Witam ponownie.
To bedzie historia wykonania dwóch prototypów wzmacnaczy hrybrydowych ze stopniem lampowym wstępnym zaś moc wyjściową zapewniały układy TPA3116, czyli stopnie mocy pracujące w klasie D. Obydwie prototypowe kontrukcje miały posłużyć jako "piaskownica" dla zdobycia doświadczenia w opracowaniu docelowej konstrukcji oraz ocenie subiektywnej w sumie jakości dźwięku oferowanego prez taką konstrukcję.
Założenia prjektowe. Całśc zmontowana jednej płytce drukowanej. Żadnych dodatkowych połączeń kablowych. Zasilanie z zewnętrznego zasilacza 24V DC. Czułość wejściowa z zapasem odpwiednia dla poziomu komercyjnego -10 dBV czyli 316 mVsk. Pasmo przenoszenia dla spadku 0.5dB nie gorsze niż 20 Hz - 22 kHz. Oczko magiczne bardziej jako wizualny atraktor niż precyzyjny wskaźnik VU.
Pierwsze pdoejście to użycie nuwistorowych triod produkcji radzieckiej 6S51N. Jako oczka magiczne pierwotnie rozważałem dwie radzieckie lampy IV-15 (analog DM160). Szybko jednak zdecydowałem sie na zastosowanie jednej lampy DM70. Stopień lampowy miał być zasilany napięciem około 52V. Lampy IV-15 co prawda zadowalały się napięciem anodowym rzędu 24V ale DM70 wymagała około 67 - 70V napięcia dla jej zasilania. Jako że to eksperyment w sumie to miał być DIP-switch dla wyboru taktowania układu TPA3116. Wybór konfiguracji wejść to wzmocnienie 26dB. Dlaczego nie 20dB. Prosty powód, dla sterowania sygnałem asymetrycznym symetrycznego wejścia w układzie TPA3116 potrzeba dwukrotnie większej amplitudy sygnału. Dla uzyskania pełnego wysterowania sla zasilania napięciem 24V to potrzeba sygnału wejściowe o wartości szczytowej 2.3 Vp. Zważywszy na to że stopnie wejsciowe układu TPA3116 są zasilane napięciem 7V i "podparte" napięciem 3V to korzystniejszym dla mnie był wybór wzmocnienia 26 dB gdyź nie jest wykorzystane w tak skonfigurowanej części wejściowej układu TPA3116 dostępne napięcie zasilania stopni wejściowych.
Ostatecznie układ pierwszego prototypu przedstawiał się następująco:

Powyższy schemat nie wymaga dokładniejszego opisu. Skupię się na nietypowych względem not aplikacyjnych rozwiązań.
Przed filtrami wyjścowymi dodałem snubbery RC (R13+C17, R14+C18, R15+C19, R16+C20). Za filtrami tradycyjne obwody Zobla. Tranzystor T1 uaktywnia sygnał MUTE gdy wystąpią stany awaryjne sygnalizowane wyjściami wyjścia SDZ i FAULTZ. Podwajacz napięcia C57, C58, D7, D8 dostarcza napięcia około 70V dla oczka DM70. Działanie jego jest proste. Na kluczu (pin SW układu IC3) przetwornicy dostarczającej napiecie 53 V mamy w sumie prąd przemienny (piłkoształtny przebieg - teoretycznie) napięciu szczytowym 26 Vp. Po podwojeniu tego napięcia mamy 52 V a jak dodamy do 24 V to mamy potencjalnie 76 V. Uwzględniają spadki na diodach uzyskałem około 70 V. Filtry LC w obwodach zasilania to w sumie dmuchanie na zimne gdyż przetwornice są taktowane względnie niskimi częstotliwościami około 100 kHz i około 150 kHz a można było się obawiać interferencji z taktowaniem cześci cyfrowej układu TPA3116. Zwrócę uwagę na odsprzężenie każdej z gałęzi zasilania układu TPA3116. Mamy tam kondensator ceramiczny z dielektrykiem C0G o pojemności 1 nF, następnie kondensator ceramiczny z dielektrykiem X7R o pojemności 100 nF i na końcu dużą pojemność złożoną z trzech polimerowych kondensatorów aluminiowych o pjemnośc 330 μf każdy. Wszystkie pozostałe kondesatory elektrolityczne są polimerowymi, organicznymi kondensatorami aluminiowymi. Oferują ona bardzo niskie wartośc ESR co istotnie wpływa na poziom filtracji tętnień oraz mają dobre właściwości dla częstotliwości ponad 100 kHz.Kondensatory bootstrapujące klucze prądowe (C13, C14, C15, C16) to kodensatory ceramiczne z dielekrykiem X7R. Nie ma on wpływu na jakość sygnału gdyż bootstrapy jedynie pozyskaniu napięcia wyższego od 24V koniecznym dla wysterowania bramek górnych tranzystorów MOSFET w układzie TPA3116. Kondensatory filtrów wyjściowych (C21, C22, C23, C24) tu niestety jest dielektryk X7R jednak nie ma to negatywnego wpływu na wzmacniany sygnał. Kondensatory sprzęgające stopnie czyli C3, C4, C9, C10, C11, C12) to kondensatory poliestrowe metalizowane MKS2. Ceramiczne kondensatory z dielektrykiem C0G to C1, C2, C5, C6, C17, C18, C19, C20, C25, C26, C27, C28. Rezystory w torze sygnałowym (od R1 do R20) to rezystory metalizowane MELF. Filtry dolnoprzepustowe na wejściu (R1+C1, R2+C2) nie wnoszą dodatkowego ograniczania górnej częstotliwości granicznej w paśmie akustycznym o ile impedancja wejściowa źródła sygnału jest niska, nie wyższa niż 10 kΩ. Nowoczesne urządzenia audio jak odtwarzacze, przetworniki audio DAC mają te impedancję znacznie niższą.
Projekt płytki drukowanej. Zastosowalem podział masy na cztery oddzielne częsci. Dla przetwornic jest jedno pole masy, stopień moc ma swoje pole masy zaś stospnie wstępne mają swoje masy połaczone z masą wzmacniacza w pobliżu wejść układu TPA3116. Za wyjątkiem masy przetwornic mamy tu przykład klasycznej topologii gwiazdy. Płytka dwustronna, grubość miedzi 35 um, materiał laminatu FR4.


