Tranzystorowy wzmacniacz mocy

[MichałKob]

Ja tymczasem próbuję dalej
Wydaje mi się, że jestem raczej tępym uczniem Chociaż nie sądziłem, że w 2 dni mniej więcej zrozumiem układ Piotra - JunkArt #2.
Ciekawą rzeczą jest to, że wzmacniacz Piotra pracuje z prądem spoczynkowym 700mA, czyli do całkiem sporych głośności działa on w przeciwsobnej klasie A. U siebie zresztą we wzmacniaczu także chętnie ustawię wysoki prąd spoczynkowy. Nie wiem tylko, czy zamiast dręczyć symulator, nie trzeba by poprostu wykonać układ wg. schematu Piotra. Ale wtedy nie nauczyłbym się za wiele..
Jestem pod wrażeniem uczynności i poświęcenia tych, którzy już ogarnęli teorię obwodów i chcą się podzielić praktyką.
Niespolaryzowane źródła prądowe nie miały prawa działać. Symulator jednak poprawnie prezentował pracę wzmacniacza. Teraz przedstawiam kolejną wersję. Usunąłem wskazane przez Romka błędy. Dodałem odczyty niektórych prądów i napięć. Potencjometr w źródle prądowym pary różnicowej pozwala na jej symetryzację. Prąd spoczynkowy tranzystorów wyjściowych jest wysoki. Ma to pomóc w osiągnięciu niskich zniekształceń. Z drugiej strony, ten wzmacniacz w wersji stereo to około 100W na dzień dobry . Chyba wypadałoby dodać przełącznik HI/LO BIAS do wyboru punktu pracy par końcowych (np.100/700mA). Nie każde zastosowanie wymaga przecież tracenia takiej mocy na rzecz jakości
Czy pomożecie mi zrozumieć, od czego zależy szybkość (slew rate) wzmacniacza oraz poziom jego szumów, oraz THD?
Gdyby nie Wy, dowiedziałbym się tego na 3 roku studiów

podejście 4.PNG

Ludo - Dziękuję za miłą, choć nie do końca zrozumiałą lekturę. Dobrze znać angielski.

[traxman]

Ja mam uwagę odnośnie tranzystorów mocy, BD912 są nieco archaiczne, zastosuj jakieś nowoczesne darlingtony typu BDW93/94, oprócz lepszych parametrów ftmax, mają większe obudowy i łatwiej odprowadzić z nich ciepło.

[Romekd]

Witam.
MichałKob
Stosowany przez Ciebie symulator coś oszukuje Najpierw nie wykrył, że zastosowałeś we wzmacniaczu dodatnie sprzężenie zwrotne, a teraz podaje jakieś dziwne wartości prądów. Spadek napięcia na złączach baza-emiter tranzystorów BC557 w źródle prądowym powinien ustalić się na wartości ok. 0,7 V, co powinno zapewnić na bazie BD139 ok. 1,3..1,5 V względem szyny zasilania. Uwzględniając, że na złączu baz-emiter tranzystora BD139 powinien wystąpić spadek ok 0,8..0,9 (przy prądzie kolektora 389 mA), na rezystorze w obwodzie emitera powinno się odłożyć napięcie o maksymalnej wartości 0,4...0,7V. Jednak taka wartość napięcia na rezystorze powinna wymusić przepływ prądu o wartości co najwyżej 0,18...0,3 A, więc coś tu się nie zgadza. Poza tym oporność rezystora polaryzującego źródło wydaje się nieco za mała (mały rezystor będzie dymił).

(..) zastosuj jakieś nowoczesne darlingtony typu BDW93/94, oprócz lepszych parametrów ftmax, mają większe obudowy i łatwiej odprowadzić z nich ciepło.

Akurat te typy tranzystorów też można określić jako nieco archaiczne (nie spotkałem ich w obudowach innych niż TO-220). Dość popularne i łatwo dostępne są tranzystory Darlingtona TIP142/147, oraz BDW83/84, montowane w większych obudowach.

