Wzmacniacze w klasie D?

[SaYruS1]

chciałbym zobaczyć jak u Ciebie wygląda na wyjściu wzmacniacza przebieg gdy na wejście wzmacniacza przyłożymy prostokąt powiedzmy 1khz, 5khz, 10khz 15khz... oglądając u siebie te przebiegi straciłem wiarę w jakość tych wzmacniaczy grających pełne pasmo

[raven1985]

Wygląda nie za ciekawie bo na wyjściu jest filtr LC.

[Zbig]

Testy o których piszecie muszą chwilę poczekać. 38,1 stopnia nie zachęca do większej aktywności :(
Mogę wrzucić tylko to, co zrobiłem w piątek.
zniekształcenia nieliniowe:


pasmo dla obciążenia 8 Ohm


Szumy. Wybijają się harmoniczne od sieci - to z zasilacza. Prawdopodobnie pomogłoby wrzucenie oporników o mniejszej tolerancji w sprzężeniu zwrotnym - od dokładności sumatora zależy też skuteczność tłumienia zakłóceń od zasilania.


Wzmacniacz o paśmie 20kHz czy nawet 30kHz nie może mieć dobrej odpowiedzi na prostokąt 15kHz - to oczywista oczywistość - wystarczy spojrzeć na szereg Fouriera dla prostokąta. Ale warto pobudzić go prostokątem np. 1Khz i zobaczyć czy nie ma wzbudzeń i przerzutów.

[irek]

Ale ten uskok miedzy 200 a 300hz to jakas anomalia, nie powinno tego byc. Wiec nie wiem na ile ten wykres jest prawdziwy a jesli jest to znieksztalcen nie ma praktycznie wcale.

Pasma gornego karta muzyczna nie zmierzysz, musiasz klasycznie generator plus oscyloskop a potem prostokat 1khz zeby okreslic przezuty. Potem obcaizenie 4, 8om i bez zadnego i z dodanym 1uF rownolegle do 4om. Ale wyszlo ze kiepsko wyglada pasmo od dolu i to na pewno trzeba poprawic.

Rzeczywiste szumy trudno zmierzyc karta muzyczna bo trzebaby ja skalibrowac zeby pokazywala wartosc rzeczywiste, zmierzyc jej szumy i parametry samego wzmacniacza pomiarowego.

No i napisz jaka masz wartosc miedzyszczytowa nosnej w spoczynku?

[Zbig]

Dół jak pisałem kilka postów wcześniej to problem wbudowanej karty w notebooku. Połączone kablem we=wy daje taki sam efekt. Podobnie uskok - nie wiem na czym to polega. Karta rzeczywiście kończy działanie równo na 20kHz. Może polecicie mi jakąś dobrą zewnętrzną kartę dźwiękową do notebooka (np. na USB)? Nie będę targał do piwnicy stacjonarnego, a na razie wzmacniacza tez się nie kwalifikuje do transportu na salony :)
Pasmo wzmacniacza od dołu jest od pojedyńczych Hz, a bez kondensatora wejściowego testowałem zupełnie od DC.
Na razie temperatura mnie trzyma (lekarz dał mi tydzień L4), więc testy muszą poczekać.

[irek]

Zdaje sie ze Spectra lab ma mozliwosc kalibracji karty i wtedy jej charakterystyka jest ''odejmowana'' od charakterystyki zmierzonej dajac rzeczywisty wynik. Jednak pasma 20khz nie przeskoczysz, nawet dobre karty z probkowaniem 88, 96 czy 192khz maja filtry na 22khz. Zadko ktora potrafi dzialac wyzej a nawet jesli to nie znam programu ktory by to obsluzyl.

Programy do pomiarow glosnikow maja autokalibracje ktora za kazdym pomiarem kalibruje karte ale potrzebne jest dodatkowe polazcenie sygnalu z wyjscia karty na jeden z kanalow wejsciowych (sygnal referencyjny/kalibarcyjny).

a bez kondensatora wejściowego testowałem zupełnie od DC.

W mostku to chyba nawet mozliwe bo w SE to od razu BUM! A jak wyglada napiecie stale na wyjsciu? Bo jak masz wzmocnienie od zera to moze byc duze co bedzie zalezalo od opampa i moze byc nieprzewidywalne. Dlatego lepiej zamykac petle osobno dla AC i DC.

