Ik ben in het bezit gekomen van een aantal OPA501AM power opamps van Burr-Brown, die 10A kunnen leveren. Het leek me wel een leuk idee om hiermee een lo-fi audio vermogensversterker mee te bouwen. Ik heb hiertoe een klein ontwerpje in elkaar gestoken waarin
2 van deze opamps in brug staan, dit om het DC-component te compenseren en maximaal gebruik te kunnen maken van de beschikbare voedingsspanning. Maar ik ben niet echt een analoge held, vandaar deze vraag.
Ik wil graag een single-supply versterker maken, die op accu's kan draaien, waarbij de voedingsspanning niet zo belangrijk is. Ik wil 2-3 12v accu's in serie gaan gebruiken, 24-36 volt dus.
Mijn ontwerpje werkt op zich wel, maar ik heb nogal last van cross-over vervorming. En ik zou zo 1,2,3 niet weten hoe ik die opamps moet wijsmaken dat ik graag een biasstroompje had gehad.
Zijn deze opamps gewoon niet geschikt, of valt hier nog een mouw aan te passen?
Het schema'tje staat hier:
formatting link
en een datasheet van de opa501 hier:
formatting link
Bij voorbaat dank voor iedere verhelderende blik...
Ik sta ook open voor andere ontwerpen die aan mijn eisen kunnen voldoen.
aan de beide uitgangen van de opamps eens proberen met een elko van 1000 microfarad 16 Volt DC en de minkant aan de massa leggen eventueel met een weerstandje ertussen van een 47 ohm ook een paar 1N4148 diodes tegen overclamping in de beurt van de uitgang naar beide ingangen verbinden tekens 2 in serie van beide zijden
"Kcirtap" schreef in bericht news:c0bm33$m4n$ snipped-for-privacy@news2.tilbu.nb.home.nl...
"Kcirtap" schreef in bericht news:c0bm33$m4n$ snipped-for-privacy@news2.tilbu.nb.home.nl...
vermogensversterker
waarin
draaien,
in
Deze opamps is alleen geschikt voor laag frequent werk. De output trap staat in classe B. De grafieken laten dan ook zien dat de harmonische vervorming boven de 1000Hz snel toeneemt.
On Tue, 10 Feb 2004 23:31:30 +0100, "Kcirtap" wrote: [...]
[...]
Mijn vijf centen:
Er is een kans dat de zaak niet stabiel is. Het komt wel voor dat je de versterker oscilleert en het lijkt wel wat op zware crossover. Zet er eens een radio naast (MG of LG) en soms hoor je het gegil al.
Waarschijnlijk is het noodzakelijk om de voedingen te ontkoppelen. Dwz vanaf de plus naar massa een goede elko (1000 uF) en misschien zelfs een gewone C parallel (b.v. 22.000 pF). Vlak bij de behuizing van de opamp aanbrengen. Het staat ook al op blz 6 bovenaan, en dat is niet voor niets. Daar hebben ze het over tantaaltjes maar dat is gewoon een alternatief.
Hetzelfde stel C's moet je vanaf de min naar de massa aanbrengen. Ook vlak bij de behuizing.
Ze geven ook tips over de manier waarop de draden moeten lopen: ook die zijn ervoor bedoeld om oscillatie te voorkomen.
Een andere tip is dat er heel vaak een filter aan de luidsprekeruitgang nodig is. Hang tussen de uitgang van *elke* opamp en de bijbehorende massa van die opamp een R van 10 ohm en een C van 0,1 uF oid in serie.
Je opamp heeft bij 10kHz nog maar een rondgaande versterking van 100 (40 dB) en dat is niet veel. Bij hogere frequenties wordt het nog slechter. Zie het eerste grafiekje. Je hebt de versterking op ca
10 ingesteld. De onderdrukking van de vervorming is dan bij 10 kHz nog maar een factor 10 (het is lang geleden, dus er is een kleine kans dat ik hier een vergissing maak). Ik zie zelf zo gauw geen instelling van een bias-stroom, dus als er intern een flinke vervorming bestaat, zal die maar
10x onderdrukt worden en meer kun je niet doen (behalve een versterkertrap ervoor zetten en die in de tegenkoppeling opnemen).
