Har besluttet at benytte ferie på at begynde og lære hvordan man kan bygge en audio forstærker med differens forstærker plus forstærker trin for at holde det forståeligt.
Kredsløbet jeg er faldet over jeg gerne vil prøve og lave kan ses her:
formatting link
Desværre er jeg løbet over de to problemer der hedder at "alt laves med opamps i dag" og "Man bruger da dobbelt forsyning", men det vil jeg ikke (og kan ikke, da jeg kun har en på mit lille værksted og da det er en øvelse for mig). Så derfor har jeg ikke kunne finde nogle eksempler på hvordan man regner sig frem til værdierne i lige netop dette tilfælde pga. de to nævnte problemer. De dukker altid op når jeg leder i bøger og på søgemaskiner.
Nogen der kan hjælpe med nogle formler til dimensionering af værdier?
Man kunne starte med at beslutte hvor meget strøm man gerne vil have den skal kunne give ud, og ved hvor stort et spændingstab over den nederste udgangstransistor. Det er den nederste vi får sværest ved at give stor strøm, fordi den bliver drevet af en simpel pulldown modstand. Når man kender transistorens forstærkning, kan man så finde en passende værdi af pulldown modstanden. Og så finde max-strømmen i den når drivertransistoren er helt on, og finde ud af hvor meget basisstrøm det kræver, osv.
Meget sjov lille øvelse, den kan man lære en masse af, og der kommer nok også noget omkring stabilitet og selvsving man kan 'hygge' sig lidt med. :-)
Jeg er også ret glad for sådan nogle små simple transistorting der, de er hyggelige. :-)
Kig på forstærkeren AF300 fra AE80, Anvendt Elektronik 2:2 side 7, Jan Soelberg, ISBN 87-980079-39, Jostykit forlag, 1980. Kig f.eks. i den i biblioteket og kopier konstruktionen. Der er dog ikke noget printlayout.
Muligvis er AF300 med diagram også i nyere udgaver.
-
Formler til diagrammet i Wikipedia:
formatting link
Antager at Q4 og Q5 kan klare 1A og har en minimum beta på 40. Har du ingen forslag vil jeg anbefale: (BC327, BC337 gerne begge -16,-25,-40 2kr, men der bør i så fald max. trækkes ca. 100mA i snit) eller (MJE2955T, MJE3055T f.eks. fra Brinck 9..14kr). De har beta på ca. 90 ved 1A og Vce=2V. Eller TIP41 og TIP42 (evt. begge A,B,C).
BD239 har f.eks. kun en garanteret beta på 15 ved 1A - og BD135 har kun
25 ved 0,5A.
Antager at Q3,Q1,Q2 har beta på minimum 100. Vælg f.eks. BC550 og BC560.
Vbe antages i hvile at være 0,6V.
Erstatter D1 og D2 med en "superdiode" (Se Anvendt Elektronik 1:2 side
201) (1 transistor f.eks. BD135, 2 modstande, 1 trimmepotentiometer) varmemæssigt koblet tæt sammen med Q4 og Q5. Ellers kan termal-runaway sikkert observeres når Q4 og Q5 bliver pænt varme. Det medfører at Q4 og/eller Q5 i så fald brænder af.
Så I= sqrt(4,5/4) ca.= 1,06A men spids er strømmen for en sinuskurve sqrt(2) gange så stor: Ispids ca.= 1,06A*sqrt(2) = 1,5A
Så forstærkeren skal nemt kunne levere 1,5A spids.
-
Hvis BC327, BC337 anvendes bør der max. trækkes en middeleffekt på ca.:
I=sqrt(P/R) R*I^2=P (alle værdier effektive)
4*(0,14)^2 ca.= 0,08Watt
Men i praksis består musik noget middeleffekt plus transienter. Tran sienter kan sagtens være 10-20dB højere - og 20dB svarer til 100 gange i effektsammenhænge - og så er vi allerede over sinuseffekten på 4,5Watt. Derfor dimensioneres efter 1,5A i spidserne.
