar rezultatul a fost nesatisfacator, in sensul ca diferenta nu e asa mare, mai ales pe dreptunghiulara asa ca am renuntat la ideie ( evident am încercat mai multe valori ale C ). Varianta cu RC in loc de R18 însă nu pot spune ca am incercat desi nu vad ce diferenta ar putea institui...dar voi încerca mâine si asta.

[Vizitator]

Eu am o simpla intrebare, cum poate simulatorul sa zica ca montajul respectiv (nu blamez nici un montaj, dau doar ca exemplu), distorsiuni cu 0,00x% sau chiar 0,000x%cind conform PDF-ului, la 100W rms/8 ohm, au 0,8% distorsiuni neimperecheati sau imperecheati cu beta 50/5A/5V, au 0,08% distorsiuni, si asta IN CAZUL IDEAL de folosire a lor?Este doar o intrebare, la care astept un raspuns...

[Marian]

@Dj Leco Nu-ti inteleg interventia, scopul meu nu este sa fac concurenta cuiva deci nu-ti pierde timpul cu mici rautati, iti spun doar atat, se pot oricand folosi si alti finali, astia erau doar un exemplu, nu caut decat sa optimizez un circuit de amplificator bazat pe arhitectura clasica, e alegerea mea si atata vreme cat nu fac din asta un produs comercial nu vad pentru ce sa fie cineva deranjat.

[Marian]

...Varianta cu RC in loc de R18 însă nu pot spune ca am incercat desi nu vad ce diferenta ar putea institui...dar voi încerca mâine si asta.

Datorez scuze D-lui @Franzm pentru afirmatia subliniata din citat, am testat acuma cu 10p inseriati cu R18 catre masa si diferenta este majora, cam asa arata acum dreptunghiulara la 10Khz si semnal pe intrare aproape de clipping:

 

Am verificat si bucla deschisa din nou cu acel cond peste reteaua de reactie dar de data asta mult mai mic, acel Q de pe la 1Khz intr-adevar dispare cu cond de doar 1p peste reteaua de reactie, deci cer scuze pentru superficialitatea cu care am tratat ieri testele cu acest cond si totodata multumesc pentru interes si sugestii. O sa mai testez cu diferite valori la condul inseriat cu R18 sa vad care ar fi cea mai potrivita combinatie dar in principiu se pare ca ar fi ok.

 

In alta ordine de idei din cate vad eu, marginea de faza gasita ieri ar sugera faptul ca se pot reduce condensatorii din reactie pentru un SR si mai bun, intersectia s-ar impinge ceva mai sus dar cred ca ar fi totusi rezerve, ma insel?

[franzm]

...Este doar o intrebare, la care astept un raspuns...

Ce este si cum functioneaza reactia negativa (circuitul de test ON-Semi fiind fara reactie negativa)? Întrebare la care nu astept raspuns (îl stiu de vreo 35 de ani).

[Vizitator]

Nu este vorba despre nici o concurenta, sau rauate, era doar o intrebare simpla.

 

Cu sau fara reactie negativa, alea sint distorsiunile date in catalog, de aia intreb...

 

PS. eu nu concurez cu nimeni, si nici nu am concurat sau voi concura vreodata.

 

PpS, schema este draguta si simpla, iar pentru tensiunea aia de aimentare, as recomanda "in fata" niste tranzistori cu zgomot redus gen 2SA970, iar in vas, niste tranzistori cu Cob cit mai mic.

[Sharky]

Valorile bune sunt obtinute in cazul ideal, simulat cu tranzistorii in montajul final, iar valorile rele sunt obtinue in realitate in conditiile specificate in catalog.

Faptul ca distorsiunile unui amplificator sunt mai mici decat distorsiunile tranzistorilor finali luati independenti e o chestiune de baza ce tine de proiectarea si functionarea corecta a oricarui amplificator, fie simulat, fie masurat practic.

 

Marian ar putea simula tranzistorii respectivi in montajul dat in foaia de catalog, sa vedem rezultatele.

Evident, in functie de conditiile de test (tensiune alimentare, tensiune intrare, bias, etc) rezultatele vor varia.

 

Felicitari pt proiect, voi arunca si eu un ochi peste el in curand.

[ratza]

Trebuie ţinut cont şi de modul în care sînt măsurate caracteristicile date în foile de catalog. Asta ca să nu mai zic de aparatură.

[Marian]

..."in fata" niste tranzistori cu zgomot redus gen 2SA970, iar in vas, niste tranzistori cu Cob cit mai mic...

Sunt constient de detaliile astea de destul de mult timp deja, insa eu aveam nevoie sa pot folosi niste tranzistori relativ comuni, avand in vedere ca proiectul vreau sa fie unul public si liber pentru oricine, ma gandesc ca poate vreodata si altcineva va dori sa-l realizeze, mai ales ca eu voi face toata munca necesara proiectarii schemei/cablajului, si testelor ulterioare, daca totul iese bine in final va exista o arhiva cu schema si cablaj libere pentru oricine este interesat, avand deja confirmarea punerii cu succes in practica... In fine, se subantelege, apoi a mai fost si problema modelelor din multisim, am ales niste tranzistori mai comuni tocmai pentru a avea parte de niste modele cat de cat ok, oricum nu am in librarie 2SA970 si nu am incredere in asazisele modele gata de copy/paste intr-o componenta nou creeata in multisim, doream sa pot simula cu ceva cat de cat folosit si de altii si deci de incredere, ca sa pot compara diferite configuratii, in realitate om vedea ce voi folosi, ori astia ori altii... evident aici conteaza mult si parerile voastre, a celor mult mai experimentati decat mine, de asta si postez subiectul asta aici, daca as fi considerat ca stiu tot ce este necesar as fi pus pur si simplu schema in eagle, apoi cablajul si l-as fi prezentat in varianta finala la proiecte complete, dar cum sunt constient ca-s mic fata de multi dintre voi... in fine apreciez orice sfat, nu-mi doresc decat sa nu se iste polemici.

 

Toate cele bune.