audiodiyers.hu

Ebben a topikban a nagy teljesítményű, többnyire hangosításra készült végerősítőkkel kapcsolatos tervezési és építési kérdésekkel lehetne foglalkozni.

Sajti

A nagy teljesítményű lineáris működésű (nem kapcsolóüzemű) végfokok néhány olyan tervezési problémát vetnek fel, amelyek a házi használatra készülő példányoknál nem szokásosak:

- fokozott hűtési igények. A nagy teljesítmény miatt itt igen nagy a hőtermelés, amely komoly hűtési megoldásokat igényel. Kétféle irányból szokták közelíteni a problémát: Egyrészt csökkentik a disszipációt, amelyet a tápfeszültség lineáris, vagy kapcsolóüzemű modulációjával lehet megoldani, másrészt pedig minél hatékonyabb hűtéssel igyekeznek megszabadulni a keletkező hőtől.

- túlvezérlés elleni védelem A nagy kivezérlés miatt könnyen és gyakran előfordulhat, hogy az erősítő túlvezérlődik. Ennek elkerülésére valamilyen limiter áramkört szokás beépíteni, amely túlvezérléskor visszaveszi a rendszer erősítését, ezzel elkerülve a hangszórók károsodását.

- védelmi rendszerek A végerősítő elemek fokozott igénybevétele, a nagy áramok és feszültségek miatt komplex védelmi áramkörökre van szükség. Emellett a hangosítás, mint felhasználás terület, megköveteli, hogy az esetleges üzemzavar megszűnése után a berendezés a lehető leggyorsabban és automatikusan újra működésbe lépjen.

Sajti

Ennek a témának van ősi, a '70-es évekből származó darabja - Hitachi HMA8300 Dynaharmony

Üdv: TJ.

Az elv nem mai, ez nyilvánvaló. Bár kérdéses a G osztály szükségessége otthoni használatra.

Sajti

A következő, amiről érdemes beszélni az a tápfeszültség modulációja. Ennek kétféle verziója létezik:

1, Lineáris moduláció. Ekkor a végtranzisztorok alaphelyzetben az alacsonyabb tápfeszültségről működnek. Ha a kimeneti jel nagysága megközelíti ennek értékét, akkora tápfeszültséget a kimeneti jel burkológörbéjét követve növeljük a magasabb tápfeszültségig. A megoldás előnye, hogy a lineáris működés miatt a táp modulációja kevés zavart okoz a kimeneti jelben. Ugyancsak előny, hogy a végtranzisztorok a legnagyobb kimenő áram mellett kis kollektor-emitter feszültség mellett működnek, ami nagy üzembiztonságot jelent. Hátránya, hogy a moduláló áramkörnek nagy teljesítményt kell disszipálnia, ami miatt több nagy teljesítményű eszközt kell alkalmazni. Szintén hátrány, hogy a moduláló áramkörnek is van néhány voltos maradékfeszültsége, ami a hatásfokot csökkenti.

2, Kapcsolóüzemű moduláció. Alaphelyzetben a végtranzisztorok itt is az alacsonyabb tápról működnek. Amikor a kimeneti jel megközelíti ennek az értékét, akkor egy kapcsoló áramkör a tápfeszültséget átkapcsolja a magasabb értékre. A megoldás előnye, hogy a kapcsoló elem (többnyire MOSFET) disszipációja nagyon alacsony lehet, ezért kevés és olcsó alkatrészt lehet alkalmazni ebben a pozícióban. A kapcsolóüzem miatt nagyon alacsony a veszteség, ami a hatásfoknak tesz jót. Hátránya, hogy a kapcsoláskor nagymértékű zavarok keletkezhetnek a több 10 voltos feszültségugrások miatt, illetve, hogy a végtranzisztorok igény bevétele a nagyobb áramok tartományában kedvezőtlenebb, mint a lineáris modulációnál.

A gyakorlatban az utóbbi megoldás az egyre inkább elterjedtebb, elsősorban gazdasági megfontolások, illetve a kapcsolóüzemre fejlesztett MOSFET-ek egyre szélesebb elterjedése miatt.

Sajti

Azért azt tegyük hozzá, hogy a két dolog hatásfok tekintetében szinte ekvivalens.

A második megoldással úgy vagyok, hogy akkor már inkább D-osztály... 95% hatásfok...

Szinte. Bár ilyen erősítőknél néhány voltért már komoly küzdelem megy.



Ízlés kérdése...

