Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
CControls
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Prosty tranzystorowy wzmacniacz mocy

dwpl 23 Mar 2009 00:17 23977 26
  • Prosty tranzystorowy wzmacniacz mocy

    Prosty tranzystorowy wzmacniacz mocy


    Schemat wzmacniacza (jeden kanał):

    Prosty tranzystorowy wzmacniacz mocy


    Schemat zasilacza i układu opóźniania ząłaczania przekaźników:

    Prosty tranzystorowy wzmacniacz mocy



    Dodatkowe informacje o elementach:

    Transformator: Indel TST150/016
    Radiator: A-6023 70mm (zarówno transformator jak i radiator przewidziano dla wzmacniacza dwu kanałowego)

    R14, R15 - min. 2W 5%
    pozostałe rezystory - min. 250mW węglowe 5%
    R9 należy dobrać indywidualnie (1,6...2kohm) tak, aby napięcie na R14 (R15) po ustabilizowaniu termicznym wynosiło 8mV.
    Ewentualne minimalne napięcie stałe na wyjściu można skorygować rezystorami R1 i R2.

    C1, C3 - min. 35V
    C2, C4 - min. 6V
    C5, C6, C7 - min. 100V
    C8, C31, C32, C33 - min. 50V
    C34 - min. 10V

    L1 - ok. 12 zwoi drutem śr. ok. 0,7mm nawinięte na średnicy ok. 14mm

    Q1, Q2 - BC556B
    Q4 - BC337
    Q3, Q5, Q7 - BD243C
    Q6, Q8 - BD244C
    Q31...Q34 - BC546B
    Q7, Q8 - umieścić na radiatorze
    pozostałe tranzystory nie wymagają dodatkowego chłodzenia.
    Q4 należy umieścić w bliskim otoczeniu radiatora, najlepiej jak przykega do powierzchni radiatora.

    D1...D4 - dowolne prostownicze min. 5A 100V
    D5 - dowolna prostownicza min. 100mA 100V

    R32 - reprezentuje dwa przekaźniki JZC-20F DC24V połączone równolegle

    Prowadzenie masy nie jest przypadkowe.


    Pomiary:


    Moc wyjściowa przy znanym THD (sine 1kHz) (napięcie sieci 225V):

    - dwa kanały, każdy obciążony rezystorem 7,8ohm
    THD - moc
    - 2x205W (moc impulsowa, square 1kHz + PWM 10%)
    41% - 2x 120W (moc maksymalna ciągła, square 1kHz)
    10% - 2x 87W
    1% - 2x 73W

    - jeden kanał obciążony rezystorem 7,8ohm
    THD - moc
    - 210W (moc impulsowa, square 1kHz + PWM 10%)
    41% - 154W (moc maksymalna ciągła, square 1kHz)
    10% - 110W
    1% - 90W


    Zniekształcenia nieliniowe (THD):

    - obciążenie - rezystor 7,8ohm





    50W:
    28Hz - 0,031%
    56Hz - 0,030%
    112Hz - 0,030%
    250Hz - 0,030%
    1kHz - 0,046%
    3,5kHz - 0,124%
    7kHz - 0,210%

    10W:
    28Hz - 0,015%
    56Hz - 0,015%
    112Hz - 0,013%
    250Hz - 0,013%
    1kHz - 0,025%
    3,5kHz - 0,074%
    7kHz - 0,126%

    1W:
    28Hz - 0,010%
    56Hz - 0,008%
    112Hz - 0,007%
    250Hz - 0,007%
    1kHz - 0,016%
    3,5kHz - 0,053%
    7kHz - 0,094%


    - obciążenie - kolumna głośnikowa Tonsil ZGC 15-C (niskotonowy GDN16/30, wysokotonowy GDW9/50/2, "zwrotnica" tylko na GDW 1,5uF + szeregowo 4,7ohm)

    10W:
    28Hz - 0,034%
    56Hz - 0,012%
    112Hz - 0,063%
    250Hz - 0,017%
    1kHz - 0,018%
    3,5kHz - 0,024%
    7kHz - 0,067%

    1W:
    28Hz - 0,024%
    56Hz - 0,018%
    112Hz - 0,022%
    250Hz - 0,017%
    1kHz - 0,019%
    3,5kHz - 0,024%
    7kHz - 0,060%

    Szum na wyjściu:

    - bardzo zbliżony do białego, 0,35nW (przy obciążeniu 8ohm) w paśmie 0Hz...24kHz

    Pasmo:

