Wzmacniacze w klasie D?

[irek]

W praktyce trudno uzyskac czas minimalnego wlaczenia/wylaczenia <500ns i teraz zalezy na ile przyjmiesz max/min wypelnienie i z tego wyjdzie Ci minimalna czestotliwosc pracy. Czym wyzsza f pracy tym gorszy wspolczynnik wypelnienia a wiec i wyzsze napiecie nasycenia. Te 500ns ustala tez maksymalna czestotliwosc pracy co daje 1Mhz.
Ja pracuje na 500khz w spoczynku schodzac z minimalnym czasem wlasnie do ok 500ns. Specjalistyczne uklady sa w stanie zejsc z tego czasu kilka razy.

[Zbig]

Tak, masz rację, ale jak pisałem konieczność (lub brak konieczności) schodzenia w dół z minimalnym czasem kluczowania zależy też od topologii wzmacniacza. Z drugiej strony wchodzenie na bardzo wysoka częstotliwość, choć korzystne z jednej strony (lepsze filtrowanie "nośnej", odwzorowanie audio większą liczbą "sampli") niesie za sobą problemy stanów nieustalonych (przejść od włączenia do wyłączenia), które ze wzrostem częstotliwości zaczynają zajmować coraz większy procent łącznego czasu impulsów-a przecież te stany przejściowe (słabo kontrolowane) są również źródłem zniekształceń nieliniowych. 500kHz to już może być wyzwanie dla gorszej klasy elementów (np. tranzystorów).
Swoją drogą właśnie składam kolejną wersję mostka na lepszych tranzystorach i innych driverach. Dla ciekawości sprawdzę czas propagacji i maksymalną częstotliwość kluczowania - oczywiście jako granicę technologiczną i termiczną :), bo nie planuję pójść wyżej niż 400, może 500kHz.

---------- Post dodany o 18:24 ---------- Poprzedni post o 16:57 ----------

Pomierzyłem.
Czas propagacji, liczony od zbocza impulsu sterującego, do końca przełączania MOSFET-ów wynosi 280ns dla zbocza narastającego i 290ns dla opadającego.
czyli bardzo ładnie, do tego przyzwoita zgodność (delay matching).
Sprawdziłem też układ częstotliwościowo:
600kHz - drivery zimne
800kHz - drivery ciepłe
1MHz - drivery gorące ale nie parzą
Tranzystory końcowe zimne.
dalej częstotliwości nie ciągnąłem.
Czekam na dostawę LM6172, żeby spróbować ich w integratorze. Zapowiada się ciekawie.

---------- Post dodany o 22:59 ---------- Poprzedni post o 18:24 ----------

LM-ki doszły. Wsadziłem je do integratora i sumatora sprzężenia zwrotnego. Miodzio. Przebiegi są super. Układ ruszył od pierwszego strzału.
Najpierw potestowałem chwilę na +/-24V (100W/8 Ohm lub 200W/4 Ohm), a potem podkręciłem zasilanie do 32V. Wtedy poszedł lekki dymek i układ zamilkł :(
No tak, wstawiłem diody na 60V = miały prawo przy 64V odstrzelić. I jedna to zrobiła. A przecież razem z LM-kami zamówiłem diody na 100V. Wymieniłem diody i jeden spalony opornik i układ ożył.
Przy zasilaniu 32V daje prawie 200W na 8 Ohm, podkręciłem lekko potencjometr i... wysokotonówka umarła. Moja kolumna w piwnicy miała szczytową moc tylko 100W :( Awaria na własną prośbę i z własnej głupoty. W pudełku leżą rządkiem bardzo ładne 50-watowe oporniki kupione właśnie do sztucznego obciążenia...
Piszę to ku przestrodze wszystkich amatorów ekstremalnych mocy. Nie szalejcie, jak nie macie odpowiednio mocnych głośników.
Teraz trzeba będzie pomierzyć parametry układu i wrzucić wyniki na forum.