-
Basisstrømmen Q4 og Q5 skal drives med er:
Ib= Ic/beta
1,5A/40 ca.= 0,038A
Q3 kan sagtens levere 38mA, men R6 giver problemer, fordi Q5 skal have denne strøm selvom spændingen over R6 går med nul.
Hvis vi slækker på kravene kan vi f.eks. nøjes med strømmen 1V. R6=1V/0,038A ca.= 27 ohm. Så har vi dog et andet problem; for Q3 skal kunne trække Q4 basis op til 11V - og så skal der løbe 11V/27ohm ca.=
0,41A gennem Q3, så det går ikke. Respekterer man ikke, at der er brug for denne strøm i de negative halvperioder, vil musikken blive stærk asymmetrisk klippet.
Der er flere mulige løsninger/kompromisser:
(1) Løsningen kan f.eks. være at erstatte R6 med en strømgenerator som kan trække f.eks. 40 mA. Men det betyder at der bruges 0,04A*12V ca.=
0,48Watt i hvile (uden musik) alene i Q3, "superdiode" og strømgenerator.
(2) Lav to komplementære differentialforstærkere i indgangen, så Q5 kan drives via Q3ekstra,komplementær i stedet for R6.
(3) Udvid effekttrinnet så Q4 og Q5 byttes og vendes - og drives af 2 andre transistorer som vist på side 205 i Anvendt Elektronik 1:2. T6AE, T4AE og T5AE bør være koblet varmemæssigt sammen. R1AE og R2AE kan kortsluttes.
(4) Anvend en kondensator som boot-strapper basisstrøm til Q5 basis ved at dele R6 i to lige store modstande og sætte boot-strap-kondensatoren mellem R6 midt og udgangen mellem Q4 og Q5 emitterne:
formatting link
Ulempen ved bootstraping er at Q5 basisstrømmen "sejler" ved overstyring.
(5) Op i hytten med strømsvinget. Vælg f.eks. 5 mA hvilestrøm gennem Q3 og R6. Dette kompromis er blevet valgt (for) mange gange:
formatting link
Figur 6:
formatting link
-
Jeg ville vælge (3), da 2 småsignaltransistorer, en kondensator og 6 modstande yderligere ikke er så dyrt. Resultatet af dette valg er næstent fuldt spændingssving, kun begrænset af T1AE og T2AE Vcesat.
RAE og RfAE kunne f.eks. være 150ohm. Der løber så 4mA gennem dem ved
0,6V over dem.
Der er brug for 0,038A+0,004A i det sidste baser, så deres drivere skal kunne levere 0,042A/100 ca.= 0,000.42A. Så Q3, "superdioden" og R6 kan f.eks. få 0,002mA gennem sig i hvile. R6=UR6/Ivalgt ca.= (12V/2-0,6V)/0,002A ca.= 2,7kohm.
Valg: IQ1=IQ2 = 0,0005A (kan godt vælges mindre f.eks. Ivalgt/10)
R3= UR3/IR3 = 0,6V/0,0005A ca.= 1,2kohm.
R4 kan være nul ohm eller blot det samme som R3.
R5=UR5/IR5 = (12V/2-0,6V)/(2*0,0005A) = 5,4kohm.
IR1=IR2=IR3/10.
UR1=UR2=Uspænding/2= 6V.
R1=R2=6V/0,00005A = 120kohm.
-
Den nødvendige spændingsforstærkning er: Uud/Uind= g
Uud sinus effektiv: 6V/sqrt(2) ca.= 4,2V
Uind er f.eks. valgt til 0,1V for fuld udstyring.
g= 4,2V/0,1V= 42 gange.
-
Forstærkerens forstærkning er omtrent (R8+R7)/R7=g R8/R7+1=g R8= (g-1)*R7.
Hvis R7 vælges til 1 kohm skal R8 være 41*1kohm= 41kohm.
-
Man kan at sætte en kondensator i serie med R7 så DCoffset på udgangen minskes.
C2 vælges så den sammen med Rhøjttaler gør at frekvensgangen nedre frekvens ruller af på rette sted.
C1AE vælges så den sammen med Rf gør at frekvensgangen nedre frekvens ruller af på rette sted.