Pozdrawiam,
Romek

[traxman]

Przepraszam literówka chodziło mi o BDW83/84
http://www.bourns.com/pdfs/bdw84.pdf

[MichałKob]

Darlingtony są jak najbardziej w porządku, z tym że ja jestem wyposażony w BD91x, a owe BDW wymagałyby odrobiny poszukiwań.
Symulator, jaki jest, każdy widzi. Jeżeli chodzi o dodatnie sprzężenie zwrotne, to symulator odmówił rozpoczęcia symulacji. Sądziłem, że winę ponoszą realistyczne modele tranzystorów, jednak rzeczywistość wydała się potem
Co to wartości prądów - on takie podał, nie ja nie mam pojęcia, czemu przyjmuje takie napięcie Ube. Możliwe, że symulator zakłada pesymistycznie wartość Bety?
Wzmacniacz nieco dopieściłem, ale na razie boję się go sprawdzać w rzeczywistości.
Tymczasem opracowałem sobie "bezpieczną" końcówkę w klasie A. Ma ona parę zalet. Przede wszystkim w porównaniu z końcówką w klasie AB cechuje się niskimi zniekształceniami. Ponadto, w przeciwieństwie do singla lampowego nie wymaga transformatora, przez co zyskuje lepszą kontrolę nad głośnikiem i ma szersze pasmo przenoszenia bez dużych kosztów i wymiarów. W stopniu końcowym pracuje tranzystor MOSFET, a MOSFETy lubią wprowadzać parzyste harmoniczne (ten tutaj też pracuje w punkcie ch-ki, gwarantującym pewną nieliniowość). Jako źródło prądowe pracuje BDY25, których mam dużo i które na coś muszą się nadać. Para różnicowa gwarantuje prawidłowe ulokowanie punktu pracy MOSFETa, a niezbyt głębokie sprzężenie zwrotne chroni przed dziwnymi zniekształceniami, wywołanymi przesunięciem fazy (chyba to się nazywa TIM). Wejściowy wtórnik emiterowy pozwala sterować tę końcówkę mocy z wyjścia przedwzmacniacza lampowego, z którym mam zamiar ją zintegrować. Przedwzmacniacz mam zamiar zbudować na 1 lampie ECC83, układzie regulacji barwy tonu Baxandalla i lampie ECC88. Powstanie efektowna hybryda, łącząca (hipotetyczne) lampowe brzmienie z dobrym współczynnikiem tłumienia na wyjściu, przy zachowaniu sygnału przed charakterystycznymi dla niektórych tranzystorowych układów zniekształceniami. Dzięki efektywnym głośnikom moc wyjściowa będzie wystarczająca, przy zachowaniu rozsądnego poboru mocy.
Dla stabilności termicznej tranzystory "napięciowe" źródła prądowego w układzie wyjściowym nie są zamontowane w pobliżu radiatora. Sprzężenie stałoprądowe jest bardzo silne, a więc na napięcie spoczynkowe będzie mieć istotny wpływ jedynie termiczny dryft diody Zenera. Tak długo jednak, jak te zmiany nie przekroczą kilkuset mV, nie trzeba się obawiać desymetryzacji stopnia końcowego.
Może tym razem nie popełniłem błędu, gdyż liczyłem wartości elementów ręcznie, nie zdając się na symulator.

Class A.PNG

Mam nadzieję, że moja gadanina nie skojarzy się z audiofilskim bełkotem. Chodzi mi o połączenie pożądanych czynników (lampowy dźwięk, wysoki DF i pożegnanie transformatora wyjściowego).
Coraz bardziej mi się to podoba

[Piotr]

Tymczasem opracowałem sobie "bezpieczną" końcówkę w klasie A.

Wygląda dobrze. Chociać ja zazwyczaj zadowalam się w takim układzie czterema tranzystorami zamiast jedenastu

Ale...

Przede wszystkim w porównaniu z końcówką w klasie AB cechuje się niskimi zniekształceniami.

Sprawdź, a zobaczysz

Ponadto, w przeciwieństwie do singla lampowego nie wymaga transformatora, przez co zyskuje lepszą kontrolę nad głośnikiem

A to niby dlaczego?

W stopniu końcowym pracuje tranzystor MOSFET, a MOSFETy lubią wprowadzać parzyste harmoniczne (ten tutaj też pracuje w punkcie ch-ki, gwarantującym pewną nieliniowość).

