Primitiv 12W stereoförstärkare

[Spisblinkaren]

Hej!

Jag har nu på en kväll rott ihop en 12W stereoförstärkare.

Den blev mycket ful men levererar nära 12W i 4 Ohm (5V/Y+1ms/X, 2X4 Ohm).

Jag har skippat allt onödigt inklusive volymkontroll då den avses styras av min iPod och en pot blir bara jobbigt rent mekaniskt.

Bifogar roliga bilder. Schema kommer eventuellt senare.

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Så, nu har jag ritat ett litet schema på förstärkaren.

När jag checkade brytfrekvenserna hade dock ingångsfrekvensen hamnat helt galet. Måste ha räknat med 100k/100nF av misstag.

Nåväl, jag trycker dit några 10 myffare i parallell för det råkar jag ha ett par av (allt utom utgångskondingarna är förresten "från hyllan").

Jag har dock ingen speciellt bra koll på följande:

1) Vad blir det egentligen för supply-ström (Is) vid Io? Eller ställer jag frågan fel för (sinus)verkningsgraden vet jag ju är rätt hög relativt Klass A men har antagit runt 80% för Klass B. Kan det stämma eller vet nån hur man räknar ut den?

2) Bifogar en inzoomning på det klassiska Klass B-problemet kallat övergångsdistorsion. Kan någon förklara mer exakt hur detta uppstår och varför inte OP'n kan eller hinner kompensera för det?

Jag finner dessa båda frågor väldigt intressanta.

MVH/Roger
PS
RC kan bytas mot en zenerdiod (Vs/2). Dock rekommenderar jag inte det då RC-nätet ger en trevlig mjukstart.

[Spisblinkaren]

Här kommer en närbild på det uppgraderade bygget.

Man ser tydligt hur de blå keramiska 100nF-kondingarna nu är parallellade med ett par små 10uF elyter.

Jag har förresten tänkt efter vad gäller max uteffekt. För mig räcker dock uppskattningen, den "fina" kurvformen och det faktum att 4Ohm-motstånden blev varma. Men teoretiskt kan man laborera med det faktum att vi har två Vbe (1,4V) per halvperiod och det faktum att OP'n inte kan swinga rail-to-rail och säkerligen tappar minst 1,6V (för skoj skull).

Det positiva sinusiala svinget skulle då bli max 12Vp-1,4-1,6=9Vp och därmed skulle max uteffekt vara 9Vp^2/2/4=10W.

MVH/Roger

[Guldancistrus]

Cool förstärkare! Jag trodde inte att det gick att få 12watt så enkelt. Kan det vara darlingtontrissorna som gör att den inte hinner med i feedbacken? har du testat med vanliga transistorer?
Mvh /Oscar

[Spisblinkaren]

Tack!

Jag kan inte det där men är tämligen säker på att Darlington inte har med saken att göra. Tänk bara på vad förstärkaren försöker göra. Jag kopplar alltså ihop basarna och för att NPN-trissan ska leda överhuvudtaget krävs +2*Vbe (1,4V säger vi). När så signalen går negativt från >0 och ska byta till -1,4V för att PNP-trissan ska leda så blir det ju ett "digitalt" språng där på 2,8V. OP'n måste alltså hinna byta från +1,4V till -1,4V när signalen passerar nollan och däremellan kan ingen ström levereras.

Så mycket tror jag mig förstå, men vad som händer mer exakt vet jag inte.

MVH/Roger
PS
Egentligen är det lite av magi hur Vs/2 lyckas hållas överhuvudtaget.

[Guldancistrus]

Aha, just det. det blir rätt mycket jobb för op:en. Går det inte att fixa med bias på något sätt? Hur mycket påverkar övergångsdistortionen ljudet? Jag tror jag ska testa att bygga en liknande förstärkare och experimentera lite.
En sak jag saknar i ditt kopplingsschema är markeringar för korsningar eller hopp. på vissa ställen är det otydligt vad som ska kopplas ihop och inte.

[MicaelKarlsson]

2) Bifogar en inzoomning på det klassiska Klass B-problemet kallat övergångsdistorsion. Kan någon förklara mer exakt hur detta uppstår och varför inte OP'n kan eller hinner kompensera för det?

Har för mig att att lösningen kan vara ett par dioder som leder när transistorerna inte gör det.....

