..:: Menu ::..

  :: NEWSY
  :: APLIKACJE
  :: PORADY
  :: KITY - OPISY
  :: GOTOWE PROD.
  :: PROJEKTY
  :: LINKI
  :: KONTAKT

..:: Oceń stronę ::..

..:: ODWIEDZIN ::..
1
..:: Linki ::..
http://www.einternet.die.pl/

http://www.prodigy4ever.any.pl

http://www.elektronika3000.republika.pl/

http://www.axel2.blink.pl
..:: ZEN ::..


A1. Jaki jest dźwięk jednego, trzaskającego tranzystora?
Są dwie podstawowe zasady przy konstruowaniu wzmacniaczy. Pierwsza to prostota, a druga to liniowość. Einstein powiedział: "Wszystko powinno być robione tak prosto jak możliwe, ale nie prościej". Prostota jest wspólną cechą wszystkich najlepszych i najbardziej subtelnych projektów. Jest to preferowane z czysto estetycznych powodów, ale także dlatego, że mniej elementów powoduje mniejsze podbarwienie dźwięku i mniejszą stratę informacji. Wielu audiofili, w tym ja, jest chętnych do poświęcenia innych aspektów jakości, aby uzyskać intymność z dźwiękiem uzyskiwanym poprzez jak najprostszy obwód. Wzmacniacz musi być prosty, ale musi też być liniowy. Niektóre pomiary zniekształceń we wzmacniaczu są nieuniknione i wybaczane, jeżeli są to zniekształcenia odpowiedniego typu. Nie mniej jednak ważne jest, aby mierzone zniekształcenia były na odpowiednio niskim poziomie. Zaletą prostych obwodów jest zagubienie, jeżeli dźwięk przeładowany jest zbyt dużą ilością podbarwionych informacji. Wiele złożonych układów było usprawiedliwionych wysokimi, mierzalnymi parametrami. Patrząc na sprawę obiektywnie, jest to bardzo ważny sposób podejścia do sprawy. Jest wiele zastosowań, gdzie parametry są ważne, a subiektywne odczucia schodzą na dalszy, odległy plan. Każda aplikacja, w której jakość jest decydująca do otrzymania wymaganych parametrów, jak we wzmacniaczu MRI, powinna być sądzona za pomocą obiektywnych testów. Ale to nie jest budowanie rakiety kosmicznej; naszym celem jest aby słuchaczowi podobał się dźwięk. Jeżeli usprawiedliwimy takie dążenie nazywając to sztuką zamiast nauki to będzie to dobre wyjście, nawet preferowane przez wielu. Rozwiązanie oczywistego problemu pomiędzy prostotą i obiektywną jakością jest naszym celem. Obecnie dostępne w handlu wzmacniacze posiadają nawet 7 stopni wzmacniających. Najprostszy jaki znam ma ciągle 3 stopnie. Dąży się do tego, aby zbudować stopień wzmacniający nie wymagający sprzężenia zwrotnego. Sprzężenie stosowane jest aby poprawić jakość poszczególnych stopni. Paradoksalnie dodatkowe wzmocnienie stosowane jest aby zniwelować dodatkowe zniekształcenia spowodowane dodatkowymi stopniami wzmacniającymi. Jak prosty może być układ, aby ciągle dobrze pracował? Oczywiście wzmacniacz z pojedynczym stopniem wzmacniającym będzie najprostszym jaki możemy sensownie zbudować i zadamy pytanie: "Jak dużą wydajność możemy uzyskać z pojedynczego stopnia wyjściowego?"