Widok tego prototypu poniżej.

Montaż wykonany przy użyciu lutownicy transformatorowej (polska produkcja, Lutola, ZDZ) ze specjalnym grotem dla układów SMD. Uzyłem zwykłego nieaktywnego topnika (rozpuszczona w spirytusie kalafonia) oraz plecionki miedzianej dla zbierania nadmiaru cyny. Poniżej widok tak przylutowanego układu TPA3116:

Pierwszy problem to błąd na płytce - brak jednej ścieżki pomiędzy C58 i katodą diody D8. Kolejny błąd to w okolicach gniazd RCA. Następny problem jaki się ujawnił to niestabilność przetwornicy napięcie 52V. Przetwornica a dokładniej pętla regulacji jej napięcia wyjściowego oscylowała z częstotliwością około 3 kHz. Problem z kompensacją częstotliwościową tejże pętli. Pomogło dodanie rezystora pomiędzy pinem SW układu IC3 a masą o rezystancji około 22 kΩ. Przy okazji że te oscylacje dawaly słyszalne zakłócenie - przydźwięk, to doświadczalnie stwierdziłem, że końcówki ujemne kodensatorów C7 i C8 połącozne z masą przetwornic a nie masą stopnia wejściowego dają lepsze tłumienie tętnień zasilania. Oś potencjometru niestety łapie zakłócenia, więc częśc metalową jego korpusu należy połączyć z masą. Praca tego prototypu pokazał że można na stałe wybrać taktowanie TPA3116 równe 1.2 MHz bez negatywnych skutków dla takiego wzmacniacza (niższa sprawnośc energetyczna nie ma tu znaczenia).. .
Objawił się kłopot w postaci dwóch silnych stuków pod załączeniu zaislania. Pierwszy silniejszy to wywołany jest zarówno narastaniem napięcia anodoweo lamp oraz faktu dużej stałej czasowej zlożenia pojemności sprzęgającej z impedancją wyjściową stopnia lampowego (o tym w sumie przestrzega karta katalogowa TPA3116). Drugi słabszy nieco stuk to moment kiedy katody lamp uzyskują emisję. Wniosek prosty trzeba dodać układ wymuszający aktywność MUTE przez około 35 - 40 sekund. Kilka cykli załączania zasilania gdy zasilaczem jest impulsowa przetwornica przemysłowa ujawniło problem styku przekażnika. W chwili załączenia jest bardzo silny udar przetężeniowy wynikający z sumaryczne niskiej wartości ESR baterii sześciu kondensatorów polimerowych o pojemności 330 μF każdy a wynoszącej zaledwie 10 mΩ. Styki przekaźników przemysłowych o obciażalności 20A i w wykonanu high-inrush sklejały się po kilku - kilkunastu cyklach włącz-wyłącz. Wyjściem było zastosowanie przekaźnika ze specjalnymi stykami pre-make tungsten, zaprojektowanymi do załczania lamp jarzeniowych a zdolnymi wytrzymać prąd udarowy rzędu 800 A w przeciągu 200 μs i 165 A w przeciągu 20 ms. Typ przekaźnika to RTS3T024 firmy TE Connectivity / Schrack. Styk wyłącznika w potencjometrze oczywiście jest zdecydowanie za "słaby" dla załączania zaislania.
Pozostała jeszcze kwestia przepięcia jakie się przedostaje do wejść układu TPA3116. Co prawda nie spowodowało ono uszkodzeń tego układu ale należało jednak zabezpieczyć te wejścia przed napięciem wyższym od +7V i niższym od -0.3V. Sprawdziłem najprostsze rozwiązanie w postaci diod zenera o napięciu 6.8V i niskim prądzie upływu 0.1 μA dla 3 V dołączonej pomiędzy wejściem układu TPA3116 (piny LINP i RINP) a masą. Typ diody to BZV55C6V8. Ta dioda nie ma zaiwazalnego wpłwu na sygnał audio.
