Wzmacniacze w klasie D?

[Profesjonalista]

Witam.
mam pytanie odnośnie dławików wyjściowych i kondensatorów równolegle do wyjścia wzmacniacza - co się stanie gdy obciążę wzmacniacz impedancją 4ohm lub 8 ohm a filtr policzony jest na 4 ohm , Mam już zrobiony kit AVT na TDA 8920 i na "uchometr" nic złego się nie dzieje z dźwiękiem. Wzmacniacz bardziej szumi od takiego TDA2040 ok. 2,5 raza, słychać też przydźwięk sieciowy ale jest na granicy słyszalności gdy głośnik jest 2 metry od ucha, wysokie tony ok, bas też. dodam że że jako całość gra "analogowo" , dźwięk jest przyjemny, "miękki". Znajomi nie mogą uwierzyć że to robi się z jedynki i zera , ja też:).

[irek]

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

Powinien byc zewnetrzny, niezalazny wzmacniacz pomiarowy o ''pewnych'' dosc wysrobowanych parametrach. Wewnetrzny pracuje w petli sprzezenia zwrotnego i nie jest idealny do pomiarow, pewnie ma jeszcze spacjalnie uksztaltowana charakterystyke.

---------- Post dodany o 17:43 ---------- Poprzedni post o 17:39 ----------

No tak, przyjąłem, że skoro rdzeń nie wchodzi w nasycenie, oraz ma minimalne straty to nie wprowadza zniekształceń.

Zalezy jaki rdzen. Obecnie w dobrych wzmakach klasy D stosuje sie specjalny material -u2, podobno zaprojektowany dla Tripatha. Ma bardzo mala wartosc AL ale dzieki temu jest praktycznie nienasycalny co ulatwia konstrukcje zabezpeizcen no i przy tym ma niskie znieksztalcenia. IR czy B&O gdzies podaja zneiksztalcenia na wyjsciu wzmaka za filtrem i pzerd filtrem. Nie ma duzej roznicy ale filtr nieco znieksztalca. Co ceikawe to TacT Millenium ma na wyjsciu cewki powietrzne! W dodatku nawiniete plaskownikiem, probowalem i dziwnie sie to zachowuje.

---------- Post dodany o 17:46 ---------- Poprzedni post o 17:43 ----------

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.

Zmierz na sinusie ile w dB wynosi podbicie bez obciazenia. To podbicie to szarpniecie pradu i jesli pojawi sie na tej czestotliwosci jakis sygnal to wzmak bedzie przeciazony i moze byc bum. Raczej nikt na wejsciu nie stosuje stromych filtrow.
Na 4omach pasmo powinno siegnac chociaz 20khz a na 8 ile wyjdzie ale zeby nie bylo za duzego podbicia.

---------- Post dodany o 17:49 ---------- Poprzedni post o 17:46 ----------

Trzeba będzie zrobić drugi sumator,

Mnie sprzezenie przed filtrem zupelnie nie zadawalalo, za duze zmiany w charce pod wplywem impedancji obciazenia. Dlatego dodalem drugie sprzezenie zwrotne o malej glebokosci. Pierwszy zrobil tak B&O i zawladnal rynek.

---------- Post dodany o 17:52 ---------- Poprzedni post o 17:49 ----------

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,

Ja na kazdym wzmaku robie ekstremalny testy, 4omy, 1khz i dotykam kond 1uF, nie moze sie wzbudzic, dopuszczam tylko maly przezut. Test indukcyjny jest duzo trodniejszy bo cewke laczy sei szeregowo z rezystorem i dobiera tak zcestotliwosc aby impedancja nie spadla ponizej minimalnej a przesuniecie fazy bylo dosc duze.