2. Klasa A single - ended.
Jest tylko jedna droga aby z prostego układu uzyskać wystarczającą liniowość: klasa A single - ended. Jest to rozwiązanie stosowane w najwcześniejszych układach wzmacniających (w lampach oczywiście), ale nie zostało ono wykorzystane na szeroką skalę we współczesnych konstrukcjach półprzewodnikowych z powodu swojej sprawności energetycznej. Ostatnimi czasy układy pracujące w klasie A single - ended zyskały popularność, początkowo za sprawą entuzjastów lamp. Z czasem niektóre firmy przedstawiły swoje konstrukcje tego typu oparte na lampach. Charakteryzowały się one ograniczoną mocą, wysokim kosztem i wielokrotnym stopniem wzmacniającym. Opublikowałem 20-watowy, bipolarny, pracujący w klasie A single - ended projekt w Audio Magazine w 1977 roku. Posiadał on cztery stopnie wzmacniające. Pass Labs produkuje serię Aleph od 1992 roku. Konstrukcje te posiadają 3 stopnie wzmacniające. Jestem nieświadomy innych konstrukcji sprzedawanych w Stanach, ale spodziewam się, że moja hegemonia szybko się skończy wraz ze zbliżającymi się innymi konstrukcjami wykorzystującymi pojedyncze tranzystory single - ended. Prostata nie jest jedynym powodem wykorzystywania topologii single - ended. Charakterystyka takiego stopnia wzmacniającego jest najbardziej muzykalna. Jego asymetria jest podobna do charakterystyki spiętrzająco - rozprężającej powietrza. Gdzie większe przemieszczenie jest obserwowane dla dodatnich wychyleń (kompresja) niż dla ujemnych (rozprężenie). Powietrze ma naturę single - ended i może osiągać bardzo duże ciśnienia, ale nigdy nie przechodzi poniżej zera. Zniekształcenia takiego medium to druga harmoniczna, najmniej niepożądana. Czasami mylnie wzmacniacze single - ended są postrzegane jako urządzenia zaśmiecające sygnał drugą harmoniczną aby na siłę osiągnąć odpowiedni charakter. Nie jest to prawdą. Niskie zniekształcenia są ciągle ważną sprawą, a jak wynika z moich obserwacji dodawanie drugiej harmonicznej do sygnału nie powoduje wzrostu jego jakości. Urządzenia single - ended są wyraźnie inne od tych typu push - pull, ponieważ posiadają tylko jeden stopień wzmacniający na sekcję wzmacniającą i przerabiają cały sygnał samodzielnie. Liniowe urządzenia single - ended pracują tylko w klasie A. Dla kontrastu, urządzenia push - pull dzielą sygnał pomiędzy dwa przeciwstawne stopnie. Jeden obsługuje część ujemną, a drugi dodatnią. Taki dodani / ujemny sygnał jest sztucznie składany. Jako wynik dostajemy tylko prąd zmienny bez składowej stałej. Urządzenia push - pull oferują zazwyczaj sprawność energetyczną dwukrotnie większą niż urządzenia single - ended a także oferują mierzalną kasację zniekształceń. Odpowiednio połączona w konfigurację push - pull para stopni wzmacniających generuje mniej zniekształceń dzięki ich kasowaniu i koncentruje się na trzeciej i na wyższych harmonicznych. Odbija się to na symetrii obu połówek sygnału wyjściowego. Praca tego układu możliwa jest w klasie A, AB oraz B. Najbardziej liniową z tych jest klasa A w której obwód rozprasza w stanie spoczynku dwa razy więcej mocy niż jego maksymalna wyjściowa. Obwody push - pull mają większą efektywność. Dodatkową ich zaletą jest to, że mogą pracować gdy prąd wyjściowy przekroczy prąd spoczynkowy. Przechodzą wtedy do niższej klasy. Wzmacniacz push - pull klasy A o prądzie spoczynkowym 1 ampera może dostarczyć do obciążenia 2 ampery międzyszczytowo zanim opuści klasę A. Następnie może dostarczać większe prądy w klasie AB, gdzie jedna połówka doświadcza przesterowania i nie może podołać odpowiedniemu utworzeniu sygnału wyjściowego. Dla kontrastu wzmacniacze single - ended nie mogą liniowo dostarczyć większego prądu niż ich prąd spoczynkowy. Generalnie muszą rozproszyć cztery razy więcej mocy podczas spoczynku niż wynosi ich moc wyjściowa. Typowa efektywność wynosi maksymalnie 20%. Sama ogromna nieefektywność wyjaśnia dlaczego klasa A single - ended zyskała ograniczony rozgłos, jednak ostrożna poszukiwanie możliwych wersji obwodów pozwala na zwiększenie sprawności do 50%. Istnieją rozwiązania pozwalające operować urządzeniu single ended jako push - pull powyżej prądu spoczynkowego. Przejście obarczone jest trzaskaniem (clipping). Firma Pass Labs otrzymała jeden patent i stosuje inne tego typu rozwiązanie pokazujące nowatorskie podejście do problemu.



