Moja konštrukcia Konštrukčné výmysly audio z mojej dielne

[Adam Varga]

Zdravíčko tak dnes po viac ako roku neaktivite s projektmi načuchávam naspäť do konštrukcie audio a tento krát s riadnejšími vedomosťami.

Takže k veci. Mojim cieľom je vytvoriť koncový zosilňovač schopný zvrhnúť aj slávne DPAčko z trónu. Toto sú ale len ciele ktoré možno nikdy ani nedosiahnem...uvidí sa časom.

Musíte sa zaregistrovať, aby ste mohli vidieť obrázky

Na začiatok sa to zdá byť veľa a až absurdné ale všetko má svoj význam takže postupne.

Konštrukčne je tento zosilňovač inšpirovaný z AZS224 225 DPA a rôznych iných zosilňovačov než len spomenuté. Čo je podstatné že všetko pochádza z vyšších rád zosilňovačov.

V rýchlosti:
Jedná sa o zosilňovač so symetrickým diferenciálnym vstupom. Prúdové zrkadlá nútiace symetrickej činnosti tranzistorov v diferákoch a aj ako zdroj prúdu pre emitory

Q5 Q6, Q7 Q8 sú diferáky
Q3 Q4, Q9 Q10 regulátory Uce (umožní použitie nízkošumových tranzistorov v diferáku s nízkym Uce)
Q11 Q12 a Q1 Q2 sú prúdové zrkadlá pre diferáky
Q16 a Q13 sú zdroje prúdu pre ZD1 a ZD2 zdroje Ref. napätia pre regulátory Q3,4,9,10
Q14 Q15, Q17 Q18 sú zrkadlá prúdu a tým aj teda zdrojom prúdu pre emitory diferákov. Rovnako "kradnem" z báz ešte aj pre Q16 a Q13
Q19 a Q20 sú častou VAS stupňa (Voltage Amplifier Stage)
Q22 (montovaný na chladiči - BD139) a Q21 sú zodpovedné za riadenie kľudového prúdu zosilňovača
Q23 a Q24 sú nadprúdové ochrany
Q25 a Q26 sú drivery koncových tranzistorov
Q27 a Q28 sú koncové tranzistory

Musíte sa zaregistrovať, aby ste mohli vidieť obrázky

Určite si hovoríte že je to nejako absurdné množstvo tranzistorov, však?
Priznávam sa trocha som sa nechal uniesť nápadom menej rezistorov a viacej aktívnych prvkov no uvidíme ako sa to bude správať.
V schéme zakreslená väzba je experimentálna. Bude sa v realite osadzovať podľa potreby nejako ukočírovať ten zosilňovač na čo najrýchlejší slewrate. Cieľom je 80V/us. Keď si to teda dáme do perspektívy 80V/us je dosť. TL081 je schopná dosiahnuť 20V/us. A to nie pri takých výkonoch a nie pri takých amplitúdach ako toto hovado. Vo väzbe je dosť kompenzačných prvkov. Dosku som robil s ideou "čím menšie tým lepšie". Skrátenie čiar na doske na absolútne najmenšie vzdialenosti pre zlepšenie stability a hádam vďaka tomu dosiahnem viac ako cieľových 80V/us. Kompenzačné prvky sú všetky SMD aby som minimalizoval parazitné indukčnosti či kapacity súčiastok.

Jediné veci ktoré nemám úplne domyslené je že ako budem riešiť zdroj prúdu čo je teda v schéme R3. Idea bola že použitím spoločného prvku na riadenie prúdu sa predíde ďalšej odchýlke medzi diferákmi. Zmena prúdu diferákov teda bude identická pre oba diferáky či už tepelne alebo inými vplyvmi. Čo sa mi ale nepáči je závislosť toho prúdu od napájacieho napätia. To však je možné doriešiť. Podstatné je aby nedošlo k odchýlkam alebo rozdielom prúdov medzi diferákmi. Rovnakú úvahu som mal pre Ref zdroj zeneriek aby pracovali s čo najmenšími odchýlkami v prevádzke.