    - dolna graniczna (R7 i C2):
    -3dB - 2,3Hz
    -1dB - 4,4Hz

    - górna graniczna ((R3 + Rwy poprzedniego stopnia)||R4 i C4):
    -3dB - >24kHz (24,7kHz)
    -2dB - 18,7kHz
    -1dB - 12,5kHz

    Rezystancja wejściowa i wyjściowa przy 1kHz:

    - 54kohm
    - 10mohm

    Wzmocnienie napięciowe przy 1kHz:

    28,8 [V/V] (27,5dB)


    Uzasadnienie doboru transformatora i radiatora:

    Pomiary RMS utworów niewiarygodnie przesterowanych wskazują, iż ich moc jest 5 krotnie mniejsza (-7dB) od mocy prostokąta (2,5x mniejsza względem sine), utwory typowe zawierają się w przedziale -9dB do -15dB względem prostokąta.
    Zakładając hipotetycznie możliwość uzyskania amplitudy +-40V na wyjściu, daje to 40V^2/8ohm=200W. Uwzględniając RMS utworu muzycznego 200W / 5 = 40W. Dwa kanały - 80W.
    Dla tego samego założenia odnośnie amplitudy (+-40V) okazuje się, że maksymalna moc tracona w tranzystorach końcowych (T7 i T8 ) to: 20V^2/8ohm=50W (warunek dopasowania impedancji obciążenia do impedancji wyjściowej widzianej z zacisków zasilacza). Licząc dwa kanały mamy 2*50W=100W, jednakże pomiary na utworach muzycznych wskazują, iż jedynie 60% mocy maksymalnej jest wykorzystywana tj. 60W.
    Razem moc w obciążeniu i moc w tranzystorach to 140W.
    Teoretyczne rozważania wskazują, że zakup transformatora mocy 150W jest słuszny, jednak jak się później okazuje w praktyce, założenie to jest błędne, transformator o mniejszej mocy równej 100W o trochę wyższym napięciu wtórnym (spoczynkowo 35V) był by stanowczo wystarczający!

    Radiator dobrałem w oparciu o dane zawarte na stronie: http://www.alutronic.de/indexE.php konkretnie model radiatora PR163. Przyjąłem, że oksydowany 50mm jest zbliżony do 70mm "gołego".
    Temperatura radiatora przy 60W 25stC+55stC=80stC. Rezystancja termiczna T7 i T8 to 2K/W, przy chwilowo absurdalnie niekorzystnej sytuacji (10Hz prostokąt +-20V, co generuje moc 50W o wypełnieniu 50% w jednym tranzystorze) tranzystory mogą osiągać temperature 180stC (dokładniej 130st + tętnienia +-50stC). Przyznaję, jak sprzęt ma być żyłowany na dyskotekach należy dla świętego spokoju dokupić kolejną parę T7 i T8 za słownie: dwa złote (ewentualnie jedna para BD249C i BD250C), jest to dużo korzystniejsze rozwiązanie niż stosowanie większego radiatora.

    Nie mam aparatu, zdjęć nie będzie.

    Złożenie całości (stereofoniczny wzmacniacz o mocy maksymalnej 2x 120W) to koszt w okolicach 120...150zł.


    Fajne! Ranking DIY
  • CControls
  • #2 23 Mar 2009 13:00
    grzesiek081074
    Poziom 12  

    Witam. A można prosić o schemat płytki montażowej wzmacniacza.

  • CControls
  • #3 23 Mar 2009 16:16
    dwpl
    Poziom 23  

    Niestety na chwilę obecną nie powstała jeszcze płytka drukowana, wzmacniacz złożono w technologii montażu przestrzennego (tzw. pajączek).

  • #4 23 Mar 2009 16:25
    Piotr Pajkert
    Poziom 32  

    Witam!
    Jednak projekt płytki jest nieodzowny aby uznać pracę za zakończoną. Nie muszę dodawać, że dopiero wzmacniacz zmontowany na prawidłowo zaprojektowanej płytce może zostać poddany testom. Lutowanie "na pająka" stosuje się, by dobrać eksperymentalnie wartości prądów i napięć.
    Cześć!

  • #5 24 Mar 2009 18:58
    kowaal31
    Poziom 10  

    A dlaczego prowadzenie masy nie jest przypadkowe?? i w jakim celu sluży ta cewka z opornikiem na wyjściu?

  • #6 24 Mar 2009 21:25
    dwpl
    Poziom 23  

    Cewka zapobiega wzbudzaniu. Natomiast źle poprowadzona masa może zaowocować m.in. charakterystycznym buczeniem (przydźwięk sieci).

  • #7 24 Mar 2009 23:05
    bubels
    Poziom 17  

    Po pierwsze ciekawy i inspirujący temat kolego.