Sajti

Még egy kis elméleti szösszenet:

Védelmek:

- hővédelem. Itt 2 dologról is beszélhetünk, egyik az aktív hűtés kivitelezése. Ezt én hőmérséklet függvényében vezérelt DC ventilátorral képzeltem el, amely a hűtőborda hőmérséklet függvényében növekvő sebességgel megy. Sok helyen alkalmazzák a minimális sebességgel folyamatosan üzemelő ventilátort, amely a hűtés szempontjából némileg hatásosabb, viszont a berendezésbe gyűjtött por tekintetében még inkább, ezért én 50 fokos bordahőmérséklet alatt kikapcsolt helyzetben tartom. A másik pedig a túlmelegedés esetén történő kikapcsolás. A legtöbb esetben erre a kimeneti relét alkalmazzák. Ez nem biztos, hogy a legjobb megoldás tekintve, hogy a kimeneti relé a nagy teljesítményű végfokok Achilles sarka. Ezért nálam túlmelegedés esetén a védelem a bementi limiterrel minimumra szabályozza a jelet. Ez 95 fokos bordahőmérsékletnél történik meg. Ha a borda visszahűlt 75 fok alá, akkor az áramkör deaktiválódik.

- limiter. Túlvezérlés esetén egy komparátorral vezérelt led-fotoellenállás kombináció segítségével történik az erősítés csökkentése. Ez különösen a magas tartományban ad nagyon jó eredményt, miután a vactrol önmagában ad egy néhány 10ms-os időállandót, hogy a magas sugárzókra ne juthasson vágott jel. A limiternek még 2 funkciója van: A bekapcsolási koppanásgátló működése után lassan kezdi el növelni az erősítést, hogy az esetleges elkábelezés, gerjedés, vagy egyéb hibák okozta hangszóró károsodást elkerülhessük (legyen idő a gyors kikapcsolásra). Valamint itt működik a fentebb taglalt túlmelegedés elleni védelem is. A limiter maximum 40-45dB csillapítást tud beiktatni.

- DC védelem. A hangsugárzók védelme egy esetleges végtranzisztor meghibásodás esetén kiemelten fontos. Itt semmi különös extra nincs egyszerű 2 tranzisztoros áramkör kapcsolja le a kimeneti relét, ha a kapcsokon 1-1.5V-nál nagyobb DC szint jelenik meg.

- rövidzár/túlterhelés elleni védelem. Itt a szokásos visszahajló karakterisztikájú V/I limitert használom, némi csavarral. Ez az áramkör határolja a kimeneti áramot, ha a terhelés 2ohm alá megy, illetve rövidzár esetén egy biztonságos értékű áramot engedélyez csak. A különlegessége az, hogy a védőtranzisztorok kollektorában szokásos diódát optocsatolóra cserélve ez a védelem vezérli a bekapcsolási koppanást gátló áramkört. A kialakítás olyan, hogy egy-egy rövid idejű túlvezérlést enged (az áramot limitálva), de hosszabb idejű túlterhelés esetén aktiválja a védelmet, és a kimeneti relé kikapcsol. Ekkor lezajlik egy 4mp-es késleltetés, majd a védelem újra engedélyezi a kimenetet, lassan növelve az erősítést. Ugyanez történik rövidzár esetén is. Ennek célja az, hogy pillanatnyi rövidzár, vagy egy-egy túlterhelés ne állítsa le teljesen az erősítőt, hanem néhány mp után újra működőképes legyen, hiszen a buli nem állhat meg...

- koppanásgátló, kimeneti relé vezérlés. Sajnos ebben a teljesítmény tartományban komoly kihívás a megfelelő kimeneti relé megtalálása. Sokan autókba tervezett 40-70A-es reléket használnak (neves gyártók is!), amik az áramot bírják ugyan, de feszültségtűrésben messze elmaradnak a szükségestől. A relé, mint mechanikai eszköz a lehető legnagyobb kíméletre szorul, ha azt akarjuk, hogy hosszabb távon is használható maradjon. Én ezt úgy próbáltam elérni, hogy a bemeneti limiter működését összekapcsoltam a relét vezérlő áramkör működésével. Ha bármilyen probléma miatt a relének el kell engednie, a limiter áramkör az elengedést megelőzően maximális csillapításra áll, ezzel csökkentve a kikapcsolás pillanatában a relén átfolyó áram értékét. A DC védelemi kikapcsolás esetén jelentkező feszültséglökések kivédésére (a hangszóró nagyon kellemes induktivitás) a kimeneti védődiódákat a relé után kötöttem be.

Sajti

A konkrét végfokról néhány szót:

- a fentebb vázolt megoldások közül a minőségileg legjobb, lineárisan modulált tápos verzió mellett döntöttem
- az elérhető hűtőbordák közül a Fischer SK514-et választottam.