Takže sa dostávame k zoznamu čo by malo byť s čím párované na H21E (DC zosilnenie).

Q1, Q2, Q11, Q12 všetky štyri do štvorice musia byť čo najbližšie spárované pre zachovanie čo najmenšej DC odchýlky

Q3 a Q4, Q9 a Q10 tu stačí spárovať spo keďže táto časť nemá veľký na obvod čo sa týka parametrálnych odchyliek avšak ak sa spárujú do štvorice by bolo super

Q5, Q6, Q7, Q8 nevyhnutne čo najbližšie párované všetky štyri do štvorice pre zachovanie nízkeho offsetu a dobrých odchýliek vplyvom tepelných javov

Q13 a Q16, Q14 a Q17, Q15 a Q18 musia byť nevyhnutne vo dvojici párované s čo najmenšími odchýlkami ako to len ide do dvojíc ako som napísal.

Q19 a Q20, Q25 a Q26, Q27 a Q28 párované na dvojicu no nemusia byť natoľko náročne párované. Najväčšie odchýlky si môžete dovoliť s Q27 Q28 avšak čím bližšie tým lepšie

Q22, Q21, Q24, Q23 sú jediné nenáročné na parametrické odchýlky kde si môžete hodiť akýkolvek ktorý vytiahnete z balíka. (Avšak Q24 a Q23 je možné párovať..)

ZD1 a ZD2 by mohli byť tiež párované ale nieje to kritické keďže to nemá drastický vplyv na funkčnosť

Hodnoty nie sú ešte celkom domyslené to až ho budem mať na stole...raz. Ak sa tak stane.. zatiaľ to nechávam na tomto a uvidíme čo prinesie experiment v budúcnosti.

Šance sú že prerobím ešte finálny emitorový sledovať na troj-stupňový alebo "sziklai" pár, tak uvidíme ako to dopadne.

 

[Rami6711]

Kokso, ja by som tam slahol operaky, mne by sa s diskretami nechcelo piplat. KLobuk dolu.
Pozeram na tu spatnu vazbu - tam dalej pises, ze to budes osadzovat podla potreby, ale prvy pohlad do schemy a skoro ma otocilo ako som krutil hlavou, nech pochopim, co to tam je za prenosovy clanok. Ale striedavu vazba s malym fazovym posunom tam nevies urobit... tak snad nebude treba.

 

[Adam Varga]

Kokso, ja by som tam slahol operaky, mne by sa s diskretami nechcelo piplat. KLobuk dolu.
Pozeram na tu spatnu vazbu - tam dalej pises, ze to budes osadzovat podla potreby, ale prvy pohlad do schemy a skoro ma otocilo ako som krutil hlavou, nech pochopim, co to tam je za prenosovy clanok. Ale striedavu vazba s malym fazovym posunom tam nevies urobit... tak snad nebude treba.

Tak začnime tým že toto vlastne operák aj je len na steroidách.
Ako som popisoval keď si to dáme do perspektívy slewrate TL081 je 20V/us...čo je štvrtina toho čo chcem dosiahnuť ja tuto.
Tá väzba je tam vyslovene pre experimenty. Neviem ešte ako budem kompenzovať a čo budem kompenzovať... Preto som si dal takmer nekonečné množstvo možností pre kombinácií v NFB.
Dúfam že nebudem musieť ísť do extrémov pre tú väzbu a že postací zopár pF na C4 a C5 pre uchovanie stability zosilňovača. Skôr bude problém to párovanie trazistorov je tam jak nasratých.

 

[Rami6711]

Super. Tak drzim palce. Este si nenapisal, kolko tomu chces pustit. Vsimol som si, ze tam mas 80V tranzistory.
Este taka poznamka ku PCB - ja teda velmi s audio nemam skusenosti, ale ta zemna slucka okolo celeho plosaku neviem ci je uplne najlepsi napad. Radsej by som ju dakde rozdelil ked ju nemozes vyliat ako celu plochu.