Jest jedno "niezbyt ładne rozwiazanie" w tym projekcie. Otóż wejścia układów TPA3116 są wejscami symetrycznymi. Wskazanym jest aby te wejśca "widziały" jednakowe impedancje na każdym z dwóch zacisków wejściowych. Niestety w tym ukłądzie jeden z zacisków jest zwarty do masy a drugi widzi impedancję wyjściową poprzedniego stopnia. Wynosi ona około 4 - 4.5 kΩ. Ten sam zarzut można postawić każdej "płytce" gotowego wzmacniacza z tymi układami a mającymi wejście asymetryczne. Pomiary nie potwierdzają negatywnego wpływu na brzmienie i osiągi wzmacniacza tego niezrównoważenia impedancji ale formalnie jest to błąd projektowy.
Drugi prototyp to uwzględnienie napotkanych problemów i sugestii co do modyfkacji układu. Zdecowałem sie na inną obsadę lamp. Tanie chińskie 6J1 w ilości dwie sztuki oraz oczko magiczne 6E2. Lampa 6J1 to odpowiednik EF95. Zaś 6E2 to funkcjonalny analog lamp EM84 i EM87. Deklarowane dane sugerują, że jest ona odpowiednikiem EM87 jednak w praktyce jest typem pośrednim pomiędzy EM84 a EM87. Lampa 6J1 w połączeniu triodowym w stopniu oporowym może być zasilana napięciem 52V. Jednak oczko musi mieć zasilanie przynajmniej około 200 V co znacza rozbudowę powielacza napięcia podłączonego do przetwornicy podwyższającej napiecie. W przypadku oczka zastosowałem nietypowy układ jego pracy opublikowany kiedyś w radzieckim czasopiśmie Radio a cechujący się "skalą logarytmiczną" oraz dużą czułością rzędu 2 Vsk a także większą stałą czasową opadania niż dla dla narastania wskazania. Czułość tego oczka pozwala na zastosowanie dwóch przełączanych zakresów pracy. Pierwszy o maksymalnej czułosci pozwala na pełne wskazanie dla niskiego wysterowania aczkolwiek aż nadto wystarczającego dla "codziennego grania" (moc około 2 * 5 W) ale z zapasem dla silnego nagłośnienia. Drugi to zakres adekwatny dla pełnego wysterowania przy napięciu zasilania 24 V. Lampa 6E2 umieszczona poziomo co oznaczało zastosowanie dodatkowej, małej pionowej płytki drukowanej z podstawką dla tej lampy a wlutowanej do głównej płytki. Dioda D3 ochrania wyjścia układu TPA3116 przed ujemnym przepięciem powstajacym po wyłączeniu zasilania wzmacniacza. Trymer RT1 pozwala wyregulować wskaznai oczka dla płengo wystrowania. Dla pracy o duzej czułości oczka ten trymer nie jest wykozystywane. Tryme RT2 służy do nastawy napięcia żarzenia lamp. Układ wyzwalajaćy wejście MUTE prosty aż do bólu acz skuteczny z wykorzystaniem tranzystora T2 i przekaźnika sygnałowego ze złoconymi stykami. Przekaźnik eliminuje konieczność zastosowania przerzutnika - bez niego nie będzie "cichego" wyciszenia wzmacniacza.
Mała uwaga co do lamp 6E2. Cechuja się one ogromnym rorzutem parametrów. Kilka egzemplarzy pracowało zadowalająco (wskazanie 'zerowe") z rezystorem R36 o wartości 220 kΩ. Pod nią były dobrane pojemności tak aby wskażnik miał wyrównaną czułość dla pasma akustycznego począwszy od około 35 - 40Hz. Niestety "średnia lampa" 6E2 to jednak konieczność około dwukrotnego zmniejszenia rezystancji tego rezystora. Nie dobierałem już pojemności w układzie sterowania pracą oczka a po prostu nalutowałem drugi rezystor 220 kΩ na ten już wlutowany na PCB.
Schemat drugiego prototypu:

Projekt PCB:


Widok ogólny tego prototypu:



