Junk Art #2 - wersja audiofilska

[Piotr]

Witam w kolejnym odcinku z cyklu jak zrobić audio z resztek.
Ostatnio zaprezentowałem bardzo tani wzmacniaczyk o mocy 14W na scalaku z jednym transformatorem zasilającym. Zbudowanie całości zajęło dwa wieczory - jeden na flaki, drugi na obudowę.
Tym razem zaostrzyłem troszkę wymagania jakościowe dopuszczając trochę większy wkład finansowy i czasowy. Zrobiłem przegląd szpargałów i...
Powstał dyskretny wzmacniacz mocy w układzie dual-mono o mocy 10W/8R, 18W/4R, 25W/2R.
W zasilaczu dwa stare transformatory EI 24V/65W, dwa Kendeile 22mF i trochę starych zwijek Miflex.
We wzmacniaczu kolejno: staroaudiofilski BC177 CEMI w srebrzonym kapeluszu, IRF630 IR oraz para BD249C/250C Philips. W źródle prądowym IRF9630 IR i BC177, tym razem w zwykłej wersji. Do tego elektrolity Jamicon i znów trochę zwijek Miflex. Kable zwykłe

Oto wyniki pomiarów:

Kod: Zaznacz cały

f[Hz] -> 0,1W/8R ->  1W/8R -> 10W/8R -> 2W/4R -> 18W/4R
  20  -> 0,12    ->  0,17  ->  1,5   ->  0,21 ->  
  30  -> 0,1     ->  0,1   ->  1,3   ->  0,1  ->  
  50  -> 0,05    ->  0,08  ->  1,2   ->  0,06 ->  
 100  -> 0,07    ->  0,06  ->  1,3   ->  0,05 ->  
 200  -> 0,08    ->  0,05  ->  1,3   ->  0,05 ->  
 300  -> 0,07    ->  0,05  ->  1,2   ->  0,06 ->  
 500  -> 0,08    ->  0,06  ->  1,2   ->  0,07 ->  
  1k  -> 0,07    ->  0,06  ->  1,3   ->  0,06 ->  1,5
  2k  -> 0,09    ->  0,07  ->  1,4   ->  0,08 ->  1,6
  3k  -> 0,09    ->  0,09  ->  1,3   ->  0,1  ->  1,5
  5k  -> 0,09    ->  0,12  ->  1,4   ->  0,14 ->  1,6
 10k  -> 0,1     ->  0,21  ->  2     ->  0,25 ->  2,1
 20k  -> 0,15    ->  0,42  ->  3     ->  0,5  ->  3,4
 30k  -> 0,17    ->  0,58  ->  4     ->  0,68 ->  4
 50k  -> 0,26    ->  0,95  ->  5,5   ->  1,2  ->  5,4
100k  -> 0,35    ->  1,3   ->  6,6   ->  1,2  ->  4,2
200k  -> 0,42    ->  1,5   ->        ->  1,2  ->  2,2

Temperatura radiatorów podczas pomiaru wynosiła 50stC. "Na zimno", czyli w temperaturze około 22stC zniekształcenia były mniej więcej dwukrotnie większe.
Pasmo -3dB sięga do 180kHz. Prostokąt wygląda idealnie do samej granicy przesterowania, więc pewnie można by poszerzyć pasmo, ale do celów audio raczej nie ma sensu.

ps. Pierwsza wersja schematu ma wyjątkowo dużą ilość pobrań. podejrzewm więc, że parę osób zdążyło go już przetestować. Szkoda tylko, że nikt się nie pochwalił
Oto nowa wersja dostosowana do aktualnie posiadanych elementów:

[gachu13]

Mam jedno pytanko - czemu nie zastosowałeś symetrycznego zasilania? - możnaby głośnik podłączać bez ogromnej baterii kondensatorów.
Nie miałeś odpowiedniego trafa (wszak wzmacniacz powstał "ze złomu") czy też był tu jakiś inny powód?

Pozdrawiam

[Piotr]

czemu nie zastosowałeś symetrycznego zasilania?

Bo tak lubię
Mam pewność braku składowej stałej na głośniku i nie muszę stosować pary różnicowej na wejściu, z którą jest więcej kłopotu, niż korzyści.
A "bateria" nie jest wcale taka duża przy zastosowaniu niskiego napięcia.
W poprzednim odcinku zasilanie było symetryczne mimo transformatora o jednym uzwojeniu, co umożliwiało większe uproszczenie układu (scalak). Ale w tym przypadku raczej niczego by to nie upraszczało, a wręcz odwrotnie.

[gachu13]

OK, no to wszystko jasne

Miałem kiedyś taki pomysł, którego jeszcze nie próbowałem, ale może Ciebie on zaciekawi. Dotyczy on właśnie podłączania głośnika do wyjścia wzmacniacza.

