Hybryda - nowe pomysły

[MichałKob]

Napiszę, jak ja to rozumiem: Rezystor 330 omów zabezpiecza MOSFET przed oscylacjami, zmniejszając dobroć obwodu LC utworzonego przez pojemność Cgs MOSFETa oraz indukcyjność jego doprowadzeń i ścieżek. Rezystor 10k został dobrany przeze mnie trochę "pi razy drzwi". Jego wartość nie może być zbyt niska (wywoła przepływ nadmiernego prądu przez BC550, co spowoduje wzrost temperatury i pogorszenie stabilności termicznej) ani zbyt wysoka (ograniczy szybkość narastania napięcia na bramce, co wywołać może zniekształcenia fazowe i zmniejsza szybkość wzmacniacza). Tu zastosowany IRF520 ma wartość Cgs rzędu 350pF, stała czasowa 10k*Cgs wyniesie więc 3,5us (w sam raz ) ).

[ludo]

->STUDI
Oprocz lamp jedynie J1/J2 w zrodlach pradowych byly parowane.
Mosfety (jak i inne tranzystory w ukladzie) pochodza z tego samego batch'u ale nie sa mierzone.
Dodam, ze noty katalogowe podaja mozliwosc duzego rozrzutu Vgs dla mosfetow tego samego typu.
W praktyce i przy nieco wyzszych pradach az tak zle nie jest.

[Romekd]

Witam.
ludo
Dla jakiej amplitudy sygnału wyjściowego i jakiego obciążenia zmierzyłeś zniekształcenia swojego układu?

Przeprowadziłem dzisiaj pomiary wzmacniacza hybrydowego. Obawiam się, że pasmo przenoszenia wyszło trochę za szerokie i wzmacniacz dla pewnych warunków obciążenia (o charakterze pojemnościowym, lub indukcyjnym) może się jednak wzbudzać. Dla spadku 3 dB pasmo to rozciągało się od od 2 Hz do ponad 500 kHz. Szybkość narastania sygnału wyjściowego dla fali prostokątnej o częstotliwości 1 kHz wynosiła ok 40..50 V/us. Duga harmoniczna dla przebiegu 1 kHz, przy napięciu wyjściowym 1V (wart. skuteczna) znajdowała się na poziomie -80 dB, a trzecia -110 dB. Bardzo wysoki wyszedł również współczynnik tłumienia. Dla napięć 1 V, 2,5V i 5V obciążenie wzmacniacza stanowiły słuchawki o impedancji 24 omy. Dla napięcia 10V wzmacniacz obciążyłem rezystorem 8R

Pozdrawiam,
Romek

[ludo]

Romku,

Dla jakiej amplitudy sygnału wyjściowego i jakiego obciążenia zmierzyłeś zniekształcenia swojego układu?

Amplituda wynosila ok 2Vrms przy obciazeniu sluchawkami (+ kablem) HD650.

Widze, ze Twoj Potwor bezproblemowo radzi sobie z niskoimpedancyjnymi sluchawkami.
Ladnie tez wyglada grzebien skladowych harmonicznych ktory i szybko opada i nie zawiera wyzszych skladowych.

[Silver]

Napiszę, jak ja to rozumiem: Rezystor 330 omów zabezpiecza MOSFET przed oscylacjami, zmniejszając dobroć obwodu LC utworzonego przez pojemność Cgs MOSFETa oraz indukcyjność jego doprowadzeń i ścieżek. Rezystor 10k został dobrany przeze mnie trochę "pi razy drzwi". Jego wartość nie może być zbyt niska (wywoła przepływ nadmiernego prądu przez BC550, co spowoduje wzrost temperatury i pogorszenie stabilności termicznej) ani zbyt wysoka (ograniczy szybkość narastania napięcia na bramce, co wywołać może zniekształcenia fazowe i zmniejsza szybkość wzmacniacza). Tu zastosowany IRF520 ma wartość Cgs rzędu 350pF, stała czasowa 10k*Cgs wyniesie więc 3,5us (w sam raz )

).

Czy IRF 530 w tym zastosowaniu będzie za wolny ? (wartość Cgs 670pF)

[Romekd]

Amplituda wynosila ok 2Vrms przy obciazeniu sluchawkami (+ kablem) HD650.

Widze, ze Twoj Potwor bezproblemowo radzi sobie z niskoimpedancyjnymi sluchawkami.
Ladnie tez wyglada grzebien skladowych harmonicznych ktory i szybko opada i nie zawiera wyzszych skladowych.