 

[Adam Varga]

Super. Tak drzim palce. Este si nenapisal, kolko tomu chces pustit. Vsimol som si, ze tam mas 80V tranzistory.
Este taka poznamka ku PCB - ja teda velmi s audio nemam skusenosti, ale ta zemna slucka okolo celeho plosaku neviem ci je uplne najlepsi napad. Radsej by som ju dakde rozdelil ked ju nemozes vyliat ako celu plochu.

Nie ste prvý kto mi to vytkol... Podobným spôsobom som riešil množstvo mojich iných projektov ktoré nemali žiadny problém s takou zemnou plochou. Pokiaľ na to nenamierite vyslovene bezdrôtovú nabíjačku tak nič sa nemôže stať. Alebo v blízkosti by sa nachádzal väčší pulzný stroj. Spínané zdroje do toho nezaraďujem. Tie sú v pohode. Takéto podmienky ktoré som spomenul ovplyvnia zariadenia hocijaké. nielen toto. Ten oblúk nieje veľký, nejedná sa o 10 metrov predlžovačiek alebo 10m kábla v stene alebo nebodaj 100m až k rozvádzaču a naspäť.. Tam vznikajú problémy. Často krát je tento štýl zemného poľa použitá na RF aplikácie.

 

[StefanNz]

... Jediné veci ktoré nemám úplne domyslené je že ako budem riešiť zdroj prúdu čo je teda v schéme R3. ...
Takže sa dostávame k zoznamu čo by malo byť s čím párované na H21E (DC zosilnenie). ...

- A nezvažoval si u niektorých tranzistorov aj párovanie na rozdiel Ube, pre dosiahnutie minimálneho ofsetu?
- To riešenie s R3 je skutočne ako päsť na oko. Pri zmene napájacieho napätia sa to rozšteluje (prúdy diferenčnými zosilňovačmi až po Q19,Q20, možno aj ďalej). Takisto aj zvnenie napájacieho napätia sa dosť premietne do zvlnenia všetkých odvodených prúdov.

 

[Adam Varga]

- A nezvažoval si u niektorých tranzistorov aj párovanie na rozdiel Ube, pre dosiahnutie minimálneho ofsetu?
- To riešenie s R3 je skutočne ako päsť na oko. Pri zmene napájacieho napätia sa to rozšteluje (prúdy diferenčnými zosilňovačmi až po Q19,Q20, možno aj ďalej). Takisto aj zvnenie napájacieho napätia sa dosť premietne do zvlnenia všetkých odvodených prúdov.

Výborný dodatok. Áno máte pravdu slušilo by sa párovať aj na Ube ale to skôr pre diferáky. A to do štvorice. Všade inakde pracujeme iba s prúdom takže napätie nieje tak podstatný faktor pre ostatné tranzistory okrem teda Q5 Q6 Q7 Q8.

Čo sa týka nastavenia prúdu diferáku ano...je to dosť naprd riešenie ktoré by divoko lietalo s napájacím napätím. Pôvodne som chcel totiž zosilňovač napájať zo simetrického regulovaného zdroja. Avšak toto nieje vždy možná voľba. Na toto som si spomenul že som navrhol zdroj prúdu s N kanálovými Depletion mosfetmi. Kaskóda dvoch takých a všetko je jednoducho vymeniteľné za rezistor. Avšak neviem či šumový parameter bude taký istý ako červená LED+ tranzistor.

Musíte sa zaregistrovať, aby ste mohli vidieť obrázky

Názorná schéma z internetu.

Aj keby sme brali do úvahy 5V kolísanie zdroja tak si myslím že je podstatnejšie aby prúd bol vždy rovnaký na oboch poloviciach diferákov. Účinky zmeny prúdu by sa mali medzi sebou negovať. Kľúčová výrok je "mali by sa". Názorná ukážka je schéma s DN2540. N kanálové depletion mosfety. Tento zdroj prúdu v schéme je používaný obzvlášť na elektrónky. Je to jednoduché, priamo nahradí rezistor bez potreby extra napájania atď... Použil som to fázového invertoru môjho projektu elektrónkového HIFI zosilňovača kde to pracuje prekrásne výborne aj pri prúdov sub mA (500uA). Ja to ale prevádzkujem pri 1,2mA v mojom zapojení. Tu by sa jednalo o 3-10mA. Prúd by sa nastavil trimrom namiesto rezistora RSet.