Powiedzmy że wzmacniacz zasilamy 30V, więc na jego wyjściu powinna być połowa tego napięcia - 15 V (oczywiście tak by było bez elektrolita na wyjściu). A gdyby tak zrobić stabilizowane źródło napięcia 15V (na przykład na 7815) i głośnik wpinać między wyjście wzmacniacza a wyjście stabilizatora?
Nie wiem czy to rozwiązanie miałoby jakąś przewagę nad sprzęganiem głośnika elektrolitem (moe oprócz przenoszenia składowej stałej ) ale chciałbym zapytać bardziej doświadczonych kolegów co o tym pomyśle sądzą.

Pozdrawiam

[Piotr]

Powiedzmy że wzmacniacz zasilamy 30V, więc na jego wyjściu powinna być połowa tego napięcia - 15 V (oczywiście tak by było bez elektrolita na wyjściu). A gdyby tak zrobić stabilizowane źródło napięcia 15V (na przykład na 7815) i głośnik wpinać między wyjście wzmacniacza a wyjście stabilizatora?

Napięcie napięciem, a co z prądem? Jeżeli chcesz mieć dodatkwy grzejnik w domu, to nie musisz go od razu wpinać w tor audio

Nie wiem czy to rozwiązanie miałoby jakąś przewagę nad sprzęganiem głośnika elektrolitem

Nie. Same wady. Mniejsze, większe i jedną ogromną.

Poza tym taki dodatkowy zasilacz i tak musiałbyś zbocznikować kondensatorem, więc wracamy do punktu wyjścia, a strata mocy pozostaje. Że o kłopocie z uzyskaniem zera na wyjściu nie wspomnę...

[Janusz]

Pierwsza rzecz, która przychodzi mi do głowy, to ograniczona wydajność prądowa stabilizatora, dla większości popularnych stabilizatrów ok1 - 1,5A. Czyli na obciążeniu 8R może wydzielić się maks od 8W do 18W zanim pojawią się zniekształcenia spowodowane zadziałaniem obwodów ograniczenia prądu stabilizatora. Po drugie, scalone stabilizatory mają małą rezystancję dynamiczną, ale jednak mają, zatem należałoby zablokować stabilizator kondensatorem niekoniecznie małym. I po trzecie wzmacniacz taki musiałby mieć równie stabilne napięcie na wyjściu jak wzmacniacz o zasilaniu symetrycznym. I wreszcie po czwarte i najważniejsze, układ będzie poprawnie działał przy ujemnych połówkach sygnału, a co z dodatnimi? Wtedy prąd musiałby płynąć do stabilizatora, a takiej możliwości popularne 7815 nie dają.

[Cygnus]

Zanim ten pomysł ze stabilizatorem zostanie wbity w ziemię,
proponuje zapoznać się z jednym z ostatnich patentów Cambridge Audio,
gdzie co prawda źródło prądowe nie jest włączone szeregowo z głośnikiem,
tylko równolegle do wyjścia, ale to rozwiązanie pokazuje, że ciągle można wymyślić coś nowego.

http://v3.espacenet.com/origdoc?DB=EPOD ... =GB2424137

[Piotr]

Można nie stosować nadmiarowych kondensatorów włączając głośnik pomiędzy dwa szeregowo połączone elektrolity zasilacza. Jest to dość dobre rozwiązanie, gdyż zapewnia brak składowej stałej i powinien się ładnie zachowywać przy włączaniu. Ale ma dużą wadę. Wyjście wzmacniacza ma spore napięcie stałe względem masy. Zwarcie której kolwiek końcówki z masą, nawet bez żadnego wysterowania byłoby dość nieprzyjemne...

[gachu13]

Dziękuje za rozwianie wątpliwości!

.....i powinien się ładnie zachowywać przy włączaniu.

No właśnie - a co się dzieje u Ciebie, gdy po włączeniu ta bateria 4700uF musi naładować się przez głośnik? Pewnie dość mocno stuka?

Możnaby dać przekaźnik i układ opóźniający, przy czym dodać rezystor rzedu 100 Ohm przez który kondensator wyjściowy by się ładował, a który byłby odłączany po włączeniu przekaźnika. Ale tym pomysłem Ameryki chyba też nie odkryłem

[Piotr]

Możnaby dać przekaźnik i układ opóźniający, przy czym dodać rezystor rzedu 100 Ohm przez który kondensator wyjściowy by się ładował, a który byłby odłączany po włączeniu przekaźnika.

Kiedy rezystor jest
I to znacznie mniejszy. Nie widzę potrzeby jego odłączania.
Napięcie zasilania nie jest duże, tak samo jak pojemność kondensatora sprzęgającego. Za to kondensator w zasilaczu jest spory, podobnie indukcyjność rozproszenia transformatorów EI, więc napięcie nie narasta szybko.
Przy włączeniu membrany niskotonowe poruszają się, ale łagodnie, podakustycznie. Stuków brak.

