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.

[Misiek13]

Dzięki

Gdzie Kolega kupuje komponenty w tak dobrych cenach, jeśli to nie tajemnica?

Elementy kupuję tutaj https://www.piekarz.pl/ z przyzwyczajenia - dawniej odbierałem je osobiście. Mają ceny jak w innych hurtowniach, wadą jest fakt minimów ilościowych, nie mają wszystkiego, ale np mają zadowalający wybór radiatorów i dużo elementów, których nie polecam kiepskich firm. Bardziej egzotyczne elementy takie jak NJL-e, kondensatory bipolarne Panasonic, potencjometry montażowe w Farnell, ciekawe kondensatory i rezystory MŁT http://www.rezystory.net/ często osobiście, potencjometry Alps jest jeden sprzedawca na Allegro i na https://sklep.lampyelektronowe.pl/, płytki zamawiam na https://www.prototypy.com/, drogo ale wygodnie.

[Misiek13]

Wracam do układu wzmacniacza korekcyjnego. Ten wykres pokazuje tłumienie tętnień zasilania na wyjściu układu - 40dB dla 50Hz i -43dB dla 100Hz. Układ stabilizatora L7815/L7915 ma gwarantowane tłumienie tętnień na poziomie 54dB a układ wzmacniacza korekcyjnego ma znamionowe napięcie na wyjściu 250mV czyli -12dB. Sumarycznie jeżeli się nie pomyliłem to przy 100Hz odstęp sygnału do tętnień sprzed stabilizatora to -84dB. Przy tętnieniach na poziomie 0,2V (-14dB) jestem wystarczająco „daleko” od sygnału. Postanowiłem jednak zastosować trochę audiofilski zbytek i zastosowałem stabilizator 2 stopniowy. Na swoje usprawiedliwienie mam jeszcze argument, że miałem 2 transformatory o napięciu wyjściowym 18V i to napięcie musiałem gdzieś zredukować. Teraz trochę widoków. Część schematu (1 kanał bez gniazdek) i rezystorów wyjściowych:

RIAA L.png

Wizualizacja płytki

Riaa 3d.png

Schemat zasilacza

Zasilacz sch.png

Wizualizacja płytki zasilacza

Zasilacz 3D.png

Drugi stopień stabilizatora znajduje się na płytce regulatora barwy i z tej płytki jest zasilony wzmacniacz korekcyjny.

[AZ12]

Witam

Dlaczego zastosowano dwa transformatory zamiast jednego o większej mocy? Taki element można umieścić poza płytką stabilizatora, co wpłynie na zmniejszenie poziomu zakłóceń.

[Misiek13]

Dlaczego zastosowano dwa transformatory zamiast jednego o większej mocy? Taki element można umieścić poza płytką stabilizatora, co wpłynie na zmniejszenie poziomu zakłóceń.

Cześć,
Tak naprawdę przyczyna była prosta - bo takie miałem. Ich zaletą jest też to że są ciche. Transformator toroidalny audio o mocy 20VA kosztuje 124zł + wysyłka. Szukałem oszczędności. Niezły efekt byłby w przypadku zastosowania transformatora w stylu TS6/45 jak w T9015.

[Ukaniu]

W temacie tego układu mocy z pierwszej strony, ciekawy projekt. Tak się przyglądałem i myślę zapytam:
Aktywne ograniczenie prądu z Q20 i Q21 nie jest oczywiste, czego akurat zmniejszać SR?
Zawsze się boję stałych czasowych wynikających z dużych pojemności, szczególnie podczas pracy z obcinaniem albo przy przeciążeniu, C3, C11, C19 wyglądają groźnie...
Główna kompensacja C3 i C7, malutkie ale nie symulowałem, ciekawy jaki wyjdzie margines fazy w praktyce. Jaki będzie wygląd prostokąta na obciążeniu o charakterze pojemnościowym.
C18 C17, pogorszą PSRR dla w.cz. Walczysz ze wzbudzeniem w tym stopniu?
R40 z C23 też nie jest takie oczywiste.
Ja miałem w życiu czas fascynacji skomplikowanymi układami, teraz zastanawiam się jak zrobić najprościej. Skomplikowane źródło prądowe mimo, że ma lepsze parametry dla dc czy m.cz. dla wyższych częstotliwości jest kamieniem u szyi, wnosi masę wad wynikających z zasady pracy krzemu i całej masy nieopisywalnych długopisem papierowo nieliniowości (pojemność, prądy, dynamiczny wpływ temperatury).
Tak czy siak układ ciekawy. Fajnie było by go przeprowadzić przez solidną pomiarową ścieżkę zdrowia i opisać wnioski, można by zrobić jakiś nawet sensowny dyplom wyższej szkoły.

[Misiek13]

Aktywne ograniczenie prądu z Q20 i Q21 nie jest oczywiste, czego akurat zmniejszać SR?

Główną rolą tych tranzystorów jest ograniczenie prądu tranzystorów Q11 i Q12 przy zwarciu na wyjściu gdy zaczynają przewodzić Q17 i Q18, przesterowaniu gdy zaczynają przewodzić D3 i D4 oraz ograniczenie prądu ładowania C19 i C20. Ograniczenie SR jest "gratis".

Zawsze się boję stałych czasowych wynikających z dużych pojemności, szczególnie podczas pracy z obcinaniem albo przy przeciążeniu, C3, C11, C19 wyglądają groźnie...

Tak. C3 i C11 najbardziej mogą namieszać w stanie nieustalonym przy rozruchu. Sprawdzone "na ucho". Stan nieustalony jest na tyle przyjemny, że po pierwszych uruchomieniach nie zdecydowałem się na zastosowanie przekaźnika na wyjściu.

C18 C17, pogorszą PSRR dla w.cz. Walczysz ze wzbudzeniem w tym stopniu?

Tak. Oscylacje pojawiły się w trakcie symulacji samego stopnia wyjściowego tutaj: https://forum-trioda.pl/viewtopic.php?p=435017#p435017. Możliwe, że problem był w samym modelu tranzystorów. Tego typu oscylacje nie pojawiały się przy tranzystorach audio np TTA004B/TTC004B lub 2SA1930/2SC5171. Kondensatory dałem profilaktycznie, nie chciałem ryzykować.

R40 z C23 też nie jest takie oczywiste.

Razem z C10 i R22 przyspieszają wyłączanie Q1 i Q8. Wychodziło z symulacji przy prostokącie. Podobną funkcję mają R25 z C9.

Jaki będzie wygląd prostokąta na obciążeniu o charakterze pojemnościowym.

Sprawdzałem tylko przy rezystancyjnym. Nie przesadzałem z częstotliwością i amplitudą, nie chciałem wykończyć R49 z C16. Przebieg był bez zarzutu, szybkość na pewno ponad 100V/us za L1 i R50 oraz przy znamionowym C13. Dla pojemnościowego niestety mogę pokazać tylko symulację. Do obciążenia jest podłączony równolegle kondensator 100n.

100n.png

Pojawiają się delikatne oscylacje, ale szybko gasną. Ograniczenie prądowe jeszcze nie działa.

Fajnie było by go przeprowadzić przez solidną pomiarową ścieżkę zdrowia i opisać wnioski, można by zrobić jakiś nawet sensowny dyplom wyższej szkoły.

Na pomiary na razie nie ma szans - brak miejsca w budżecie. Dyplom to może z historii