Wzmacniacz tranzystorowy - pierwszy projekt

[Zigrin]

Witam,
Powoli dorosłem do podjęcia decyzji o zaprojektowaniu swojego własnego wzmacniacza. Klonowanie znanych konstrukcji dało doświadczenie i rozbudziło apetyt żeby pójść krok dalej.
Po lekturze książek poświęconych tej tematyce, postanowiłem narysować taki oto schemat:



Miało to być coś w miarę prostego ale nie strasznie prymitywnego. Powstał klasyczny wzmacniacz trzystopniowy z parą różnicową na wejściu, wzmacniaczem napięciowym pracującym w klasie A oraz wtórnikiem wyjściowym. Dla zapewnienia różnego rozkładu prądów i symetrii wzmacniacz różnicowy obciążony lustrem.

Wzmacniacz ma oddawać moc ok 25W stąd przy obciążeniu 8R amplituda na wyjściu wyniesie ok 20V, a prąd wyjściowy 2,5A.

Układ wyposażyłem w dwa źródła prądowe pierwsze dla wzmacniacza różnicowego o wydajności ok 4,5mA, a drugie dla wzmacniacza napięciowego o wydajności ok 10mA.

W stopniu mocy pierwotnie zamierzam zastosować "małe" BD243C/244C jednak zastanawiam się na użyciem darlingtonów mocy BD649/650 zapewniło by to mniejsze obciążenie wzmacniacza napięciowego, gdyż cały wtónik wyjściowy miałby bardzo duże wzmocnienie prądowe.

Prosiłbym forumowych speców od krzemu łupanego o rzucenie okiem na moje wymysły i konstruktywną krytykę. Ja tylko chcę się czegoś nauczyć

[tomq88]

jednak zastanawiam się na użyciem darlingtonów mocy BD649/650

Darlingtony sa be.

darlingtony=klopoty

z kolei darlingtony to problemy z prądem spoczynkowym

Jakos nie jestem zwolennikiem darligntonow, ciezko z tym sie dogadac w szerokim zakresie temperatur.

[mbar]

Czemu wyjście ma w szeregu rezystor 4R7?

[tomq88]

Albo raczej dlaczego nie ma na tym rezystorze cewki?

[mbar]

Nie podpowiadać :)

Wysłane z mojego GT-N7000 za pomocą Tapatalk

[El_liero]

C11 C10 za małe, ale to żadna specjalna uwaga
Do R10 dodałbym koniecznie równolegle kondzioła co da ci filtr DP.

C6 i C7 jaki prąd one teraz filtrują?

Tak to do zweryfikowania wartości elementów pasywnych. Dobrze jest wklepać schemat o programu symulacyjnego. Ja polecam MultiSim.

[raven1985]

No to ja trochę utrudnię :)

źródła prądowe pierwsze dla wzmacniacza różnicowego o wydajności ok 4,5mA

Dlaczego taki prąd ?

I jaką wartość ma C4 ?

[Zigrin]

Dzięki za uwagi i "utrudniacze" Teraz jestem w pracy więc nie bardzo mam jak edytować schemat itp. Jak wrócę do domu to ogarnę kwestię i wyjaśnię co i gdzie mną kierowało.

---------- Post dodany o 20:55 ---------- Poprzedni post o 13:10 ----------

Dodaje wspomniany schemat i śpieszę z wyjaśnieniami:



Uploaded with ImageShack.us

Darlingtony sa be.

Po zapoznaniu z tematem dochodzę do podobnych wniosków, może wraz z doświadczeniem zmienię zdanie. Zatem jakie tranzystory zastosować? Wspomniane BD24* mają małą bete. Angażowanie C5200/A1943 to jest walenie z armaty do wróbla. Po zapoznaniu się z katalogami sądzę, że para C5198/A1941 będzie optymalna.

Czemu wyjście ma w szeregu rezystor 4R7?

Mój błąd. Początkowo miało być tam po prostu 0R47. Jednak po zapoznaniu z tematyką obwodu Zobla i zabezpieczeniu końcówki mocy przed obciążeniem indukcyjnym(L1 i R20) i reaktancyjnym(R19 i C5). Wartość R19 powinna być zbliżona do wartości nominalnego obciążenia. Brak tych obwodów mógłby zdestabilizować wtórnik końcowy i doprowadzić do jego wzbudzenia.

Do R10 dodałbym koniecznie równolegle kondzioła co da ci filtr DP.

