Wpływ obwodów zasilania na pracę wzmacniacza hybrydowego

[Piotr]

STUDI, na litość boską, ile mam jeszcze udowadniać, że nie jestem wielbłądem?

Twierdzisz, że zbyt duża impedancja wewnętrzna zasilacza jest jakąś istotną wadą rzeczonego wzmacniacza i powoduje problemy na skrajach pasma.
Pokazuję ci, że wynosi ona w przybliżeniu 0,1R i nie zależy od częstotliwości.

Twierdzisz, że poprawiłeś parametry usuwając stabilizator.
Pokazuję ci, że robiąc to zwiększyłeś impedancję zasilacza, szczególnie dla małych częstotliwości.

Mimo, że pokazuję ci wewnętrzną sprzeczność twojego rozumowania, nadal twierdzisz, że znalazłeś poważną wadę w układzie, który zmontowało, przemierzyło i osłuchało kilkadziesiąt osób i nikt nie miał podobnego problemu.

Ja nie neguję zamieszczonych Twoich pomiarów ja tylko przytaczam to co dało się zaobserwować na stanowisku pomiarowym.
Ch-ka pasma przenoszenia nie odpowie czy wzmacniacza ma "kopa na basie". Aby dał kopa musi oddać pełną dla niskich częstoliwości bez zniekształceń. Jak tego nie potrafi to szerokie pasmo przenoszenia dla poziomu -20dB nic nie pomoże.

To przeczytaj, proszę, jeszcze raz ten post:
viewtopic.php?f=14&t=15445&start=45#p254959

[Einherjer]

Piotrze, nie twierdzę, że wtórnik psuje Twój układ, ale z tym brakiem wpływu wzmacnianego sygnału na wtórnik i brakiem zależności rezystancji wewnętrznej od częstotliwości trochę się zagalopowałeś. Ktoś gotów pomyśleć, że wtórnik jest taki super Tymczasem zmiana pobieranego prądu dI pociąga za sobą zmianę napięcia bramka-źródło o dI/gm, stąd to 1/gm rezystancji wewnętrznej. Należy jednak pamiętać, że gm nie jest stałe, zależy między innymi od prądu drenu. Jeśli założymy stałe napięcie na bramce, otrzymamy nieliniową zależność napięcia wyjściowego od prądu, więc zmienną rezystancję różniczkową. To, że cały czas będzie ona stosunkowo mała to inna sprawa. Nie jest też prawdą, że nie zależy ona od częstotliwości --- przy większych częstotliwościach daje o sobie znać pojemność bramka-źródło, obniżając efektywną transkonduktancję. Żaden z tych efektów nie uwidoczni się raczej w Twoim wzmacniaczu, ze względu na obecność dużego kondensatora za wtórnikiem i spory prąd spoczynkowy, ale jestem za tym, żeby nie stosować zbyt daleko idących skrótów myślowych.

[Romekd]

Witam.
Koledzy, nie przesadzajcie z tym wpływem rezystancji wyjściowej stabilizatora na pracę stopnia końcowego. Mimo, że wartość transkonduktancji Mosfeta zmienia się z prądem (szybko rośnie ze wzrostem prądu, co widać na wykresie pod spodem), to i tak występująca wartość rezystancji wyjściowej omawianego tu wtórnika jest nieporównywalnie mniejsza niż typowych układów bez stabilizatora. W 99% wzmacniaczy m.cz. z klasycznym transformatorem sieciowych (nie ważne jakich - domowych, estradowych, studyjnych) w ogóle nie stosuje się żadnej stabilizacji napięcia, po wysterowaniu wzmacniacza napięcie na kondensatorach spada o kilka czy nawet kilkanaście woltów, a wzmacniacze mimo to działają poprawnie.

To, że cały czas będzie ona stosunkowo mała to inna sprawa. Nie jest też prawdą, że nie zależy ona od częstotliwości --- przy większych częstotliwościach daje o sobie znać pojemność bramka-źródło, obniżając efektywną transkonduktancję.