Ani by ma to nenapadlo keby ste mi to nespomenuli.

 

[StefanNz]

Okrem spomenutých MOSFETov sa ako zdroj prúdu používajú aj niektoré JFETy. So šumom neviem, ako to je.
Alebo použiť zenerky, opreté o V+ a V-.
Možno zvážiť aj použitie RC filtra v napájaní pre zníženie "rušenia" vstupného stupňa a VAS od zmien napájacieho napätia pri hlasnej prevádzke a napr. pri "zvuku bubnov" a pod.

A ešte jedno nechápem:
Neviem, aký prúd si naplánoval cez Q19 a Q20, ale ako sa má dosiahnuť práve taký prúd??
Rozdielové zosilňovače riadia Q19 a Q20 cez spätnú väzbu z výstupu zosilňovača tak, aby bolo na výstupe koncového stupňa nulové napätie. A čo potom zabezpečuje, aby prúd cez VAS bol taký, ako sa plánovalo?

 

[Adam Varga]

Okrem spomenutých MOSFETov sa ako zdroj prúdu používajú aj niektoré JFETy. So šumom neviem, ako to je.
Alebo použiť zenerky, opreté o V+ a V-.
Možno zvážiť aj použitie RC filtra v napájaní pre zníženie "rušenia" vstupného stupňa a VAS od zmien napájacieho napätia pri hlasnej prevádzke a napr. pri "zvuku bubnov" a pod.

A ešte jedno nechápem:
Neviem, aký prúd si naplánoval cez Q19 a Q20, ale ako sa má dosiahnuť práve taký prúd??
Rozdielové zosilňovače riadia Q19 a Q20 cez spätnú väzbu z výstupu zosilňovača tak, aby bolo na výstupe koncového stupňa nulové napätie. A čo potom zabezpečuje, aby prúd cez VAS bol taký, ako sa plánovalo?

N Channel Depletion mosfet sa správa velice blízko Jfetu. Avšak ano..je možné použiť aj Jfet.

Prúd Q19 a Q20 je plánovaný na 5mA (približne). V kľudovom stave oba diferenciálne vstupy nejaký ten prúd do tranzistorov Q19 a Q20 musia pustit aby sa výstup dostal na 0V. Takže nejaký minimum prúd tam BUDE. Závisieť to bude už len na zosilnení tranzistorov že kolko mA a ktorý bude prevládať, práve preto by to bolo rozumné párovať na H21E (DC gain).

Okrem toho som ešte rozmýšlal pridať rezistory 470R do emitorov zrkadiel diferáku. To by malo umožniť väčší rozsah nastavitelnosti pomocou emitorových rezistorov Q19 a Q20.

Kolísanie napájacieho napätia je nerelevantné pre vstupnú časť. Okrem VAS nič by nemalo byť ovplivnené "rušením". Je to hlavne z toho dôvodu že Q3 Q4 a Q9 Q10 regulujú napätie pre tranzistory v diferáku. Kolísanie napájacieho napätia VAS by nemalo vytvoriť kritické problémy.

 

[Adam Varga]

Musíte sa zaregistrovať, aby ste mohli vidieť obrázky

Musíte sa zaregistrovať, aby ste mohli vidieť obrázky

Takže tu je ešte jeden výmysel audio z mojich nápadov...Ultra rýchly diskrétny operačný zosilňovač. Na tomto nemám žiadne špeciálne požiadavky..je to skorej ako pokus než niečo čo by som používal na precízne veci..neviem aký DC offset môžem očakávať od náhodne vybraných tranzistorov.
Všetko to sú BC849C BC859C
Pri tomto skúsim použiť JLCPCB SMT. A teda zistím ako sa to bude správať pri náhodných súčiastkách..