Edit: Så här menar jag: http://studyelectronics.blogspot.se/201 ... rtion.html

Bild lånad från länken ovan:

[Spisblinkaren]

Aha, just det. det blir rätt mycket jobb för op:en. Går det inte att fixa med bias på något sätt? Hur mycket påverkar övergångsdistortionen ljudet? Jag tror jag ska testa att bygga en liknande förstärkare och experimentera lite.
En sak jag saknar i ditt kopplingsschema är markeringar för korsningar eller hopp. på vissa ställen är det otydligt vad som ska kopplas ihop och inte.

Ledningar som går rakt över varandra har ingen förbindelse. Vid sådana tillfällen (som vid RC) har jag istället valt att förskjuta förbindelsepunkterna. Hoppas detta är tydligt nog men säg till om inte så uppdaterar jag ritningen.

Mycket roligt f.ö att du finner förstärkaren så intressant att du vill bygga en liknande. Kom bara ihåg att om du vill använda en volympot (isf 100k) så bör den inte vara större än 10k (tappar för mycket signalnivå annars). Den rödmarkerade kondingen bör dessutom vara på minst 1uF (för annars tappar du i bas) men det hoppas jag redan framgår.

MVH/Roger
PS
Man kan likt Micaels trevliga förslag ovan mycket riktigt biasera transistorerna för att minimera övergångsdistorsionen. Men det kräver som synes en hel del extra komponenter.

[Spisblinkaren]

2) Bifogar en inzoomning på det klassiska Klass B-problemet kallat övergångsdistorsion. Kan någon förklara mer exakt hur detta uppstår och varför inte OP'n kan eller hinner kompensera för det?

Har för mig att att lösningen kan vara ett par dioder som leder när transistorerna inte gör det.....

Edit: Så här menar jag: http://studyelectronics.blogspot.se/201 ... rtion.html

Bild lånad från länken ovan:

Tack för informationen. Mycket intressant!

Jag tänkte dock kontra med att det där inte är en äkta Klass B-förstärkare utan en Klass AB-förstärkare. Detta för att jag först trodde lysdioder hade använts (vilket gör 4R7-motstånden mer relevanta).

Beslutade mig dock för att klicka på den trevliga länken. Där förklarades det mycket riktigt att det var en Klass AB-förstärkare. Men iom att vanliga dioder (1N4148) används skulle jag faktiskt ändå vilja kalla den en Klass B-förstärkare då min ödmjuka uppfattning är att det är strömmen genom sluttrissorna som bestämmer klassen enligt:

1) Klass A: Ström flyter genom sluttrissorna under hela perioden
2) Klass AB: Ström flyter genom sluttrissorna under delar av perioden
3) Klass B: Ström flyter genom sluttrissorna bara under respektive halvperiod (och således inte alls när ingångssignalen är 0)

Och speciellt map de skumma 4R7 (strömbegränsande motstånd?) så flyter det ingen ström alls i ritningen när signalen är 0. Detta indikerar Klass B enligt mig. Men vadå, spelar det egentligen nån roll? Lösningen är ju galant

MVH/Roger
PS
Jag skulle nog nyttja 0,1R istället (och BDX33/34). 1A skulle då minska effektiv Vbe med 0,1V och strypa trissorna vid överström/kortslutning(?)

Tack än en gång för den trevliga länken! Jag jobbar med elektronik men känner att jag kan så lite.

Btw, basspänningsangivelserna i länken känns felaktiga.

Edit: När jag tänker efter kan jag inte ens nyttja den där kopplingen i min enkla förstärkare. Detta för att återkopplingen inte kan tas från utgången pga dioderna, väl?

[Guldancistrus]

Aha, just det. det blir rätt mycket jobb för op:en. Går det inte att fixa med bias på något sätt? Hur mycket påverkar övergångsdistortionen ljudet? Jag tror jag ska testa att bygga en liknande förstärkare och experimentera lite.
En sak jag saknar i ditt kopplingsschema är markeringar för korsningar eller hopp. på vissa ställen är det otydligt vad som ska kopplas ihop och inte.

Ledningar som går rakt över varandra har ingen förbindelse. Vid sådana tillfällen (som vid RC) har jag istället valt att förskjuta förbindelsepunkterna. Hoppas detta är tydligt nog men säg till om inte så uppdaterar jag ritningen.

Mycket roligt f.ö att du finner förstärkaren så intressant att du vill bygga en liknande. Kom bara ihåg att om du vill använda en volympot (isf 100k) så bör den inte vara större än 10k (tappar för mycket signalnivå annars). Den rödmarkerade kondingen bör dessutom vara på minst 1uF (för annars tappar du i bas) men det hoppas jag redan framgår.