Tylko, że w stabilizatorze Piotra bramka Mosfeta zablokowana została do masy pojemnością 470 uF, a pojemność bramka-źródło IRFP140 ma wartość ok. 13 nF, czyli ponad 36 tysięcy razy mniejszą od pojemności kondensatora. Tak więc napięcie na łańcuszku diod Zenera i bramce tranzystora nie będzie się zmieniało po obciążeniu źródła prądem zmiennym o wyższych częstotliwościach (z górnej części pasma akustycznego) i impedancja wyjściowa będzie pozostawała w miarę stała, chyba, że Kolega uważa inaczej, ale w takim razie bardzo proszę o kilka słów wyjaśnienia tego ciekawego zjawiska..
Poza tym wszystkim, wyjście stabilizatora i tak zablokowane jest kondensatorem 4700 uF, którego impedancja dla górnych częstotliwości pasma akustycznego jest na tyle niska, że wpływ impedancji wyjściowej wtórnika z Mosfetem całkowicie traci znaczenie.

Inną sprawą jest to, że wywalenie stabilizatora podniesie napięcie zasilające stopnień końcowy m.cz., co wywoła wzrost maksymalnej mocy wyjściowej. Może właśnie to STUDI odbierał subiektywnie jako poprawę odtwarzania basów, podniesienie "dynamiki" i poszerzenie pasma przenoszenia wzmacniacza w zakresie wyższych częstotliwości..

Pozdrawiam,
Romek

[Einherjer]

Romku, napisałem wyraźnie, że nie uważam, żeby wtórnik "psuł" Piotra układ i na pewno zapewnia stabilniejsze napięcie niż "goły" transformator. Druga sprawa, że tak jak piszesz, stabilizacja wcale potrzebna nie jest.

[Romekd]

Jeszcze raz przeanalizowałem schemat i doszedłem do wniosku, że jednak masz trochę racji Powyżej pewnej częstotliwości impedancja wyjściowa samego wtórnika zaczyna rosnąć, choć w przypadku układu Piotra nie ma to najmniejszego znaczenia, gdyż wyjście stabilizatora zablokowane jest kondensatorem 4700 uF. Parametry tego kondensatora determinują impedancję, którą "widzi" stopień mocy wzmacniacza w zakresie wyższych częstotliwości. Impedancja wtórnika rośnie, gdyż bramka nie jest połączona bezpośrednio z kondensatorem 470 uF (bocznikującym diody Zenera), a jest tam jeszcze rezystor antyparazytowy o wartości 220 omów. Myślę, że ze względu na dużą pojemność bramka-źródło tranzystora IRFP140 (ok 12 nF) powolny wzrost impedancji wtórnika dałoby się zauważyć już od częstotliwości ok. 60 kHz. Zmniejszenie rezystora antyparazytowego z 220 omów do np. 27 omów przesunęłoby tą częstotliwość do kilkuset kHz, tylko po co to robić, skoro wyjście filtru i tak bocznikowane jest dużym kondensatorem elektrolitycznym..

Druga sprawa, że tak jak piszesz, stabilizacja wcale potrzebna nie jest.

Co do stabilizacji napięcia, to w przypadku hybrydy opracowanej przez Piotra jest ona jednak bardzo wskazana. Układ wzmacniacza jest tak zrealizowany, że składowa stała napięcia na wyjściu stopnia mocy ustala się w połowie wartości napięcia zasilającego. Ponieważ wartość napięcia w sieci 230 V ciągle się zmienia, a zmiany te potrafią dochodzić nawet do kilkunastu woltów w ciągu niecałej minuty, to napięcie na wyjściu hybrydy (przed kondensatorem elektrolitycznym) też ulegałoby ciągłym wahaniom. Wahania te powodowałyby przeładowywanie kondensatora wpiętego szeregowo z głośnikiem. Membrana wysuwałaby się i wsuwała, a prąd tranzystorów końcowych ciągle się zmieniał... By do takich zachowań układu nie dochodziło, Piotr zastosował filtrację i stabilizację napięcia zasilającego, moim zdaniem zupełnie wystarczającą..

Pozdrawiam,
Romek

[_idu]

Inną sprawą jest to, że wywalenie stabilizatora podniesie napięcie zasilające stopnień końcowy m.cz., co wywoła wzrost maksymalnej mocy wyjściowej.

Toi nieistotne. Nie ważne czy będzie to 25 czy 32W - a to jak zmienia sie wartośćmaksymalnej mocy od częstotliwości sygnału - pomier wzgłędny (ponkt odniesienia - moc przy 1kHz i przy 1%. . Ponadto gdy pominięty został ten stabilizator i stpoień mocy podłącozny do innego zasilacza gdzie ustalono takie samo napięcie na wyjściu jakie dawał ten stabilizator na MOSFE'cie na płycie. Może nie co do 0.1V ale różnica 2 V - 3 V czyli nieistotna.

