Wzmacniacz ze stopniami CFP

[Nieliniowy]

Czesc,
Jestem nowy na forum. Chcialem sie podzielic schematem czegos takiego..
Wzmacniacz udal sie uruchomic z malymi poprawkami w stosunku do symulacji LTSpice.
Wszystkie stopnie sa parami CFP.
Dolna para w koncowce troche dzwonila na 4~MHz ale sie uspokoilo po zamianie R37/z 2.2 na 10ohm.
100% stabilnosc osiagnieta po korekcie paru innych elementow. Korekcje sa na schemacie. C6 ostatecznie ma 147p (100 + 47)
Gra juz z pol roku i jeszcze sie nic nie spalilo

[Krzysztof_M]

Witaj na forum
Ładna i czysta konstrukcja. Czy udało Ci się przeprowadzić jakieś dodatkowe pomiary tego wzmacniacza?
Czy głośniki, które zasila ten wzmacniacz, to trudne obciążenie? Ciekawi mnie czy sobie z nimi dobrze radzi?
Pół roku to już sporo, jakieś plany na obudowę?

[Einherjer]

Ładnie zrobiony wzmacniacz. Kiedyś też miałem fazę na pary Sziklaiego (to powszechniejsze u nas określenie niż CFP pochodzące z angielskiego Complementary Feedback Pair), ale po jakimś czasie mi przeszło. Nadal cenię sobie to rozwiązanie, ale wszystko ma swoje miejsce. Czasem więc stosuję pary Sziklaiego w stopniach wejściowych, bardzo często też we wtórnikach, ale tych pracujących w klasie A, gdzie nie pojawiają się problemy z wyłączaniem drugiego, "podległego" tranzystora. Jedno mi się nie podoba --- pomimo korekcji milerowskiej, wyglądającej na ciężką jak but czerwonoarmisty (Jakie są napięcia zasilania? Jaki jest prąd spoczynkowy tranzystorów wejściowych?) to w układzie są jeszcze dwa obwody korekcji częstotliwościowej, nie wspominając o kondensatorach przy tranzystorach sterujących. Jestem ciekawy jakie SR ma ten wzmacniacz i jak wypadają zniekształcenia dla wyższych częstotliwości. Może się okazać, że po usunięciu połowy elementów ten wzmacniacz miałyby lepsze parametry.

[Nieliniowy]

Dziekuje,

Wzmacniacz napedza kolumny B.I.C. Venturi DV64, 8ohm 120W. Mierzona impedancja DC to 6ohm.
Zasilanie to +/-37V. Zasilacz klasyczny: Toroid 120V 2x~24V 160W + mostek + 4x8200uF ( 2x16,400uF +/-)
U mnie z gniazdka wychodzi 120V 60Hz..
Pasmo przenoszenia jest chyba ok: +/- 1db 5hz - 30kHz, mierzone na obciazeniu rezystorem 8ohm.
Prad spoczynkowy ustawiony na 60mA
Zaginal gdzies wykres, ale mam notatki z pierwszego pomiaru.
Wzmacieacz nie doczekal sie jeszcze prawdziwej obudowy.
Postaram sie zrobic troche wykresow z oscyloskopu..

Ciekawi mnie wasza opinia o topologi schematu. Chyba przesadzilem z aktywnym obciazeniem stopnia napieciowego
Zalkiem twardo utrzymuje 6mA nawet przy pelnym wysterowaniu.

[Einherjer]

Topologia wzmacniacza jest typowa, tylko rozwiązanie poszczególnych elementów jest oryginalne Sprawdzałeś w LTSpice jak wypadają zniekształcenia układu z tym rozbudowanym lustrem prądowym w porównaniu z prostym źródłem na dwóch tranzystorach?

[Nieliniowy]

Chętnie bym pomierzył zniekształcenia w symulacji, ale muszę trochę pogrzebać po internecie żeby się nauczyć obsługiwać LTSpice lepiej.
Próbowałem mierzyć "w naturze" : karta dźwiękowa + sztuczne obciążenie ale pomiary nie za bardzo wyszły z powodu zakłóceń z komputera/sieci. Używałem Desktopa, przydał by się laptop + zewnętrzna karta żeby się od ziemi galwanicznie odizolować.