Tenslotte geeft de fabrikant bij de toepassingen niet aan dat je er een versterker mee kunt bouwen. Dat geeft al te denken.
Ik raad je aan om het eens stap voor stap op te bouwen. Neem dus eerst één opamp. Zet de versterkingsfactor eerst eens op 1, pas de genoemde ontkoppelingen nauwkeurig toe en kijk wat er dan voor geluid uit komt. Het zou best eens mee kunnen vallen, vooral omdat je toch al LOW Fi verwacht.
Op de scoop zie ik niets wat op oscillatie lijkt. Het is overigens niet een hele zware vervorming, je hoort het wel als je een pure sinus aanbiedt, en als muziek heel zacht staat hoor je het 'kraken'. Echt zoals een versterker zonder biasstroom.
Ik heb nu een 470uF tussen + en - voeding van de opamp direct aan de pootjes gesoldeerd, die heb ik niet in het schema getekend. Ik maak gebruik van een asymetrische voeding, dus ik kan niet naar gnd toe, aangezien ik die niet heb ;-)
Dit ga ik proberen. Maar ook hier zal ik naar de - of naar de + kant van de opamp-voeding moeten, daar ik geen gnd heb.
Dank je voor deze uitleg, dit is wel verhelderend.
Het is dan ook een experimenteel gebeuren ;-) Het komt toevallig zo uit dat ik deze opamps heb, vandaar. Ik heb ook nog een aantal LH0101 opamps, die zijn volgens mij beter geschikt hiervoor, er staat ook een audio-versterker als applicatie in de datasheet. Helaas kan deze niet zoveel vermogen leveren. Maar misschien kan ik die voor mid-hoog gebruiken en de OPA501 voor de bassen.
Ik was begonnen met 1 opamp (de bovenste in het schema; de niet-inverterende dus). Maar omdat ik dan een DC-component van 0.5*Vcc op de uitgang heb, moet ik een uitgangselco gebruiken waarvan ik ook niet weet wat voor invloed die ging hebben op het resultaat.
Bedankt voor alle tips, ik ga er snel mee aan de slag!
Je kan een ruststroom laten lopen door aan de uitgang van de opamp een weerstand naar + of - te leggen, die de uitgang in klasse A houdt voor kleine signalen. De vervorming verschijnt dan pas bij de wat grotere signalen, en valt minder op.
Dit had ik al geprobeerd inderdaad, maar zoals je zegt, dan verschuift de nuldoorgang naar boven of beneden. Niet helemaal ideaal, maar toch een goeie tip.
Eeehm, ik zie toch duidelijk onder aan elke opamp (die driehoekjes in je schets) een massa-symbool... :-)
Een bekend probleem: we halen de pen en de bedrading door elkaar. Dan krijg je van die heldere verhalen als: "die massa moet je aan de massa solderen". Met massa bedoel ik de massa-pen op de chip, niet je massa ergens anders in de schakeling :-) De voedingsspanning in de chip moet "hard" zijn; en niet de spanning elders. Vandaar die c.
Klopt je schema wel helemaal? Als je zegt dat je een asymmetrische voeding hebt? Want die massapen hangt dus nergens aan, zeker?
Het is voor de gemiddelde opamp met een +ingang, een -ingang, een symmetrische voedingsaansluiting en een massapen wel nodig dat je die massapen op een of andere manier op de halve voedingsspanning legt. Een veelgebruikte truc voor lage vermogens is een simpele spanningsdeler van b.v. tweemaal 1k. In combinatie met - jawel- een c over de onderste weerstand om het midden van de spanningsdeler ook voor de hogere frequenties mooi aan de voeding te leggen. Bij hoge vermogens moet je uitkijken (heb ik even geen zin in).
[..]
Ik zou het toch maar doen.
BTW als je met een enkele opamp begint en een elco nodig hebt aan de uitgang: die elco merk je nauwelijks. Die draagt misschien enkele procenten vervorming bij aan de vervorming van je Low-Fi projectje :-)
De truc met de weerstand aan de uitgang (zie de andere post) is een mooi idee.