Dodałem 220pF, wszystko powyżej ok 75kHz będzie "blokowane"

No to ja trochę utrudnię

dla wzmacniacza różnicowego o wydajności ok 4,5mA

Dlaczego taki prąd ?

I jaką wartość ma C4 ?

Wartość C4 wyliczyłem(nie wiem czy dobrze) na 68pF dla 500kHz. Ma on za zadanie kompensować efekt Millera. Wartość taką otrzymałem przy uwzględnieniu Ree wzmacniacza różnicowego rónego ok 250R i wzmocnieniu z zamkniętą pętlą 20x. Przy uwzględnieniu tej pojemności szczytowy prąd ładowania kondensatora wynosi ok 3,8mA. Dlatego z lekkim zapasem prąd źródła Q3-Q4 przyjmuję 9mA. Co da symetryczne 4,5mA dla Q1 i Q2.

Jeżeli coś poplątałem proszę nie bić

Zastanawia mnie jeszcze kwestia głębokości sprzężenia zwrotnego. Im ono głębsze tym mniejsza zniekształcenia. Jednak zbyt głębokie sprzężenie może zdestabilizować wzmacniacz, a dwa obniży(?) rezystencje wejściową. Sądzę tak, ponieważ R2=R10 zazwyczaj.

[El_liero]

Dodałem 220pF, wszystko powyżej ok 75kHz będzie "blokowane"

nie widzę, a wręcz jeszcze zabrałeś kondzioła z pętli SZ odpowiedzialnego za blokowanie wzmocnienia napiecia DC.

na 68pF

dobra wartość

[Zigrin]

Dodałem 220pF, wszystko powyżej ok 75kHz będzie "blokowane"

nie widzę, a wręcz jeszcze zabrałeś kondzioła z pętli SZ odpowiedzialnego za blokowanie wzmocnienia napiecia DC.

Szybciej się pochwaliłem niż właściwy plik zapisałem. Już jest poprawione. Zastanawiam się jeszcze czy nie zmniejszyć tej wartości do ok 130pF. Wtedy pasmo będzie przycięte przy ok 120kHz.

Elektrolit ze sprzężenia wyleciał, ponieważ pasmo od dołu przycinane jest tak czy inaczej przez C1. Chyba, że ma to jakieś dramatyczne skutki?




Wyleciały też C6 i C7 z pierwszego schematu, które teoretycznie odsprzęgały zasilanie źródeł prądowych. Podłączone do szyny zasilania dlatego żeby nie przedostawały się do źródeł śmieci z szyny masy. Tak przynajmniej zrozumiałem za G. Rany Slone - High-Power Audio Amplifier Construction Manual. Przyznam szczerze, że nie widziałem takiego rozwiązania w schematach popularnych w sieci.

[El_liero]

Elektrolit ze sprzężenia wyleciał, ponieważ pasmo od dołu przycinane jest tak czy inaczej przez C1. Chyba, że ma to jakieś dramatyczne skutki?

nie widzę, a wręcz jeszcze zabrałeś kondzioła z pętli SZ odpowiedzialnego za blokowanie wzmocnienia napiecia DC.

C11 i C10 daj około 6800uF

To może i ja się czegoś nauczę. Pytanie:
Układ Zobla, mam takowy dodany na wyjście do scalonej końcówki mocy i bardzo grzeje się rezystor z tego układu, wręcz pali się. Co zabawne czasem nic się z nim nie dzieje. Czemu tak?

[mbar]

To proste: czasem się wzbudza, a czasem się nie wzbudza :)

[Zigrin]

El_liero a co to za kostka i jakie masz wartości elementów w Zoblu? bo to dokładnie tak jak pisze Mbar czasem się wzbudzi a czasem nie :)

Wracając do tematu mojego wzmacniacza, zainstalowałem NI MultiSim w wersji testowej. Wklepałem schemat i odpaliłem symulacje. Jednak coś chyba jest nie tak. Kiedy symulacja rusza przebieg na oscyloskopie jest ładnie rysowany. Wszytko wygląda ok. W po kilku sekundach pojawia się linia ciągła. W między czasie DC na wyjściu waha się od kilku mV aż do kilku V. Poza tym spadek napięcia na złączu BC tranzystora Q8 na starcie wynosi ok 4,5V później spada do 2,9V(czyli w miarę ok) a w momencie pojawienia się na wyjściu 0 miernik XXM2 pokazuje ok 1,9V. Rysunek ilustruje sytuacje. Być może to ja coś źle zrobiłem w MultiSimie albo ten układ taki cudowny mi wyszedł



Uploaded with ImageShack.us

[SP7LZA]

w emiterach Q5 i Q6 powinny być takie same oporniki

[El_liero]

El_liero a co to za kostka i jakie masz wartości elementów w Zoblu? bo to dokładnie tak jak pisze Mbar czasem się wzbudzi a czasem nie

hehe, no wiadome, ale co na to wpływa że się wzbudza? Wartości elementów 2,7R i 100n. Kostka LM4780.