Projekt płytki pozwala na zastosowanie własnej, dokładnie dopasowanej do wymiarów PCB obudowy albo większej i uycie połączeń kablowych do gniazd. Jako złącza głośnikowe zastosowałem rozłączalne zaciski śrubowe. Cześć odłączalna wtykana do wystających części wlutowanych na PCB złącza wtykana przez otwory w tylnej ściance obudowy wzmacniacza. Powód to brak na rynku złącz głośnikowych montwanych do PCB - "sensownych".
Co do zasilacza. Wysoce niewskazanym jest tradycyjny zasilacz tranformatorowy. Dlaczego? Pierwszy problem to znaczna zmiana napięcia zasilania bowiem w gniazdku możemy mieć legalnie 253 V (a obecnie z powodu mody na fotowoltaikę mamy często i 265 V !). zaś minimalne to legalnie 207 V choć w starszych budynkach mogą byc zaobserwowane spadki napięcia nawet do 185 V. To oznacza, że dla spełnienia wymgu maksymalnego napięcia zasilania 26V to możemy mieć napięcie o pozomie nominalnym rowne 23.7 V dla napięcia w gniazdku 230V, 21.2 V dla napięcia w gniazdku 207 V zaś dla spadku napięcia do 185 V mamy 19.0 V. Odpowiada to kolejno 120% 100%, 80%, 64% wyjściowej dla mocy wyjściowej przy napieciu w gniazdku 230 V i podane kolejno dla 253 V, 230 V, 207 V i 185 V. Oczywiście nie wolno dopuścić by napięcie sieciowe dla takiego przypadku przekroczyło wartość 253 V.
Drugi argument za zasilaczem impulsowym to jest "sztywność" napiecia wyjściowego. Ta "sztywność" jest wysoce wskazana dla klasy D a pozwala ona na zmniejszenie znieskztałceń. Ponadto zasilacz impulsowy zdąży zareagować odpowednio szybko na chilową zminę poziomu wystrowania. Klasyczny zasilacz niestety nie będzie nadążać. Dla obydwu prototypów uzywałem zasilacza impulsowego przemysłowego, montowanego na szynie DIN35 firmy Delta o mocy 100 W. Żadnych zakóceń, szumów. Żadnego brumienia. Dobrej klasy stabilizator liniowy dla klasycznego zasilacza były sporym grzejnikiem elektrycznym.
Wyniki pomiarów. Przedstawiam dla jednego z kanałów. Dużym problemem są jednak własne sumy wejścia interfejsu audio Focusrite zlaeżne od nastawy czułości jego wejścia.
Obydwa wzmacniacze oferują moc 2 * 33W dla obciążenia 8 Ω i 2 * 50 W dla obciążenia 4 Ω. Czułość wejsćiowa obydwu adekwatn dla poziomu komercyjnego -10 dBV z zapasem czułości około 4.5 - 5 dB.
Pasmo przenoszenia metodą wielotonową:

THD+N dla maksymalnego wysterowania bez zauważalenego przesterowania:

THD+N dla poziomu -20 dB wzgłędem poprzedniego wyniku pomiaru:

Zależność THD+N od częstotliwości dla poziomu -3 dB:

Przesłuchy międzykanałowe:

Zniekształcenia intermodulacyjne dla poziomu -3 dB:

Poziom szumów własnych:

Widok stanowiska pomiarowego:

Przyszłe plany co do tych prototypów.
Do wykonania dwa wzmacnacze. Obydwa z uzyciem TPA3126 czyli nowszej wersji układu TPA3116 oferujące pięciokrotnie niższe znieształcenia nieliniowe. Obydwa mają mieć zbalansowanie impedancji na wejściach układu TPA3126.
Pierwszy wzmacniacz na nuwistorach ale bez oczka magicznego. Stopień lampowy bardziej rozbudowany z użyciem łącznie 6 sztuk lamp 6S51N. Pierwszy stopień to inwerter z dzilonym obciążeniam, napędzi on dwa stopnie wzmacniające, które wysterują uklad TPA3126.
Drugi to lampy EF95 ale dwie zaś pomiędzy stopniem lampowym a stopniem mocy inwerter fazy na podwójnym wzmanciaczu operacyjnym OPA1612 zasilanych ze stabilizatora liniowego niskoszumowego. Oczko magiczne typu EAM86. Pojedyncze albo podwójne. Pozostanie wybór zakresu pracy oczka magicznego / oczek magicznych.
Obydwa wzmacniacze mają mięć przełączaną czułość wejścia - wybór pomiędzy poziomem koercyjnym 316 mVszk, 775 mVsk oraz 2 Vp.
Dodam koncepcję układową dla części lampowej pierwszego planowanego wzmacniacza. Na schemacie ten układ z op-ampem to tylko pomocniczy sumator dla celów pozyskania w wyniku symulacji układu a szczególnie pozyskaniu szacunków zniekształceń THD oraz "udaje" impedancję wejściową TPA3126. Oprócz schematu części lampowej dołączyłem wyniki symulacji.
.