Rysunek powyżej pokazuje prosty przykład obwodu pracującego w klasie A single - ended. W tym przypadku elementem wzmacniającym jest FET, jakkolwiek układ da się łatwo zaadoptować do pracy z lampą lub tranzystorem bipolarnym. Sygnał wejściowy jest podawany na bramkę, a tranzystor dostarcza wzmacniające napięcie i prąd, które pojawia się na drenie. Prąd stopnia wzmacniającego jest ustalany przez swego rodzaju impedancje, która steruje prądem dostarczanym do tranzystora. Tą impedancją może być rezystor, albo stałe źródło prądowe lub też innego typu obciążenie jak na przykład głośnik. Ponieważ ten element pracuje z dużym napięciem stałym. Z tego powodu nie chcemy używać głośnika. Typowo stosuje się głośnik równolegle z układem ustalającym prąd i szeregowo z kondensatorem blokującym. Jeżeli elementem ustalającym prąd był rezystor, to mielibyśmy sprawność wynoszącą około 4%. Znaczy to, że podczas spoczynku 100W byłoby zamieniane na ciepło, a moc wyjściowa wynosiłby 4 waty. Duże podniesienie sprawności spowoduje rozdzielenie prądu sygnału do prądu spoczynkowego tak aby element ustalający prąd spoczynkowy pracował tylko z napięciem stałym i oczywiście kondensator blokujący zapewni ochronę, aby głośnik widział tylko składową zmienną sygnału. Możemy osiągnąć to stosując stałe źródło prądowe. Efektywność wzrośnie do 20% lub będzie 5 razy lepsza. Stałe źródło prądowe dostarcza tylko prądu stałego nie przenosząc sygnału wejściowego. Dodatkowo oprócz zwiększenia sprawności źródło prądowe usuwa szumy zasilania z prądu spoczynkowego i zapewnia całkowicie stałe obciążenie dla zasilania. Jako rezultat całkowicie stałego obciążenia zasilacza staje się bardzo mało ważne jaka rezystancja jest widoczna w obwodzie prądowym i dwa kanały mogą korzystać z jednego zasilacza nie zakłócając sobie nawzajem sygnału. Użycie źródła prądowego zamiast rezystora jest usprawiedliwione wyższą sprawnością urządzenia, jednak nie wszyscy konstruktorzy urządzeń single - ended zgadzają się z tym.