Może właśnie to STUDI odbierał subiektywnie jako poprawę odtwarzania basów, podniesienie "dynamiki" i poszerzenie pasma przenoszenia wzmacniacza w zakresie wyższych częstotliwości..

Jeszcze raz mam powtórzyć? Mierzona była maksymalna moc jaką można było uzyskać przy założónym stałym poziomie zniekształćeń. Robione były pomiary dla różnych częstotliwości. I niestety z tym stabilizatorem maksymalna moc oddawana szybciej spadała na krańcach pasma niż bez tego stabilizatora. Proste. To pokazały mierniki, oscyloskop itd. Więc nic nie jest subiektywnego w tej obserwacji. Przebieg sinusoidalny. Oceniana jest zmiana mocy względem mocy oddawanej dla 1kHz jako pounkt odniesienia. Obciążenie czysto rezystancyjne. Żaden subiektywny odsłuch jak to sugeruje Romekd czy większa moc (bo była praktycznie ta sama).

[Piotr]

Jeszcze raz mam powtórzyć?

To, co opisujesz nie zgadza się z moimi pomiarami, jak również nie zgadza się z przewidywaniami teoretycznymi. Ponadto nie jesteś w stanie wyjaśnić opisywanego przez siebie zjawiska.
Jedyne, co mogę w takiej sytuacji stwierdzić, to że prawdopodobnie twój układ zawierał jakiś błąd.

[ATM]

Panowie, może zamiast tyle pisać obydwaj powtórzcie pomiary i pokażcie każdy swój wynik?
Jeden pomiar-wykres moc max./częstotliwość
Drugi pomiar zniekształcenia/częstotliwość ( przy tej samej mocy max.)
Pomiary wykonane w wersji ze stabilizatorem i bez. Całość umieszczona na jednym wykresie, tak jak robiłem to ja, patrz- viewtopic.php?f=8&t=10608&start=150
Właśnie po to by uniknąć takich rozmów zrobione są takie wykresy, wystarczy popatrzeć i wszystko jasne. Ten który powie nie mam czasu/możliwości, przegrywa

[_idu]

Ponadto nie jesteś w stanie wyjaśnić opisywanego przez siebie zjawiska.

Pierwsze podejrzenie to impedancja tegoż stabilizatora.
Po drugie - taki uproszczony układ stabilizatora nigdy nie miał dobrych parametrów.

Wg mnie zamiast MOSFET'a w takim stabilizatorze lepszym byłby w tej roli tranzystor bipolarny - MOSFET'y mają swoje wady, bowiem spadek napięcia zależy od natężenia przepływającego prądu. Jest to ich ogólna wada i np. w przetwornicach napięcia lepszymi są tranzystory bipolarne z racji nasycenia, gdzie spadek napięcia nie zależy proporcjonalnie od natężenia przepływającego prądu. Przy większej mocy są jednak używane tranzystory IGBT, a nie MOSFET'y. O czymś to świadczy?

Elementy były sprawdzane przez montażem. Szkoda, że "gotowiec" po modyfikacji już jest w innych rękach.
Gdyby to był błąd, to pojawiłby się aż na dwóch zmontowanych płytkach?
Można się doszukiwać problemów z partią MOSFET'ów, z których trafiły egzemplarze do montażu. Ale to tylko świadczy na niekorzyść tak prostego stabilizatora, że niespodziewanie może nieco popsuć osiągi wzmacniacza. (Owszem te "popsute" to i tak są OK, ale nie dla wszystkich)

Proste stabilizatory liniowe potrafiły silnie szumieć (przypadłość np. serii LM78xx), łatwo się wzbudzały na wysokich częstotliwościach (fale krótkie i UKF). To ew. drugie podejrzenie. Do tego MOSFET'y mocy, które wręcz uwielbiają się wzbudzać w zakresie VHF. Nie miałem perełek ferrytowych aby ew. nanizać je na wyprowadzenie każdej z diod Zenera, na wyprowadzenia tranzystora. Przyznaję się bez bicia. Prosta brutalna modyfikacja dała zadowalający efekt i tak zostało, i poszło w świat. Płytka drukowana dodatkowo zniechęcała do modyfikacji stabilizatora - powstałby nieładny pająk. Ładniej wyglądała dodatkowa zwora zamiast tranzystora i braku kilku elementów - to też przesądziło - wszak góra obudowy była przezroczystą.