To tyle. Teraz czas na opinie także krytyczne.
To bedzie historia wykonania dwóch prototypów wzmacnaczy hrybrydowych ze stopniem lampowym wstępnym zaś moc wyjściową zapewniały układy TPA3116, czyli stopnie mocy pracujące w klasie D. Obydwie prototypowe kontrukcje miały posłużyć jako "piaskownica" dla zdobycia doświadczenia w opracowaniu docelowej konstrukcji oraz ocenie subiektywnej w sumie jakości dźwięku oferowanego prez taką konstrukcję.
Założenia prjektowe. Całśc zmontowana jednej płytce drukowanej. Żadnych dodatkowych połączeń kablowych. Zasilanie z zewnętrznego zasilacza 24V DC. Czułość wejściowa z zapasem odpwiednia dla poziomu komercyjnego -10 dBV czyli 316 mVsk. Pasmo przenoszenia dla spadku 0.5dB nie gorsze niż 20 Hz - 22 kHz. Oczko magiczne bardziej jako wizualny atraktor niż precyzyjny wskaźnik VU.
Pierwsze pdoejście to użycie nuwistorowych triod produkcji radzieckiej 6S51N. Jako oczka magiczne pierwotnie rozważałem dwie radzieckie lampy IV-15 (analog DM160). Szybko jednak zdecydowałem sie na zastosowanie jednej lampy DM70. Stopień lampowy miał być zasilany napięciem około 52V. Lampy IV-15 co prawda zadowalały się napięciem anodowym rzędu 24V ale DM70 wymagała około 67 - 70V napięcia dla jej zasilania. Jako że to eksperyment w sumie to miał być DIP-switch dla wyboru taktowania układu TPA3116. Wybór konfiguracji wejść to wzmocnienie 26dB. Dlaczego nie 20dB. Prosty powód, dla sterowania sygnałem asymetrycznym symetrycznego wejścia w układzie TPA3116 potrzeba dwukrotnie większej amplitudy sygnału. Dla uzyskania pełnego wysterowania sla zasilania napięciem 24V to potrzeba sygnału wejściowe o wartości szczytowej 2.3 Vp. Zważywszy na to że stopnie wejsciowe układu TPA3116 są zasilane napięciem 7V i "podparte" napięciem 3V to korzystniejszym dla mnie był wybór wzmocnienia 26 dB gdyź nie jest wykorzystane w tak skonfigurowanej części wejściowej układu TPA3116 dostępne napięcie zasilania stopni wejściowych.
Ostatecznie układ pierwszego prototypu przedstawiał się następująco:

Powyższy schemat nie wymaga dokładniejszego opisu. Skupię się na nietypowych względem not aplikacyjnych rozwiązań.
Przed filtrami wyjścowymi dodałem snubbery RC (R13+C17, R14+C18, R15+C19, R16+C20). Za filtrami tradycyjne obwody Zobla. Tranzystor T1 uaktywnia sygnał MUTE gdy wystąpią stany awaryjne sygnalizowane wyjściami wyjścia SDZ i FAULTZ. Podwajacz napięcia C57, C58, D7, D8 dostarcza napięcia około 70V dla oczka DM70. Działanie jego jest proste. Na kluczu (pin SW układu IC3) przetwornicy dostarczającej napiecie 53 V mamy w sumie prąd przemienny (piłkoształtny przebieg - teoretycznie) napięciu szczytowym 26 Vp. Po podwojeniu tego napięcia mamy 52 V a jak dodamy do 24 V to mamy potencjalnie 76 V. Uwzględniają spadki na diodach uzyskałem około 70 V. Filtry LC w obwodach zasilania to w sumie dmuchanie na zimne gdyż przetwornice są taktowane względnie niskimi częstotliwościami około 100 kHz i około 150 kHz a można było się obawiać interferencji z taktowaniem cześci cyfrowej układu TPA3116. Zwrócę uwagę na odsprzężenie każdej z gałęzi zasilania układu TPA3116. Mamy tam kondensator ceramiczny z dielektrykiem C0G o pojemności 1 nF, następnie kondensator ceramiczny z dielektrykiem X7R o pojemności 100 nF i na końcu dużą pojemność złożoną z trzech polimerowych kondensatorów aluminiowych o pjemnośc 330 μf każdy. Wszystkie pozostałe kondesatory elektrolityczne są polimerowymi, organicznymi kondensatorami aluminiowymi. Oferują ona bardzo niskie wartośc ESR co istotnie wpływa na poziom filtracji tętnień oraz mają dobre właściwości dla częstotliwości ponad 100 kHz.Kondensatory bootstrapujące klucze prądowe (C13, C14, C15, C16) to kodensatory ceramiczne z dielekrykiem X7R. Nie ma on wpływu na jakość sygnału gdyż bootstrapy jedynie pozyskaniu napięcia wyższego od 24V koniecznym dla wysterowania bramek górnych tranzystorów MOSFET w układzie TPA3116. Kondensatory filtrów wyjściowych (C21, C22, C23, C24) tu niestety jest dielektryk X7R jednak nie ma to negatywnego wpływu na wzmacniany sygnał. Kondensatory sprzęgające stopnie czyli C3, C4, C9, C10, C11, C12) to kondensatory poliestrowe metalizowane MKS2. Ceramiczne kondensatory z dielektrykiem C0G to C1, C2, C5, C6, C17, C18, C19, C20, C25, C26, C27, C28. Rezystory w torze sygnałowym (od R1 do R20) to rezystory metalizowane MELF. Filtry dolnoprzepustowe na wejściu (R1+C1, R2+C2) nie wnoszą dodatkowego ograniczania górnej częstotliwości granicznej w paśmie akustycznym o ile impedancja wejściowa źródła sygnału jest niska, nie wyższa niż 10 kΩ. Nowoczesne urządzenia audio jak odtwarzacze, przetworniki audio DAC mają te impedancję znacznie niższą.
Projekt płytki drukowanej. Zastosowalem podział masy na cztery oddzielne częsci. Dla przetwornic jest jedno pole masy, stopień moc ma swoje pole masy zaś stospnie wstępne mają swoje masy połaczone z masą wzmacniacza w pobliżu wejść układu TPA3116. Za wyjątkiem masy przetwornic mamy tu przykład klasycznej topologii gwiazdy. Płytka dwustronna, grubość miedzi 35 um, materiał laminatu FR4.