"Kcirtap" schreef in bericht news:c0bm33$m4n$ snipped-for-privacy@news2.tilbu.nb.home.nl...
[knip]
Tja..., cross-over, dat heb je met klasse B. Als ik het goed heb, ben je van een hoop probemen verlost als je het zaakje toch in klasse AB zou kunnen laten werken. Nou, daar gaat'ie dan...
Aan de basis kant van de NPN/PNP darlington paren zou een offset (1) t.o.v. de respectievelijke emitters moeten zijn om een ruststroom te bewerkstelligen voor een instelling in klasse AB. Dat lukt niet omdat basis naar basis "on-chip" is kortgesloten. "On-chip", tussen aanhalings tekens, want het is een hybride.
Om toch een klasse AB instelling te realiseren een gedachten model.
Neem voor het model aan dat :
- het symetrisch wordt gevoed met ± 24V, massa/0V in het midden.
- de spanning op de uitgang van de "interne" OP, oftewel op de basis van beide darlington's, 0V is t.o.v. massa.
- Ube voor één b-e overgang 0.5V is, dus 1V voor een darlington.
- alle weerstanden voor "ruststroom doeleinden" 1Kohm zijn.
Het model berust erop dat niet de basis van de NPN darlington 1V hoger ligt dan de emitter, maar de emitter 1V lager ligt dan de basis. Anders gesteld, de NPN darlington emitter ligt op -1V t.o.v. massa. Voor de PNP darlington geldt hetzelfde, maar dan omgekeerd, m.a.w., voor de PNP darlington ligt de emitter op +1V t.o.v. massa.
Om e.e.a. te bewerkstelligen neem :
- een weerstand R1 van +24V naar pin 8.
- een weerstand R2 van -24V naar pin 2.
- een weerstand R3 van pin 1 naar pin 2, dus i.p.v. R+cl.
- een weerstand R4 van pin 1 naar pin 8, dus i.p.v. R-cl.
Zie de NPN darlington nu als een emitter-volger van de "interne" OP. De emitter wordt door R2 omlaag getrokken maar kan niet lager dan
-1V t.o.v. massa omdat de darlington de uitgang van de OP volgt. De spanningsval over R2 is nu 23V, de ruststroom dus 23mA. (2)
Hetzelfde geldt voor de PNP darlington, d.m.v. R1 is de ruststroom ook daar 23mA maar ligt de emitterspanning op +1V t.o.v. massa.
De deler pin2/R3/pin1/R4/pin8 dient om een uitgang te krijgen, die op 0V virtueel ligt, voor de tegenkoppeling van de "interne" OP. De uiteinden van de deler liggen op -1V en +1V, het knooppunt voor de tegenkoppeling, R3/pin1/R4, dus op 0V virtueel. (3)
Voor dc instelling lijkt het verhaal zover te kloppen, voor ac is er echter een probleem, en wel : waar knoop ik de luidspreker aan? Als je de LS aan pin 2 knoopt heb je wel "push" maar geen "pull". Als je de LS aan pin 8 knoopt heb je wel "pull" maar geen "push". Je kunt ook niet één pool van de LS aan tegelijkertijd pin 2 en 8 knopen want dan verlies je, uiteraard, je zojuist met veel moeite verkregen werking van de ruststroom schakeling. Oplossing: neem TWEE elco's, C1 en C2. (4) De minpool van C1 aan pin2 (-1V), de pluspool aan de LS+. De pluspool van C2 aan pin8 (+1V), de minpool aan de LS+. Vervolgens nog de LS- aan massa.
O.K., voor dc is het zaakje nu gescheiden en is er ruststroom, en voor ac zijn beide uitgangen "kortgesloten".
Kanttekeningen bij het bovenstaande.
1) Offset ~2xUbe, totale offset dus ~ 4xUbe van basis NPN tot basis PNP.