Jednym z założeń tego układu jest maksymalna prostota, stąd brak układów opóźniających.
Zrezygnowałem również z wszeklich układów zabezpieczających z wyątkiem bezpiecznika 6A3 w każdym kanale. Wszystkie elementy mają na tyle duże wartości dopuszczalne, że wzmacniacz wydaje się być idiotoodporny

[ludo]

Podoba mi sie genialna prostota tego ukladu!
Ladnie jest rozwiazana polaryzacja drugiego stopnia zapewniajaca jednoczesnie wystarczajacy duzy spadek napiecia na oporniku kolektora stopnia pierwszego.
Oczywiscie uzyles takie mosfety jakie miales pod reka.
Byc moze mosfety z mniejszymi pojemnosciami pasozytnimi wplynelyby pozytywnie na znieksztalcenia wzmacniacza powyzej paru kHz.
Ale to juz drobnostka.
Gratuluje bardzo udanej konstrukcji!

[Piotr]

Ladnie jest rozwiazana polaryzacja drugiego stopnia zapewniajaca jednoczesnie wystarczajacy duzy spadek napiecia na oporniku kolektora stopnia pierwszego.

Właśnie dlatego lubię połączenie bipolarny-MOS-bipolarny

Oczywiscie uzyles takie mosfety jakie miales pod reka.
Byc moze mosfety z mniejszymi pojemnosciami pasozytnimi wplynelyby pozytywnie na znieksztalcenia wzmacniacza powyzej paru kHz.

Tak, innych nie było.
Chociaż z drugiej strony wszystkie MOSy podobnej mocy, które są dostępne w okolicy, mają pojemności tego samego rzędu.
Zazwyczaj stosuję IRF(9)540 na stopnie sterujące oraz IRFP(9)240 w stopniach mocy. Znasz jakieś lepsze?

Można też powiększyć prąd spoczynkowy pierwszego stopnia, ale chciałem utrzymać rezystancję wejściową w granicach rozsądku. Nie chciałem również nadmiernie zwiększać kondensatora elektrolitycznego w sprzężeniu zwrotnym, a przy mniejszych rezystancjach byłoby to konieczne. Poza tym miałem pod ręką ładną parę BC177 o równym i dużym wzmocnieniu (ca 300 przy 1mA).

[ludo]

Zazwyczaj stosuję IRF(9)540 na stopnie sterujące oraz IRFP(9)240 w stopniach mocy.

Wydaje mi sie ze uzycie IRF540 w pozycji stopnia sterujacego jest nieco niewlasciwe.
Ten mosfet raczej jest przewidywany jako mosfet stopnia wyjsciowego.
Ma duza transkonduktancje ale tez i dosyc duze pojemnosci.
Wydaje mi sie, ze nieco celniejszym wyborem bylo by uzycie IRF510(610) albo maksimum IRF520(620) w tej pozycji.
Proponuje tez przyjrzenie sie mosfetom Fairchild'a w calkowicie izolowanych obudowach (dzieki czemu ulatwiaja montaz na radiatorach), na przyklad FQPF7N10.
http://www.fairchildsemi.com/ds/FQ/FQPF7N10.pdf

IR zastosowal pewna logike w oznaczaniu swoich mosfetow gdzie (zwykle) druga pozycja w numerze oznacza wielkosc chipu krzemowego tranzystora.
Najmniejszy wielkoscia jest IRF510. IRF520 jest powojnie duzy, IRF530 jest dwa razy wiekszy od poprzedniego i tak dalej.
Z tego wynika ze chipy mosfetow IRF540 i IRFP240 sa podobnej wielkosci ale IRFP240 ma wieksza obudowe i wyzszy Vds.
(Rzut oka na noty katalogowe potwierdza ta powyzsza teze.)

[Vic384]

Czesc
Piotr
A co sadzisz o IRFP064N ?
Nie byly by lepsze od "240" ?
Pozdrowienia

[Romekd]

Witam.
Bardzo wysokie pojemność tranzystorów MOSFET stanowią istotny problem w zastosowaniu tych tranzystorów do celów audio. Niestety pojemności te są tym większe im większa jest większa jest moc tranzystora, dopuszczalny prąd drenu, transkonduktancja. Kolega ludo ma całkowitą racje, pisząc, że do stopi sterujących nie powinno się stosować tranzystorów o przesadnie dużej mocy, i prądzie. Pojemności stosowanych przez Piotra tranzystorów IRF540 są bardzo wysokie i wynoszą: pojemność wejściowa 1700pF, wyjściowa 560, zwrotna między drenem i bramką 120pF. W przypadku tranzystora IRF510 pojemności te wynoszą odpowiednio: 180pF, 81pF i 15pF. Różnica jest więc ogromna!
Duże pojemności tranzystora spowalniają wzmacniacz, ograniczając w ten sposób pasmo przenoszenia i zwiększając dodatkowo poziom zniekształceń nieliniowych w zakresie wyższych częstotliwości. Problem ten jest szczególnie widoczny w układach hybrydowych, w których lampy pracujące w stopniu wzmacniacza napięciowego o stosunkowo wysokiej impedancji wyjściowej sterują stopień wyjściowy w którym tranzystory MOSFET pracują jako wtórniki źródłowe, zapewniające duże wzmocnienie prądowe.
Niestety wymienione przez Kolegę ludo tranzystory typu FQPF7N10, których istotne z naszego punktu widzenia pojemności są jeszcze mniejsze, są w Polsce nieosiągalne

Pozdrawiam,
Romek