Widok tego prototypu poniżej.

Montaż wykonany przy użyciu lutownicy transformatorowej (polska produkcja, Lutola, ZDZ) ze specjalnym grotem dla układów SMD. Uzyłem zwykłego nieaktywnego topnika (rozpuszczona w spirytusie kalafonia) oraz plecionki miedzianej dla zbierania nadmiaru cyny. Poniżej widok tak przylutowanego układu TPA3116:

Pierwszy problem to błąd na płytce - brak jednej ścieżki pomiędzy C58 i katodą diody D8. Kolejny błąd to w okolicach gniazd RCA. Następny problem jaki się ujawnił to niestabilność przetwornicy napięcie 52V. Przetwornica a dokładniej pętla regulacji jej napięcia wyjściowego oscylowała z częstotliwością około 3 kHz. Problem z kompensacją częstotliwościową tejże pętli. Pomogło dodanie rezystora pomiędzy pinem SW układu IC3 a masą o rezystancji około 22 kΩ. Przy okazji że te oscylacje dawaly słyszalne zakłócenie - przydźwięk, to doświadczalnie stwierdziłem, że końcówki ujemne kodensatorów C7 i C8 połącozne z masą przetwornic a nie masą stopnia wejściowego dają lepsze tłumienie tętnień zasilania. Oś potencjometru niestety łapie zakłócenia, więc częśc metalową jego korpusu należy połączyć z masą. Praca tego prototypu pokazał że można na stałe wybrać taktowanie TPA3116 równe 1.2 MHz bez negatywnych skutków dla takiego wzmacniacza (niższa sprawnośc energetyczna nie ma tu znaczenia).. .
Objawił się kłopot w postaci dwóch silnych stuków pod załączeniu zaislania. Pierwszy silniejszy to wywołany jest zarówno narastaniem napięcia anodoweo lamp oraz faktu dużej stałej czasowej zlożenia pojemności sprzęgającej z impedancją wyjściową stopnia lampowego (o tym w sumie przestrzega karta katalogowa TPA3116). Drugi słabszy nieco stuk to moment kiedy katody lamp uzyskują emisję. Wniosek prosty trzeba dodać układ wymuszający aktywność MUTE przez około 35 - 40 sekund. Kilka cykli załączania zasilania gdy zasilaczem jest impulsowa przetwornica przemysłowa ujawniło problem styku przekażnika. W chwili załączenia jest bardzo silny udar przetężeniowy wynikający z sumaryczne niskiej wartości ESR baterii sześciu kondensatorów polimerowych o pojemności 330 μF każdy a wynoszącej zaledwie 10 mΩ. Styki przekaźników przemysłowych o obciażalności 20A i w wykonanu high-inrush sklejały się po kilku - kilkunastu cyklach włącz-wyłącz. Wyjściem było zastosowanie przekaźnika ze specjalnymi stykami pre-make tungsten, zaprojektowanymi do załczania lamp jarzeniowych a zdolnymi wytrzymać prąd udarowy rzędu 800 A w przeciągu 200 μs i 165 A w przeciągu 20 ms. Typ przekaźnika to RTS3T024 firmy TE Connectivity / Schrack. Styk wyłącznika w potencjometrze oczywiście jest zdecydowanie za "słaby" dla załączania zaislania.
Pozostała jeszcze kwestia przepięcia jakie się przedostaje do wejść układu TPA3116. Co prawda nie spowodowało ono uszkodzeń tego układu ale należało jednak zabezpieczyć te wejścia przed napięciem wyższym od +7V i niższym od -0.3V. Sprawdziłem najprostsze rozwiązanie w postaci diod zenera o napięciu 6.8V i niskim prądzie upływu 0.1 μA dla 3 V dołączonej pomiędzy wejściem układu TPA3116 (piny LINP i RINP) a masą. Typ diody to BZV55C6V8. Ta dioda nie ma zaiwazalnego wpłwu na sygnał audio.