[Zbig]

Masz absolutnie rację. To dlatego po zobaczeniu na własne oczy skali bus pumping od razu zabrałem się za konstruowanie mostka. Dobrze, że nie zjarałem zasilacza.
W moim układzie dosyć trudno zrobić silniejsze sprzężenie dla DC, a ponadto na napięcie wyjściowe ma wpływ dokładność sumatora. Ale to powinna być w sumie dobra cecha, bo kompensacja zera na wyjściu (przez zmianę wzmocnienia jednej gałęzi sumatora) będzie bardzo prosta (wystarczy miernik i pokręcenie potencjometrem), a skompensuje równocześnie rozrzut elementów sumatora. jak to będzie za mało, pomyślimy o zmianie wzmocnienia dla DC. Pewnie wtedy będę musiał zmienić zasilanie operacyjnych z +/- 5V na +/- 15V, żeby mieć zapas amplitudy wyjściowej (zaletą wyższego zasilania będzie wzrost pasma wzmacniaczy LM)

[bawolek]

Nie na temat...

Zbig polecam ESI U24XL, (myśle ze w tej cenie wymiata) wymieniłem się z kolegą za M-Audio Transit M-Audio Transit też jest godna polecenia niestety nowej już nie da się kupić... prawie rok temu przestała być produkowana druga sprawa ;p na początku wątku myslalem że bedzie cos ... 200W/8 genialna koncowka do suba by wyszła od razu napisze ..tak zdaję sobie sprawę z komplikacji, czasu i wogóle...apetyt rosnie w miarę jedzenia a wzmaków ~100W/8 jest sporo, a ciagle w calej sieci brakuje fajnie opisanej solidnej koncówki którą mozna by do suba zaaplikować

[raven1985]

Nie na temat...

W klasie D wraz ze wzrostem mocy ilość problemów które trzeb rozwiązać szybko rośnie.

[Zbig]

Dzięki, przyjrzę się tej karcie. Raven ma rację - nie od razu Kraków zbudowano. Do dużej mocy dochodzi się stopniowo i powoli. Zaczynanie zabawy od ekstremalnych mocy to proszenie się o problemy. Trzeba opanowywać układ po kawałku, rozwiązując kolejne problemy. Przerabiałem to z niskonapięciowymi przetwornicami mocy. Po tygodniu miałem już wszystkiego dość. Nic nie zachowywało się tak, jak powinno. Tak więc proszę o cierpliwość. Dziś musiałbym zacząć choćby od skonstruowania nowego zasilacza odpowiedniej mocy, co z pewnością nie przyspieszyłoby projektu wzmacniacza :(

[bawolek]

Zbigu wszystko super moze troche zle mnie zrozumieliscie z ravenem ;p ... po prostu po ktoryms twoim poscie wywnioskowalem ze... wyzej juz nie zamierzasz isć ja to wszystko rozumiem i choć glebokiej istoty problemu moze nie ;p ..to jednak zdaje sobie sprawe że jest w klasie D złożony i to mocno.

Po prostu tak sobie zasygnalizowałem z nadzieją, że nie skonczy się na 100W/8

[irek]

Z kart muzycznych do pomiarow to najlepszy stosunek osiagow do ceny ma Creativ serii profesjonalnej EMU i tu sa dwie najpopularniejsze UMU0202 i 0404 dostepne w wersji USB jak i wewnetrznej do komputera. Maja wejscie roznicowe wiec idealne do pomiarow koncowki mostkowej.
Standardowe SB live tez nie sa zle tylko trzeba wiedziec jak nimi mierzyc, moj SB live ma katalogowo kiepskie THD zedu setnych czesci procenta ale tak ma przy pomiarze blisko 0dB, jak mierze przy -10dB to mam ok 0,002%. Wiec da sie tanio tylko trzeba wiedziec jak.

Troche mnie zastanawia jak Ty mierzyles te THD karta muzyczna z laptopa. Bo to by wychodzilo ze to sa znieksztalcenia karty i wzmacniacza z tym ze dziwne ze sama karta ma az tak niskie znieksztalcenia, mocno podejzana sprawa.