Wzmacniacz faktycznie nieźle współpracuje z różnymi typami słuchawek. Nie słyszę w nich ani szumu, ani przydźwięku, a dźwięk jest neutralny i niczego nie można mu zarzucić. Układ gorzej wypada przy sterowaniu trudnych obciążeń. Po obciążeniu wyjścia rezystorem 5 omów z równolegle dopiętym kondensatorem 2,2 uF, przy dużym wysterowaniu, potrafił się podwzbudzać . Zastosowałem więc kompensację częstotliwościową, ograniczając pasmo przenoszenia do 150 kHz (-3db) i teraz działa już stabilnie. Wyniki pomiarów mogłyby być nieco lepsze, gdyby nie warunki w mojej pracowni (zakłócenia) - wzmacniacz nie posiada obudowy, a wokół pracowało mnóstwo rozmaitych sprzętów elektronicznych, oraz dwa potężne transformatory (separujący i autotransformator) o mocy 2,2 kW, zamontowane na ścianie pod blatem stołu na którym testowałem urządzenie (zasilają instalację elektryczną warsztatu). Widać to doskonale na na wykresach (zakłócenia 50 Hz i harmoniczne).
Teraz będę chciał sprawdzić jak zmienią się parametry wzmacniacza po zastąpieniu źródeł prądowych rezystorami (w jednym kanale). Sprawdzę też co stanie się po odłączeniu sprzężeń typu Bootstrap i zmianie niektórych audiofilskich elementów na "zwyczajne" . Ciekawi mnie czy zmiany dadzą się usłyszeć, czy tylko zmierzyć.

Czy IRF 530 w tym zastosowaniu będzie za wolny ? (wartość Cgs 670pF)

Michał, jutro postaram się opisać popularne tranzystorowe źródła prądowe, sposób ich liczenia i dobierania elementów. Są to zagadnienia bardzo proste, ale ich omówienie wymaga pokazania kilku przykładowych rozwiązań i opisania różnic między nimi, a dzisiaj nie czuję się już na siłach tego robić .

Pozdrawiam,
Romek

[ludo]

Romku, kiedy Ty masz zamiar upraszczac swoj uklad ja mam zamiar komplikowac moj.
Wiaze sie to z odsluchami i pewna natarczywoscia (czy jak to nazwac) dzwieku.
Widac tez z pomiaru znieksztalcen, ze wyzsze harmoniczne nie opadaja tak szybko jak u Ciebie i to moze byc wlasnie oznaka tej slyszalnej "natarczywosci".
Uklad bedzie modyfikowany w dwoch fazach.
Najpierw zamienie zrodla pradowe w anodach lamp na zrodla z kaskodami. Zrodla na jfetach przy niskim Vds (w moim przypadku ok 3V) nie maja specjalnie wysokiej rezystancji; kaskody ja zwieksza co z kolei zmniejszy "obciazenie" lamp (Fig.1).
Nastepnie mam zamiar wymienic MOSFETa w sprzezeniu zwrotnym na tranzystor bipolarny (Fig.2).
Ponizsze uproszczone schematy przedstawiaja kolejne zmiany ukladu:

[ludo]

Pierwsza zmiana ukladu (Fig.1 z poprzedniego postu) spowodowala zmniejszenie sie szorstkosci/natarczywosci dzwieku.
Spadly tez znieksztalcenia a przede wszystkim harmoniczne wyzszego rzedu.
Ponizej pomiary znieksztalcen:

[Romekd]

Witam.

zmiana ukladu (Fig.1 z poprzedniego postu) spowodowala zmniejszenie sie szorstkosci/natarczywosci dzwieku.
Spadly tez znieksztalcenia a przede wszystkim harmoniczne wyzszego rzedu.
Ponizej pomiary znieksztalcen:

Poprawa parametrów jest faktycznie spora. Dziwi mnie natomiast, że przy tak małym całkowitym poziomie zniekształceń nieliniowych (0,025%), który występował w pierwszej wersji Twojego układu, brzmienie było wyraźnie "szorstkie" i "natarczywe". Widać, że albo harmoniczne wyższego rzędu mają dużo większy wpływ na brzmienie, niż te o niższych częstotliwościach, albo wzmacniacz wprowadzał jeszcze inny typ niekształceń (może TIM?; duża pojemność wejściowa tranzystora w drugim stopniu w połączeniu z dużą rezystancją wyjściową pierwszego stopnia na lampie, mogąca pogarszać szybkość narastania sygnału). Jakie jest pasmo przenoszenia wzmacniacza i szybkość narastania sygnału ?

