Projekt nieco bardziej złożonego wzmacniacza

[Misiek13]

Szumy. Do tej symulacji na początek stosuję model tranzystora o parametrze RB=360Ω. Na początku wyjście pierwszego stopnia dla potencjometru głośności ustawionego na minimum. Stosunek sygnał szum w odniesieniu do 1V na wyjściu to 103dB. Niezgodnie z założeniami. Powinno być 10dB mniej szumów.

Szumy 1 st w 0.png

To samo dla rezystancji potencjometru 5kΩ (sytuacja gdy wejście jest zwarte do masy a potencjometr 20kΩ jest w pozycji środkowej). Tym razem 101dB

Szumy 1 st w 5k.png

Teraz dla rezystancji potencjometru 20kΩ wychodzi 98dB.

Szumy 1st w 20k.png

Kolejny wynik to wyjście za układem regulacji barwy, potencjometry regulacji barwy w środkowej pozycji, potencjometr głośności na minimum. Wychodzi 101dB.

dwa stopnie w 0.png

Potencjometr ustawiony na 5kΩ jak w poprzednim przypadku. 100dB

dwa stopnie 5k.png

Dla rezystancji potencjometru 20kΩ wychodzi 98dB.

dwa stopnie 20k.png

W dalszych symulacjach sprawdzę jaki będzie wynik dla dodatkowej rezystancji w bazie – tym samym wprowadzę większe szumy tranzystora. Następnym krokiem będzie poszukiwanie co można zrobić żeby szumy zmniejszyć.

[Misiek13]

Dodaję dodatkowa rezystancję 700Ω w bazach Q15, Q16, Q17 i Q18. Ma to na celu sprawdzenie wpływu zastosowanie tranzystorów o dużo większych szumach.
Szumy po 1 stopniu potencjometr głośności na 0 – wzrosły o 0,76dB

Szumy 1 st 700.png

Szumy po 2 stopniu potencjometr głośności – wzrosły o 0,6dB

Szumy całość ściszone 700.png

Zastosowanie jakichś super niskoszumnych tranzystorów niewiele pomoże – może szumy spadną o 0,25dB, może o 0,5dB. Przy tak dużych rezystancjach w układzie szumy wprowadzane przez tranzystorach są niewielkie.
Dalsze dywagacje o szumach ograniczę do pierwszego stopnia. Szumy można ograniczyć brutalnie przez ograniczenie czułości układu np. o połowę. Na początku zacznę od ograniczania szumów samego układu. Tutaj dominującymi źródłami szumów są sam potencjometr, oczywiście gdy nie jest ściszony, następnie R9 później R41 R24 i R25 oraz same tranzystory. Rezystancji potencjometru nie mogę zmniejszyć bo nie chcę mieć zbyt małej rezystancji wejściowej samego wzmacniacza, natomiast mogę ograniczyć wartość R9. Zmieniłem wartość R9 na 1k, R10 na 3k, c2 na 330uF i wyszło mniej o 2,5dB przy potencjometrze ustawionym na 0. To słychać.

Szumy R9 1k.png

Gorzej wychodzi z potencjometrem w środkowej pozycji – tutaj wzrost wyniósł już tylko 1,5dB. To wynika trochę z tego, że R9 został dobrany do rezystancji potencjometru 5k.

Rzumy R9 1k 5k.png

Wracam do poprzedniej wartości R9 ale R10 daję 4,7k i tym samym ograniczam wzmocnienie o połowę. Uzyskuję spadek szumów o ponad 7dB przy potencjometrze ustawionym na 0.

szumy wzmocnienie 2 na 0.png

Znalezienie optimum jest sztuką kompromisów. Ograniczenie czułości daje najlepsze efekty. Być może to będzie najlepsze rozwiązanie. Gorzej będzie z szumami drugiego stopnia. Obecnie potencjometry regulacji barwy mają po 10k. Zmniejszenie ich wartości dwukrotnie oraz proporcjonalna zmiana wartości pozostałych elementów korekcyjnych powinna dać redukcję szumów o ok. 3dB. W tym stopniu też należy pamiętać o rezystorach emiterowych w stopniu różnicowym. Ich wartość też należałoby zmniejszyć dwukrotnie.

[Misiek13]

Na deser schemat 1 kanału. Z uwag praktycznych to wartość R144 i R145 powinna być mniejsza - kilka minut trawa stan nieustalony i w przypadku wyłączania/włączania barwy słychać trzask.

Kanal.png

Stabilizator.

Stabilizator.png

Wizualizacja całej płytki. Niestety nie ma potencjometrów i serca całego układu czyli Isostatu.