C1 vælges så den sammen med RQ1||R1||R2 gør at frekvensgangen nedre frekvens ruller af på rette sted. "||" betyder "parallelt med".
Indgangen bør have et lavpasfilter.
Udgangen bør belaste af et zobel-netværk:
formatting link
Zobel Or No Zobel ?:
formatting link
Citat: "...Zobel (not zombel) is usually always required to load the output stage at HF to damp oscillatiory tendencies. Those that leave it out are either bad designers or lucky. ... The zobel can go before the choke. ... The output inductor is simply there to guarantee your load going inductive at HF. If you drive (long) cables, certain filter topologies, or a piezo tweeter, the load doesn't turn inductive at high frequencies, but capacitive. Here, the zobel scheme falls apart, so you include a series inductor in the amplifier after the zobel, to keep the scheme working properly. ..."
Udgangen bør have et lavpasfilter i form af en luftspole (eng. choke) parallelt med en 2-10 ohms modstand:
formatting link
Med en operationsforstærker sætter man blot 100 ohm i serie med udgangen, men det er ligesom en dårlig idé med en effektforstærker.
For at gøre effektforstærkeren stabil og robust, skal der nok drysses nogle kondensatorer på 10-1nF diverse steder...
Hi-fi-"nørder"/entusiaster anbefaler at open-loop forstærkning højest er
20dB (10 gange) højere end closed-loop. Open-loop forstærkningen minskes ved at lave lokale modkoblinger. F.eks. en modstand i Q3 emitter. Evt. Q1 og Q2 emittermodstande.
Kommer kun til at arbejde med 10V-12V og med en lille test højttaler på... 8ohm står der på den. så hvis jeg kan udnytte... 60-70% af den teoretiske effektivitet, så ville jeg kunne have 6-7V (for VCC=10V) over
8ohm. Så giver runder vi lige lidt op for at være sikker på transistorerne kan være med og siger 1½A.
Der er virkelig meget at læse på "bare" for at lave det :-o
Det bliver 6-7V peak-peak. Så der bliver kun plus minus 3-3.5V over højttaleren efter udgangslytten, og tilsvarende mindre strøm. Hvis du bruger et par små BD'er på 2 eller 4 ampere, er det vist fint. F.eks. BD439 og BD440, et par klassikere til små udgangstrin. :-)
Jahh, udgangstrin er faktisk en af de lidt svære dicipliner.
Kredsløbet er en opgraderet gammel kending som blev anvendt i 1960'erne og 1970'erne i triansistorradioer, grammofoner med forstærkere. Dengang var transistorer dyre; jo færre jo bedre pga. prisen.
Man anvendte dengang en NTC modstand (billigere end en transistor eller dioder) til at stabilisere hvilestrømmen gennem Q4 og Q6, som typisk var germaniumtransistorer AC127, AC128 eller AC187, AC188. I lidt større forstærkere benyttedes AD161, AD162.
-
Downsize kredsløbet til ca. 12V.
TIP3055 kan skiftes ud med: MJE2955T, MJE3055T TIP41 og TIP42 TIP31 og TIP32
R8 flyttes op og forbindes "som" R9 forbindes. Basis på Q4 flyttes med. Q4 erstattes af en PNP transistor og vendes så emitter har forbindelse med "+". Nu burde øvre effekttrin ligne et spejl af nedre effekttrin. D3 kortsluttes og fjernes. R10 og R11 flyttes til emitterne af Q4 og Q6.
I stedet for BD139 og BD140 kan benyttes (men de kan bibeholdes): BC550 og BC560 BC337 og BC327 ...
R10,R11 bibeholdes. R8,R9 bibeholdes. Du redimensionerer R6,R7. Bemærk at R7 er parallelkoblet med højttaleren! Men en ændring på en faktor 2 i hvilestrømmen gennem Q2,D1...D2 betyder ikke så meget. Men regn med at R7 i normal drift er 4-16ohm. Fordelen ved dette design er at du sparer en elektrolytkondensator.
