Simulare amplificator FM-01 60W, studiu, idei, performante.

[gsabac]

In topic se doreste analiza unui amplificator postat la:

  http://www.tehnium-azi.ro/topic/128-scheme-de-amplificatoare-audio/page-12

 postul #178, din care am copiat textul si schema.

Un amplificator cu trei bucle de reactie si protectie la scurtcircuit. Gurile rele zic ca de aici s-a inspirat NP c?nd a inventat F7. Se poate converti ?n configuratie inversoare si exista si o varianta cu alimentare simpla. Pentru reducerea ?n continuare a distorsiunilor, se poate adauga ?nca o bucla de reactie cu un operational suplimentar.

O completare la circuitul de mai sus (eventual mutati textul acolo):
Etajul final este un convertor de impedanta negativa asa ca etajul final nu primeste curent din operational ci ?i furnizeaza acestuia curent. Spre deosebire de schemele clasice, iesirea operationalului nu functioneaza ?n cadranele 1 si 3 ci ?n cadranele 2 si 4.

 

In postare sunt expuse idei interesante, care pot fi verificate cu usurinta prin simulare, cu o schema asemanatoare, dar cu valori compatibile cu un amplificator clasa AB si tranzistori de actualitate.

      Click pentru marire.

 

Oare schema este corecta, este asemanatoare cu aceea care pare a fi din revista Tehnium?

 

@gsabac

Editat Februarie 21, 2018 de gsabac

[donpetru]

Am incercat o simulare in MultiSim si deoarece am vrut sa adaug posibilitatea reglarii curentului de mers in gol a rezultat schema prezentata mai jos:

Precum observati, am urcat putin alimentarea de la +/-24Vdc la un +/-35Vdc si la un curent de mers in gol de cca.60mA distorsiunile armonice nu sunt foarte stralucite (70W/4Ohm/0,145%), comparativ cu alte topologii de amplificatoare audio. Performante mai bune cred ca se pot obtine la curenti de mers in gol mai mari de 100mA ceea ce ne duce la gandul ca topologia este comestibila daca se urmareste obtinerea unui amplificator audio care sa functioneze strict in clasa A.

 

In timpul efectuarii acestei simulari, pornind de la schema initiala si pana la cea prezenta, am obtinut si regimuri nu tocmai stabile de functionare asta si din cauza ca topologia cu AO si etaj final pe tranzistoare nu este prea stabila in functionare (cand am dezvoltat proiectul MicroSound-100 am avut ocazia sa fac as spune farmacie din multe scheme cu AO si etaj final cu tranzistoare si cam 50% din schemele testate atunci erau instabile si in functie de dispersia parametrilor de fabricatie a componentelor per global tindeau, mai mult sau mai putin, in anumite conditii, sa oscileze). Totusi, ceea ce am obtinut mai sus este multumitor teoretic din acest punct de vedere (deci, nici vorba de oscilatii pe iesire) dar ramane de vazut practic daca e chiar asa!

 

In fine, schema cred ca se mai poate cizela dar asa cum arata initial doar in regim de clasa A ar fi abordabila, pentru cine intereseaza acest regim de functionare.

Si da, e o schema didactica buna.

 

Editare ulterioara: Fara C2 si C3 in circuit THD-ul coboara la cca. 0,128% la 70W/4 Ohm.

[franzm]

Ati masacrat bunatate de schema ;-(

?n schema initiala, cu semnal (adica ?n afara trecerii prin zero), curentul de baza al prefinalilor este furnizat ?n cea mai mare parte de catre iesirea amplificatorului (R7, R8 ?n schema propusa pentru simulare). R6 si R9 determina curentul de repaos si curentul de baza ?n caz de scurtcircuit. Sunt, daca vreti, rezistoare de pornire (ca la unele surse ?n comutatie) Daca R7 si R8 sunt prea mici si excesul de curent este mai mare dec?t ceea ce poate absorbi operationalul, iesirea "se lipeste" de una din alimentari. Datorita reactiei pozitive, finalul este relativ rapid.

Cred ca ar trebui simulat ?nt?i cu valorile originale. Pentru ajustarea curentului de repaos se pot introduce rezistoare ?n serie cu emitoarele prefinalilor sau se prevede c?te o retea R10, 11 pentru fiecate prefinal si se conecteaza un rezistor ajustabil ?ntre emitoarele prefinalilor. Eventual se ?nlocuiesc diodele D1 si D2 cu tranzistoare av?nd baza conectata la colector.

Nu-i exclus ca schema sa fi fost publicata si ?n vechiul Tehnium.