Ezzel a típussal lehetővé vált, hogy a végtranzisztorokat a szokásos szigetelő alátét nélkül szerelhessem a bordára. Miután a tápot moduláló tranzisztorok is komoly teljesítményt disszipálnak, ezért ezeket is szigetelés nélkül lenne célszerű szerelni. Így aztán a pozitív tápot PNP, a negatív tápot NPN tranzisztorok modulálják komplementer darlington kapcsolással.
- kimeneti teljesítmény cél 1kW/4ohm ami 180Vpp, és tápfeszültségben minimum +/-100V-ot igényel terhelve. A kimeneti áramot is figyelembe véve, valamint a szokványos dobozméreteket is számításba véve 4+4 pár végtranzisztorral tervezek.
- a meghajtást sokszor elspórolják a PA végfokoknál, hiszen ez leginkább csak viszi a helyet a "hasznos" dolgok elől (végtranzisztorok). Én igyekeztem nem túlságosan leegyszerűsíteni az elejét, úgyhogy a Marantzból már ismerős CFA meghajtó fokozat került bele, kicsit módosítva a nagyobb kimeneti teljesítményhez (max tápfesz. +/-140V)

Sajti

Kapcsolási rajz részlet a ventilátor vezérlés.

Az LT1086 majd LM317 lesz. A bal oldali feszültségforrás az LM35-ös hőmérséklet érzékelőt szimbolizálja. A 100 ohmos terhelés pedig a ventilátort.

Sajti

A vezérlés működése a következő:
Alaphelyzetben (hideg borda) a ventilátor álló helyzetben van. Ekkor a kapcsolás kimenetén kb. 1.2V van. Ez a feszültség 43 foknál elkezd növekedni kb. 340mV/fok meredekséggel. A ventilátor maximális sebességét kb. 80 fokos bordahőmérsékletnél éri el, akkor 13,5V a kimeneti feszültség. Ezzel a kapcsolással elég jól közelíthető a megoldás, hogy a ventilátor mindig csak az éppen szükséges fordulatszámmal működjön.

Sajti

Közben a deszkamodellel csináltam néhány tesztet. Először is volt egy MOSFET kapcsolós verzióm, és azt hallgattam meg kétféle módon:

1, a kapcsoló FET-et fixen bekapcsolva "AB" osztályban
2, a kapcsolást engedélyezve "H" osztályban

Az utóbbi üzemmód meghallgatásos tesztelésére az alacsonyabb tápfeszültséget alaposan lecsökkentettem, hogy a kapcsolás biztosan megtörténjen, és a hangerő se legyen gyilkos.
Az eredmény nagyjából azt hozta a amit vártam tőle, bár sosem jó előítélettel állni a teszthez... A "H" osztály lényegesen rosszabb hangminőséget ad az "AB"-hez képest. Amint a kapcsolási tartományba kerülünk, azonnal megjelenik egy rossz értelemben vett félvezetős hang. Érdes, karcos magasak, szúrós hangszínek. Miután elsőre mellbevágó volt a különbség, ezért próbáltam finomhangolni a kapcsoló áramkört. Ez gyakorlatilag a jelemelkedési sebesség korlátozása volt a MOSFET-nél. Ezzel jelentős mértékű javulást tudtam elérni. A különbség már nem azonnal mellbevágó, bár még mindig jól érezhető.
Ez nagyjából alátámasztja azt a tapasztalatot, hogy a modulált verzió hangja jobb lesz majd!

Sajti

Érdemes lenne tanulmányoznod a LabGruppen erősítőit. Hangosítási téren az egyik legjobb hangú erősítők. Itt a tápegység ami furmányosan van megépítve az erősítő elvileg A/B osztályú. A diyaudio.com-on is foglalkoznak a témával, illetve ezzel az erősítővel.

Ismerem őket. A tápegység gyakorlatilag 2db D osztályú kapcsolóüzemű végfok, ami az AB osztályú végfok tápját adja modulálva. Nem csak furmányos, de meglehetősen bonyolult felépítésű is a cucc...

Sajti

8Ha nagy teljesítmény kell, akkor egy jó hangú D-osztályút kell fejleszteni. Nem G, meg H osztállyal kell bohóckodni (szerintem). Ennyi...

Eljárt már az idő a G osztály felett...
D osztályban nem csak a hatásfok van 95% fölött, hanem a hatásfok görbe is alacsonyabb teljesítményeken sokszorosa a G, meg H osztálynak.
És bizony lehet nagyon-nagyon jó hangú D-osztályú végfokot összehozni. (Sokkal jobbat, mint G osztályút.) És még sokkal kisebb és olcsóbb is...