3. Mosfety.
Musimy rozważyć jaki typ elementu wzmacniającego jest odpowiedni do tej aplikacji. Obecnie wybór jest prosty: elementy bipolarne mają zbyt małą impedancję wejściową, aby mogły być użyteczne, a lampy mają zbyt małe wzmocnienie aby mogły być wykorzystane w urządzeniu z pojedynczym stopniem wzmacniającym. Jedynym przydatnym elementem jest MOSFET mocy, który ma taką samą transkonduktancję jak lampa i posiada wysoką impedancję wejściową, ale operuje z wystarczającym wzmocnieniem przy wystarczająco wysokich prądach by móc bezpośrednio wysterować obciążenie. Zbiegiem okoliczności MOSFET jest elementem, który wybrałem. Nawet w bardziej rozbudowanych obwodach tranzystory bipolarne nie posiadają charakterystyki transkonduktancji, która by mnie zadowoliła, a lampy wymagają transformatora wyjściowego co pociąga za sobą degradację dźwięku. Użycie transformatora jako obciążenia dla układu single - ended jest bardzo problematyczne, odkąd prąd stały płynie przez niego transformator, następuje nasycenie rdzenia. Rozwiązanie jakie zostało zaaplikowane to zastosowanie rdzenia ze szczeliną powietrzną. Rezultatem jest ograniczenie oddziaływania pomiędzy uzwojeniem pierwotnym, a wtórnym, przez co jakość cierpi jeszcze bardziej. Mosfety nie zostały uznane w dźwięku wysokiej jakości z powodu swych charakterystyk. Patrząc na wzmacniacze dostępne na rynku widać dwa poważne błędy w wykorzystaniu mosfetów. Po pierwsze, prawie wszyscy konstruktorzy umieszczają mosfety w takich samych, często skomplikowanych układach, które zostały zaprojektowane dla komponentów bipolarnych często bez patrzenia na ich specyficzne charakterystyki. To stosowanie bez wyobraźni nowego typu stopnia wzmacniającego objawia się dźwiękiem skrajnie różnym od oryginalnego, bipolarnego obwodu, często bez wzrostu jakości dźwięku. Układy dostępne na rynku wykorzystujące mosfety to także urządzenia klasy AB. Pasmo przenoszenia mosfetów objawia się poważną nieliniowością przy niskich prądach spoczynkowych. Objawia się to zniekształceniami przejściowymi w układach push - pull. Ta porażka konstruktorska tworzy swego rodzaju sygnaturę brzmieniową, którą wiele osób nazywa "mgłą mosfetową", gdzie widoczny jest spadek ilości detali. Aby w pełni wykorzystać to, co oferują mosfety należy sprawić, aby pracowały w klasie A. Nie jest więc zaskakujący fakt, że mosfety nie zyskały w środowisku audiofilów należytego im szacunku. Mam nadzieję, że zmieni się to w najbliższej przyszłości szczególnie, gdy mosfety znajdą swoją drogę do wzmacniaczy klasy A single - ended.

3. Obwód.



Rysunek powyżej pokazuje kompletny schemat wzmacniacza. Q1 jest elementem wzmacniającym, którego prąd spoczynkowy ustalany jest przez źródło prądowe zrealizowane na Q2. Chcąc się uporać wpierw ze źródłem prądowym, możemy zauważyć elementy powiązane z Q2. Q3 jest używany jako regulator napięcia bramki tranzystora Q2. Jego prąd jest ustalany przez R6 / R7, razem z C5 filtrującym tętnienia napięcia. Gdy prąd przejdzie przez Q2, nabawi się spadku napięcia na R1 i gdy ten spadek osiągnie 0.66 wolta (2 ampery prądu płynące przez Q2 / R1), następuje połączenie z Q3, który ogranicza napięcie pojawiające się na bramce Q2 do ok. 4 wolt. Ta mała pętla działa aby utrzymać prąd płynący przez Q2 na poziomie 2 amperów. R3 i R4 zostały dodane, aby zwiększyć stabilność pętli i zapobiegać oscylacją Q2. To 2-amperowe źródło prądowe zasila tranzystor Q1. Rezystor R8 i potencjometr P1 tworzą stałoprądową pętlę sprzężenia zwrotnego, która utrzymuje na bramce Q1 potencjał 4 wolt i umieszcza potencjał drenu Q2 w punkcie połowy napięcia zasilania (około 17 wolt). Sygnał wejściowy dostaje się na bramkę Q1 poprzez C6 i R5, a sygnał wyjściowy trafia do głośnika przez szeregowo połączone C3 i C4. R9 i R2 całkowicie usuwają składową stałą, nie są to jednak elementy bardzo niezbędne. Z1 jest potrzeba, aby zabezpieczyć dren tranzystora przed zbyt wysokim napięciem ponad 20 wolt.



