Olles gainclone (chipbaserad audioförstärkare)

[evert2]

Olle: Det där blidde ju snyggt. Grattis. Hur stor är förstärkaren?

[blueint]

Hur ordnar du volymkontrollen ..?

Fundering.. kanske man skulle kunna variera matningsspänningen för att kunna styra volymen?

Ändrar man styrkan på insignalen får väl kretsen bränna bort resten?

[mr.olle.norell]

Evert: 34cm bred, 20cm djup, och 14cm hög. Lite stor för att bara vara en gainclone, men det blev ju kylflänsarna som bestämde måtten...

Blueint: Att variera matningspänningen för att styra volymen är ingen bra idé.
Det är ju dessutom relativt svårt att genomföra. Förlustfaktorn skulle bli hög!

Vad är det för fel på en vanlig potentiometer?

Ändrar man styrkan på insignalen får väl kretsen bränna bort resten?

Förstärkaren jobbar i klass AB så här bränns inte bort en massa effekt i onödan!
Jag skulle tippa på att verkningsgraden ligger på 50-70%! Verkningsgraden är förstås inte konstant!

Du tänker på Klass A-förstärkare? De drar full effekt kontinuerligt, så är insignalen tyst så får man 100% värme!
Fullt utstyrd så bränner högtalaren upp stor del av effekten, men förlusterna är fortfarande höga!

[mr.olle.norell]

Just det! Hur ordnar jag volymkontrollen?
Jag tyckte att det blev fult med en volymratt på fronten, så jag bygger bara ett passivt försteg.
Ingång -> Dämpning -> utgång!

Dämpningen består av en vanlig stereo-potentiometer. Ett sådant försteg har alltså ingen gain, utan kan bara max ge full insignal!

De flesta som bygger gainclone bygger in poten i lådan och får en förstärkare med volymkontroll!

[rectumfrier]

Du kanske kan sätta poten på baksidan.. va vet jag Visst, det blir ju lite omständigare att justera volymen men du behåller fronten i sitt underbara skick!

Vilket schema har du jobbat efter? Och hur ser nätdelen ut? Kanske är med i schemat dock...

[kimmen]

Evert: 34cm bred, 20cm djup, och 14cm hög. Lite stor för att bara vara en gainclone, men det blev ju kylflänsarna som bestämde måtten...

Blueint: Att variera matningspänningen för att styra volymen är ingen bra idé.
Det är ju dessutom relativt svårt att genomföra. Förlustfaktorn skulle bli hög!

Vad är det för fel på en vanlig potentiometer?

Ändrar man styrkan på insignalen får väl kretsen bränna bort resten?

Förstärkaren jobbar i klass AB så här bränns inte bort en massa effekt i onödan!
Jag skulle tippa på att verkningsgraden ligger på 50-70%! Verkningsgraden är förstås inte konstant!

Du tänker på Klass A-förstärkare? De drar full effekt kontinuerligt, så är insignalen tyst så får man 100% värme!
Fullt utstyrd så bränner högtalaren upp stor del av effekten, men förlusterna är fortfarande höga!

De totala förlusterna skulle ju bli samma om man använder en linjär regulator som sänker matningspänningen när man skruvar ner volymen, men med en switchad skulle det ju teoretiskt gå att få lite bättre verkningsgrad vid låga uppspelningsnivåer - men då det inte är så standardiserat med utnivåer från olika prylar så måste man ju fråga sig hur mycket man kan sänka vid en viss volyminställning... Känns som en bättre idé att bygga klass D om man nu verkligen är ute efter maximal verkningsgrad då en klass AB-förstärkare med musik driven till klippning har kanske 10-30% verkningsgrad ungefär beroende på hur komprimerat materialet är. (pga att verkningsgraden är proportionell mot utspänningsnivån och att musiken har låg medeleffekt men hög toppeffekt)

Så det lönar sig inte direkt med den extra komplexiteten eftersom man knappast skull komma över 30% eller nåt sånt ens under riktigt gynsamma förutsättningar.