Egyetértek KD-val

A D-osztálynak egy baja van. A kimenetén lévő LC-tagból az induktivitás méretezése egy bizonyos impedanciára ideális. Más impedanciákat nem fog annyira szeretni a végfok, feltéve, ha hangosítani akarsz vele. Egyébként meg háklisabb az áramköri tervezésre is (nyák is) mint a hagyományos analóg társai. Lehet venni elég jó kínai kopi LabGruppent és a a nálunk céges szinten megforduló hangosítós cégek elmondása szerint is elég jó az erősítő. Nem csak kívül, hanem belül és hangilag is kísértetiesen hasonlít a LabGruppenre
Alapból nincs rajta a felirat, de adják a csomagban a LabGruppen logót. Az ára szintén eléggé baráti.
http://www.aliexpress.com/item/fp10000q-amplifier-card-amplifier-board-fp10000q-fp10000q-amplifier-lab-gruppen-board/32428220018.html?spm=2114.031010208.3.61.Tv1qGv&ws_ab_test=searchweb201556_7,searchweb201527_4_71_72_73_74_75,searchweb201560_4

http://www.aliexpress.com/item/power-supply-for-fp14000-lab-gruppen-fp-series-professional-power-amplifiers/32252865576.html

300 dolcsiból tudsz is összehozni egy ilyen erősítőt, nem kell a fejlesztésbe időt és rengeteg pénzt ölnöd. 650-ért komplett bedobozoltat kapsz. Ennyiből még alkatrész szinten is nehéz összehozni.

Akkor ti épitsetek olyat. Sajti meg had épitse meg amit kitalált. Örüljetek hogy valaki még ir a fórumra.

Hát például, ha te nem írnál, azt mondjuk megéreznénk vajon? (Na jó, lehet kicsit jobb lenne a közhangulat az apróban. )
A lényeg, hogy te írsz. Húúúdenagyon beszólni mindig tudsz. A nagy beszóló, megmondóember. A csapból is ilyenek folynak mindenhol. Ilyenekből sehol nincs hiány...

Ettől függetlenül mindenkinek van elképzelése, meg véleménye, azt meg szabadon kinyilváníthatja. Én ezt tettem. Leírtam az én nézőpontomat (hogy szerintem nem éri meg 1KW-ra G, meg H osztályú erősítőt építeni. Nekem eszembe se jutna legalábbis, csak a D-osztály)....

Ezzel nem értek egyet. Nincs ilyen probléma. Csak városi legenda... Ilyen hifis babona szerűség.

PA-ra vennék egy használt Crown-t. Sokaktól hallottam, hogy a legjobb hangú PA végfokok...

Tudod ez egy hobbi, és a hobbit azért csinálja az ember mert érdekli. Engem érdekel egy ilyen végfok kifejlesztése, az anyag is megvan hozzá, hát miért ne csináljam. Nem akarok belőle meggazdagodni, nem akarok rá céget alapítani. Szeretek vele játszani.
A fejlesztés itt kicsit mást jelent, mint a házi hifiben. Itt nem szükséges az egyes alkatrészek hangzásra válogatása, lényegesebb a megbízhatóság és a masszív felépítés.

Sajti

Nem érdekel a D osztály.

Sajti

Mások szerint a QSC, mások szerint a Crest, megint mások szerint a Lab Gruppen...

Sajti

De másokat még érdekelhet. Nekik írtam.

(Milyen egocentrikus má mindenki mostanság. Csak magukra gondolnak...)

Igen, ez egy hobbi és az építés, tervezés öröméért csinálkjuk, ez benne a legélvezetesebb. Egyetértek Ettől függetlenül komoly anyagi vonzata van a dolognak és érdemes alaposan átgondolni, hogy mit érdemes adott célra megépíteni. A saját beírásom ezt szerette volna sugallni

KD, köszi az infókat, ma is tanultam valamit

Akkor esetleg írhatnád a D osztályú topikba...

Sajti

Ventillátor szabályozásnál nem lenne esetleg praktikus egy 0V-Umin között hiszterézises, fölötte arányos szabályozást csinálni?
Tapasztalatom szerint ventillátoroknak kicsit bizonytalan az elindulási feszültség igénye (ha már egyszer forog, akkor már alacsonyabb feszültségről is elpörög)...

Ez így van, de a kapcsolás 4-5 különböző ventilátorral próbálva is jól működik. Igaz, hogy az elinduláshoz kell neki 5-6V, és 3-4V-on még megy, ha éppen lassulásról van szó. Ez azonban nem zavarja különösebben a működést. Igaz, hogy van egy diszkrét 3 sebességes verzióm is (0, félsebesség, max sebesség)

Sajti

Egy egyszerűbb kapcsolás, úgy 500W/4ohm-ig..