Sprawdziłem dzisiaj czy dam radę usłyszeć różnicę w brzmieniu muzyki przy przełączaniu słuchawek (Sennheiser HD 590) z wyjścia wzmacniacza hybrydowego na na wyjście słuchawkowe w odtwarzaczu CD (dla tych samych poziomów sygnałów, ustawionych na przyrządach). Nie wychwyciłem jednak najmniejszej różnicy .
Dzisiaj niestety nie dałem rady sprawdzić jak wpłynie na działanie wzmacniacza hybrydowego zastąpienie źródeł prądowych rezystorami, ale powrócę do eksperymentów jak tylko znajdę wolną chwilę.

Miałbym pytanie odnośnie zastosowania źródeł prądowych, konkretniej dobór wartości elementów w zależności od układu i pożądanego prądu, w sieci nie znalazłem zbyt wiele informacji na ten temat..

Chcę zbudować źródło na ok.200mA

Dostałem kilkanaście maili i prywatnych wiadomości z pytaniami dotyczącymi zasady działania mojego układu i obiecałem napisać odpowiedź w tym wątku. Spróbuję na nie odpowiedzieć. Przepraszam, jeśli z powodu późnej pory coś zagmatwam.

Michał, przy niskich prądach i napięciach można z powodzeniem stosować najprostsze źródła prądowe z diodą LED i jednym tranzystorem bipolarnym. Jeżeli użyjesz w nich popularnych małych tranzystorów o dużym wzmocnieniu, np. BC550C, to w obliczeniach prąd bazy możesz w ogóle pominąć (przyjmując, że prądy emitera i kolektora są jednakowe), oraz założyć, że spadek napięcia złącza baza-emiter w temperaturze 25'C wynosi 0,6V. Większość obecnie produkowanych czerwonych diod LED wykazuje spadek napięcia w okolicach 1,8 V, więc spadek napięcia na rezystorze emiterowym wyniesie ok 1,2 V i to on wyznaczy prąd źródła (1,2 V /RE). Takie "statyczne" źródła prądowe mają jednak pewne wady. Pierwsza z nich polega na tym, że wartość napięcia baza-emiter (a więc i napięcie na rezystorze emiterowym) zależy od temperatury tranzystora. Napięcie to obniża się o ok. 2,1..2,3 mV na każdy jeden stopień wzrostu temperatury. Jeżeli w układzie użyjesz tranzystor Darlingtona, to zmiana ta będzie dwukrotnie wyższa, wiec w miarę nagrzewania się tranzystora (prze większej mocy traconej tranzystor na pewno będzie się silniej nagrzewał) prąd w obwodzie będzie wzrastał aż do momentu ustalenia się końcowej temperatury tranzystora, zależnej od warunków chłodzenia. W większości układów w niczym to jednak nie przeszkadza, gdyż liczy się w nich przede wszystkim duża oporność źródła prądowego dla sygnałów niskiej częstotliwości. Drugą wadą najprostszych źródeł prądowych jest to, że napięcie baza-emiter, na skutek zjawiska modulacji szerokości bazy (efekt Early'ego), zależy również od napięcia występującego między emiterem i kolektorem. Gdy napięcie Uce rośnie, to spadek napięcia między bazą i emiterem maleje, co powoduje, że proste źródło prądowe ma w rzeczywistości mniejszą rezystancję niż można by przypuszczać. Jeżeli w układzie zamiast diody LED, zastosuje się drugi tranzystor, który będzie kontrolował napięcie na rezystorze emiterowym pierwszego tranzystora, to wymienione przeze mnie wady zostaną w dużym stopniu zredukowane - dodatkowy tranzystor będzie się mniej nagrzewał, gdyż prąd przez niego płynący będzie miał dużo mniejszą wartość w stosunku do prądu płynącego przez pierwszy tranzystor (temperaturowe zmiany napięcia baza-emiter będą mniejsze), natomiast źródło prądowe będzie pracować w sposób dynamiczny, przez co efekt Early'ego, występujący w pierwszym tranzystorze, będzie w dużym stopniu redukowany przez działanie drugiego.
Innym sposobem poprawienie parametrów źródła prądowego jest zastosowanie tranzystorów w połączeniu kaskodowym. Eliminuje ono efekt Early'ego, gdyż tranzystor stabilizujący prąd pracuje przy stałym (stabilizowanym) napięciu emiter - kolektor. Napięcie to można zmniejszyć do małej wartości, dzięki czemu tranzystor nie będzie się nagrzewał, utrzymując w ten sposób stałe parametry.