    Po drugie nie wiem czy zamierzenie/świadomie ale obnażyłeś poziom działu diy a konkretniej użytkowników komentujących projekty.

    Jako iż wiele dzieci neostrady zna jedynie pismo obrazkowe to bez zdjęć już nie wiele są wstanie powiedzieć.

    Mnie twoja praca prosta acz treściwa skłoniła do refleksji a jednoczenia patrząc na schemat doszukałem się w nim analogi do schematu ideowego końcówki mocy marantza 2216. Taktuj to proszę jako komplement bo "dziś już tak się nie robi". A znawcy tematu wiedzą o co chodzi.

  • #8 25 Mar 2009 00:12
    dwpl
    Poziom 23  

    Sama konstrukcja w istocie nie jest niczym nowym, trudno zrobić coś nowego z ośmiu tranzystorów. Podstawowym jej założeniem była prostota i nie przekroczenie 0,1% THD (które uważam za rozsądną granicę).
    Udało się to z powodzeniem.
    Inspiracją do tworzenia PCB zawsze była dla mnie YAMAHA AX396 AX496 AX596.

    Dziś jest era wyższości MOS nad BJT :D. Oczywiście chętnie skuszę się na zaprojektowanie wzmacniacza z i nawet 15 tranzystorów i 30 rezystorów ale tylko wtedy gdy uzyskam niższe THD, nic za darmo.

  • #9 25 Mar 2009 20:15
    podembski2
    Poziom 16  

    Witam bardzo ciekawy projekt nie mogę się doczekać PCB (choć sam w wolnej chwili też coś narysuje).
    PS. to 120-150zł to cena chyba z transformatorem?:)

    Dodano po 21 [minuty]:

    PS.
    Powiedzcie mi co się stanie jak zmniejszę albo zwiększę zasilanie np do 30V lub 50V

  • #10 25 Mar 2009 20:52
    Irek_K
    Poziom 13  

    Nic nie ujmując temu wzmacniaczowi chciałbym przedstawić swoją opinię:

    Wzmacniacz jest identyczny (za wyjątkiem wartości elementów co jednak niewiele wpłynie na różnice w brzmieniu) do wzmacniaczy polskiej produkcji z lat 80, Diorowskich WS-ek czy Kasprzakowskich PW-esek.
    Natomiast z Yamahą ma niewiele wspólnego - brakuje w nim lustra prądowego, źródeł prądowych od strony + zasilania , wtórnika emiterowego przed tranzystorem Q3.
    Tranzystory końcowe BD... mają ft<3MHz tymczasem w AX-596 siedzą 2SC4467 które mają ft=20MHz.
    Te różnice znacząco wpływają na parametr "Slew Rate" i zniekształcenia TIM wzmacniacza. Polecam lekturę M.Feszczuka "Wzmacniacze elektroakustyczne".
    Nie jest to więc wzmacniacz audiofilski ale nazwałbym go "mini-maxem" (maximum osiągów przy minimum kosztów).

    Tranzystory mocy 2SC.., 2SA.. kosztują ok 4PLN za sztukę i nie widzę powodu by oszczędzając 12PLN robić wzmacniacz przeciętny zamiast dobrego.

    Schemat ten pojawia się często na Elektrodzie najczęściej z tranzystorami 2N3055 i nazywanie go bardzo ciekawym uważam za przesadę.

    A teraz coś na obronę:
    porównywałem brzmienie takiego wzmacniacza z bardziej wypasionymi
    i praktycznie różnice w zniekształceniach nie są do usłyszenia dla przeciętnego człowieka.

  • #11 25 Mar 2009 21:01
    dwpl
    Poziom 23  

    Tak, 120zł...150zł to cena całkowita, sam transformator i radiator to 75+20=95zł, reszta mnie kosztowała 30zł, razem 125zł.
    Wzmacniacz był też projektowany pod kątem ceny, stąd zastosowanie takich, a nie innych półprzewodników, np. BD243C i BD244C płaciłem po 80gr. Jednak teraz wydaje mi się to śmieszne, przecież i tak za transformator trzeba wyłożyć 75zł. Może przy konstrukcjach 5.1 (6 kanałowy wzm.) zacznie się to realnie opłacać.

    Napięcie +-50V (spoczynkowe) uważam za napięcie maksymalne dla tej konstrukcji. Należy mieć na uwadze tolerancje napięcia sieci.

    Przy napięciu +-30V wzmacniacz będzie pracował poprawnie, należy jedynie skorygować R1 i R2 ustawiając, przy tej operacji składową stałą prądu i zrównoważenie prądów Q1 i Q2, co przekłada się na napięcie stałe na wyjściu.