Konkluzja jest taka: albo lepszy układowo ten stabilizator, albo (zdecydowanie) lepiej symetryczne zasilanie.

Ten który powie nie mam czasu/możliwości, przegrywa

Czas to nie problem, jak dostęp do sprzętu pomiarowego. Tyle, że obiekt który tak się zachował już sobie powędrował do ludzi.

[Piotr]

Ten który powie nie mam czasu/możliwości, przegrywa

Czyli jednak będę musiał udowodnić, że nie jestem wielbłądem. Niech i tak będzie.

Rozumiem, że wewnętrzna sprzeczność argumentacji STUDIego nie ma nic do rzeczy. To, że cały czas twierdzi iż problemem jest rezystancja wewnętrzna zasilacza, po czym zastępuje go zasilaczem o większej rezystancji i parametry się poprawiają nikogo nie dziwi?

Tzn, gdyby teraz ktoś napisał, że złożył mój wzmacniacz i okazało się, że umieszczenie gniazdka sieciowego po prawej stronie, a wejść po lewej to wielki błąd i powinno być odwrotnie, wtedy spadną zniekształcenia, a dowiedział się o tym montując oba pod spodem, to musiałbym w te pędy zbudować wszystkie wersje i dokładnie pomierzyć, tak?

[Romekd]

Witam.

Pierwsze podejrzenie to impedancja tegoż stabilizatora.
Po drugie - taki uproszczony układ stabilizatora nigdy nie miał dobrych parametrów.

STUDI, stopień skomplikowania zasilacza, a więc i uzyskane w wyniku tego parametry, muszą być adekwatne do reszty układu. Tak robi każdy rozsądny konstruktor. Co Ty właściwie chcesz konstruować? Sondę do badania próbek Marsa, czy jakiś ultraprecyzyjny przyrząd laboratoryjny? To tutaj to tylko stopień mocy m.cz. Większość takich układów zasilana była napięciem niestabilizowanym. Napisałeś, że stabilizator psuje parametry wzmacniacza również w zakresie tonów wysokich. Napisz jak to możliwe, zważywszy, że znajdujący się na jego wyjściu kondensator 4700 uF ma w tym przedziale częstotliwości impedancję na poziomie kilkudziesięciu miliomów.
Gdyby nieco "podrasować" hybrydę Piotra, tez nie wymagałby jakiejkolwiek stabilizacji. Wystarczyłoby uniezależnić prąd spoczynkowy i napięcie wyjściowe od napięcia zasilającego, oczywiście zmieniającego się w pewnych normalnych granicach. Powstałby wtedy układ nie lepszy, a po prostu inny. Te same wyniki zostałyby osiągnięte inną metodą.

Wg mnie zamiast MOSFET'a w takim stabilizatorze lepszym byłby w tej roli tranzystor bipolarny - MOSFET'y mają swoje wady, bowiem spadek napięcia zależy od natężenia przepływającego prądu. Jest to ich ogólna wada i np. w przetwornicach napięcia lepszymi są tranzystory bipolarne, z racji nasycenia, gdzie spadek napięcia nie zależy proporcjonalnie od natężenia przepływającego prądu. Przy większej mocy są jednak używane tranzystory IGBT, a nie MOSFET'y. O czymś to świadczy?

Przepraszam, ale część tego co napisałeś było słuszne może ze 20 lat temu. Początkowo w przetwornicach stosowano wyłącznie tranzystory bipolarne. Nie potrafiono bowiem produkować odpowiednich do tego celu Mosfetów (o wysokim napięciu dopuszczalnym i niskiej rezystancji włączonego kanału). Gdy tranzystory polowe z izolowaną bramką ulepszono, wyparły one z przetwornic tranzystory bipolarne niemal całkowicie. Co skonstruowano najpierw - TDA4601, sterujący tranzystorem BU508A, czy TDA4605, sterujący Mosfetem? Dzisiaj, tam gdzie to uzasadnione stosuje się tranzystory IGBT, posiadające pewne zalety obu typów tranzystorów. IGBT mają też swoje wady, że wymienię choćby mniejszą szybkość przełączania.. Wracjąc do stabilizatorów liniowych, to obecnie w sprzęcie elektronicznym stosuje się już niemal wyłącznie układy LDO, a w nich szeregowym elementem regulacyjnym jest właśnie Mosfet! Tak wygląda schemat ideowy tych najbardziej popularnych dziś układów:

Proste stabilizatory liniowe potrafiły silnie szumieć (przypadłość np. serii LM78xx), łatwo się wzbudzały na wysokich częstotliwościach (fale krótkie i UKF). To ew. drugie podejrzenie. Do tego MOSFET'y mocy, które wręcz uwielbiają się wzbudzać w zakresie VHF. Nie miałem perełek ferrytowych aby ew. nanizać je a wyprowadzenie każdej z diod Zenera, na wyprowadzenia tranzystora. Przyznaję się bez bicia. Prosta brutalna modyfikacja dała zadowalający efekt i tak zostało

Sądzisz, że w tych LDO są montowane jakieś "perełki" ferrytowe? Stabilizatory serii LM78xx wzbudzały się z powodów błędów montażowych (za długie przewody, nie odsprzęgane kondensatorami wejścia i wyjścia, w przypadku Mosfetów brak rezystorów antyparazytowych i błędnie opracowane płytki drukowane /pętle, sprzężenia itp./). Co do szumów serii 78xx, to czego się można spodziewać za niecałe 30 groszy za układ w hurcie? To popularny i tani element. Gdy potrzebne są lepsze parametry, zawsze można opracować jakiś własny, bardziej złożony stabilizator.

Pozdrawiam,
Romek

[Piotr]

W załączniku pomiar zniekształceń w funkcji częstotliwości dla trzech mocy wyjściowych 50mW, 5W i 25W przy układzie jak ze schematu (Ucc=44V stabilizowane) oraz bez stabilizatora (Ucc=54V).

Wnioski:
1. Przy mocy 25W zniekształcenia bez stabilizatora są mniejsze ponieważ moc maksymalna przy wyższym napięciu zasilania jest większa.
2. Przy mocy 5W zniekształcenia są podobne, w granicach błędu pomiaru.
3. Przy mocy 50mW zniekształcenia bez stabilizatora są zdecydowanie wyższe, a jest to poziom mocy znacznie częściej używany podczas odsłuchu, ponadto przy tym poziomie, w przeciwieństwie do pozostałych, jest szansa na niskie zniekształcenia głośników.
4. Minimum zniekształceń przypada na zakres 200Hz-4kHz, gdzie słuch jest najbardziej czuły, a muzyka zawiera najwięcej informacji.
5. Pasmo praktycznie nie zależy od rodzaju zasilania.
6. Pasmo, szczególnie dolne, nie wykazuje zależności od mocy. Nie zaobserwowałem niczego, co można by nazwać niewydolnością w niskich rejestrach.

STUDI
Proszę cię uprzejmie, abyś odniósł się do powyższego.

[ATM]

Piotr, dzięki za pomiary, napracowałeś się. Wiem co to za przyjemność mierzyć zniekształcenia PMZ-tem.
W temacie chyba wszystko jasne, od początku sądziłem że tak będzie, nie ma to jak twardy argument. Prawdopodobnie Studi w swojej metodzie pomiaru popełnił jakiś błąd.
Pozdrawiam

[Romekd]

Witam.
Piotr, a czy sprawdziłeś może jak zmieniało się napięcie na wyjściu stabilizatora (i zasilacza, po odłączeniu stabilizatora) przy wzroście wysterowania wzmacniacza od zera do pełnej mocy? Ciekawi mnie taż jaka amplituda sygnału pojawiała się przy pełnym wysterowaniu na kondensatorze 4700 uF (blokującym zasilanie) dla różnych częstotliwości sygnału sterującego. Czy ominięcie stabilizatora (czyli wzrost napięcia zasilania) wywołało duży wzrost maksymalnej mocy wyjściowej?

Pozdrawiam,
Romek

[Piotr]

Rezystancję wyjściową zasilaczy sprawdzę dziś.
Napięcie na kondensatorze mogę tylko obejrzeć na oscyloskopie, gdyż woltomierz m.cz. umożliwia jedynie pomiar względem masy.
Moc wyjściowa rośnie dość znacznie, bo różnica napięć jest duża. Stabilizator jest zaprojektowany tak, żeby nie zabrakło mu "materiału" nawet przy dużych zmianach napięcia w sieci i pełnym obciążeniu. Też sprawdzę dokładnie jaka jest różnica.