Płytka 3d.png

[Misiek13]

Wzmacniacz korekcyjny dla gramofonu. Jest to układ dzielony, dwustopniowy. Jego zaletą jest duża łatwość liczenia i brak bieguna Neumanna. Korekcja jest z dodatkową stałą czasową ISO. Opis sposobu liczenia tego układu jest przedstawiony w nocie aplikacyjnej LM833 dostępnej tu: https://www.ti.com/lit/an/snoa586d/snoa586d.pdf.
W skład układu wchodzą 2 tranzystorowe wzmacniacze operacyjne z poprzedniego układu ze zmienionymi wartościami rezystorów emiterowych we wzmacniaczach różnicowych oraz zmienionymi wartościami kondensatorów kompensacyjnych. Nie będę tutaj pokazywał symulacji AC dla poszczególnych wzmacniaczy operacyjnych, skoncentruję się na elementach korekcyjnych i na szumach. Największy problem zazwyczaj sprawia pozyskanie kondensatorów o dość małych tolerancjach, więc czasami trzeba zastosować trochę odwrotne rozumowanie i układ zaprojektować do posiadanych kondensatorów. Mam kondensatory 33nF i 100nF 2% MKP i do nich policzyłem układ wg noty aplikacyjnej LM833. Drugim ważnym parametrem wzmacniacza korekcyjnego są jego szumy. Producenci wzmacniaczy często podają rewelacyjne parametry szumowe takich wzmacniaczy, jednak małymi literami jest dopisane, że pomiar został wykonany przy zwartym wejściu. W rzeczywistości wkładka to szeregowo połączona rezystancja z zakresu 500Ω-1,5kΩ i indukcyjność 300-700mH. To powoduje, że szumy rosną wraz ze wzrostem częstotliwości. Istnieją rozwiązania z aktywnym obciążeniem w celu zmniejszenia szumów, jednak one nie dają jakichś spektakularnych wyników. Więcej na ten temat jest w książce D. Selfa wspomnianej wcześniej.
Teraz schemat układu. Po lewej źródło sygnału RIAA wg wspomnianej wcześniej książki D. Selfa. Rezystory R21 i R9 mają wartości po 200Ω co jest wartością optymalną przy założeniu, że ONSEMI nie minął się z prawdą w swojej karcie katalogowej. Zrobię też symulację co będzie jeżeli się minął.

RIAA schemat.png

Charakterystyka częstotliwościowa układu dla elementów o idealnych wartościach. Teraz należałoby zrobić symulację dla najbardziej niekorzystnych zestawień tolerancji. Nie będę tego robił. Wiadomo, że wzmacniacz powinien mieć jak najbardziej płaską charakterystykę częstotliwościową, jednak warto się poddać przy ±0,5dB. Większość wkładek ma dużo większą nierównomierność.

Chrakt RIAA.png

Aby nie wpaść w jakiś specjalny optymizm do symulacji wziąłem model tranzystora o RB=360Ω. Szumy układu przy zwartym wejściu w odniesieniu do 250mV na wyjściu -78,5dB. Czułość układu około 4mV.

Szumy zwarty.png

To samo tylko podłączona wkładka 1kΩ+500mH – 72,8dB. Tracę blisko 6dB. To słychać gdy rozwieram gniazdo i podłączam gramofon.

Szumy wkładka.png

Przypadek z gorszymi tranzystorami, wejście zwarte. W bazach dodałem rezystory po 500Ω. -76,2dB. Tracę 2,3dB względem „dobrych” tranzystorów.

Szumy zwarty 500.png

Przypadek z wkładką – 72dB. Tracę 0,8dB względem „dobrych” tranzystorów. To niewiele.
Jako ciekawostkę dodam, że przy RB=170Ω i zwartym wejściu szumy wychodzą -79,8dB

Szumy wkładka 500.png

[Marek7HBV]

Imponujące są tak wielce rozbudowane układy elektroniczne. Jestem z czasów gdy jeden BC kosztował połowę dniówki i układ korektora na sześciu sztukach był poważnym wydatkiem {dla ucznia}. Polski sprzęt Hi-Fi w zasadzie nie różnił się od zachodniej {japońskiej} popularki. Te projekty, które Kolega tworzy, mogły zaistnieć tylko w sprzętach ,,pokazowych,, przodujących firm, a teraz prawie każdy mógłby je wykonać korzystając z Kolegi opracowań {także płytek drukowanych}.

[Misiek13]

Dzięki.
Teraz jest dobry czas żeby jeszcze poszaleć sobie na przewlekanych tranzystorach BJT. Obecnie można śmiało zaryzykować tezę, że jest to retrotechnika. W sklepie (w zasadzie to hurtownia) gdzie robię zakupy BC550C ONSEMI przy zakupie 100szt kosztuje ok 39 groszy netto, BC547C Diotec – 7groszy, rezystor 0,6W 3-7 groszy. Obecnie renomowani producenci odchodzą od produkcji elementów przewlekanych małej mocy i pozostają dziwne egzotyczne marki. Zniknęły na przykład już BC560. Jakieś 10 lat temu za naprawdę niewielkie pieniądze w hurtowniach można było kupić 2SK117 czy 2SK170. Wtedy zbudowałem podobny układ gdzie we wzmacniaczu różnicowym pracowały właśnie te tranzystory, natomiast w stopniu wyjściowym 2SA1930/2SC5171. Układ był zasilany napięciem ok ±50V. Łącznie cały wzmacniacz napięciowy zawierał ponad 150 tranzystorów, nie zawiera układów scalonych a płytki sam robiłem. Poniżej zdjęcia wnętrza tego szalonego układu. Szczegółowej dokumentacji nie pokażę bo już nie mam programu, w którym to rysowałem. Błędem było zastosowanie tanich potencjometrów. Obecnie są zamienione na ALPS.

1769017225294.jpg

1769017225280.jpg

1769017225287.jpg

[Olkus]

Obie konstrukcje robią duże wrażenie. Widać, że to czasochłonne projekty. Gratuluję tak dużej posiadanej wiedzy.
Gdzie Kolega kupuje komponenty w tak dobrych cenach, jeśli to nie tajemnica?

Pozdrawiam,
A.