2) De ruststroom door de darlington's is in theorie: (Ub-Ube)/R1(of R2) - 2xUbe/(R3+R4)
3) De stroombegrenzingstransistoren beginnen volgens de datasheet te geleiden bij (-)+0.65V, basis t.o.v. emitter. Daar nu de basis in steady-state (+) -1V t.o.v de emittor is, zal stroombegrenzing, voor zover er Rcl's zijn aangebracht, pas veel later optreden want de daarvoor nodige spannings verandering is 1.65V geworden i.p.v 0.65V. Rcl, indien nodig, moet anders gekozen worden, daarnaast moeten ze ook op een iets andere manier geplaatst worden. Ik denk niet dat je problemen hoeft te verwachten die het gevolg zijn van eventuele parasitaire basis-substraat diodes die gaan geleiden vanwege een basis spanning met omgekeerde polariteit, simpelweg omdat de stroombegrenzings transistoren (wellicht) niet op het Si substraat zitten maar (wellicht) deel zijn van het "discrete" gedeelte van de hybride. Maar goed, het bovenstaande is een gokje want ik ken de constructie niet, evenwel ...meten is zeker weten... of moet ik in dit geval zeggen ...proberen gaat voor studeren... Eventueel kun je het knooppunt R3/R4 los koppelen van pin1. De tegenkoppeling zit dan uiteraard op knooppunt R3/R4.
4) Bij laagfrequente signalen waarbij de RC tijd van C1/Rls of van C2/Rls in de buurt komt van, of kleiner is dan, de periode duur van je signaal, treedt ompoling van de spanning over de elco's op. Dat valt echter te voorkomen als je van het gedachten model met symetrische voeding afstapt en overgaat naar een praktische schakeling met enkelvoudige voeding. In dat geval liggen zowel pin2 als pin8 op grofweg ½Ub en knoop je beide elco's met de pluspolen aan de voornoemde pin no's. Een alternatief, bij handhaven van een symetrische voeding, zou een ingangsfilter kunnen zijn met een duidelijk hogere kantelfrequentie dan de kantelfrequentie van C1/Rls of C2/Rls. Een ander alternatief is het vervangen van C1/C2 door elk twee elco's in anti-serie waarbij het knooppunt via een R aan + of - ligt. Maar dan wordt het wel erg véél Cee en weinig OPee :-)
Zoals gezegd, het is een gedachten model. Met dimensionering van de componenten zal nog wel gestoeid moeten worden om een zo goed mogelijke resultaat te krijgen. Ik zie echter op dit moment geen reden waarom het niet zou werken, wellicht dus de moeite van het proberen waard.
Met dank aan Thomas voor het laten ontstaan van de vonk.
[knip een uitgebreide uitleg over de werking van deze klasse AB instelling]
Ik heb geprobeerd het samen te vatten in een nieuw schema:
formatting link
Ik heb het hele verhaal gelezen en ik moet zeggen dat dit een ongelooflijk leerzaam stuk is. Ik had al wel eens in de richting gedacht van kruiselings weerstanden tussen pin 2/8 en - en + voeding, maar ik kwam er maar niet uit waar ik dan toch mijn uitgang vandaan moest halen...
Alleen hier ga ik nog de mist in:
Maar indien niet losgekoppeld toch ook, of vergis ik mij hier?
Ik ga hier zeker mee aan de slag. Alvast hartelijk bedankt voor deze inzichtvolle post!
Heb ik toch nog een vraag: Als ik, zoals in het originele schema, een brugschakeling wil, zou toch ook op deze manier moeten kunnen, niet ?
Valt me ineens nog een mogelijkheid in (ik heb hier nog niet echt over nagedacht, dus misschien sta ik nu onzin uit te kramen): kan ik niet 2 opamps pakken, en die verbinden, dus pin 2 van OP1 aan pin 2 van OP2 en pen
8 van OP1 aan pin 8 van OP2? En dan OP2 laten inverteren? Als je dan de luidspreker tussen pen 2 en 8 zet, zou dat werken?
Dus dat tijdens de positieve fase er stroom loopt door de NPN van OP1 en de PNP van OP2, en tijdens de negatieve fase de stroom door de NPN van OP2 en de PNP van OP1.
Zou ik dan van de elco's af kunnen?
En toen was er licht ;-)
Groeten Patrick (ziet het weer helemaal zitten nu)
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.