Rysunek powyżej pokazuje widok płytki dla dwóch kanałów. Rysunek jest dla płytki jednostronnej, ale posiadam także płytki ze ścieżkami masy po stronie elementów i otworami przelotowymi w odpowiednich miejscach, jednak różnica w cenie w porównaniu do tradycyjnego druku jest bardzo znaczna. Zauważ, że przyłącze wyjściowe ma odwrotną polaryzację. Pin dodatni głośnika powinien być podłączony do masy, a ujemny do aktywnego wyjścia wzmacniacza.



Rysunek powyżej pokazuje rozmieszczenie elementów, a tabelka poniżej ich wartości. Transformator T1, mostek BR1 i bezpiecznik F1 nie znajdują się na płytce. Punkty oznaczone na płytce jako LPOWER i RPOWER należy podłączyć do "+" i "-" mostka prostowniczego.

Element
Wartość
R1
0,33 2W
R2
100 1W
R3
221 0,25W
R4
221 0,25W
R5
4,75k 0,25W
R6
4,75k 0,25W
R7
4,75k 0,25W
R8
22,1k 0,25W
R9
47,5k 0,25W
C1
10000uF 35V
C2
10000uF 35V
C3
2200uF 35V
C4
2200uF 35V
C5
47uF 25V
C6
47uF 25V
Q1
IRFP140, kanał N, 50V, 10A, 125W
Q2
IRFP9240, kanał P, 50V, 10A, 125W
Q3
MPSA92, tranzystor NPN, 50V, 10mA, TO92
Z1
1N5239, 9.1V, 500mW, 5%
P1
10k potencjometr montarzowy
BR1
Mostek diodowy, 25A, 50V
F1
Bezpiecznik, 5-6A, szybki
T1
Transformator, 24-25V AC, 5A, dla jednego kanału

Części potrzebne do budowy są zazwyczaj ogólnie dostępne. Pierwszym warunkiem, jaki powinny spełniać mosfety jest zdolność rozproszenia 30W mocy bez awarii, co oznacza elementy o maksymalnej mocy 125W. Mosfety muszą być na napięcie 50V i sugeruję, aby ich ciągły prąd drenu wynosił przynajmniej 10A lub więcej. Wybrałem elementy firmy International Rectifier i można je spotkać na stronie IR. Bardzo ważną rzeczą jest radiator odprowadzający ciepło. Radiator dla każdego kanału musi odprowadzić w sposób ciągły 70W ciepła przy temperaturze wyższej o 25C od temperatury otoczenia. Mniejsze radiatory skrócą życie mosfetów. Jeżeli zdarzy się, że nie będziesz mógł dotknąć radiatora podczas pracy, sugeruję użycie wiatraczka. Transformator powinien dostarczać napięcia 25V AC i prądu 6A lub więcej dla każdego kanału. Podczas gdy aktualny pobór prądu wynosi 2A na kanał, wskaźnik mocy utworzony przez ładujące się kondensatory będzie większy niż ten sugerowany dwoma amperami. Z tabeli elementów można wnioskować, że transformator posiada oddzielne uzwojenie wtórne dla każdego kanału, jakkolwiek możliwe jest zasilanie obu kanałów z jednego uzwojenia wtórnego i jednego mostka diodowego.