Płytka ma trochę za gęsto rezystory mocy, da się na wcisk zmontować ale przydała by się poprawka jak by ktoś chciał sobie płytkę zamówić. Płytka jest dwustronna, górna storna to w większości ekran na potencjale 0 V.

Prawdopodobnie dało by się wycisnąć z tego wzmacniacza więcej wysokich częstotliwości, gdyby to trochę poprawić.
Mnie najbardziej kusi żeby wywalić kompensacje w wzmacniaczu różnicowym.
Drivery maja Ft 50 MHz, końcowe 30 MHz, reszta 160 MHz.

[Nieliniowy]

Ach i jeszcze frequency sweep z symulacji. Raczej pokrywa się z rzeczywistością.

[Tomek Janiszewski]

Ach i jeszcze frequency sweep z symulacji. Raczej pokrywa się z rzeczywistością.

To w końcu gdzie jest włączony emiter tranzystora pnp w napięciowym stopniu sterującym? Bezpośrednio do + zasilania (Q12 na schemacie w pierwszym poście) czy tak jak w poście ostatnim emiter Q1 wraz z kolektorem Q2 przez rezystor R1? To pierwsze nie 3ma się qpy (wątpliwa jest wówczas rola R20), drugie natomiast jest w pełni logiczne. Czy szeregowo z wyjściem wzmacniacza włączony jest bezpiecznik topikowy, jak na pierwszym schemacie? Stanowi on znaczące źródło zniekształceń nieliniowych, szczególnie na granicy zadziałania. Już lepiej było włączyć go między + (i - ) zasilania a rezystorami w bazach i emiterach tranzystorów końcowych.

[Einherjer]

Chętnie bym pomierzył zniekształcenia w symulacji, ale muszę trochę pogrzebać po internecie żeby się nauczyć obsługiwać LTSpice lepiej.

Tutaj mogę pomóc. Poniżej masz przykład jak ustawić wszystko pod pomiar zniekształceń.

Istotne rzeczy zaznaczyłem czerwonymi obwódkami. I tak:

• Węzłowi wyjściowemu nadajesz etykietę (F4), tutaj po prostu "out".
• Dyrektywą (klawisz s)

  Kod: Zaznacz cały

  .param freq=1k period={1/freq} ncycles=8

  definiujesz częstotliwość sygnału wejściowego jako parametr "freq", wyliczasz okres i ustawiasz ile chcesz pełnych okresów przesymulować. To ostatnie jest ważne, bo żeby uzyskać dokładny wynik FFT, powinno się unikać niepełnych okresów sinusoidy. Zwróć uwagę, że częstotliwość źródła sygnału też jest ustawiona na "{freq}".
• Dyrektywa

  Kod: Zaznacz cały

  .option plotwinsize=0

  o ile pamiętam wyłącza kompresję wyników symulacji, żeby zapobiec utracie dokładności.
• Dyrektywa

  Kod: Zaznacz cały

  .tran 0 {(ncycles)*period} {(ncycles/2)*period} {period/1e4}

  mówi, żeby wykonać symulację w dziedzinie czasu, czas symulacji ma być równy zdefiniowanej wcześnie liczbie okresów sygnału wejściowego, ale pierwsza połowa okresów zostanie pominięta (żeby uniknąć stanów przejściowych), maksymalny krok symulacji ma wynosić jedną dziesięciotysięczną okresu.
• No i teraz wisienka na torcie, czyli dyrektywa

  Kod: Zaznacz cały

  .four {freq} V(out)

  , która mówi, żeby wykonać FFT i obliczyć THD napięcia "V(out)" dla częstotliwości "{freq}".

Uruchamiasz symulację i... pozornie nie dzieje się nic więcej niż zwykle. Żeby się dostać do wyniku naszego pomiaru THD, trzeba się dostać do "SPICE Error Log", najprościej Ctrl+L. Przewijamy niżej, aż napotkamy takie coś:

Jakbyś chciał dokładnie wyliczać wartości naprawdę małych zniekształceń, rzędu pojedynczych milionowych, to potrzeba by jeszcze kilka magicznych dyrektyw, ale zwykle nie ma takiej potrzeby Należałoby jeszcze dodać, że powyższy przepis został przeze mnie zaczerpnięty z książki B. Cordella.