[raven1985]

Przebiegi są super. Układ ruszył od pierwszego strzału

Super :) Zig-u mógł byś pokazać jak wyglądają przebiegi przy przesterowaniu ? (na wyjściu, po integratorze) (jestem ciekawy :) )

Piszę to ku przestrodze wszystkich amatorów ekstremalnych mocy. Nie szalejcie, jak nie macie odpowiednio mocnych głośników.

I nie podłączajcie prototypów do swoich cennych głośników może zaboleć.

Przebiegi są super. Układ ruszył od pierwszego strzału.

Ten LM jest naprawdę szybki ale to i tak nic w porównaniu do jego starszego brata 7171 który ma 2x większe pasmo (200Mhz).

[Zbig]

Wraz ze wzrostem sygnału zbocza trójkąta na wyjściu integratora coraz wolniej opadają. Po przesterowaniu nie opadają, ale dalej narastają, aż do ograniczenia przez zasilanie (+/-5V). To powoduje, że na wyjściu mostka impulsy stają się bardzo szerokie. Jutro mogę to spróbować sfotografować - o ile uda się złapać synchronizacje przy przesterze na oscyloskopie. Ogólnie nie powoduje to zablokowania wzmacniacza czy problemów w samym układzie sterującym.
w moim eksperymentalnym układzie "Monobridge (C) Zbig", słychać lekkie szumy jak się wsadzi ucho w średniotonówkę. Dla klasycznego układu półmostkowego szumy są zerowe (choć i moc wtedy jest 4x mniejsza).

[irek]

Tylko jak amatorsko obejzec charke przenoszenia dla obciazenia i bez niego?

Ja radze sobie prostokatem obserwujac przerzuty ale wykresy bylyby znacznie bardziej przydatne. No i do pomiarow klasy D potrzeba wykonac specjalne filtry pomiarowe bo wyjscia wzmaka nie wolno podlaczac bezposrednio do aparatury pomiarowej! A jak masz wyjscie mostkowe to juz tragedia i nic nie zmierzysz :)

[raven1985]

Trzeba sobie sumator i AES17 zmajstrować :)

[Zbig]

Dokładnie . Klasyczny mostek można pomierzyć niezależnie każdą stronę, bo de facto jest niezależnym wzmacniaczem. U mnie jest gorzej. Trzeba mierzyć sumaryczny sygnał. Albo bardzo dobre trafo głośnikowe, albo bardzo dobry układ sumujący. Po uruchomieniu i pierwszych pomiarach THD (ale przy pomiarze na jednym wyjściu mostka) efekt nie był zachwycający: dla 1kHz od 0,2% do 0,4% w zależności od poziomu wysterowania. Trzeba będzie go trochę podstroić.
Nota bene mam już układ sumujący prostokąty z dwóch wyjść w układzie sprzężenia zwrotnego. Może wystarczy go odfiltrować?.
Muszę też porównać ten sumator z moim układem na tranzystorach - poprzedni układ wzmacniacza z tranzystorowym sumatorem ma kilkukrotnie mniejsze THD.

[Profesjonalista]

Ja mam pytanie - dlaczego nie można sobie zmierzyć całego mostka ?

[Zbig]

Bo mostek to dwa wyjścia bez masy. A np. karta w PC (i analizatorem widma) mierzy sygnał względem masy. W moim mostku pomiar każdego wyjścia niezależnie nie da miarodajnego wyniku, bo układ optymalizuje od razu sygnał na obydwu wyjściach, nie zwracając większej uwagi co się dzieje względem masy. Tak więc między wyjściami może być idealnie, ale każde wyjście względem masy wypadnie słabo. Dlatego potrzeba wzmacniacza pomiarowego zamieniającego symetryczny sygnał wyjściowy mostka na asymetryczny (sumę sygnałów) względem masy. To samo można zrobić dobrym trafem głośnikowym, które nie wprowadzi zbyt dużych zniekształceń.

[Profesjonalista]

Ale w końcu liczy się to co uzyskujemy jako sumę na wyjściu obu kanałów ?

[Zbig]

Oczywiście. Bo ta suma napędza głośnik.