Eu am ?nt?lnit-o cu multi ani ?n urma si am regasit-o pe elforum. Un coleg ceva mai ?ncepator a ?ncercat so ?mbunatateasca. Fara a ?ntelege cum functioneaza. Sau ma rog, cum ar trebui sa functioneze.

?ntr-o antologie de scheme (12 volume, foarte populara aici ?n DE) am vazut si varianta cu alimentare simpla.

Editat Februarie 21, 2018 de franzm

[franzm]

Am mai sapat oleaca si am aflat ca schemele (at?t cea propusa initial, c?t si cea cu tensiune de alimentare simpla) au fost publicate ?n volumul doi al seriei "Professionelle Schaltungstechnik" aparuta la editura Franzi's (eu am editia din 1996) si au fost preluate din Nr. 62 pag. 77-82 al publicatiei franceze "Electronique Applications" (Paris). Numarul 63 al acestei publicatii a aparut ?n 1988 (am gasit o nota bibliografica mention?nd un articol din Nr 63).

[leo_electro]

Oare schema este corecta, este asemanatoare cu aceea care pare a fi din revista Tehnium?

 

Condensatorul C1 mi se pare ca nu are valoarea din schema originala!

 

Am mai sapat oleaca si am aflat ca schemele (at?t cea propusa initial, c?t si cea cu tensiune de alimentare simpla) au fost publicate ?n volumul doi al seriei "Professionelle Schaltungstechnik" aparuta la editura Franzi's (eu am editia din 1996) si au fost preluate din Nr. 62 pag. 77-82 al publicatiei franceze "Electronique Applications" (Paris). Numarul 63 al acestei publicatii a aparut ?n 1988 (am gasit o nota bibliografica mention?nd un articol din Nr 63).

Un scan dupa articol se poate!! 

[gsabac]

@donpetru a luat initiativa si a simulat acest amplificator (modificat pentru performanta) cu succes, 70W si 0,14% distorsiuni.

Si eu am intilnit aceleasi probleme la simulare si in special la deriva termica de la 25mA la peste 5A, cu temperatura

  in conjunctie cu depasirea puterii disipate pe BC-uri la anumite regimuri de functionare, in special la suprasarcina.

Am vazut ca s-a introdus un circuit de stabilizare termica si condensatori pentru stabilitatea functionarii ca si elemente

 tehnologice de reglaj fin al curentului de bias.

 

@leo_electro, am pus valoarea din schema originala 100n, dar si R6 si R9 de 22K asa cum doreste @franzm.

Rezulta curentii din baza BC-urilor de 2,3uA, iar curentii de colector sunt insuficienti sa deschida

  finalii, pentru un curent de bias acceptabil si acestia sunt de circa 30uA.

Curentii prin diode sunt de circa 695uA si prin rezistentele de 1,5K cam de 350uA.

 

@franzm este nemultumit pentru "masacrarea bunatatii de schema" si concluzia,

  totul este in clasa C, racordarile de curenti sunt importante ca marime la nivel mic si distorsiunile importante.

Deci ce propuneri sunt pentru curentii de bias si urmatoarea etapa de analiza.

 

@gsabac

[franzm]

So luam pe r?nd.

- Nu am (?nca) articolul din publicatia franceza. Am gasit o arhiva online frantuzeasca dar nu au nici un numar ?n folderul intutulat Electronique Applications. Asa ca n-am dec?t vreo cinci scheme dintr-o "culegere de scheme". Sper sa le pot scana m?ine.

- Nu sunt nemultumit de ceea ce a facut @donpetru, ba din contra, doar ca solutia domniei-sale se abate de la ideea de baza si se ?ndreapta spre schemele clasice, comune.

- Daca prin diode trec ca 0,7mA, ce caderi de tensiune avem oe diode si ce curenti de baza respectiv de colector ar trebui sa avem prin prefinali? 2,3?A mi se pare prea putin. ?n repaos (este o stare pur teoretica, aceasta configuratie instabila nu cunoaste stare de repaos, este un fel de "circuit generator de haos") diodele plus prefinalii pot fi priviti ca o oglinda de curent cu iesiri flotante. Ce se ?nt?mpla daca ?nlocuiti diodele cu tranzistoare de acelasi tip ca prefinalii conectati ca diode (baza conectata la colector? La varianta cu alimentare simpla lipsesc rezistoarele B-E la finali.

[franzm]

Iata cum arata revista din cauza. Am ?nceput s-o caut pe la bibliotecile universitare de aici.

http://jmb15.free.fr/e-applications3.htm

http://prof.maquaire.free.fr/biblio/revues/revues.htm#ElectroniqueApplications

http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb34422923n

[gsabac]

Circuitul pare a fi determinist si stabil si deocamdata il analizez asa cum este in original.

Sa analizam circuitul la 10Khz si diverse nivele de intrare.