To raczej nie ma się z czego cieszyć.

wysoki DF

Prowokujesz, żebym zapytał po co

[MichałKob]

Wiesz, Piotrze, jest parę rzeczy w singlu lampowym, których świadomość wywołuje u mnie dyskomfort
Z jednej strony - super układ. Jednak posiada element, którego nie lubię, który wydaje mi się złem koniecznym - ów nieszczęsny transformator wyjściowy... Przede wszystkim, element złożony - posiada indukcyjność własną obu uzwojeń, pojemność rozproszenia, nieliniowość krzywej magnesowania, wymaga uwzględnienia sekcjonowania, szczeliny powietrznej, przenosi tyle pasma ile chce. Wiem, Twoje trafa Cię słuchają, ja jednak nie jestem zbyt szczęśliwy z parametrów TG 5/53... :/ Zresztą, czy to dobrze, kiedy właściwości całego wzmacniacza zależą od trafa?

11 tranzystorów - rzeczywiście, może troszkę dużo... Ale cztery ? Mam nadzieję, że taka liczba nie zaszkodzi

Co do zniekształceń - czemu tak piszesz? przewidujesz kłopoty? Jeżeli będą to harmoniczne parzyste... to chyba nie zaszkodzi?
Jeżeli tak - to nic, znajdę MOSFET, który pracuje w liniowym obszarze ch-ki przy prądzie 1,3A.

Ta kontrola nad głośnikiem jest ciekawą sprawą. Rezystancja dynamiczna lampy jest dość wysoka. Transformator głośnikowy wnosi swoje impedancje i rezystancje. Dlatego współczynnik tłumienia jest kiepski, a wtedy moje kolumny zaczynają buczeć rezonansami mechanicznymi głośników i słuchać się tego nie da... Wzmacniacze klasy A takie, jak mój mogą osiągnąć DF nawet kilkadziesiąt do stu. Nie mówię tego dla zachwytu nad liczbą, tylko mam nadzieję, że membrany nie będą pod tym wzmacniaczem latać jak popadnie.

Ciebie Piotrze chyba nie ma sensu prowokować znad schematu swojej drugiej końcówki mocy?

Mogę zacząć projektować płytkę pod moje "dzieło"?

[Piotr]

Co do zniekształceń - czemu tak piszesz? przewidujesz kłopoty? Jeżeli będą to harmoniczne parzyste... to chyba nie zaszkodzi?

Nie, to moje roztargnienie. Przeczytałem co innego, niż napisałeś.
Ale zniekształcenia to zniekształcenia. Parzyste są mniej dokuczliwe, ale mimo wszystko to nie przyprawa, lecz brud na sygnale.

a wtedy moje kolumny zaczynają buczeć rezonansami mechanicznymi głośników i słuchać się tego nie da...

Ok, odzwyczaiłem się od takich historii z głośnikami. Zamknięte i stratne pudła nie panikują nawet przy DF w okolicach kilku.

Mogę zacząć projektować płytkę pod moje "dzieło"?

Zerknij jeszcze na załącznik. Akurat jest to wielki kloc, więc ma równoległe tranzystory mocy. Ale stosując niższe napięcie i prąd spoczynikowy wychodzą cztery tranzystory.
ps. Założę się, że ktoś zaraz zapyta dlaczego takie tranzystory, więc odpowiem od razu: Bo tak

[ludo]

Wrzuce jeszcze jeden ciekawy artykul Hegluna.
http://pagesperso-orange.fr/francis.aud ... egglun.doc

Piotrze, napiecie 22V (polowa napiecia zasilania) przed kondensatorem wyjsciowym ... czy jest ono wynikiem doboru tranzystorow wyjsciowych?

[Piotr]

Piotrze, napiecie 22V (polowa napiecia zasilania) przed kondensatorem wyjsciowym ... czy jest ono wynikiem doboru tranzystorow wyjsciowych?

Nie bardzo rozumiem pytanie.

[ludo]

Aha, nie zwrocilem uwagi na to, ze przez rezystor sprzezenia zwrotnego plynie prad staly, co by wyjasnialo roznice napiec miedzy emiterem bc313 a wyjsciem.

[Romekd]

Witam.