5. Uruchomienie.
Gdy skończysz już konstrukcję, włącz ją. Jeżeli bezpiecznik nie ulegnie spaleniu, szukaj około 0,66V spadku na R1, braku napięcia stałego na wyjściu i około 17V na drenach (środkowe piny) mosfetów. Wykorzystując sygnał wejściowy i 8 omowe obciążenie, wykorzystaj P1, aby otrzymać symetryczny sygnał wyjściowy. Regulację za pomocą P1 powtórz po nagrzaniu się wzmacniacza. Impedancja wyjściowa wzmacniacza wynosi ok. 1 om, a współczynnik tłumienia 8. Istnieją głośniki, które nie będą nadawały się do tego wzmacniacza, po części dlatego, że potrzebują wysokiego współczynnika tłumienia, mają impedancję poniżej 8 omów lub potrzebują ponad 10 wat mocy. Przy obciążeniu poniżej 8 omów moc nie wzrośnie, tylko spadnie. Dzieje się tak dlatego, że konstrukcje single - ended mogą wysterować obciążenie jedynie prądem mniejszym od ich prądu spoczynkowego i nie będą pracowały liniowo powyżej pewnego punktu. Na rynku jest niewiele konstrukcji o oporności 8-16 omów i efektywności 90-100dB, które byłyby odpowiednie. Wzmacniacz ten może sprawdzić się jako zasilanie głośnika średnio lub wysokotonowego. Jest dobry przy współpracy z głośnikami tubowymi. Jeżeli zechcecie napędzać obciążenie 4omowe podwójną mocą proponuję proste, równoległe połączenie dwóch końcówek w monoblok łącząc ze sobą terminale wejściowe i wyjściowe. Impedancja wejściowa wynosi około 4,75koma, a wzmocnienie jest ustalone na poziomie 8,5dB. Znaczy to, że wzmacniacz powinien być napędzany aktywnym źródłem, które może dostarczyć 3,5V przy obciążeniu 700mA. Charakterystyka wejściowa może być modyfikowana dla źródeł o wyższym napięciu i mniejszej wydajności prądowej poprzez zwiększenie R5 i przystosowana do źródeł o wyższej wydajności i mniejszym napięciu poprzez zmniejszenie wartości rezystora R5. Jak to brzmi? Z odpowiednim głośnikiem, po prostu wspaniale. Często po opublikowaniu projektu takiego jak ten otrzymuję masę listów z pytaniami jak ulepszyć projekt. Jak sprawić aby był większy, mniejszy, lepszy. Używajcie lepszych przewodów, lepszych kondensatorów, lepszych przyłączy. Czy oferuje kity. Czy sprzedaję bezpośrednio. Czy reperuję wzmacniacze? Identyczny wzmacniacz powinien być dostępny u dystrybutorów firmy Pass Labs w czasie, gdy to czytacie. Informacja na temat produktów, dealerów oraz materiały na temat urządzeń class A single - ended można zamówić pod adresem:

Pass Labs, PO Box 219, 24449 Foresthill Rd.
Foresthill CA 95631, fax (530) 367 2193

Nie oferuję kitów, nie sprzedaje bezpośrednio i nie reperuję, za to chętnie udzielę bezpłatnej porady. Ulepszając wzmacniacz możecie użyć lepszych części wedle uznania. Nie lubię natomiast pytań o mniejszy wzmacniacz. Natomiast jeżeli chcecie większy, sugeruję znalezienie większych części i zbudowanie go. Wszystkie elementy są łatwe do zastąpienia. Możecie znaleźć większe mosfety lub wyżyłować istniejące. Skonstruowałem większą wersję prezentowanego wyżej obwodu wykorzystując przemysłowe mosfety o mocy start 600W i do dziś pracują dobrze. Prostota wzmacniacza zostaje wielką tolerancję dla modyfikacji. W przeciwieństwie do większości konstrukcji nasza nie jest krytyczna w doborze części. Nie posiada także stabilizacji częstotliwości oraz sprzężenia. Budując modyfikowaną wersję należy zwrócić uwagę na maksymalne napięcie i moc strat kluczowych elementów. Abstrahując od lepszych kondensatorów, czy istnieją inne metody ulepszenia wzmacniacza? Tak się składa, że istnieją, a najlepszy z nich jest chroniony patentem Pass Labs. Jeżeli jest uzasadnione kontynuowanie tego dążenia do budowy urządzenia wzmacniającego, to jest to temat na następny artykuł.

Copyright 1994 Nelson Pass
nelson@passlabs.com


Tłumaczenie: Michał
Oryginalny artykuł można znaleźć na stronie:
http://www.passdiy.com


WRÓĆ

..:: 2003 © All rights reserved by moosix@wp.pl ::..