PS Tak sobie myślę, że na naszym forum też przydałby się "przyklejony" temat dotyczący LTSpice'a, może przy okazji świąteczno-noworocznych dni wolnych uda mi się coś napisać.

[Nieliniowy]

Ach i jeszcze frequency sweep z symulacji. Raczej pokrywa się z rzeczywistością.

To w końcu gdzie jest włączony emiter tranzystora pnp w napięciowym stopniu sterującym? Bezpośrednio do + zasilania (Q12 na schemacie w pierwszym poście) czy tak jak w poście ostatnim emiter Q1 wraz z kolektorem Q2 przez rezystor R1? To pierwsze nie 3ma się qpy (wątpliwa jest wówczas rola R20), drugie natomiast jest w pełni logiczne. Czy szeregowo z wyjściem wzmacniacza włączony jest bezpiecznik topikowy, jak na pierwszym schemacie? Stanowi on znaczące źródło zniekształceń nieliniowych, szczególnie na granicy zadziałania. Już lepiej było włączyć go między + (i - ) zasilania a rezystorami w bazach i emiterach tranzystorów końcowych.

Niestety pierwszy schemat to z KiCad, czyli wersja ostateczna plytki. Jak najbardziej to jest blad w przerysowywaniu schematu z symulacji. Emiter Q1 powinien byc bezposrednio do kolektora Q2. Automatyczny export nie zabardzo chcial zadzialac. Sa 3 bezpieczniki, w tym jeden na wyjsciu. Troche balem sie o glosniki. Kilka prototypow odlecialo w kosmos.. Ale tutaj symetria wyszla dobra, napiecie stale nie przekracza +/-1mV i nie wykazuje dryftu temperaturowego.

Dziekuje za przyklad jak ustawic symulacje do pomiarow. Sprawdze na pierwszy ogien co ta pomylka wnosi do ukladu.

[Nieliniowy]

Do symulacji, dodałem dyrektywę ".options numdgt=8" co powoduje użycie 64 bitowej precyzji, reszta jak wyżej.
Oryginalna wersja w symulacji wykazała zaskakująco male zniekształcenia :

Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 1.000e+03 2.337e+01 1.000e+00 -0.56° 0.00°
2 2.000e+03 7.351e-04 3.146e-05 153.10° 153.65°
3 3.000e+03 1.701e-04 7.278e-06 76.51° 77.07°
4 4.000e+03 4.786e-05 2.048e-06 -10.47° -9.91°
5 5.000e+03 6.212e-05 2.658e-06 -89.24° -88.68°
6 6.000e+03 6.781e-06 2.902e-07 -170.57° -170.02°
7 7.000e+03 1.805e-05 7.725e-07 -62.60° -62.04°
8 8.000e+03 2.242e-06 9.594e-08 -67.62° -67.06°
9 9.000e+03 1.344e-05 5.750e-07 12.95° 13.51°
Total Harmonic Distortion: 0.003248%(0.003902%)

Wersja poprawiona, emiter Q1 połączony z kolektorem Q2, jest trochę gorsza :

C1 (Cdom) = 147p R7 = 2.2k, , R10/R11 = 150
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 1.000e+03 2.337e+01 1.000e+00 -0.56° 0.00°
2 2.000e+03 7.348e-04 3.144e-05 153.31° 153.87°
3 3.000e+03 1.817e-04 7.777e-06 75.65° 76.21°
4 4.000e+03 5.237e-05 2.241e-06 -10.79° -10.23°
5 5.000e+03 7.419e-05 3.175e-06 -91.07° -90.51°
6 6.000e+03 5.859e-06 2.507e-07 -168.09° -167.53°
7 7.000e+03 2.833e-05 1.212e-06 -76.53° -75.97°
8 8.000e+03 2.663e-06 1.139e-07 -50.69° -50.13°
9 9.000e+03 1.439e-05 6.159e-07 -35.40° -34.84°
Total Harmonic Distortion: 0.003265%(0.003994%)

Poprawiłem zmontowany prototyp i okazało się ze jest problem z wartością R7. Stopień napięciowy nie wyrabia z rozładowaniem bazy Q2. Bardzo niesymetryczny czas opadania względem narastania. Zmiana R7 z 2.2k na 390ohm poprawiła sytuacje.
W symulacji wygląda to jeszcze gorzej , ale na oscyloskopie poprawiła się bardzo częstotliwość graniczna wzmacniacza (nawet z C1 = 147p)