[mr.olle.norell]

Jag hänger inte riktigt med!

Det här är ett applikationsexempel ifrån national:


En potentiometer dämpar insignalen till lagom lyssningsnivå.
Så byggde man nästan alla integrerade förstärkare tills nyligen då det börjar kommer mer och mer "digitala" volymkontroller.
Funktionen blir den samma även där!

Jag känner inte till någon förstärkare som varierar matningsspänningen efter önskad volym!
En väldigt komplex lösning på ett enkelt problem!

Skulle den nätdelen hinna med att höja matningsspänningen t.ex. vid en transient i musiken?
Säg ett hårt trumslag!

En typisk klass AB förstärkare har en verkningsgrad på 70% när den går fullt utstyrd!
Menar du att verkningsgraden är långt lägre om den inte går fullt utstyrd?

[mr.olle.norell]

Jag håller med om att klass D förstärkare är högeffektiva! Det finns flera konstruktioner med verkningsgrad på 90%!

Nu är inte verkningsgraden första prioritet för mig! Det viktigaste är att den låter bra!

Klass D har sina problem! Dagens klassD-förstärkare låter inte så bra i diskanten då man kommer för nära switchningsfrekvensen!

För en basmodul så skulle jag dock gärna kunna tänka mig klass D!

Åter till ämnet: Finns det klass AB-förstäkare som varierar matningsspänning efter uteffekt?

[kimmen]

Det är mycket vanligt i kraftfulla förstärkare (>500W eller så), finns några olika sätt att göra det på:

Det vanligaste är att man har fyra i stället för två utspänningar från nätdelen, exempelvis +-60V och +-120V. I vanliga fall går sluttransistorerna på +-60V men om spänningen närmar sig +-60V börjar andra transistorer att höja spänningen, här finns ett förenklat schema:
http://www.signaltransfer.freeuk.com/classg.htm

Bilder på hur det kan se ut (Crest CA9, den har dock råkat ut för en olycka men jag fick det nya kortet för någon dag sedan så ska laga den snart):
http://www.diyaudio.com/forums/showthre ... id=1650140

Det finns lite variationer också, man kan exempelvis ha 3 i stället för 2 spänningsnivåer för att få ännu bättre verkningsgrad men det blir ju mer komplexitet förstås. En annan variant som är populär är att i stället för att matningsspänningen följer några volt ovanför så slås de snabbt om mellan den höga och låga vid ett visst tröskelvärde - tar mindre plats och är billigare, fast troligtvis inte lika bra.

Verkningsgraden för såna lösningar kan vara uppåt 60% för musik vid klippnivå - typ dubbla verkningsgraden man får från en klass-AB-förstärkare. Brukar kallas för Rail Switching, klass G, klass H, Power envelope och massa annat...

Sen finns det switchande varianter (används av bl.a. av LabGruppen och Yamaha) som håller spänningen över transistorerna vid ~10V hela tiden. Matningsspänningen ligger på runt +-150V eller nåt sånt och kollektorspänningen följer utgången. Yamaha har en mycket smart lösning, om switchomvandlaren inte hinner med så hjälper transistorer liknande den vanliga "klass-G"-förstärkaren till. Dessa är också del av kontrollslingan för omvandlaren på ett mycket finurligt sätt.

[kimmen]

Jag skrev ihop ett litet Pythonprogram som läser in en wav-fil och simulerar uteffekt och ineffekt. Det är en del skillnad mellan olika musik märker man. Det provar både klass-G med två matningar och vanlig klass AB.