W układach lampowych dość ważnym parametrem źródła prądowego jest jego pojemność. Większa powoduje spadek impedancji źródła prądowego dla wyższych częstotliwości pasma akustycznego, co może niekorzystnie wpływać na pasmo przenoszenia wzmacniacza. Dlatego w stopniach zbudowanych na lampach o dużej oporności wewnętrznej dobrze jest zastosować w źródle prądowym wysokonapięciowe tranzystory o małych pojemnościach. Mają one jednak niskie wzmocnienie prądowe (najczęściej 20...50), które jak we wszystkich tranzystorach zależy w dużym stopniu od temperatury. Ponieważ prąd emitera jest stabilizowany, a prąd bazy wchodzi w skład prądu emitera, należy dążyć do zmniejszenia prądu bazy. Dlatego w swoim wzmacniaczu użyłem dwóch wysokonapięciowych tranzystorów w.cz. (Q3 i Q4) w połączeniu Darlingtona. Z głównym tranzystorem ustalającym wartość prądu (Q2) tworzą one połączenie kaskodowe. Bazę tranzystora stabilizującego prąd spolaryzowałem stabilnym napięciem otrzymanym z precyzyjnego źródła napięcia odniesienie LT1029ACZ (US1; współczynnik temperaturowy napięcia 8 ppm), podniesionym o spadek napięcia na złączu baza-emiter tranzystora Q1, pracującym jako dioda kompensująca zmiany temperaturowe tranzystora Q2. Napięcie na bazie pierwszego tranzystora w parze Darlingtona stabilizują szeregowo połączone: źrdło napięcia odniesienia US1, złącze diodowe tranzystora Q1, oraz trzy diody świecące LED, sygnalizujące świeceniem właściwą wartość prądu płynącego przez źródło prądowe (gdy prąd nie płynie, diody gasną). Rezystor R5 wraz z kondensatorem C2 tworzy filtr eliminujący zakłócenia i polaryzuje elementy odpowiadające za stabilizację napięć potrzebnych w układzie. Rezystor R2 wraz z kondensatorem C3 tłumi szumy i zakłócenia, oraz odpowiada za "miękki start" źródła prądowego (prąd narasta od zera do pożądanej wartości; czas narastania można zmieniać przez odpowiedni dobór pojemności C3). Dla poprawienia przejrzystości schematu narysowałem go odwrotnie, jako źródło pochłaniające prąd do masy.

Michał, moim zdaniem w swoim wzmacniaczu powinieneś wykonać źródło prądowe na dwóch tranzystorach. Spróbuj poeksperymentować z jakimś mniejszym i szybszym Darlingtonem (lub tranzystorem MOSFET) w połączeniu z BC550C. Przyjmij, że napięcie na rezystorze emiterowym wyniesie ok. 0,6V i dla tej wartości wylicz wartość rezystancji dla konkretnej wartości prądu.

Pozdrawiam,
Romek

[ludo]

Widać, że albo harmoniczne wyższego rzędu mają dużo większy wpływ na brzmienie, niż te o niższych częstotliwościach

Tak wlasnie niestety jest. Kiedys opisano eksperyment gdzie do czestotliwosci podstawowej 1kHz dodawano coraz to wyzsze wielokrotnosic tegoz sygnalu i sluchacz probowal wylapywac na jakim poziomie te dodane wielokrotnosci byly slyszalne. Okazalo sie, ze im wyzsze wielokrotnosci tym nizszy ich poziom wystarczal dla wykrywalnosci. Nie pamietam dokladnie cyfr wiec nie beda probowal ich przytaczac ale te roznice byly dosyc duze.

albo wzmacniacz wprowadzał jeszcze inny typ niekształceń (może TIM?; duża pojemność wejściowa tranzystora w drugim stopniu w połączeniu z dużą rezystancją wyjściową pierwszego stopnia na lampie, mogąca pogarszać szybkość narastania sygnału).