[SaYruS1]

Co do problemu pomiaru pasma mostka jest na to sposób jak to robi a raczej robił Tripath ... taki układ kalibracyjny dla ich wzmacniaczy
http://www.datasheetcatalog.org/data...th/mXwrszv.pdf

[raven1985]

Co do problemu pomiaru pasma mostka jest na to sposób jak to robi a raczej robił Tripath ... taki układ kalibracyjny dla ich wzmacniaczy
http://www.datasheetcatalog.org/data...th/mXwrszv.pdf

sumator + AES17 :)

[irek]

Ja do prostych pomiarow np prostokatem stosuje 3stopniowy uklad RC bo ma niska dobroc i nie psuje ''dzwonienia''. Do dokladniejszych jak szumy potzrebna jest wyjatkowo dobra filtracja nosnej i do tego celu mam kilkustopniowy uklad LC ktory obciazam rezystorem 200-220om co daje mi rozne dobrocie a wiec rozne odpowiedzi impulsowe. Mostkiem jeszcze sie nie bawilem bo takowego nie robilem ale trzebaby najpierw dac filtry a potem jakis prosty opamp w ukladzie wzmacniacza roznicowego. Opamp powinien byc w miare dobry zeby nie wprowadzal za duzych znieksztalcen i szumow (tu wazne beda wartosci rezystancji). W zasadzie to raczej malo prawdopodobne zeby udalo sie zejsc z THD <0,1%.

[Zbig]

Dziś podszedłem do problemu metodycznie.
-Po pierwsze kable pomiarowe.
-Po drugie wykorzystałem wzmacniacz sumujący w sprzężeniu zwrotnym jako wzmacniacz pomiarowy - dodałem mu filtr LC na wyjściu i miałem asymetryczny sygnał będący suma sygnałów wyjść mostka, ale już jako sumaryczny względem masy.

Pomiar wykazał THD na poziomie 0.022%

Po trzecie przeprowadziłem delikatny tuning układu.

Pomiar końcowy wykazał THD = 0.0098% :)
Szumu prawie wcale już nie słychać.

Przy okazji praktycznie wywaliłem wszystkie elementy regulacyjne - niczym nie trzeba kręcić.

A więc wygląda, że Monobridge (c) Zbig działa!

[irek]

No widzisz wystarczy zastosowac filtr i wzmacnaicz w kalsie D od razu ma lepsze parametry, ciekawe co by bylo jakby tak zastosowac ten sam filtr do liniowego wzmaka. Pewnie tez by mu jakosc wzrosla :)

Szumu prawie wcale już nie słychać.

Ja jednak wole jak ktos pisze wartosc szumow w nV i podaje pasmo pomiaru bo to czy slychac czy nie to zalezy od uszow, skutecznosci kolumn i odleglosci ucha od nich.

Przy okazji praktycznie wywaliłem wszystkie elementy regulacyjne - niczym nie trzeba kręcić.

Bo dobrales parametry pod konkretne tranzystory mocy, klopot pojawi sie jak ktos zastosuje inne egzemplarze czy innego producenta. Widzialem raz w serwisowce jak producent wymienial konkretnych producentow mosfetow.

A więc wygląda, że Monobridge (c) Zbig działa!

Nie podniecaj sie za wczesnie jeszcze moze pokazesz pasmo przenoszenia dla roznych obciazen co jest kluczowe w klasie D.

[kalasz21]

Witam
Z sporym zainteresowaniem obserwuję Pana temat, jest to chyba pierwszy porządny i przetestowany wzmacniacz klasy D, sam swego czasu bardzo się napaliłem na wykonanie takiego ale brakowało porządnego projektu bazującego na dostępnych elementach, układu z Edw chyba nie warto wspominać, nie robiłem go ale była na jego temat spora dyskusja na elektrodzie i wzmacniacz okazał się wielkim niewypałem. Z niecierpliwością czekam na opis i schemat końcowej wersji tego cacka. Mam pytanie, układ ma jakieś zabezpieczenia zwarciowe? Czy jest możliwość przystosowania go do niskich wartości obciążenia rzędu 1 om, oraz wykonania np wersji sporej mocy np. 1kW, pytanie te są pod kątem zastosowania wzmacniacza do Car Audio.
Serdecznie Pozdrawiam
Btw Pana stronka www.bigaj.com.pl chyba zawiesiła działanie :(