Piotrze, napiecie 22V (polowa napiecia zasilania) przed kondensatorem wyjsciowym ... czy jest ono wynikiem doboru tranzystorow wyjsciowych?

Nie bardzo rozumiem pytanie.

Piotrze, pytanie jest jak najbardziej sensowne. Projektując swój układ nie uwzględniłeś kilku "drobiazgów", przez co wartości napięć na zamieszczonym schemacie podane są błędnie (są zbyt optymistyczne). W rzeczywistym układzie będą one w bardzo dużym stopniu zależały od parametrów zastosowanych tranzystorów (szczególnie od parametrów tranzystora BC313). Weźmy choćby pod uwagę napięcie występujące na wyjściu dzielnika podłączonego do bazy tranzystora BC313. Przy odłączonej bazie tranzystora napięcie to powinno wynosić ok. 13,43 V (Ty podajesz wartość 12 V). Jednak na skutek prądu wypływającego z bazy BC313 napięcie to w rzeczywistym układzie będzie znacznie wyższe i zależne od współczynnika wzmocnienia prądowego zastosowanego tranzystora BC313 (Hfe 40...250). Jeżeli w układzie zastosuje się tranzystor o wzmocnieniu prądowym 60 (przy prądzie kolektora 10 mA), to prąd prąd bazy wyniesie prawie 0,17 mA, co spowoduje podniesienie się wartości napięcia na wyjściu dzielnika (oporność dzielnika dla napięcia stałego, widziana od strony bazy BC313, wynosi ok. 32,7k) o ponad 5 V!
W układzie najlepiej zastosować tranzystor BC313 o możliwie dużym wzmocnieniu prądowym (selekcjonowany z grupy "16").

Pozdrawiam,
Romek

[Piotr]

Romku, ten schemat wrzuciłem jako rysunek poglądowy. Chodziło o topologię. Możliwe, że nie wszystko się zgadza, bo tej największej wersji jeszcze nie odpaliłem i nie miałem okazji wprowadzić poprawek.
Na razie mam mniejszy, zasilany z napięcia 35V. Na wejściu są BC177, które mają wzmocnienie ponad 300 i po drobnej korekcji wartości rezystorów napięcia ustaliły się niemal dokładnie takie jak założyłem.

W wolnej chwili postaram się odkopać schemat tego, co już gra, aby nie było wątpliwości.

[MichałKob]

Witam po długiej przerwie

Mimo upływu czasu, żadna końcówka mocy nie zmaterializowała się jeszcze w moim warsztacie. Ciekawą rzeczą jest to, że kiedy na cośkolwiek wpadnę, okazuje się, że już kilka (-dziesiąt, -set...) osób to wymyśliło i stosuje . Ale satysfakcja pozostaje!

Poczytuję sobie różne rozważania i schematy (Nelson Pass, Dr. Gizmo, AVT...) i szukam w nich tego, co mi odpowiada. Całego czyjegoś schematu nie mam zamiaru klonować.
Kilka rzeczy nie daje mi spokoju:
- Co jest lepsze - głębokie USZ, wywołujące zniekształcenia fazowe i TIM, czy strategia Pass`a - pozwolenie MOSFETom na pracę bez pętli USZ i wysokie zniekształcenia harmonicznymi parzystymi oraz kiepska symetria.
(Pass uważa, że brak symetrii to plus, bo niby powietrze też niesymetrycznie przekazuje drgania i MOSFETy mają charakterystyki zgodne z naturą... )
- Czy warto budować końcówkę mocy w klasie AB, skoro zmierzona przeze mnie moc oddawana do głośników nie przekroczyła nigdy 1W (nie słucham głośno).
- Jeżeli przyjmujemy strategię klasa A ze średnio głębokim USZ, to co powinno znaleźć się w pętli: (MOS)FETY (dodające niskie harmoniczne parzyste) czy zwykłe tranzystory BJT (dodające harmoniczne parzyste i nieparzyste, także wyższe).

Na razie zaprojektowałem sobie kompromisową końcówkę mocy, która nie zniekształca za bardzo, a w tym co zniekształca dominuje druga harmoniczna (teoria!). Gdzie się dało unikałem BJT, ot, żeby było ciekawiej. Może obecność JFETów o "pentodowych" charakterystykach sprawi, że wzmacniacz zagra pprzyjemnie? Pozostaje zamówić paczkę BS170, BS250 i 2SK170.