[Zbig]

Co się dziej to widać na oscylogramach - zmienia się charakterystyka przenoszenia. W sumie dla dobrze dobranego filtra zafalowania w pasmie akustycznym powinny być małe. Nie ma powodu, aby poprawnie skonstruowany wzmacniacz w klasie "D" w jakiś szczególny sposób odbiegał brzmieniem od wzmacniaczy analogowych (oj, już słyszę chór oburzonych audiofili, ale trudno). Gdybyś usłyszał jakieś "metaliczne" wstawki wzmacniacza "D", oznaczałoby to że się wzbudza albo ma jakiś inny poważny problem.
Rdzeń jest ferrytowy, ze szczeliną, o AL=100, Dla tego uzwojenia które mam praktycznie do prądu wyjściowego 10A charakterystyka jest płaska. Dla impedancji 4Ohm powinno być mniej zwojów, więc granica liniowości jeszcze się przesunie. Co do charakterystyki i pasma, to zupełnie się zgadzam. Musi być przynajmniej 25-30 kHz oraz stosowny filtr na wejściu wzmacniacza, co da stosowny margines bezpieczeństwa. Jest z tym trochę zabawy. Dużo prościej byłoby, gdyby "D" wbudować na dół do aktywnej kolumny (lub suba). Odpada wówczas dużo zmartwień.
Stosowałem też cewki powietrzne (z licy), działało dobrze i w sumie nie obserwowałem różnicy w stosunku do ferrytu ze szczeliną. Ale wolę zamknąć strumień magnetyczny, a nie tak emitować te fale na lewo i prawo :-)
W praktyce jak testowałem MOSFET-a, to na samej cewce zwrotnicy mogłem zjechać do ok. 400Hz nie ryzykując przeciążenia wzmacniacza.
Tu dodatkowa cewka (bez rezystancji szeregowej) może tworzyć jakiś filtr wyższego rzędu z elementami filtra wyjściowego. W sumie czyste obciążenie indukcyjne nie występuje w przyrodzie, chyb że ktoś eksperymentuje ze zwrotnicami i zrobi zwarcie na głośniku.

U mnie wzmacniacz-sumator sprzężenia zwrotnego jest zupełnie liniowy - same oporniki, żadnego kształtowania charakterystyki.
Być może pobawię się z drugim sprzężeniem zwrotnym po cewce, w końcu i tak powinieniem coś zrobić z relatywnie małą impedancją wejściową, obecnie rzędu 3 kOhm. Ale u mnie to znów musiałby być wzmacniacz-sumator, bo to przecież mostek.
Zobaczymy.

[raven1985]

o ceikawe to TacT Millenium ma na wyjsciu cewki powietrzne! W dodatku nawiniete plaskownikiem, probowalem i dziwnie sie to zachowuje.

W nowym Levinsonie też są powietrzne toroidy.

Mnie sprzezenie przed filtrem zupelnie nie zadawalalo, za duze zmiany w charce pod wplywem impedancji obciazenia. Dlatego dodalem drugie sprzezenie zwrotne o malej glebokosci. Pierwszy zrobil tak B&O i zawladnal rynek.

ie ma powodu, aby poprawnie skonstruowany wzmacniacz w klasie "D" w jakiś szczególny sposób odbiegał brzmieniem od wzmacniaczy analogowych (oj, już słyszę chór oburzonych audiofili, ale trudno

No właśnie jest. Kołysanie charką i drastyczny wzrost zniekształceń dla wyższych częstotliwości. Chyba tylko B&0 podaje pełne wykresy dla 6k ale nie wyżej. Inni podają tylko dla 1k a to nie mówi nic.
Z ciekawości za symulowałem na takim obciążeniu:
http://www.stereophile.com/content/r...rements-page-2
(nie wnikam jak bardzo oddaje to rzeczywistość)
Filtr 22u+0.47u całkowitą rezystancję wzmacniacza założyłem 0.25om (może za dużo ?)