Co do rysunku to mierzysz złącze CE. Coś nawala ta regulowana dioda Zenera. Jak widzę napięcie polaryzacji baz Q11 i Q12 to około 3VDC aby układ działał. Rozbij potencjometr na dwa dodatkowe rezystory. Między BC daj 1k, a między BE szeregowo 500k oraz 500k potek jako regulowany rezystor.
Do baz Q13, Q14 dodałbym szeregowo rezystory o odpowiednich małych wartościach. Zacznij od 10-5 ohm.
W bazach Q11 i Q12 też mogą one pomóc.
SP7LZA dobrze podpowiada. Choć często ludzie zamiast lustra prądowego dają zwykłe rezystory szeregowo w emitery wzmacniacza różnicowego.
Co do źródeł prądowych na R5 oraz R1 rozumiem, że masz cały czas spadek 0,6V?
Jaki prąd spoczynkowy jest przy 3VDC?

---------- Post dodany o 14:53 ---------- Poprzedni post o 14:50 ----------

aha i nie rób pomiarów na maksymalnym wysterowaniu.

[mbar]

Nie na temat...

hehe, no wiadome, ale co na to wpływa że się wzbudza? Wartości elementów 2,7R i 100n. Kostka LM4780. Np. brudne PCB, "świeże" elektrolity (miałem taki efekt, zanim mi się uformowały), niechlujne luty, brak odsprzęgających 100nF. Robisz na płytce jaromasa czy innej?

[raven1985]

Ma on za zadanie kompensować efekt Millera.

Nie kompensować efekt Millera tylko taka kompensacja wykorzystuje efekt Millera :)

Wartość C4 wyliczyłem

Policzmy:
Cm = gm / (2*pi*K*f)

k = 1 + (20/1) = 21
gm = 1 / [2*(25mv/4.5mA) + 2*100] = ~4.7mS
f = 500kHz
Jak dobrze liczę wychodzi:
C = ~ 72pF czyli OK :)

SR = I/C = 4.5m/68pf = 66V/us

Im ono głębsze tym mniejsza zniekształcenia.

Tak ale ilość sprzężenia ogranicza te 500kHZ które przyjąłeś. Mimo że zwiększysz wzmacnianie pętli nfb to i tak tylko dla niskich częstotliwości nie zmniejszając kompensacji. A jaką możesz największą przyjąć to głównie zależy od szybkości stopnia wyjściowego.

Sądzę tak, ponieważ R2=R10 zazwyczaj.

Tylko żeby DC na wyjściu miało niską wartość. Przez te rezystory płyną prądy baz pary różnicowej .
Wartość tych rezystorów to kompromis między impedancją wejściową a szumami.

Elektrolit ze sprzężenia wyleciał, ponieważ pasmo od dołu przycinane jest tak czy inaczej przez C1. Chyba, że ma to jakieś dramatyczne skutki?

Tak. Z elektrolitem offset DC nie jest wzmacniany a bez niego mnoży się razy wzmacnianie wzmacniacza i z kilkudziesięciu mV robią się już setki.

Wyleciały też C6 i C7 z pierwszego schematu, które teoretycznie odsprzęgały zasilanie źródeł prądowych.

I źle bo one znacznie poprawiają PSRR.

Kondensator C3 owszem pożądany jest ale nie takiej wartości. 2.2p - 22p.

G. Rany Slone - High-Power Audio Amplifier Construction Manual.

To sobie odpóść jest tam mnóstwo błędów i chyba największy bubel w historii audio czyli symetryczny układ z lustrami który nie ma prawa działać :)

Q8 powinien być zwarty kondensatorem min 100n bo impedancja takiej tranzystorowej diody zenera rośnie wraz z częstotliwością.

---------- Post dodany o 17:26 ---------- Poprzedni post o 17:22 ----------

Czemu tak?

Radzę uporaj się z tym bo może Ci popalić głośniki.