Sajti

Kicsit össze-vissza a rajz, úgyhogy némi kommentárt kötnék hozzá:

A tápfeszültség +/-40V, és +/-80V. Ennek nagy előnye, hogy 50V-os puffer kondenzátorok használhatóak, szemben az AB osztály esetében szükséges 100V-osakkal.
A kimenő teljesítmény 500W/4ohm, ha a tápfeszültség nem esik le 68-70V alá. A beépített áramkorlát 13A-es kimenő áramnál nem enged többet tranzisztoronként. Ez soknak tűnik elsőre, de a G osztály miatt ilyen magas áramérték mellett csak néhány V esik a végtranzisztorokon, tehát az üzembiztonság megfelelő.
A tápfeszültség átkapcsolásakor nem keletkezik értékelhető nagyságú tranziens a kimeneten, nem szóval arról, hogy az átkapcsolás csak az utolsó 3dB teljesítménynél jön létre.

Sajti

Egy viszonylag egyszerű kapcsolás. Ellenben 1200W/2ohm, 0.001% torzítással a szimuláció alapján. Érdemes adni neki egy esélyt

Sajti

Nagyon érdekes. Mintha megint arra ment volna ki a dolog, hogy izoláció nélkül lehessen a hűtőbordára szerelni a végtranzisztorokat:)
D1-D4 miért vannak?

Naná, hogy arra ment ki. Mindig arra megy ki Egy ma modernnek számító hangosítós végfokban nincsen szigetelés. Így lehetséges, hogy a 20 évvel ezelőtti erősítőkhöz képest jelentősen nőtt a kimeneti teljesítmény, kevesebb eszköz felhasználásával.

Szinteltolást végeznek a jövendőbeli D5 és D6 részére, amelyek túlvezérléskor javítanak majd a kimeneti jelalakon.

Ez a kapcsolás annyiban jobb(?) az előzőknél, hogy itt minden hűtést igénylő eszköz egyetlen nagy bordára szerelhető. Valamit kapcsolt/modulált táp esetén kevesebb zavar szűrődik be kapacitív úton. Hátránya, hogy sokkal kevésbé kifinomult a kapcsolástechnika.

Sajti

Most még valami olcsóbb műveleti erősítővel kellene kipróbálni, de sajna az NE5532-höz nincsen normális szimulációs modell...

Sajti

Küldök TL072-őt és LM4562-őt is. Elég pontosak.

A TL072 fut, de ennek is az a baja, mint TI modelleknek: Hiába folyik a kimeneten 8-10mA, a felvett áram nem változik. Ez sajnos a hibás modellek egyik jele.
Az LM4562-vel meg le sem fut a szimuláció. Bekötetlen lábakra hivatkozik...

Sajti

Pedig nekem van olyan mintapéldám, ahol ez benne van.
Este majd megnézem.

A szimulátorba alapból beépített OP07, és OP27 műveleti erősítőkkel szépen működik a kapcsolás. De sem az 5532-vel, sem pedig a TL072-vel nem sikerült stabillá tenni. Nagyon gerjedékeny, és minimális paraméterváltozásnál is instabillá válik.

Sajti

Próbáltad az alap LT1xxx opampokkal?

Igen. Azokkal is megoldható. De pl 5532 ekvivalens nincs köztük...
Egyébként az OP27 nem túl drága, Úgyhogy még jó is lehet...

Sajti

A 1469 az.

Akkor kipróbálom! Köszi!

Sajti

Az LT1357-et is be szokták rakni a jó öreg csótány (5534) helyére.

Csak érdekességképpen, az 5534-el Wien hidas oszcillátor kapcsolásban sokkal kisebb torzítást bírtam produkálni, mint több csoda (sok ezer Ft-ba kerülő) opamp-al.

Hát érdekes, mert ezt semmiképpen sem nevezném kompatibilisnek, vagy tízszer gyorsabb, mint az 553x.




Tud az az IC, ha jól használod!

Nem adtam még fel, próbálkozom, bár ennek a kapcsolásnak a stabilizálása meglehetősen nehéz dolog, mert a végtranyók feszültséget is erősítenek, és ennek során a paramétereik durván változnak.

Sajti

Na most már ott tartok, hogy a szimulátor adatbázisában megtalálható, összes szóba jöhető műveleti erősítővel stabil, és amelyiknek a SR-je is elég azzal a kimeneti jele is szép...

Sajti