---------- Post dodany o 20:41 ---------- Poprzedni post o 20:25 ----------

Zalezy jaki rdzen. Obecnie w dobrych wzmakach klasy D stosuje sie specjalny material -u2, podobno zaprojektowany dla Tripatha. Ma bardzo mala wartosc AL ale dzieki temu jest praktycznie nienasycalny co ulatwia konstrukcje zabezpeizcen no i przy tym ma niskie znieksztalcenia. IR czy B&O gdzies podaja zneiksztalcenia na wyjsciu wzmaka za filtrem i pzerd filtrem. Nie ma duzej roznicy ale filtr nieco znieksztalca. Co ceikawe to TacT Millenium ma na wyjsciu cewki powietrzne! W dodatku nawiniete plaskownikiem, probowalem i dziwnie sie to zachowuje.

http://www.ferroxcube.com/appl/info/...0amplifier.pdf
Są jeszcze takie czerwone chyba.
Tu jest porównanie dla większych mocy, jednak jest spora różnica.
http://www.irf.com/technical-info/re...iraudamp7d.pdf

[Zbig]

Charakterystyka zmienia się dla obciążenia, ale to co zasymulowałeś wygląda conajmniej dziwnie. Czego to wykres?
Teraz stosuję właśnie rdzenie Ferroxycube TN26. Co do wzrostu zniekształceń, to nie jest on znów tak drastyczny, rzuć okiem na pdf od IRADAMP7, który zapodałeś: "Fig 9 IRAUDAMP7D-150, THD+N versus Frequency, 4Ω"
Zresztą usłyszysz najwyżej drugą harmoniczną od 10kHz, i 3-cią od 6kHz, więc po co ciągnąć dalej?
Cewka powietrzna nie wprowadza zniekształceń i nie nasyca się. Prawie ideał.

[raven1985]

Charakterystyka zmienia się dla obciążenia, ale to co zasymulowałeś wygląda conajmniej dziwnie. Czego to wykres?

Charka filtra (22uH + 0.25om) i 0.47u obciążonego takim przebiegiem impedancji jak w linku.

Co do wzrostu zniekształceń, to nie jest on znów tak drastyczny, rzuć okiem na pdf od IRADAMP7, który zapodałeś: "Fig 9 IRAUDAMP7D-150, THD+N versus Frequency, 4Ω"

Hym. Wszystko zależy co się z czym porównuje, jeśli porównam wzmacniacz liniowy z D to jest to drastyczny wzrost zniekształceń :)

Zresztą usłyszysz najwyżej drugą harmoniczną od 10kHz, i 3-cią od 6kHz, więc po co ciągnąć dalej?

Dobre pytanie. A co z IMD ?

[Zbig]

Czy ja dobrze widzę skalę +/- 1dB?
No cóż, ściganie się ze wzmacniaczem liniowym jest z góry skazane na przegraną. Lepsze pytanie gdzie jest granica powyżej (ponizej?) której oddziaływujemy zasadniczo na organ wzroku a nie na organ słuchu? :-)

[raven1985]

Czy ja dobrze widzę skalę +/- 1dB?

Tak. Wzrok Cię nie myli :)

No cóż, ściganie się ze wzmacniaczem liniowym jest z góry skazane na przegraną. Lepsze pytanie gdzie jest granica powyżej (ponizej?) której oddziaływujemy zasadniczo na organ wzroku a nie na organ słuchu? :-)

Jak nie można zmierzyć to i nawet na wzrok nie oddziałujemy :) Na to pytanie jeszcze długo nie będzie odp.

[Zbig]

IMO zafalowanie charakterystyki poniżej 1 dB dla obciążenia złożoną impedancją kolumny jest jak najbardziej do zaakceptowania. W końcu charakterystyka dowolnego głośnika/kolumny jest duuuużo bardziej pofalowana. No i dla przypomnienia: jako rozróżnialną dla ludzkiego ucha zmianę głośności przyjmuje się 3dB. To tak w temacie oddziaływania na różne organy :-)

p.s. Spodziewałbym się jednak dużo mniejszej impedancji wyjściowej wzmacniacza. Jest to impedancja włączonych MOSFET-ów + impedancja filtra + impedancja zasilania, ale pomniejszona przez ujemne sprzężenie zwrotne. Nie robiłem pomiarów, ale w IRAUDAMP-e mówi się o DF=170.

[raven1985]

Najmniejszą słyszalną zmianą głośności jest 0.3dB. Można się sprzeczać ale ja czytałem że słyszalne są zafalowania powyżej 0.5-1dB nie jetem specjalistą od uszu i badania te pochodzą z lat 70.
No to dla DF 160 (0.05 om) dla 0 są tylko niewielkie różnice.