  • #12 25 Mar 2009 21:23
    podembski2
    Poziom 16  

    w sumie z tym projektem to po dłuższym zastanowieniu masz rację że to już było tylko inne części... Zrobiłem projekt PCB zasilacza i tego opóźnionego załączenia ale jak zrobiłem to mnie olśniło:) Powiedzcie mi jak to działa?:):):)

    Dodano po 8 [minuty]:

    Czy r32 to jest cewka w przekaźniku?

  • #13 25 Mar 2009 23:20
    dwpl
    Poziom 23  

    Tak R32 reprezentuje dwie cewki przekaźników połączone równolegle.

    Pisząc o PCB YAMAHY mam jedynie na myśli aspekt prowadzenia masy, czy zasilania, względnie rozmieszczenie elementów.

    Wymiana samych tranzystorów zmieni dokładnie nic, dźwięk cudownie się nie poprawi. Proszę nie pisać w tym temacie o zbawiennym działaniu tranzystorów 2SCxxxx i 2SAxxxx, gdyż jest to śmieszne i urąga poziomowi tego forum. A pasmo jest ograniczane głównie przez VAS i tutaj wymiana Q3 i zmniejszenie C5 może trochę poprawić.
    Zgadzam się ze stwierdzeniem, że wzmacniacz nie jest audiofilski, jednakże proszę zerknąć na parametry oferowane przez producentów wzmacniaczy, zwykle THD oscyluje w okolicach 0,05%, Yamaha w istocie mieści się w okolicach 0,015%. Wzmacniacz nie jest oczywiście niczym nowym, o czym pisałem wcześniej. Konfiguracja prosta i typowa.


    --------------------------------------------------------------------

    Zamieszczam PCB w wersji beta, możliwe występowanie błędów logicznych i drobnych błędów topologicznych.

    Zamiast D1...D4 wstawiłem B1

    Zworkami J31, J32, J33 ustala się sposób włączenia cewek przekaźników

    Równolegle:
    J31 - zwarcie
    J32 - zwarcie
    J33 - przerwa

    Szeregowo:
    J31 - przerwa
    J32 - przerwa
    J33 - zwarcie

    Pozwala to na stosowanie zarówno 12V jak i 24V przekaźników.

  • #14 26 Mar 2009 02:09
    Irek_K
    Poziom 13  

    Może od wymiany tranzystorów końcowych BD na 2S.... dźwięk się nie zmieni, ale zauważyłem teraz ze jako sterujące też zastosowano tranzystory mocy co już uważam za błąd konstrukcyjny.

  • #15 27 Mar 2009 19:09
    grzegorz_1982
    Poziom 9  

    Jakim programem byla projektowana plytka PCB?
    Czy moge prosic o wstawienie plików niezbednych do wydruku plytki

  • #16 27 Mar 2009 19:59
    jony
    Specjalista elektronik

    Typowy schemat Yamahy wygląda tak:
    Prosty tranzystorowy wzmacniacz mocy
    I jedyna ciekawe rozwiązanie to stopień sterujący VAS (Voltage amplifier stage) na Q7, Q8 i R15. Takie połączenie nazywane jest czasami "Baxandall Super Pair" i Q7 nie jest tylko "zwykłym" wtórnikiem.

    Z nowych wzmacniaczy Yamahy to ciekawy schemat A-S2000 a szczególnie stopień wyjściowy w całości na NPN.
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=5926938#5926938

    Chodź dzisiaj daleko wzmacniaczom yamahy do dawnych rozwiązań.
    Prosty tranzystorowy wzmacniacz mocy
    Prosty tranzystorowy wzmacniacz mocy

  • #17 27 Mar 2009 22:11
    dwpl
    Poziom 23  

    Wersja 1.1 (wolna od błędów na 99%).
    Widok od strony elementów. Minimalne wymiary laminatu 155mm x 175mm.


    Dodatkowe informacje:

    B1 - np. KBU6G (zastępuje D1...D4)
    D5 - np. 1N4004
    Y1, Y51 - np. JQC-3FF, JZC-20F min. 5A
    C9, C59 - 2,2uF min. 6V (dodano C9 szeregowo z R3)
    R31 - 22...24ohm (zamiast 20ohm)
    C4, C54 - 680pF (zamiast 1500pF; może występować problem ograniczania pasma, gdy rezystancja wyjściowa poprzedzającego stopnia jest duża - 2k...5kohm)

    Przewidziano możliwość wstawienia 3 rezystorów R9A, R9B, R9C tak, aby bez problemu uzyskać żądaną wielkość, względnie w miejsce R9 można wstawić liniowy potencjometr montażowy 2,2kohm np. RM-065, CA-6V.