MVH/Roger
PS
Man kan likt Micaels trevliga förslag ovan mycket riktigt biasera transistorerna för att minimera övergångsdistorsionen. Men det kräver som synes en hel del extra komponenter.

Aha, det är så du har gjort! Nu fattar jag. Jag testade att bygga en liten prototyp på breadborden. Jag hade inga darlingtontransistorer så jag använde TIP31 och TIP32 istället. Jag hade inte samma op amp heller så jag använde en UA741. Sedan fick jag höja feedbackresistorns värde rejält för att få tillräckligt mycket förstärkning. Den verkar funka ganska bra, men den har en irriterande distorsion som jag inte lyckas få bort. Kan det vara övergångsdistorsionen? Hörs den tydligt? Jag testade även med en annan op-amp och jag tror att det blev mindre, men den hörs fortfarande tydligt. Om det är övergångsdistorsion så har jag en ide om att biasera transistorerna till läget precis innan de börjar leda. Då borde väl op-ampen inte behöva kompensera lika mycket och man behåller effektiviteten?

[Spisblinkaren]

Distorsionen kan eventuellt bero på att du inte använder Darlingtons. Detta för att en standard-OP som 741 knappt klarar att leverera +/- 10mA.

Säg att du vill driva mina 12W i 4 Ohm dvs 1,73A och säg för enkelhetens skull att halva strömmen går där uppe (medelvärdesmässigt, dock) och halva där nere. Då ska Op'n kunna leverera c.a 1A/hfe~1A/20=50mA för dina enkla trissor.

Detta går inte.

Fast jag misstänker att du kör på mycket lägre effekt och att det du hör mycket riktigt är just övergångsdistorsionen.

Du ska veta att jag inte lyssnat på min förstärkare än. Vilket jag kanske borde nämnt

Fast jag har gjort ett liknande bygge tidigare och då stördes jag inte av nån distorsion.

Jag är osäker på om man kan tillämpa Micaels förslag enligt ovan rakt av i min koppling för jag ser inte hur det då ska kunna ske nån återkoppling eftersom dioderna spärrar. Men i så fall kan man kanske nyttja återkopplingen innan sluttrissorna (vilket dock ger högre utgångsimpedans).

Slutligen, förstärkningen är anpassad till att min iPod/dator nätt och jämt ska kunna driva förstärkaren till max uteffekt.

Lycka till!

MVH/Roger

[MiaM]

Ska vi gissa på att den där stärkaren blir AB så fort den börjat "komma igång". Lite effekt så blir uttrissorna varmare än dioderna, och då får sluttrissorna lägre Ube än diodens spänningsfall, varpå båda trissorna kommer leda vid tomgång.

En fulvariant på en sånhär stärkare är att byta plats på sluttrissorna, så att du har BXX34 överst och BXX33 nederst, och låta trissornas basar gå till OP'ns matning. När OP'n börjar dra ström så leder trissorna. Man kan labba med att låta OP'n antingen driva utgången eller kortslutas till mittnolla-jord. Jag gissar att det låter bäst om den får driva utgången. Du behöver ha bas-emitter-motstånd på trissorna så att de inte börjar leda av OP'ns tomgångsström.

OBS, ingen garanti för att det inte blir röksignaler om nån provar detta...

[xxargs]

Övergångsdistorsion är besvärlig - den hörs också mycket även när det är så litet att det knappt syns på ett oscilloskop då vid normalare ljudnivåer så är det i stort sett bara där signalen svänger i amplitud.

att OP-ampar kan skapa övergångsdistorsion vid komplex (kapacitiv) last är inget ovanligt då återkopplingen inte hinner runt och kompensera pga. fördröjningar internt och filtrering i feedbackloopen och begränsad maginal i rå-förstärkning, men i dit fall så är också slutstegstrissorna en del av orsaken då det helt enkelt har en kommuteringsglapp mellan när ena trissan slutar att leda och innan den andra trissan börja leda då op-ampens utgångsspänning måste röra sig typ 1.4 Volt (och mer om det är en darlington) med maximal förstärkning innan den andre trissan börja leda och detta tar tid (och bestäms av op-ampens slew rate på utgången) och förbrukar mycket råförstärkning i din OP-amp och ger ditt hack i kurvan...