NI MultiSim

Ten typ tak czasami ma :)

w emiterach Q5 i Q6 powinny być takie same oporniki

Powinny być ale w symulacji nie będzie to miało dużego znacznie bo w symulacji oba tranzystory lustra są takie same :)

---------- Post dodany o 17:29 ---------- Poprzedni post o 17:26 ----------

Do baz Q13, Q14 dodałbym szeregowo rezystory o odpowiednich małych wartościach.

wartość tych rezystorów dodaje się do rezystorów emiterowych (Rb / beta) więc za duże wartości mogą wpływać na stabilność termiczną.

[max-bit]

Bedziesz miał pewien problem z doborem tranzystorów do drivera i i stopnia koncowego,
Te które obecnie masz to .... kosz :)
Teraz pozostaje jakie wybrać :) niestety dziś to jest straszna chińszczyzna - nawet orginalne mają niezłe rozrzuty parametrów :)
Kieruj się na SanKena lub toshibę
W driver-rze :) 2sa1930/2sc5171
w stopniu końcowym 2SC3263 - 2SA1294 :)
Jest to dostępne ... może mocne ale bedziesz miał spokojnie zapas mocy .
Uważaj na ON semi nie są za cudowne .

[El_liero]

Nie na temat...

Np. brudne PCB, "świeże" elektrolity (miałem taki efekt, zanim mi się uformowały), niechlujne luty, brak odsprzęgających 100nF. Robisz na płytce jaromasa czy innej? tam nie ma elektrolitów ani odsprzęgających 100n. Przecież to szeregowo 2,7R + 100n dołączone równolegle do wyjscia końcówki. :) Robię na innej, na własnej. Radzę uporaj się z tym bo może Ci popalić głośniki. wypieprzyłem ten układ, końcówka się nie wzbudza bez niego. Ale chrzanić to tutaj, otworzę jak co nowy temat o tym.

---------- Post dodany o 18:54 ---------- Poprzedni post o 18:51 ----------

Zigrin google > "MultiSim Peb" i masz.

PS: niestety piractwo to piractwo :)

[Zigrin]

Na wstępnie dziękuje za zainteresowanie tematem :) Trochę jeszcze poszperałem, poczytałem, uwzględniłem Wasze uwagi i powstał taki potworek(numeracja elementów mocno pomieszana, nie bijcie):

Między BC daj 1k, a między BE szeregowo 500k oraz 500k potek jako regulowany rezystor.

chyba chodziło o 500Ohm i 500Ohm a nie kOhm? Ogólną koncepcje przyjąłem między BC 1k, później między BE w szeregu 2x500Ohm z czego jeden regulowany.

na R5 oraz R1 rozumiem, że masz cały czas spadek 0,6V?

dokładnie coś między 0,65-0,67V czyli napięcie złącza BE

Jaki prąd spoczynkowy jest przy 3VDC?

prąd spoczynkowy wędruje w granice 800mA, dla 2,48 jest jakieś 110mA

raven1985 fajnie, że przeliczyłeś to raz jeszcze, miałem małe wątpliwości ale widzę, że jest ok :)

Tak. Z elektrolitem offset DC nie jest wzmacniany a bez niego mnoży się razy wzmacnianie wzmacniacza i z kilkudziesięciu mV robią się już setki.

elektrolit powrócił na miejsce, zmniejszyłem też pojemność C9 do 10pF z 220pF.

Bedziesz miał pewien problem z doborem tranzystorów do drivera i i stopnia koncowego,
Te które obecnie masz to .... kosz

Co z nimi jest nie halo? Wiem, że mają już swoje lata, ale...

MultiSim już współpracuje :) Wprowadziłem też kilka modyfikacji m.in. VAS w układzie Darlingtona. Zwiększone wzmocnienie prądowe poprawi działanie lokalnego sprzężenia przez C3. Prąd sterujący tranzystorami mocy zwiększa się. Pojawiły się również wspominane oporniki w bazach Q13-Q14. Oraz powróciłem do odsprzęgania źródeł prądowych pary różnicowej i VAS. Po krótkiej lekturze PSRR wnioskuję, że się opłaca :) Dane z symulacji zamieszczam na schemacie. Podoba mi się THD, ale to tylko symulacja

To sobie odpóść jest tam mnóstwo błędów i chyba największy bubel w historii audio czyli symetryczny układ z lustrami który nie ma prawa działać

A co myślisz o tych dwóch książkach:

B. Cordell - Designing Audio Power Amplifiers
D. Self - Audio Power Design Handbook
...o Witorta nie pytam, bardzo pobieżnie pisane i jakoś tak przypomina wszystkie konstrukcje Diory,ale to klasyk gatunku