[Zbig]

Tak pokazuje RMAA, mierzę przy -6dB karty (cokolwiek by to miało znaczyć), powyżej zaczynają się objawiać zniekształcenia samej karty. W pewnym momencie odczepił mi się kabelek pomiarowy od karty (wejście) i "układ" zaczął wykazywać bardzo wysokie zniekształcenia przy wysokich szumach. kabelek "zbierał" śmieci i przesłuchy z powietrza i drugiej żyły. Im wyższa harmoniczna tym silniejsza. To mnie natchnęło, żeby zrobić pomiarowy dzielnik napięcia (820 Ohm do masy i szeregowo 4k7) bezpośrednio przy wtyczce jack od strony karty, a nie na drugim końcu kabla (do tej pory był tam dzielnik o sporo wyższej rezystancji), teraz dobieram tylko dodatkowy szeregowy opornik w zależności od potrzebnego zakresu pomiarowego. Do tego pomiary wykonuję przy ustawionym minimalnym wzmocnieniu wejścia liniowego. To był strzał w dziesiątkę - wyniki znacznie się poprawiły, zarówno wykazywane THD jak i poziom szumów.
Te 0202USB, 0204USB i 0404USB też wypatrzyłem i zwróciłem uwagę, że mają balanced input :) - to dużo upraszcza. Duże jacki leża w pudełku jeszcze od czasów mojej przygody ze studiem radiowym... (Ech, brzmienie 600-watowego wzmacniacza studyjnego na dwóch triodach wielkości sporego wiadra i kolumny studyjnej wielkości kredensu śni mi się do dziś :) ). Problem, który wybrać. Znowu pakuję się w kolejne wydatki

[irek]

A jakie masz THD samej karty muzycznej? Najlepiej z rozbiciem na 2 i 3 harmoniczna.

No i czy uzywasz zewnetrznego sumatora do pomiarow czy tego integralnego ze wzmacniacza?

[Zbig]

Mierzę na wyjściu "wewnętrznego" wzmacniacza-sumatora.
Oto obiecane przebiegi na wyjściu wzmacniacza dla sygnału prostokątnego na wejściu.
Dla 1kHz

Dla 5kHz

Dla 10kHz

Dla 15kHz

I na koniec przebiegi : wejściowy, wyjściowy (po filtrze) i wyjściowy sygnał stopnia mocy (przed filtrem)

Jak widać wypełnienie impulsów na wyjściu zmienia się praktycznie natychmiast po zmianie sygnału wejściowego – praktycznie w jednym cyklu PWM (pojedyńcze mikrosekundy). Elementem który ogranicza pasmo całego wzmacniacza jest filtr wyjściowy, tu zestrojony na pasmo przenoszenia nieco powyżej 20kHz. To właśnie wpływ tego filtra widać wyraźnie dla impulsów 15kHz jako wyraźne „zakrzywienie” zboczy impulsów. Wbrew pozorom tego rodzaju „zakrzywienie” nie powoduje powstawania zniekształceń (nieliniowych i intermodulacyjnych), w odróżnieniu od „prostych” zboczy wzmacniaczy liniowych o małej wartości „slew rate” czyli małej szybkości zmiany napięcia wyjściowego. To zakrzywienie nie wynika z nieliniowości wzmacniacza, ale z charakterystyki samego filtra dolnoprzepustowego, czyli ze zmniejszenia amplitudy kolejnych harmonicznych.
Na wyjściu (po filtrze) widać również resztki sygnału PWM, jego amplituda jest wielokrotnie niższa od amplitudy sygnału bezpośrednio na wyjściu stopnia mocy (to wpływ filtra wyjściowego). To cecha wzmacniaczy w klasie D i nie można pozbyć się tego zupełnie. Na ostatnim oscylogramie widać również "szpilki" od kluczowania mosfetów. "Łapią" je kable oscyloskopu. Układ nie jest ekranowany a montaż na płytce uniwersalnej wymagał kilku dłuższych kabli które nieźle "sieją".

[irek]

Mierzę na wyjściu "wewnętrznego" wzmacniacza-sumatora.

No wlasnie, to niestetyy nie sa miarodajne pomiary.

Oto obiecane przebiegi na wyjściu wzmacniacza dla sygnału prostokątnego na wejściu.
Dla 1kHz

Jakie obciazenie? Wazny jest ksztalt prostokata dla obciazenia 4, 8om i bez obciazenia. To co widac jest wrecz idealne.