  Click pentru marire.

 

Deci ca rezultat al schimbarii de faza, circuitul oscileaza amortizat, apoi se stabilizeaza.

Semnalul este grav deformat, fenomen ce se amplifica la nivele mici,

 de exemplu la 100uV la intrare.

  

 si in continuare daca se scade nivelul de intrare, semnalul de iesire devine perfect sinusoidal.

Aceste oscilatii reduc drastic raportul semnal zgomot precum si alte performante.

Analiza termica da urmatorul rezultat la 115 grade pentru jonctiune,

  tensiunea de iesire -16V si prin sarcina trece un curent continuu important.

In continuare am sa aduc curentul de bias la 25mA la 25 de grade si voi analiza performantele.

 

@gsabac

Editat Februarie 22, 2018 de gsabac

[franzm]

Am gasit sase scheme ?n culegerea respectiva. Comentariile ce ?nsotesc schemele nu-mi apartin.

Editat Februarie 23, 2018 de franzm

[ionut90]

Mi se pare schema asta de amplificator mai mult teoretica decat practica. 

TL081 nu are decuplari cu 0,1uF, finali nu au rezistoare de putere in emitoare, nu exista superdioda pentru controlul ambalarii termice a finalilor... etc. etc. zic si eu. 

[prog]

Ar merge experimentat practic! Pe post de finali merg folositi: BD911 si BD912. 

[gsabac]

Din schemele prezentate de @franzm doar schema 297 este identica cu schema de studiu, deoarece celelalte

 au decuplari pe bucla de reactie pozitiva.

Deasemenea se deduce ca limitarea de curent are loc datorita curentului mic de excitatie al tranzistorilor finali,

 ceea ce se observa si mai bine pe schema 297, unde rezistentele s-au marit de la 22K la 100K.

 

@ionut90, observatiile si completarile sunt corecte pentru realizarea practica , dar asa a fost publicata schema originala,

 ca si toate schemele din postarea #10.

La acest amplificator, ca prima idee, ar fi necesara o singura dioda, deoarece are de compensat doar un tranzistor,

si in simulare, condensatorii nu sunt necesari, daca se aleg surse de alimentare cu rezistenta serie zero.

 

Toate schemele in afara de 297 sunt scheme clasice, simple si performantele sunt datorate comutarii curentilor prin

 diode, de catre circuitul operational, la nivele de zeci de microvolti.

Schema 297 este deosebita prin faptul ca semnalul de iesire se intoarce spre intrare in faza, deci este o reactive pozitiva.

In functie de marimea aceste rezistente, circuitul este amplificator sau daca se scade sub o anumita valoare este trigger-Schmitt,

  asa cum a aratat @franzm in postarea #3. Acum pot fi luate in consideratie si variantele; schema 297 este o clona nereusita,

  prin editarea gresita si omiterea condensatorului de decuplare, sau o inventie in audio greu de inteles prin beeneficiile aduse.

 

@gsabac

[gsabac]

Simbolul diodei zener utilizat la schema din postarea #1 si schema 297 din postrea #10

 este posibil sa fie numai in standardul romanesc si numai aici condensatorul de decuplare este lipsa.

 

@gsabac

[gsabac]

Probe virtuale cu biasul de 25mA la 25 de grade ( creste la 850mA la 100 de grade)

       Click pentru marire.

 

Am pastrat schema originala si am modificat valoarea rezistentelor de 22K la 15,5K.

Performantele sunt vizibile pe grafice, destul de bune pentru simplitatea schemei,

 cu observatia ca ar trebui adaugat un circuit de compensare termica asa cum

 a facut @donpetru.

 

Schema are 5 bucle de reactie, doua pozitive si 3 negative. Doua bucle de reactie

 negativa sunt alcatuite din tranzistorii finali, prefinali si rezistentele de 100 si 39 ohmi.

Am incercat toate posibilitatile de modificare a raportului rezistentelor R10 si R11, dar

 si pentru valorile rezistentelor R6, R7, R8 si R9. Rezultatul cel mai bun l-am obtinut

 la transformarea schemei in schema clasica, cu o singura reactie negativa.

Or fi niste chichite in functionare, dar eu nu m-am prins, poate nici schema nu este

 completa sau poate rezultatul pe sarcina reactiva (difuzoare) este mai bun la auditie.

Orice idei sunt binevenite pentru lamurirea efectului combinatiei de reactii pozitive

 si negative la un amplificator. Oricum ar fi, pentru tranzistorii moderni cu frecventa de taiere

 de zeci de MHz efectul imbunatatirii la frecvente inalte sau la  "slew rate" este fara rost.

 

@gsabac

Editat Martie 3, 2018 de gsabac