Forstærkningen er groft set g= (R5+R12)/R12 Dog vil Q1 emitterudgangsimpedansen belaste parallelt over R12.
Dioderne D1...D2 burde have en god varmeforbindelse med Q3 og Q5.
Hvis en effektmodstand på 0,47 ohm er svær at finde så kan den fås ved at parallelforbinde f.eks. 5 stk 0,4W 2,2ohm metalfilm eller kulfilmsmodstande.
Q1,BC546 (Brug gerne BC550, BC414, BC107... i stedet) anvendes faktisk til at trække Umodkobel (emitter) fra Uind (basis).
Man får sig da et lille godt grin, da det ikke er ret tit man falder over hjemmesider hvorpå der er en advarsel som denne: "Advarsel : Den fylder 228 Kb tekst + 283 Kb grafik fordelt på 109 filer."
Jeg er godt klar over at siden sidst er opdateret i 1998, men alligevel ;O)
Her er en mere præcis udledning af middelstrømmen:
BC327, BC337 kan max. tåle en afsat effekt 0,625W uden køleplade ved 25 grader C.
Tilsammen kan de tåle 1,25W, hvis den afsatte effekt fordeles ligeligt.
1,25W/12V= 0,104A
Men en klasse AB effektforstærker har en virkningsgrad på minimum 50% så en del af effekten afsættes i højttaleren.
Det står her:
Elliott Sound Products Power Amplifier Efficiency Explained:
formatting link
Citat: "... Amplifier efficiency is a topic that seems to be poorly understood, judging from the comments and questions I have had from readers, so I thought that I would put something together to explain away some of the mystery. As I progressed, it became obvious that I was going to have a lot more work to do than originally intended, since many of the basic concepts will also require explanation. ... Class-B ... Table 1 - Class-B Power Dissipation Versus Output ... At 1/2 power (12.5W in this case), the dissipation is at a maximum, and the dissipated power exactly equals the output power, giving an efficiency of 50%. It is also apparent that at lower powers efficiency falls even more, but output stage dissipation also falls, so heating would not seem to be such a problem. However, since we are working with music in the real world, we need to consider the dynamic range (or, to be more precise, the peak to average ratio) of a typical signal. This is between 10dB and 20dB, so average power will be somewhere between 2.5 and 8 Watts. This implies from the table that the amplifier will be working fairly consistently at an average dissipation of 8 to 12 Watts at maximum power output before clipping. ... This is not often taken into consideration, and many amplifiers have insufficient heatsink capacity to operate at anywhere near full power for prolonged periods. ..."
-
Det skal dog bemærkes at ovennævnte kun gælder for højttalere som opfører som rene ohmske modstande uden spole og kondensator virkning.
-
-
Men sådan er det ikke i praksis. Grundet akustiske og elektriske resonanser kombineret med at højttalere bliver fodret med klippede signaler, kan højttalere elektrisk både opføre sig med kondensator og spole virkning - og nogle højttalere med delefiltre kan med bestemte signaltog trække op til 10 gange så meget strøm - dvs. en 8 ohms højttaler kan belaste som en 0,8 ohms impedans.
Tænk på din forstærker som en slags switch mode spændingsforsyning (SMPS).
Det er grunden til at man i 1980'erne pludselig ville opgive effekten ved bl.a. 2 ohm og max. strømtræk, selvom langt de fleste højttalere er mærket med 4 og 8 ohm.
Det var også grunden til at NAD 3020 i deres 20W forstærker "overdimensionerede" med 2N3055:
Emne: Forstærkere med 2N3055:
formatting link
Emne: NAD3020...hvorfor?:
formatting link
Citat: "... Dejligt emne her! Hvad det lige præcist er hemmeligheden bag 3020, tror jeg desværre ikke er én eneste ting, men mange i kombination. ... Det er nok mine bedste bud på succéen i konstruktionen. ... Alle kender da NAD 3020 - en ægte klassiker. En forstærkernes Jaguar E-type . Nej, den var og er god.....og det bedste var at den kunne erhverves for menneskepenge, vistnok kr. 1999,- mener jeg ... ... Det er en sand klassiker, men forstærkernes Jaguar E-type - nej. NAD'en var meget mere driftssikker - måske skulle man snarere sammenligne den med MGB - jeg har ejet begge - altså 3020 og MGB - ingen Jaguar endnu. ... Og det er i al fald ikke 3055/2955'erne alene der gør den gode lyd. Dem har jeg hørt i rigeligt med andre sammenhænge, hvor det ikke har været specielt vellykket. Meget 'mørk' lyd som regel. ..."