Na ostatnim oscylogramie widać również "szpilki" od kluczowania mosfetów.

Te szpilki wynikaja z pojemnosci miedzyzwojowej dlawika wyjsciowego ale jak piszesz moga rowniez byc lapane przez oscyloskop. Znaelzienei dobrego punktu masy pomairowej i polzoenia kabla od oscyloskopu to dosc trudna sztuka. Ja dodatkowo okrecam kabelek masy wokol sondy zeby zmiejszyc petelke lapiaca smieci.

[Zbig]

Pomiary są dla obciążenia 8 Ohm. Zrobię je też dla 4Ohm i bez obciążenia.
Te szpilki "łapie" oscyloskop wszędzie. Uzwojenie (15 zwojów 0.85) jest dosyć luźno, więc pojemności międzyzwojowe są znikome. Zrobiłem nawet specjalny kabel na jeden z kanałow oscyloskopu, ze skompensowanym dzielnikiem (na stałe na początku kabla), do podłączenia do złącza szpilkowego bez żadnych pętli gołych przewodów. Tym kablem mierzyłem sygnał PWM, jak widać wyszło bez szpilek.
Wzmacniacz-sumator wbudowany w układ czy zewnętrzny - jakiej spodziewasz się różnicy i z jakiego powodu?

---------- Post dodany o 16:25 ---------- Poprzedni post o 23:38 ----------

Pomiary dla 4Ohm, kolejno dla 1kHz, 5kHz, 15kHz.




Porównując z wykresami dla 8 Ohm Widać, że filtr wyjściowy jest optymalny właśnie dla 8 Ohm, co jest zgodne z projektem. Dla 4 Ohm trzeba byłoby odwinąć kilka zwojów z dławików.
Tu zauważalne jest silniejsze przycięcie pasma od góry

A teraz bez obciążenia (z układem Zobla na wyjściu), odpowiednio dla 1kHz, 5kHz, 15kHz




Tu wychodzi "poddzwanianie" filtra wyjściowego (na jego częstotliwosci rezonansowej). Pomaga trochę układ Zobla, redukując dobroć układu rezonansowego (opornik jest ciepły). Bez niego "dzwonienie" (oscylacje) są większe.
Samo PWM "trzyma sie" stabilnie, tzn. oscylacje są tylko wynikiem rezonansu filtra wyjściowego, a nie oscylacjami samego wzmacniacza.

[raven1985]

Wzmacniacz-sumator wbudowany w układ czy zewnętrzny - jakiej spodziewasz się różnicy i z jakiego powodu?

Pomijasz zniekształcenia filtra.

Ładne te prostokąty i piły :) Dzieje się coś ciekawego przy dużej cewie jako obciążeniu lub kondensatorze ?

[Zbig]

Pomijasz zniekształcenia filtra.

No tak, przyjąłem, że skoro rdzeń nie wchodzi w nasycenie, oraz ma minimalne straty to nie wprowadza zniekształceń.
Trzeba będzie zrobić drugi sumator, albo przejść na UcD - wówczas pętla sprzężenia obejmie również filtr wyjściowy.

Dzieje się coś ciekawego przy dużej cewie jako obciążeniu lub kondensatorze ?

Dodatkowy kondensator na wyjściu po prostu łączy się równolegle do istniejącego kondensatora filtra dolnoprzepustowego i obniża częstotliwość graniczną filtra, a więc może powodować obcinanie pasma od góry. Nic ponadto. Przy ekstremalnie dużych pojemnościach może przesunąć rezonans filtra do wartości z pasma akustycznego, a wtedy pojawią się spore zafalowania charakterystyki przenoszenia. Co do indukcyjności to nie sprawdzałem. Spróbuję z cewką od zwrotnicy niskotonowca.

[raven1985]

Dodatkowy kondensator na wyjściu po prostu łączy się równolegle do istniejącego kondensatora filtra dolnoprzepustowego i obniża częstotliwość graniczną filtra, a więc może powodować obcinanie pasma od góry.

No tak :) Jak by sprzężenie było po filtrze to mogło by się coś chrzanić.

Co do indukcyjności to nie sprawdzałem. Spróbuję z cewką od zwrotnicy niskotonowca.

W sumie też nie powinno się nic dziać. (Zobel jest)