 

[StefanNz]

Takže tu je ešte jeden výmysel audio z mojich nápadov...Ultra rýchly diskrétny operačný zosilňovač. Na tomto nemám žiadne špeciálne požiadavky..je to skorej ako pokus než niečo čo by som používal na precízne veci..neviem aký DC offset môžem očakávať od náhodne vybraných tranzistorov.
Všetko to sú BC849C BC859C
Pri tomto skúsim použiť JLCPCB SMT. A teda zistím ako sa to bude správať pri náhodných súčiastkách..

Vidieť, že vieš generovať zapojenia, ako na bežiacom páse...
Som zvedavý na výsledok. Snáď sa to podarí dotiahnuť do úspešného konca.

Zopár otázok:
(1) Čo rozumieť pod pojmom "Ultra rýchly" a "na precízne veci"?
Na aké parametre si dizajnoval svoj OZ:
- zosilnenie
- fT​
- ​napäťová a prúdová nesymetria
- vstupný prúd
(3) Prečo 30V tranzistory? - OZ znesie potom napájanie max. +-15V.
(4) Prečo sú prúdy všetkými tranzistormi navrhnuté ako rovnaké? (dif.stupeň, VAS, možno aj konc. stupeň)
(5) Aký veľký bude prúd tranzistormi?

Pozn.:
Tranzistory nie je dobré vyberať náhodne (v tomto prípade), skôr vyberať párované...

 

[Adam Varga]

Vidieť, že vieš generovať zapojenia, ako na bežiacom páse...
Som zvedavý na výsledok. Snáď sa to podarí dotiahnuť do úspešného konca.

Zopár otázok:
(1) Čo rozumieť pod pojmom "Ultra rýchly" a "na precízne veci"?
Na aké parametre si dizajnoval svoj OZ:
- zosilnenie
- fT​
- ​napäťová a prúdová nesymetria
- vstupný prúd
(3) Prečo 30V tranzistory? - OZ znesie potom napájanie max. +-15V.
(4) Prečo sú prúdy všetkými tranzistormi navrhnuté ako rovnaké? (dif.stupeň, VAS, možno aj konc. stupeň)
(5) Aký veľký bude prúd tranzistormi?

Pozn.:
Tranzistory nie je dobré vyberať náhodne (v tomto prípade), skôr vyberať párované...

Nemal som tu nijako veľký cieľ len som proste dostal nápad ktorý by mohol fungovať celkom super..

Ultra rýchly: 130V/µs (v porovnaní s bežnými operákmi je to značne rýchlejšie ale reálne to furt nemá na RF )

Nie na precízne veci: Neočakávam od toho nič použiteľné pre meracie prístroje. Nieje to merací operák. Dôvod použitia 30V tranzistorov je proste ich dostupnosť.. A okrem toho možnosť väčšieho výstupného napätia je super

- zosilnenie
- fT​
- ​napäťová a prúdová nesimetria
- vstupný prúd
všetko zatiaľ neznáme parametre. Uvidíme čo dosiahneme.

Prúdy sú rovnaké aby som to fakt nemusel pre komplikovať ešte viac ako to je . Prúd Dif,VAS a prúd diamantového bufferu je všetko 5mA.

K tej poznámke..ano bolo by ideálne aby boli párované... avšak nekladiem na to dôraz lebo by to malo fungovať aj tak. Neočakávam od toho zázraky ako nízky offset atď...

Mojim cieľom bolo vytvoriť hlavne velice rýchly operák a na hranie sa s tým obvodom. Všetko bude náhodný výber tranzistorov pretože to osadí JLCPCB a mne sa to fakt nechce cínovať

Proste to bol nápad ktorý je konceptom niečoho čo by mohlo fungovať. Mám v schémach ešte jeden čo by mal zmáknuť 45V +/-. Hlavným zámerom bolo vytvoriť operačný zosilňovač ktorý bude schopný zmiešať 200kHz s audiom pre magnetofónové hlavy s prúdovou väzbou. Teda pre tých 200kHz to bude ohromné napätie a pre audio maličké. Uvidíme ako katastrofálny bude Offset či to bude použiteľné na tie magnetofónové hlavy.