C1 (Cdom) = 100p R7 = 390, R10/R11 = 150
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 1.000e+03 2.336e+01 1.000e+00 -0.43° 0.00°
2 2.000e+03 1.474e-03 6.309e-05 113.85° 114.28°
3 3.000e+03 2.156e-04 9.230e-06 51.15° 51.58°
4 4.000e+03 5.227e-05 2.238e-06 -19.91° -19.48°
5 5.000e+03 5.912e-05 2.531e-06 -96.01° -95.58°
6 6.000e+03 7.196e-06 3.081e-07 -174.15° -173.72°
7 7.000e+03 2.063e-05 8.834e-07 -84.90° -84.47°
8 8.000e+03 1.437e-06 6.151e-08 -73.88° -73.45°
9 9.000e+03 9.823e-06 4.205e-07 -53.22° -52.79°
Total Harmonic Distortion: 0.006386%(0.006614%)
Prototyp na żywo jest teraz w tej konfiguracji, i na żywo to brzmi znacznie lepiej mimo tego co twierdzi symulator. Na słuch to mniejsze zniekształcenia wysokich tonów. Przy okazji sprawdziłem ze słyszę do ok 17.5kHz, wyżej nic.

W symulatorze to jeszcze trochę dopieściłem. Załączniki to własnie ta wersja 5.5:

C1 (Cdom) = 100p, R7 = 470, R10/R11 = 50, Dodane D1/D2 <- Clipping jest teraz symetryczny, dolna polowa nie wchodzi w odcięcie.
Z poprzedniej symulacji, jak i na żywo, jest problem z "zacinaniem" się dolnej polowy przy ostrym przesterowaniu.
Obniżone pare innych kondensatorów kompensacyjnych (C11 = 47p, C14/C8/C9 = 2.2p), ale to nie miało dużego wpływu. Zastowie miejsca na nowej płytce, nie wiadomo ja będzie ze stabilnością przy uruchamianiu.
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 1.000e+03 2.337e+01 1.000e+00 -0.24° 0.00°
2 2.000e+03 1.510e-04 6.463e-06 110.26° 110.50°
3 3.000e+03 1.051e-04 4.500e-06 47.98° 48.22°
4 4.000e+03 1.096e-05 4.689e-07 3.99° 4.23°
5 5.000e+03 3.192e-05 1.366e-06 -137.01° -136.77°
6 6.000e+03 3.677e-06 1.574e-07 -124.37° -124.12°
7 7.000e+03 1.649e-05 7.055e-07 -155.79° -155.55°
8 8.000e+03 1.911e-06 8.179e-08 -81.71° -81.47°
9 9.000e+03 1.039e-05 4.445e-07 -168.16° -167.91°
Total Harmonic Distortion: 0.000805%(0.001030%)
Postaram się to zmontować i odsłuchać. Musze tez połączyć Oscyloskop z komputerem żeby były jakieś sensowne wykresy nie same dane z symulacji.

[Nieliniowy]

Mam jeszcze mały wykres. Zależność miedzy R7 i THD w symulacji.

[Ukaniu]

Jakie jest wzmocnienie napięciowe tego wzmacniacza z otwartą pętlą? Mierzone na układzie, nie symulowane, ze sztucznym obciążeniem oczywiście.
Ktoś miał niezły odjazd jeśli chodzi o źródła prądowe. Im układ ciekawiej wygląda tym łatwiej się wzbudza. Jak z tą dźwignią w tym wypadku trzeba by powiedzieć dajcie cewkę i kondensator na wyjście a poruszy się z posad ziemię

[Nieliniowy]

Niestety nie da się zmierzyć z otwarta pętlą USZ. Z pętlą wzmocnienie napięciowe to około 28.

Przetestowałem wersje prawie taką jak na schemacie, ale bez diod D1/D2 <- nie trzeba, przesterowuje się symetrycznie bez i nich
Kondensatory C14/C9/C8 = 33pF
Kondensator C11 = 100 pF <- 47pF był za mały i nie za mało tłumiło lekkie dzwonienie na >1MHz

Czas narastania impulsu 2us 0..5V czyli 0kolo 2.5V/1us

[Nieliniowy]

I jeszcze narastanie impulsu (poprawiłem rotacje zdjęcia)