Jest jedno "niezbyt ładne rozwiazanie" w tym projekcie. Otóż wejścia układów TPA3116 są wejscami symetrycznymi. Wskazanym jest aby te wejśca "widziały" jednakowe impedancje na każdym z dwóch zacisków wejściowych. Niestety w tym ukłądzie jeden z zacisków jest zwarty do masy a drugi widzi impedancję wyjściową poprzedniego stopnia. Wynosi ona około 4 - 4.5 kΩ. Ten sam zarzut można postawić każdej "płytce" gotowego wzmacniacza z tymi układami a mającymi wejście asymetryczne. Pomiary nie potwierdzają negatywnego wpływu na brzmienie i osiągi wzmacniacza tego niezrównoważenia impedancji ale formalnie jest to błąd projektowy.
Drugi prototyp to uwzględnienie napotkanych problemów i sugestii co do modyfkacji układu. Zdecowałem sie na inną obsadę lamp. Tanie chińskie 6J1 w ilości dwie sztuki oraz oczko magiczne 6E2. Lampa 6J1 to odpowiednik EF95. Zaś 6E2 to funkcjonalny analog lamp EM84 i EM87. Deklarowane dane sugerują, że jest ona odpowiednikiem EM87 jednak w praktyce jest typem pośrednim pomiędzy EM84 a EM87. Lampa 6J1 w połączeniu triodowym w stopniu oporowym może być zasilana napięciem 52V. Jednak oczko musi mieć zasilanie przynajmniej około 200 V co znacza rozbudowę powielacza napięcia podłączonego do przetwornicy podwyższającej napiecie. W przypadku oczka zastosowałem nietypowy układ jego pracy opublikowany kiedyś w radzieckim czasopiśmie Radio a cechujący się "skalą logarytmiczną" oraz dużą czułością rzędu 2 Vsk a także większą stałą czasową opadania niż dla dla narastania wskazania. Czułość tego oczka pozwala na zastosowanie dwóch przełączanych zakresów pracy. Pierwszy o maksymalnej czułosci pozwala na pełne wskazanie dla niskiego wysterowania aczkolwiek aż nadto wystarczającego dla "codziennego grania" (moc około 2 * 5 W) ale z zapasem dla silnego nagłośnienia. Drugi to zakres adekwatny dla pełnego wysterowania przy napięciu zasilania 24 V. Lampa 6E2 umieszczona poziomo co oznaczało zastosowanie dodatkowej, małej pionowej płytki drukowanej z podstawką dla tej lampy a wlutowanej do głównej płytki. Dioda D3 ochrania wyjścia układu TPA3116 przed ujemnym przepięciem powstajacym po wyłączeniu zasilania wzmacniacza. Trymer RT1 pozwala wyregulować wskaznai oczka dla płengo wystrowania. Dla pracy o duzej czułości oczka ten trymer nie jest wykozystywane. Tryme RT2 służy do nastawy napięcia żarzenia lamp. Układ wyzwalajaćy wejście MUTE prosty aż do bólu acz skuteczny z wykorzystaniem tranzystora T2 i przekaźnika sygnałowego ze złoconymi stykami. Przekaźnik eliminuje konieczność zastosowania przerzutnika - bez niego nie będzie "cichego" wyciszenia wzmacniacza.
Mała uwaga co do lamp 6E2. Cechuja się one ogromnym rorzutem parametrów. Kilka egzemplarzy pracowało zadowalająco (wskazanie 'zerowe") z rezystorem R36 o wartości 220 kΩ. Pod nią były dobrane pojemności tak aby wskażnik miał wyrównaną czułość dla pasma akustycznego począwszy od około 35 - 40Hz. Niestety "średnia lampa" 6E2 to jednak konieczność około dwukrotnego zmniejszenia rezystancji tego rezystora. Nie dobierałem już pojemności w układzie sterowania pracą oczka a po prostu nalutowałem drugi rezystor 220 kΩ na ten już wlutowany na PCB.
Schemat drugiego prototypu:

Projekt PCB:


Widok ogólny tego prototypu:



Projekt płytki pozwala na zastosowanie własnej, dokładnie dopasowanej do wymiarów PCB obudowy albo większej i uycie połączeń kablowych do gniazd. Jako złącza głośnikowe zastosowałem rozłączalne zaciski śrubowe. Cześć odłączalna wtykana do wystających części wlutowanych na PCB złącza wtykana przez otwory w tylnej ściance obudowy wzmacniacza. Powód to brak na rynku złącz głośnikowych montwanych do PCB - "sensownych".
Co do zasilacza. Wysoce niewskazanym jest tradycyjny zasilacz tranformatorowy. Dlaczego? Pierwszy problem to znaczna zmiana napięcia zasilania bowiem w gniazdku możemy mieć legalnie 253 V (a obecnie z powodu mody na fotowoltaikę mamy często i 265 V !). zaś minimalne to legalnie 207 V choć w starszych budynkach mogą byc zaobserwowane spadki napięcia nawet do 185 V. To oznacza, że dla spełnienia wymgu maksymalnego napięcia zasilania 26V to możemy mieć napięcie o pozomie nominalnym rowne 23.7 V dla napięcia w gniazdku 230V, 21.2 V dla napięcia w gniazdku 207 V zaś dla spadku napięcia do 185 V mamy 19.0 V. Odpowiada to kolejno 120% 100%, 80%, 64% wyjściowej dla mocy wyjściowej przy napieciu w gniazdku 230 V i podane kolejno dla 253 V, 230 V, 207 V i 185 V. Oczywiście nie wolno dopuścić by napięcie sieciowe dla takiego przypadku przekroczyło wartość 253 V.
Drugi argument za zasilaczem impulsowym to jest "sztywność" napiecia wyjściowego. Ta "sztywność" jest wysoce wskazana dla klasy D a pozwala ona na zmniejszenie znieskztałceń. Ponadto zasilacz impulsowy zdąży zareagować odpowednio szybko na chilową zminę poziomu wystrowania. Klasyczny zasilacz niestety nie będzie nadążać. Dla obydwu prototypów uzywałem zasilacza impulsowego przemysłowego, montowanego na szynie DIN35 firmy Delta o mocy 100 W. Żadnych zakóceń, szumów. Żadnego brumienia. Dobrej klasy stabilizator liniowy dla klasycznego zasilacza były sporym grzejnikiem elektrycznym.
Wyniki pomiarów. Przedstawiam dla jednego z kanałów. Dużym problemem są jednak własne sumy wejścia interfejsu audio Focusrite zlaeżne od nastawy czułości jego wejścia.
Obydwa wzmacniacze oferują moc 2 * 33W dla obciążenia 8 Ω i 2 * 50 W dla obciążenia 4 Ω. Czułość wejsćiowa obydwu adekwatn dla poziomu komercyjnego -10 dBV z zapasem czułości około 4.5 - 5 dB.
Pasmo przenoszenia metodą wielotonową:

THD+N dla maksymalnego wysterowania bez zauważalenego przesterowania:

THD+N dla poziomu -20 dB wzgłędem poprzedniego wyniku pomiaru:

Zależność THD+N od częstotliwości dla poziomu -3 dB:

Przesłuchy międzykanałowe:

Zniekształcenia intermodulacyjne dla poziomu -3 dB:

Poziom szumów własnych:

Widok stanowiska pomiarowego:

Przyszłe plany co do tych prototypów.
Do wykonania dwa wzmacnacze. Obydwa z uzyciem TPA3126 czyli nowszej wersji układu TPA3116 oferujące pięciokrotnie niższe znieształcenia nieliniowe. Obydwa mają mieć zbalansowanie impedancji na wejściach układu TPA3126.
Pierwszy wzmacniacz na nuwistorach ale bez oczka magicznego. Stopień lampowy bardziej rozbudowany z użyciem łącznie 6 sztuk lamp 6S51N. Pierwszy stopień to inwerter z dzilonym obciążeniam, napędzi on dwa stopnie wzmacniające, które wysterują uklad TPA3126.
Drugi to lampy EF95 ale dwie zaś pomiędzy stopniem lampowym a stopniem mocy inwerter fazy na podwójnym wzmanciaczu operacyjnym OPA1612 zasilanych ze stabilizatora liniowego niskoszumowego. Oczko magiczne typu EAM86. Pojedyncze albo podwójne. Pozostanie wybór zakresu pracy oczka magicznego / oczek magicznych.
Obydwa wzmacniacze mają mięć przełączaną czułość wejścia - wybór pomiędzy poziomem koercyjnym 316 mVszk, 775 mVsk oraz 2 Vp.
Dodam koncepcję układową dla części lampowej pierwszego planowanego wzmacniacza. Na schemacie ten układ z op-ampem to tylko pomocniczy sumator dla celów pozyskania w wyniku symulacji układu a szczególnie pozyskaniu szacunków zniekształceń THD oraz "udaje" impedancję wejściową TPA3126. Oprócz schematu części lampowej dołączyłem wyniki symulacji.
.




To tyle. Teraz czas na opinie także krytyczne.
Skomentuj