[Zbig]

Irku, z tym filtrem spadek sygnału dla 20kHz wynosi tylko -0,5dB - on nie filtruje żadnych harmonicznych z pasma akustycznego!
Mam zdjęte charakterystyki, dziś je wrzucę. Będzie pasmo (dla 8 Ohm), odstęp od szumów, THD. Dla różnych obciążeń muszę dopiero zmierzyć.
Tak naprawdę układ w ogóle nie jest "strojony" do konkretnych elementów. Powywalałem po prostu regulacje, bo bez nich układ pracuje najlepiej. Z pewnością układ jest pod konkretny typ tranzystorów i układów scalonych. W klasie "D" inaczej się po prostu nie da. Ale ani tranzystory, ani inne elementy nie były specjalnie parowane - pierwsze z brzegu z pudełka. Oporniki z tolerancją 5% (przynajmniej w sumatorze pętli sprzężenia powinny być 1% - te maja krytyczne znaczenie).
Zobaczymy, czy drugi kanał czy raczej model(chodzi mi po głowie modyfikacja topologii) też osiągnie takie parametry bez zbędnych kombinacji.
No dobrze, kto chce niech wierzy, kto nie chce - nie musi.
Układ nie ma (jeszcze?) zabezpieczeń przeciwzwarciowych. Skupiam się na samym torze audio. Ale chodzi mi to po głowie.
na dzień dzisiejszy układ testuję na 8 Ohm ale 4 Ohmy będę też testował i sprawdzał - niżej nie planuję, bo musiałbym zastosować inne tranzystory lub dawać je parami/trójkami etc. Pasmo oczywiście zależy od obciążenia, ale 4/8 powinno dać się załatwić jednym filtrem. Inaczej musiałby być przełącznik.
Moc 100/200W wyczerpuje też na dzień dzisiejszy moje zapotrzebowanie/wyobrażenie o mocy wzmacniacza. Mam zasadę nie za dużo na raz, bo inaczej nigdy się projektu nie skończy. A tak jest miejsce na wersje 2.0, 3.0....
A stronka nie aktualizowana od nowości :). Swoją aktywność kanalizuję na forach dyskusyjnych.
p.s. nie projektowałem go jako car audio, ale może być zasilany z 12V :)

[raven1985]

Pomiar końcowy wykazał THD = 0.0098%

Nieźle ale zależy jeszcze przy jakiej mocy.

[irek]

Układ nie ma (jeszcze?) zabezpieczeń przeciwzwarciowych. Skupiam się na samym torze audio. Ale chodzi mi to po głowie.

Tym sie raczej teraz nie przejmuj bo to zabawa na dlugie godziny. Szybkosc reakcji zabezpieczenia musi byc wyjatkowo szybka zeby nie doszlo do nasycenia dlawikow wyjsciowych i tu pomaga oczywiscie zapas ich nasycenia co niestety powieksza ich rozmiary.

Raczej skup sie na tym zeby wzmak przezyl przemiatanie pelnym pasmem albo chociaz sygnal audio duzej mocy bez obciazenia! Wazny jest ksztalt odpowiedzi pasma na obciazenie 4, 8om i brak obciazenia, najlepiej widac to na prostokacie np 1khz, potem dodajemy do 4om rownolegle kond 1uF i moga pojawic sie tylko male przerzuty.
Kolejna dosc niespotykana sprawa we wzmakach liniowych to zmiana glebokosci sprzezenia zwrotnego (wzmocnienia ukladu) wynikajaca ze zmiany napiecia zasilania co pociaga za soba zmiane pasma przenoszenia!

Nieźle ale zależy jeszcze przy jakiej mocy.

No i czy to sa same THD czy THD+N, bo widzialem tylko kilka wzmacniaczy z setek testowanych co schodzily <0,01% z THD+N 1W/8om. Choc B&O podaje w swoich materialach THD ponizej mozliwosci pomiarowych.