Classic Class-B Schematics - NAD 3020 - få transistorer:
formatting link
formatting link
-
Amplifier based on 2N3055:
formatting link
Citat: "... On many versions of the ST-120 that were kit built, the output's were indeed 2n3055. Reviewing the parts list of my ST-120 Q5/Q6 were 2N3055 Dynaco Part # 571844. (Serial number 17828060). ... At least this kinda **** has bypass c's The 2N3055 has been around for over 30 years, do I hear innovation... come on. crabby old guy building a tube pre amp (its all a joke) ..."
Dynaco Stereo 120 Power Amplifier:
formatting link
NAD 3020 drivers:
formatting link
-
En 8 ohms højttaler kan sagtens have 6 ohm (og lavere) ved visse frekvenser:
formatting link
Citat: "...Note that the high point on the curve is 17.5 ohms while the minimum impedance is 4.95 ohms..."
formatting link
-
En klasse D effektforstærker kan have en høj virkningsgrad - og især en klasse E kan have en teoretisk virkningsgrad på 100%.
Selv med komplekse belastningsimpedanser (spole og kondensator virkning) burde de stadig kunne være tæt på deres max. virkningsgrad.
-
Fandt endnu en simpel forstærker TIP31, TIP32 baseret:
Easy simple 5watt amplifier (+-20V) - burde kun modificeres til 12V og enkeltstrømforsyning:
Pete C.H wrote: > Glenn Møller-Holst wrote: >> Pete C.H wrote: >>> Glenn Møller-Holst wrote: >>>> Pete C.H wrote: >>>>
Hej Pete
Det var en jeg sjusede mig frem til.
Her er en mere præcis udledning af middelstrømmen:
BC327, BC337 kan max. tåle en afsat effekt 0,625W uden køleplade ved 25 grader C.
Tilsammen kan de tåle 1,25W, hvis den afsatte effekt fordeles ligeligt.
1,25W/12V= 0,104A
Men en klasse AB effektforstærker har det største effekttab på ved 50% af den afgivne effekt. Så en del af effekten afsættes i højttaleren. (Derfor valgte jeg en lidt højere strøm.)
Det står her:
Elliott Sound Products Power Amplifier Efficiency Explained:
formatting link
Citat: "... Amplifier efficiency is a topic that seems to be poorly understood, judging from the comments and questions I have had from readers, so I thought that I would put something together to explain away some of the mystery. As I progressed, it became obvious that I was going to have a lot more work to do than originally intended, since many of the basic concepts will also require explanation. .... Class-B .... Table 1 - Class-B Power Dissipation Versus Output .... At 1/2 power (12.5W in this case), the dissipation is at a maximum, and the dissipated power exactly equals the output power, giving an efficiency of 50%. It is also apparent that at lower powers efficiency falls even more, but output stage dissipation also falls, so heating would not seem to be such a problem. However, since we are working with music in the real world, we need to consider the dynamic range (or, to be more precise, the peak to average ratio) of a typical signal. This is between 10dB and 20dB, so average power will be somewhere between 2.5 and 8 Watts. This implies from the table that the amplifier will be working fairly consistently at an average dissipation of 8 to 12 Watts at maximum power output before clipping. .... This is not often taken into consideration, and many amplifiers have insufficient heatsink capacity to operate at anywhere near full power for prolonged periods. ...."
-
Det skal dog bemærkes at ovennævnte kun gælder for højttalere som opfører som rene ohmske modstande uden spole og kondensator virkning.