Co Szanowne Jury na to?

P.S. Bardzo dziękuję za wiedzę, którą się dzielicie. Jak coś będę wiedział, też się podzielę

[Piotr]

No to po kolei:

- Co jest lepsze - głębokie USZ, wywołujące zniekształcenia fazowe i TIM, czy strategia Pass`a - pozwolenie MOSFETom na pracę bez pętli USZ i wysokie zniekształcenia harmonicznymi parzystymi oraz kiepska symetria.

Głębokie USZ nie jest dobre, natomiast całkowity brak jest możliwy do zastosowania bez ujemnych skutków w bardzo nielicznych układach z tranzystorami (mam w arsenale tylko jedną dobrą hybrydę bez USZ). Najlepiej ograniczyć wzmocnienie węwnątrz globalnej pętli do rozsądnej wartości za pomocą lokalnych sprzężeń. I nie mnożyć stopni jeśli nie trzeba. Moim zdaniem 2 stopnie dla SE to wystarczająca ilość, a 3 to już maksimum. Z czterema zazwyczaj są już spore kłopoty, pięciu się nawet nie tykam.

(Pass uważa, że brak symetrii to plus, bo niby powietrze też niesymetrycznie przekazuje drgania i MOSFETy mają charakterystyki zgodne z naturą... )

Pass uważa dużo dziwnych rzeczy, ale mimo to robi całkiem niezłe diwajsy, więc nie ma co się zagłębiać. Lepiej pozostać przy pismie obrazkowym, czyli schematach.

Czy warto budować końcówkę mocy w klasie AB, skoro zmierzona przeze mnie moc oddawana do głośników nie przekroczyła nigdy 1W (nie słucham głośno).

Powiem inaczej. Jeżeli nie przekraczasz 5-10W mocy wyjściowej, to budowanie tranzystorowego SE nie jest jeszcze absurdem. Chociać osobiście najbardziej lubię stopnie przeciwsobne w klasie A (sprawność dwukrotnie większa), które w przypadku obciążenia niższą impedancją, choćby lokalnie z powodu dziwnej zwrotnicy, czy basrefleksu, zamiast się przesterować spokojnie wyjdą odrobinę z klasy A bez większych zniekształceń.

Jeżeli przyjmujemy strategię klasa A ze średnio głębokim USZ, to co powinno znaleźć się w pętli: (MOS)FETY (dodające niskie harmoniczne parzyste) czy zwykłe tranzystory BJT (dodające harmoniczne parzyste i nieparzyste, także wyższe).

Ja bym się zadowolił płytkim wzmocnieniem przy niewielkim wzmocnieniu w pętli, szczególnie jeżeli na wyjściu jest wtórnik. Poza tym etykietki jakie dałeś tranzystorom są trochę fałszywe. Zbyt wiele zależy od układu i punktów pracy, żeby wyciągać tak jednoznaczne wnioski.

Na razie zaprojektowałem sobie kompromisową końcówkę mocy, która nie zniekształca za bardzo, a w tym co zniekształca dominuje druga harmoniczna (teoria!).

I co z tego? Ze zniekształceń nie należy się za bardzo cieszyć, nawet jeżeli są drugiego rzędu.

Gdzie się dało unikałem BJT, ot, żeby było ciekawiej. Może obecność JFETów o "pentodowych" charakterystykach sprawi, że wzmacniacz zagra pprzyjemnie?

Sprawią to odpowiednie punkty pracy i połączenia stopni. Magiczne charakterystyki raczej nie

Co Szanowne Jury na to?

Za dużo stopni. Jak się uprzeć, to widzę pięć. Pokręć tak, żeby było dwa, góra trzy. Z MOSFETami jest to szczególnie ułatwione zadanie. Wzmocnienia i tak wystarczy, a będzie szansa na stabilność. SE daje możliwość bezkonfliktowego użycia wspólnego źródła w stopniu mocy. Skoro z tego rezygnujesz, to dlaczego nie wtórnik przeciwsobny, nawet w klasie A?
Reszty nie sprawdzałem, bo i tak nie zagra dobrze. Jestem leń