I klass AB så löser man det genom att tillåta en liten bias med motståndsnät och dioder (för att följa transistorns temperaturegenskaper) gå igenom båda sluttrissorna samtidigt på ett antal % av maxstsröm vilket innebär att minsta förändring på OP-ampens utgång gör att ena trissan minskar på strömmen och ökar på den andra och kommuteringsglappet är borta, vilket innebär att vid lägre signalnivåer så arbetar slutsteget i klass A och arbetar allt mera i klass B ju högre amplitud man kör och man har förhoppningsvis en 'osynlig' övergångszon som inte färgar ljudet för mycket.

Nästa steg är att köra mot riktiga högtalare - de beter sig inte som dina resistiva lastmotstånd utan kan vara ganska bänglig last som reflekterar tillbaka reaktiv energi olika mycket på olika frekvenser och är inte motkopplingen i förstärkaren i rätt härald även för frekvenser utanför hörbart område - så kan man ha oturen att man får självsvängning och högtalaren och ibland även slusteget bränns - så börja inte att prova förstärkaren på dina dyra finhögtalare utan kör på något som är relativt billigt att ersätta.

att göra ett slutsteg som är ovillkorligt stabilt oavsett vad man kopplar in i dess anslutningar är en konst...

[überfuzz]

Jag ser att det var några dagar sedan du postade bilden på övergångsdistorsionen. Hörs den mycket? Har du fixat den?

[Spisblinkaren]

Övergångsdistorsion är besvärlig - den hörs också mycket även när det är så litet att det knappt syns på ett oscilloskop då vid normalare ljudnivåer så är det i stort sett bara där signalen svänger i amplitud.

att OP-ampar kan skapa övergångsdistorsion vid komplex (kapacitiv) last är inget ovanligt då återkopplingen inte hinner runt och kompensera pga. fördröjningar internt och filtrering i feedbackloopen och begränsad maginal i rå-förstärkning, men i dit fall så är också slutstegstrissorna en del av orsaken då det helt enkelt har en kommuteringsglapp mellan när ena trissan slutar att leda och innan den andra trissan börja leda då op-ampens utgångsspänning måste röra sig typ 1.4 Volt (och mer om det är en darlington) med maximal förstärkning innan den andre trissan börja leda och detta tar tid (och bestäms av op-ampens slew rate på utgången) och förbrukar mycket råförstärkning i din OP-amp och ger ditt hack i kurvan...

I klass AB så löser man det genom att tillåta en liten bias med motståndsnät och dioder (för att följa transistorns temperaturegenskaper) gå igenom båda sluttrissorna samtidigt på ett antal % av maxstsröm vilket innebär att minsta förändring på OP-ampens utgång gör att ena trissan minskar på strömmen och ökar på den andra och kommuteringsglappet är borta, vilket innebär att vid lägre signalnivåer så arbetar slutsteget i klass A och arbetar allt mera i klass B ju högre amplitud man kör och man har förhoppningsvis en 'osynlig' övergångszon som inte färgar ljudet för mycket.

Nästa steg är att köra mot riktiga högtalare - de beter sig inte som dina resistiva lastmotstånd utan kan vara ganska bänglig last som reflekterar tillbaka reaktiv energi olika mycket på olika frekvenser och är inte motkopplingen i förstärkaren i rätt härald även för frekvenser utanför hörbart område - så kan man ha oturen att man får självsvängning och högtalaren och ibland även slusteget bränns - så börja inte att prova förstärkaren på dina dyra finhögtalare utan kör på något som är relativt billigt att ersätta.

att göra ett slutsteg som är ovillkorligt stabilt oavsett vad man kopplar in i dess anslutningar är en konst...

Tack för den utförliga förklaringen. Speciellt "förvånad" är jag över det faktum att kommuteringsglappet alltid är lika stort vilket ju får till följd att distorsionen på låg nivå är mycket större procentuellt sett än på hög nivå. Tänkte inte på det.

Den här primitiva tingesten är bara tänkt att användas för demonstration på jobbet. Sen ska mina finhögtalare matas med JFETs (annan tråd) vs Trioder (annan tråd). Fast det är klart, man vill ju inte förstöra elementen även om jag tror att jag inte inte kommer göra det. Mest för att jag kommer köra på så låg effekt (relativt vad elementen tål).

En fråga återstår: Går det att applicera feedback på utgången av Micaels ritning? Såsom jag ser det går det inte pga dioderna. Vilket får till följd att OP'ns utgång måste appliceras på ingången av arrangemanget som därmed innebär att utgångsimpedansen (och därmed dämpfaktorn) blir sämre än för ett omotkopplat rörslutsteg.

MVH/Roger