    Istotę zworek J31, J32, J33 opisałem wcześniej.

    Rozstawienie tranzystorów Q7, Q8, Q57, Q58 jest dopasowane do profilu A-6023.


    http://www.expresspcb.com/ExpressPCBHtm/Download.htm


    Cytat:
    Chodź dzisiaj daleko wzmacniaczom yamahy do dawnych rozwiązań.

    Wiadomo, rozwiązania są różne, a i ich efekt końcowy też różny, jednak mnie osobiście interesuje efekt końcowy, czyli to co wychodzi na obiektywnych pomiarach. Nie mam uprzedzeń do wzmacniaczy scalonych, do MOSów, BJT, może być nawet 100 tranzystorów w kanale, albo same PNP, jak kto woli, byle to grało jak należy.
    Przykładowo taka śmieszna kostka TDA2050 w dobrej aplikacji i z dobrze poprowadzoną masą itd. miażdży parametrami większość wzmacniaczy przedstawianych tutaj w DIY. Moc maksymalna nie jest najważniejszym parametrem :).

  • #18 28 Mar 2009 13:50
    jony
    Specjalista elektronik

    dwpl napisał:

    Przykładowo taka śmieszna kostka TDA2050 w dobrej aplikacji i z dobrze poprowadzoną masą itd. miażdży parametrami większość wzmacniaczy przedstawianych tutaj w DIY. Moc maksymalna nie jest najważniejszym parametrem :).

    No niby tak, szczególnie ze żyjemy w czasach gdzie muzykę słucha się z MP3.
    Do układu TDA2050 to akurat mama sentyment. Na tej kostce zbudowałem swój pierwszy wzmacniacza na początku sowiej "kariery" i słuchałem tego wzmacniacza na Tannoy M1 i porównywałem z NAD320. I krosta ta wypadła całkiem dobrze.
    I ja na wzmacniacze patrzę z "układowego" punktu widzenia. W latach 80 budowano wzmacniacza ciekawe pod względem układowym i koncepcyjnym jak np. Error correction, non-switching amplifier i ostatnio bardzo "modne" wzmacniacza z tzw current fedback'jem.
    I wiadomo moc jak i THD to nie wszystko, po prostu jedli lubą lody waniliowa a inni kakaowe :D

  • #19 31 Mar 2009 16:12
    przemo27
    Poziom 24  

    W jakim programie powstał pcb wzmacniacza ?

  • #22 25 Paź 2011 22:07
    premier93
    Poziom 16  

    Sorki ze odgrzebuje temat, ale wie ktos czy ten wzmacniacz może pracować na sym 20V ?

  • #23 09 Gru 2011 01:54
    zulugula
    Poziom 15  

    Witam , stary temat ale morze ktoś odpisze.... czy jest możliwość wstawienia zamiast Q7,Q8 2sa1962 i 2sc5242 ?

  • #24 11 Gru 2011 22:00
    przemo27
    Poziom 24  

    Cze ść
    Mozna tam wstawić jakąkolwiek parę komplementarną tranzystorów bipolarnych ( spełniającą wymagania co do max mocy z uwzględnieniem max napięcia pracy ) a po małych zmianach unipolarne tranzystory mocy. Dawno temu wykonałem analogiczny układ w oparciu o zwykłe IRF540 i IRF9540 w końcu mocy i pracuje do dzisiaj , przy czym jest dosyć mocno eksploatowany.

  • #25 12 Gru 2011 00:58
    zulugula
    Poziom 15  

    wielkie dzięki o to mi chodziło, a napiszesz jak mniej więcej liczyć moc strat na końcówce względem napięcia zasilającego a impedancją głośnika? bo mniej więcej wiem o co chodzi ale to tylko do wartości chwilowych by się odnosiło:P

  • #27 26 Cze 2012 17:07
    zulugula
    Poziom 15  

    Witam ponownie, w końcu się zabiorę za taki wzmacniacz i mam jak zwykle kilka pytań.

    Q1,Q2-2sa1015
    Q4-2SC2655 (2A 900mw) chyba że może byś coś słabszego np. 2sc1815
    Q5,Q6 para BD
    Q7,Q8 2sc5142\2sa1962 (230V 15A 130W)

    ewentualnie dodanie drugiej pary Q7,Q8 równolegle(osobne 0.33Ω i 2-10?Ω rezystory przy bazach)

    Q7,Q8 mają po 1.5A max prąd bazy to przy 2 równolegle max Ib=3A a bd mają Ic=6A
    jak myślicie będzie to działać? jakieś sugestie?
    Zasilanie 25V-35V, głośnik 4Ω