Rising to the top av blacknuss (den mittersta tiondelen av låten, gick alldeles för långsamt att gå igenom hela... förstår inte riktigt varför - men jag är van vid kompilerande språk och där hade det gått FOOOORT i jämförelse):

Kod: Markera allt

min/max  : (-32768, 32767)
Rms      : 6680

Vclip = 65 Switchat = 30 <- klipper vid 65V, klass G-varianten går över till höga matningen vid 30V
Vcc = 70.0 Vmid = 35 <- matningspänningen är 70V under last
Rl = 4.0 Vol = 1 file: blacknuss.wav <- 4 ohms last, Vol = 1 betyder att topparna läggs precis vid 65V

 Peak sine power: 528.125   <- förstärkarens uteffekt i sinus vid 65V
Avg output power: 52.601663648 <- effekt till högtalaren (!)

Avg supply power: 112.060303861 ( L: 78.8929412146 H: 33.1673626465 ) ineffekt G 
High rail time %: 5.08661762484   <- ström från höga matningen 5% av tiden (trumslag)
Avg efficiency %: 46.9404970677  <- verkningsgrad, klass G

AB sup pwr: 190.953245076 <- ineffekt klass AB
AB eff%: 27.5468812416

<- verkningsgrad

Någon radioheadlåt, ganska hårt komprimerad:

Kod: Markera allt

min/max  : (-32768, 32767)
Rms      : 11463

Vclip = 65 Switchat = 30
Vcc = 70.0 Vmid = 35
Rl = 4.0 Vol = 1 file: radiohead.wav

 Peak sine power: 528.125
Avg output power: 140.422470716

Avg supply power: 242.513764242 ( L: 90.7017980642 H: 151.811966178 )
High rail time %: 21.1873192915
Avg efficiency %: 57.9028869372

AB sup pwr: 333.215562306
AB eff%: 42.1416304042

Det som simuleras i det här fallet är en 500W 4ohm förstärkare som spelar låtarna precis under klippning. Blacknusslåten har mycket mer dynamik än Radioheadlåten som är mycket hårdare komprimerad.

Observera att snitteffekten för Blacknusslåten är endast 50W trots att det är en 500W förstärkare som nästan är på väg att klippa! Radioheadlåten har nästan 3 gånger så hög snitteffekt för samma toppnivå som den första låten!

För Blacknusslåten så får jag verkningsgraden till 27% med klass B och 47% med klass G, ganska stor skillnad! För Radioheadlåten blir klass AB effektivare dock pga den högre medeleffekten, 42% - men förlusterna blir ju fortfarande större. Klass G-varianten blir också effektivare med högre medelnivå - nästan 60%.

För en klass B-förstärkare, om insignalen (musik eller vad som helst) är samma, är verkningsgraden proportionell mot nivån (går att räkna ut). En sänkning av nivån med 6dB halverar verkningsgraden.


Allt detta tidigare gäller för resistiva laster - med reaktiva laster sjunker verkningsgraden ännu mer. Särskilt för klass (A)B-förstärkare. Klass G-lösningar tappar inte lika mycket men fortfarande en del. De switchande i stil med LabGruppen och Yamaha ligger kanske på runt 70% både vid reaktiva laster och lägre effekter. Med klass D kan man komma upp i 90-95% även i kraftigt reaktiva laster...

Den där Blacknusslåtens siffror är nog lite mer typisk för musik i allmänhet, Radioheadlåten har ingen dynamik alls och är i princip omöjlig att lyssna på utan att bli knäpp . Men det finns ju förstärkare som ska driva t.ex. basistens högtalare - där krävs en hel del snitteffekt - typ liknande de siffrorna.

Intressant är att en 500W (A)B-förstärkare inte drar mer än 300W vid full effekt, eller för en klass G - drygt 100W matad med snäll musik/livematerial (som inte brukar vara lika hårt komprimerat) om det är en klass g-variant.