Teraz skala +1.5 -1dB
Jest to przykładowy przebieg impedancji i pewnie nie najgorszy przypadek.

[Zbig]

Spodziewałem się niezbyt dużego wpływu. Największy wpływ na charakterystykę mają różnego rodzaju rezonanse poszczególnych elementów tego dosyć skomplikowanego układu.
Tak czy inaczej dążymy do jak najbardziej płaskiej charakterystyki, choć z góry wiadomo, że filtr wyjściowy będzie nam w tym przeszkadzał :-)
Zastanawiam się, jak dużo musiałbym "poprzepinać" w układzie, żeby zamienić go na UcD - w tej topologii sprzężenie zwrotne powinno linearyzować również filtr wyjściowy i charakterystyka powinna być bardziej płaska. Nie potrafię powiedzieć jak będzie ze stabilnością dla różnych obciążeń.

[Mat_91]

A czy była by możliwość abyś zamieścił aktualny schemat? :biggrin: Jestem bardzo ciekaw jak to teraz wygląda.

[Zbig]

Schemat mam namalowany dopiero w 1/3 - stopień mocy, drivery i shift level. Brakuje wzmacniacza-sumatora, stabilizatorów oraz modulatora.

[irek]

Jest to impedancja włączonych MOSFET-ów + impedancja filtra + impedancja zasilania, ale pomniejszona przez ujemne sprzężenie zwrotne. Nie robiłem pomiarów, ale w IRAUDAMP-e mówi się o DF=170.

I tak najwazniejsze jest sprzezenie zwrotne. U mnie w opamp pracuje z otwarta petla dodatkowo modulator ma pewne wzmocnienie zalezne od napiecia zasilania. DF jest tak wysoki ze nie potrafilem go zmierzyc, oczywiscie dla niskich. Dla wysokich spzerzenie sila rzeczy maleje prawie do zera bo tam zaczyna dzialac dlwik wyjsciowy i nie mozna zrobic glebokiego sprzezenia.

---------- Post dodany o 18:12 ---------- Poprzedni post o 18:10 ----------

Tak czy inaczej dążymy do jak najbardziej płaskiej charakterystyki, choć z góry wiadomo, że filtr wyjściowy będzie nam w tym przeszkadzał :-)

Tripath byl pierwszy ktory nieco to ominal bo podniosl czestotliwosc i jego filtr jest nastrojony bardzo wysoko. Je nei moge sobei na to pozwolic bo bym mial za male tlumienie nosnej.

---------- Post dodany o 18:14 ---------- Poprzedni post o 18:12 ----------

Zastanawiam się, jak dużo musiałbym "poprzepinać" w układzie, żeby zamienić go na UcD - w tej topologii sprzężenie zwrotne powinno linearyzować również filtr wyjściowy i charakterystyka powinna być bardziej płaska. Nie potrafię powiedzieć jak będzie ze stabilnością dla różnych obciążeń.

To juz zmudna zabawa w kompensacje. Dlawik wyjsciowy wprowadza spore przesuniecia fazowe i zamkneicie sprzezenia zwrotnego zeby cala petla byla stabilna dla roznych obciazen to bardzo trudna sztuka. Sprzezenie nie moze dzialac w pasmie tlumienia filtra bo by wzmak podbijal cos czego nie przenosi.

[Zbig]

Zmobilizowałeś mnie i dokończyłem schemat - na szybko bez wartości elementów.
Drivery to IR2110, wyjściowe MOSFETY to IRFB4019, a operacyjne to LM6172. Niestety biblioteka Eagla nie ma potrzebnych układów, więc wziąłem inne, ale o identycznych wyprowadzeniach.