 

[oneeeeee]

mňa zaujíma -
magnetofonové hlavy pre kotúčové pásky , alebo pre kazetové pásky ? každé typové označenie má inú predmagnetizáciu . u glass xtal , sú presluchy .

 

[Rami6711]

@Adam Varga vidim, ze s nudou si vies poradit. Mozno by si to potom mohol posunut dakym ucitelom na vyuku operakov. Verim, ze by ocenily.

 

[oneeeeee]

no , v mojom veku sa už učím zabúdať .

 

[Adam Varga]

mňa zaujíma -
magnetofonové hlavy pre kotúčové pásky , alebo pre kazetové pásky ? každé typové označenie má inú predmagnetizáciu . u glass xtal , sú presluchy .

Primárny účel bol do kotúčaka avšak kdovie na čo všetko sa to bude dať použiť

@Adam Varga vidim, ze s nudou si vies poradit. Mozno by si to potom mohol posunut dakym ucitelom na vyuku operakov. Verim, ze by ocenily.

ak dnes prejdem skúšku z matiky tak budem môcť pokračovať v mojom štúdiu na výške a možno by som mal šancu osobne to riešiť

 

[Rami6711]

ak dnes prejdem skúšku z matiky tak budem môcť pokračovať v mojom štúdiu na výške a možno by som mal šancu osobne to riešiť

Skor si myslim, ze by o to mohla mat zaujem dobra stredna skola. Na vyske sa prilis riesila teoria. Dokonca az tak velmi, ze veduci katedry povazoval navrh PCB za nevhodny predmet pre inzinierske studium. Vraj to maju mat stredne skoly. Prakticke veci som sa musel naucit sam. Este ze som mal dobry zaklad zo strednej. Ale tak aby som nekrivdil - mozno sa to uz zlepsilo.

 

[Adam Varga]

Skor si myslim, ze by o to mohla mat zaujem dobra stredna skola. Na vyske sa prilis riesila teoria. Dokonca az tak velmi, ze veduci katedry povazoval navrh PCB za nevhodny predmet pre inzinierske studium. Vraj to maju mat stredne skoly. Prakticke veci som sa musel naucit sam. Este ze som mal dobry zaklad zo strednej. Ale tak aby som nekrivdil - mozno sa to uz zlepsilo.

Na strednej škole sa na to plnohodnotne ****. Tam nenaučia ani ***** ani o návrhu PCB ani o ničom poriadne. A návrh PCB je dosť podstatná vec... le to zložitejšie ako sa zdá a mehovoriac keď treba rozmýšlať co ako a kam.. Vysokonapäťové časti, vysoko frekvenčné časti, RF prijímanie vysielanie...je tam toho. Uvidím nakolko budú podporovať študentský projekt zo školy..ak vôbec tak si to budem robiť doma za seba a škola stratí možnosť prezentovať moje veci ale som istý že to nikoho nebude zaujímať. Analógový design je dnes nezaujímavý pre verejnosť. Pričom to dokáže tak vela..

 

[Rami6711]

Ja som mal strednu Adlerku a ta bola v tom case ozaj dobra. Ale to uz je veru dost davno. Kamaratov syn tam studuje teraz, ale na sucasnu uroven som sa ho nepytal. Vzdy je to o uciteloch, ale jednotlivec je strateny, musia to tahat vsetci - od riaditela az po vratnicku.

 

[Adam Varga]

Musíte sa zaregistrovať, aby ste mohli vidieť obrázky

Musíte sa zaregistrovať, aby ste mohli vidieť obrázky

Ďalšia srandička ktorú som načmáral za 10 hodín. Cez noc

Precízny driver pre VU metre. Je to PPM meter (Peak) takže vhodný na nahrávacie prístroje alebo štúdiové zariadenia. A má elektrický logaritmický priebeh čo ďalej zlepšuje presnosť analógovych VU metrov.
Všetko okrem operákov bude osadené SMT JLCPCB takže ja osadím len trimre operáky a malo by to byť .