W ukladach klasy A obciazanych zrodlem pradowym szybkosc narastania sygnalu (SlewRate) zalezy od mozliwosci ladowania i rozladowywania pojemnosci nastepnego stopnia. Rezystancja wyjsciowa ukladu nie ma wiekszego znaczenia - wazny jest jedynie prad(/pojemnosc). Potwierdzaja to tez pomiary - zwiekszenie rezystancji zrodla pradowego przy zachowaniu tego samego pradu zmniejszylo znieksztalcenia ukladu (stlumilo tez i harmoniczne wyzszego rzedu), czyli najprawdopodobniej zwiekszylo wzmocnienie pierwszego stopnia a zatem dostepny OLG (open loop gain) ukladu przed zastosowaniem sprzezenia zwrotnego.
Wydaje mi sie, ze ukladowi "brakuje" raczej wlasnie wzmocnienia.
Dlatego tez nastepnym etapem bedzie proba zwiekszenia wzmocnienia poprzez wymiane mosfeta drugiego stopnia na BJT (zwiekszenie nachylenia/transkonduktancji).

Jakie jest pasmo przenoszenia wzmacniacza i szybkość narastania sygnału ?

Nie mierzylem (zadowolilem sie jedynie tym, ze czworokat wygladal "normalnie").

Dzisiaj niestety nie dałem rady sprawdzić jak wpłynie na działanie wzmacniacza hybrydowego zastąpienie źródeł prądowych rezystorami, ale powrócę do eksperymentów jak tylko znajdę wolną chwilę.

Tak, tez jestem ciekaw jak takie zmiany wplyna na pomiary.

[ludo]

Przeprowadzilem pomiary ukladu po zamienieniu mosfeta na tranzystor bipolarny (schemat ponizej).
Za bardzo sie zapatrzylem w wieksza transkonduktancje BJT (w porownaniu z mosfetem) i na rozwiazanie sprawy kompensacji mniejszego Vbe tranzystora bipolarnego (od Vgs mosfeta).
Bezmyslnosc, czyli nie zastanowienie sie nad rezystancja wejsciowa tranzystora bipolarnego, zostala ukarana natychmiastowo. Uklad ani nie mierzy dobrze ani nie brzmi dobrze.
Zalaczam schemat i pomiary:

[ludo]

Nasuwa sie pytanie czy nie zmieniajac za bardzo topologii ukladu bedzie mozna jakos wykorzystac tranzystor bipolarny (i jego wieksza transkonduktacje) jako drugi stopnien wzmacniajacy.
Sprobuje odizolowac niska rezystancje wejsciowa bjt poprzez wprowadzenie bufora pomiedzy anoda lampy a baza bjt.
Uklad bedzie wygladal w nastepujacy sposob:

[ATM]

Ludo
No właśnie, widzę,że zmieniłeś opisy dla dolnego wykresu ,odnośnie Vout.
Temat niezmiernie ciekawy, tym bardziej, że poparty solidnymi pomiarami.

Jedyne co mi nie pasuje w RMAA,że nie mierzy całkowitego pasma przenoszenia, tylko odchyłki.
Jeśli możesz pomierzyć S/R wzmacniacza, dla 1 KHz? I calkowite pasmo przenoszenia? Byłoby ciekawe.
Gdyby tak jeszcze pomiar TIM , .... Tylko jaką metodą? Może trzeba coś nowego wymyślić
Pozdrawiam.

[ludo]

No właśnie, widzę,że zmieniłeś opisy dla dolnego wykresu ,odnośnie Vout.

Ostatni pomiar thd dotyczy sygnalu o amplitudzie 1Vrms. Zmienilem komentarz obrazka na poprawny.

Temat niezmiernie ciekawy, tym bardziej, że poparty solidnymi pomiarami.

Jedyne co mi nie pasuje w RMAA,że nie mierzy całkowitego pasma przenoszenia, tylko odchyłki.

RMAA rysuje tez graf pasma przenoszenia ale w zwiazku z tym, ze pomiary ukladu nie roznia sie od pomiaru samej karty dzwiekowej nie zamieszczam ich w watku.

Jeśli możesz pomierzyć S/R wzmacniacza, dla 1 KHz?

Postaram sie kiedys taki pomiar wykonac.

Gdyby tak jeszcze pomiar TIM , .... Tylko jaką metodą? Może trzeba coś nowego wymyślić

Nie wiem niestety jak sie przeprowadza test TIM-u. Widzialem, ze w kontekscie znieksztalcen TIM mowi sie o testach IMD gdzie standardowe czestotliwosci (50Hz + 17kHz) wymienia sie na 19kHz + 20kHz. Taki pomiar w dalszym ciagu powinien byc mozliwy do przeprowadzenia karta muzyczna.

[MariuszElektronik]

Witam ! Romekd Czy jest możliwość udostępnienia dokumentacji do tego układu ?

http://www.alek.trioda.com/forum/downlo ... &mode=view