Słowo wyjaśnienia do C14/15 oraz R16/17, w kontekście mojego wcześniejszego stwierdzenia, że wzmacniacz-sumator ma płaską charakterystykę. To jest filtr 1k/100p, jego częstotliwość odcięcia to prawie 2 Mhz - jego zadaniem jest wycięcie szpilek i oscylacji (występujących podczas kluczowania), których widmo mogłoby przekraczać pasmo wzmacniacza-sumatora. Po prostu "całkuję" je przed sumowaniem i mam dokładniejsze odzwierciedlenie średniej wartości z wyjścia PA. Pasmo tego filtra jest rząd wielkości powyżej częstotliwości kluczowania układu.

[raven1985]

To juz zmudna zabawa w kompensacje. Dlawik wyjsciowy wprowadza spore przesuniecia fazowe i zamkneicie sprzezenia zwrotnego zeby cala petla byla stabilna dla roznych obciazen to bardzo trudna sztuka. Sprzezenie nie moze dzialac w pasmie tlumienia filtra bo by wzmak podbijal cos czego nie przenosi.

Pracuje nad tym. Można obrócić charakterystykę filtra wewnątrz pętli kasując tym samym wpływ filtra (pewnie nie jest to nowa koncepcja ale nie widziałem żeby gdzieś była stosowana). Druga (już najprawdopodobniej nowa) możliwość to zastosowanie sztuczki z kompensacją znanej ze wzmacniaczy analogowych, nfb dla niskich częstotliwości brane z wyjścia za filtrem dla dużych częstotliwości wraca przed filtr.

[Zbig]

UcD ma sprzężenie zwrotne z filtrem RC, z dwoma biegunami. Słabsze, stałe sprzężenie jest dla pasma przenoszenia i silniejsze dla częstotliwości rezonansowej filtra i częstotliwości kluczowania. Dodatkowo (to w sumie równie ważne) kompensuje przesunięcie fazowe filtra, zabezpieczając przed wzbudzeniem na tej częstotliwości.
Rzeczywiście kompensacja trudniejsza, ale jak widać po praktycznych rozwiązaniach wykonalna.

[irek]

Można obrócić charakterystykę filtra wewnątrz pętli kasując tym samym wpływ filtra (pewnie nie jest to nowa koncepcja ale nie widziałem żeby gdzieś była stosowana).

Ale to chyba tylko teoria zakladajaca ze filtr jest staly a niestety tak nie jest no i zmiana obciazenia zmienia jego dobroc i rezonans wiec chyba tego nie da sie uwzglednic.

i silniejsze dla częstotliwości rezonansowej filtra i częstotliwości kluczowania.

Moze i teoretycznie to wynika ze schematu ale w praktyce to by nie dzialalo tylko sie wzbudzalo. Na opadajacej charakterystyce filtra nie mozna juz dzialac sprzezeniem zwrotnym. Wszystko by wyjasnila charakterystyka filtra i charakterystyka calego wzmacniacza. Z porownania bedzie widac czy sprzezenie zwrotne cos dodaje za rezonansem filtra. Raczej nie da sie zastosowac filtra na 20khz a sprzezeniem pociagnac pasma do powiedzmy 100khz. Jakby nie bylo UcD jest dziwny ale prosty i dziala nawet nieco wbrew teoriom o klasie D.

[raven1985]

Ale to chyba tylko teoria zakladajaca ze filtr jest staly a niestety tak nie jest no i zmiana obciazenia zmienia jego dobroc i rezonans wiec chyba tego nie da sie uwzglednic.

Tak, oczywiście nie da się całkowicie wyeliminować filtra ale powinno się udać owinąć znacznie więcej sprzężenia.

[Zbig]

Sprzężenie zwrotne w konfiguracji UcD musi być układem RC, gdyż jest również elementem kompensującym przesunięcie fazowe. Kompensacja fazy i silniejsze sprzężenie dla częstotliwości powyżej rezonansu powoduje, że układ oscyluje właśnie powyżej rezonansu filtra LC, na tych swoich 200-400kHz (wynikających z opóźnień w układzie). Sam opornik w sprzężeniu (czyli stałe sprzężenie dla wszystkich częstotliwości) spowodowałby oscylacje dokładnie na częstotliwości rezonansowej filtra wyjściowego, czyli kicha :-(