-
-
Men sådan er det ikke i praksis. Grundet akustiske og elektriske resonanser kombineret med at højttalere bliver fodret med klippede signaler, kan højttalere elektrisk både opføre sig med kondensator og spole virkning - og nogle højttalere med delefiltre kan med bestemte signaltog trække op til 10 gange så meget strøm - dvs. en 8 ohms højttaler kan belaste som en 0,8 ohms impedans.
Tænk på din forstærker som en slags switch mode spændingsforsyning (SMPS).
Det er grunden til at man i 1980'erne pludselig ville opgive effekten ved bl.a. 2 ohm og max. strømtræk, selvom langt de fleste højttalere er mærket med 4 og 8 ohm.
Det var også grunden til at NAD 3020 i deres 20W forstærker "overdimensionerede" med 2N3055:
Emne: Forstærkere med 2N3055:
formatting link
Emne: NAD3020...hvorfor?:
formatting link
Citat: "... Dejligt emne her! Hvad det lige præcist er hemmeligheden bag 3020, tror jeg desværre ikke er én eneste ting, men mange i kombination. .... Det er nok mine bedste bud på succéen i konstruktionen. .... Alle kender da NAD 3020 - en ægte klassiker. En forstærkernes Jaguar E-type . Nej, den var og er god.....og det bedste var at den kunne erhverves for menneskepenge, vistnok kr. 1999,- mener jeg ... .... Det er en sand klassiker, men forstærkernes Jaguar E-type - nej. NAD'en var meget mere driftssikker - måske skulle man snarere sammenligne den med MGB - jeg har ejet begge - altså 3020 og MGB - ingen Jaguar endnu. .... Og det er i al fald ikke 3055/2955'erne alene der gør den gode lyd. Dem har jeg hørt i rigeligt med andre sammenhænge, hvor det ikke har været specielt vellykket. Meget 'mørk' lyd som regel. ...."
Classic Class-B Schematics - NAD 3020 - få transistorer:
formatting link
formatting link
-
Amplifier based on 2N3055:
formatting link
Citat: "... On many versions of the ST-120 that were kit built, the output's were indeed 2n3055. Reviewing the parts list of my ST-120 Q5/Q6 were 2N3055 Dynaco Part # 571844. (Serial number 17828060). .... At least this kinda **** has bypass c's The 2N3055 has been around for over 30 years, do I hear innovation... come on. crabby old guy building a tube pre amp (its all a joke) ...."
Dynaco Stereo 120 Power Amplifier:
formatting link
NAD 3020 drivers:
formatting link
-
En 8 ohms højttaler kan sagtens have 6 ohm (og lavere) ved visse frekvenser:
formatting link
Citat: "...Note that the high point on the curve is 17.5 ohms while the minimum impedance is 4.95 ohms..."
formatting link
-
En klasse D effektforstærker kan have en høj virkningsgrad - og især en klasse E kan have en teoretisk virkningsgrad på 100%.
Selv med komplekse belastningsimpedanser (spole og kondensator virkning) burde de stadig kunne være tæt på deres max. virkningsgrad.
-
Fandt endnu en simpel forstærker TIP31, TIP32 baseret:
Easy simple 5watt amplifier (+-20V) - burde kun modificeres til 12V og enkeltstrømforsyning:
Det nedsætter også forvrængningen, de fleste transistores forstærkning falder temmelig meget i nær max strøm. Ved at bruge en kraftigere holder man sig inde i et mere lineært omrøde af kurven.
Jeg må vist også hellere lige vise min lille, lidt 'skæve' forstærker her. :-)
formatting link
Den kører med jordede emittere i udgangen, men uden at de bare bliver 'vendt' til emitterfølgere af driveren, som man ellers næsten altid ser. Så den kan svinge rail-to-rail, og kan laves i udgaver der kan køre helt ned til 2V.
Med de valgte spændinger omkring Q1 basis og da R7 ene ende sluttes til GND og ikke (+Vsupply-GND)/2, skal R7 skal have en seriekondensator.
I hvile vil Q2 basis og output mellem udgangstransistorene have ca. spændingen (+Vsupply-GND)/2. (Ved godt at GND sædvanligvis defineres til at være 0V).
ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here.
All logos and trade names are the property of their respective owners.