[mr.olle.norell]

Det är mycket vanligt i kraftfulla förstärkare (>500W eller så), finns några olika sätt att göra det på:

Det vanligaste är att man har fyra i stället för två utspänningar från nätdelen, exempelvis +-60V och +-120V. I vanliga fall går sluttransistorerna på +-60V men om spänningen närmar sig +-60V börjar andra transistorer att höja spänningen, här finns ett förenklat schema:
http://www.signaltransfer.freeuk.com/classg.htm

Bilder på hur det kan se ut (Crest CA9, den har dock råkat ut för en olycka men jag fick det nya kortet för någon dag sedan så ska laga den snart):
http://www.diyaudio.com/forums/showthre ... id=1650140

Det finns lite variationer också, man kan exempelvis ha 3 i stället för 2 spänningsnivåer för att få ännu bättre verkningsgrad men det blir ju mer komplexitet förstås. En annan variant som är populär är att i stället för att matningsspänningen följer några volt ovanför så slås de snabbt om mellan den höga och låga vid ett visst tröskelvärde - tar mindre plats och är billigare, fast troligtvis inte lika bra.

Verkningsgraden för såna lösningar kan vara uppåt 60% för musik vid klippnivå - typ dubbla verkningsgraden man får från en klass-AB-förstärkare. Brukar kallas för Rail Switching, klass G, klass H, Power envelope och massa annat...

Sen finns det switchande varianter (används av bl.a. av LabGruppen och Yamaha) som håller spänningen över transistorerna vid ~10V hela tiden. Matningsspänningen ligger på runt +-150V eller nåt sånt och kollektorspänningen följer utgången. Yamaha har en mycket smart lösning, om switchomvandlaren inte hinner med så hjälper transistorer liknande den vanliga "klass-G"-förstärkaren till. Dessa är också del av kontrollslingan för omvandlaren på ett mycket finurligt sätt.

Nu är jag med!

Klass G eller H eller Rail Switching känner jag till! Den berömda och omdiskuterade Nad 208:an använder sig av sådan teknik!
Även flera andra monstersteg
Den distar ej hörbart så länge man kör på första matningsrailen. När den switchar över till det den högre matningsspänningen distar den hörbart, men mycket lite har jag för mig!

Detta är mycket avancerade konstruktioner, långt över min nivå! Jag har bara skrapat på ytan!
Så jag tuffar på med mina små AB-steg

[mr.olle.norell]

Det där phytonprogrammet du skrev var tufft!

Visst är det synd att musik dynamikkomprimeras så hårt i dessa dagar!
Jag lyssnar mycket på Jazz, och som tur är så förstörs det inte lika mycket där.
Dessutom lyssnar jag mycket på äldre jazz, innan loudness war tog fart!


Att hålla på att trixa med flera matningsspänningar är nog lite överkurs för min gainclone Jag tror knappt det går eftersom att allt är inbakat i en kapsel.

ps. Klass (a)b var ett bra sätt att uttrycka det! Douglas Self skulle iallfall inte misstycka

[blueint]

Railswitching verkar lite klumpigt. Switching är nog mer följsamt, fast det ger ju störningar. Kanske finns det något ännu smidigare metod

[kimmen]

Alla metoderna kan lätt ge störningar om man inte ser upp.

Här är den sorten som lyfter steglöst ("G" och "H" är folk inte överens om, på vissa ställen är "G" och "H" tvärt om...):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ClassH.GIF

Men fortfarande, även om det ser steglöst och fint ut så kopplas strömmen snabbt om mellan de två matningarna - på den platta delen kommer allt från låga och under den böjda allt från den höga. Har man dålig layout så blir det inte bra Samma med vanliga klass B-förstärkare... Matningsströmmen innehåller mycket övertoner från övergången mellan positiv och negativ halva och passar man sig inte får man magnetisk koppling hit och dit och ökad distortion...

Att hålla på att trixa med extra matningsspänningar eller andra grejer lönar sig väl bara egentligen vid höga effekter.

[rectumfrier]

mr.olle.norell, jag är fortfarande ganska intresserad av vilket schema du jobbade efter, och hur nätdelen såg ut Jag har blivit intresserad att bygga en liknande.. med tanke på de få komponenterna, och att jag har två kylflänsar som ligger och vill bli använda