Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Wzmacniacz słuchawkowy - Symulacja vs wyliczenia, problem z dobraniem elementów

ghost666 04 Aug 2013 14:13 5808 21
  • #1
    ghost666
    Translator, editor
    Postanowiłem złożyć kolejny wzmacniacz słuchawkowy, tym razem samodzielnie modyfikując projekt. Wcześniej zrealizowałem wzmacniacz słuchawkowy według tego projektu:

    Wzmacniacz słuchawkowy - Symulacja vs wyliczenia, problem z dobraniem elementów


    Jednakże układ ten nie do końca mi się podoba i chciałem go zmodyfikować. Wprowadziłem następujące zmiany:



    * Zmieniłem BD139/140 na MJE340/350.
    * Zamiast oporników 6k8 na bazach pary wyjściowej zastosowałem źródła prądowe z tranzystorów BC560/550 i diody LED.
    * Dodałem układ DC-servo do zmniejszenia do zera napięcia stałego na wyjściu

    Schemat układu wygląda tak jak na poniższym zdjęciu.

    Wzmacniacz słuchawkowy - Symulacja vs wyliczenia, problem z dobraniem elementów


    Następnie wprowadziłem układ do Electronics Workbench, zasiliłem z napięcia symetrycznego +/- 15 V i zabrałem się za dobór elementów dyskretnych. Niestety coś jest nie tak i układ w ogóle nie działa, tj. przepuszcza tylko dolną połówkę sinusa. Maksymalne możliwe wzmocnienie przy jakim udało mi się nic nie przesterować to dwa, powyżej przesterowuje się - zupełnie) górny tranzystor i na wyjściu mam (o dziwo) zerowe napięcie. Mogę załączyć oscylogramy.

    Co z tym fantem zrobić? Jak potem policzyć elementy DC-servo? z góry dziękuję za pomoc. Nigdy nie miałem w sumie konieczności obliczania takich wzmacniaczy, więc widzę że sporo muszę się jeszcze nauczyć :).
  • #2
    yogi009
    Level 43  
    A co konkretnie Ci się nie podoba w pierwotnym schemacie? U mnie taki układ hula od ponad roku i jest znakomity. Może zbyt duża moc na wyjściu - to jedyna rzecz, którą można skorygować, ale tu wystarczy rezystor 120R.
  • #3
    ghost666
    Translator, editor
    Dla mnie moc jest dosyć mała do niektórych używanych słuchawek, ale nie w tym rzecz.

    Ogólnie to miałem pewne problemy z napięciem stałym na wyjściu, ale podstawową modyfikacją jest chęć sprawdzenia jaki wpływ na brzmienie to będzie miało ;).
  • #5
    ghost666
    Translator, editor
    Istotnie, mój błąd. Chciałem zastosować takie źródła - https://en.wikipedia.org/wiki/Current_source#LED_current_source . Dodanie opornika pomiędzy kolektorem a bazą rozwiązuje problem... pomijajac fakt braku obliczeń. Dobrałem je metod prób i błędów, a jak powinienem to zrobić?
  • #6
    yogi009
    Level 43  
    To jakie słuchawki chcesz tym napędzać? Autor oryginalnego schematu zdecydowanie (na czerwono) uprzedza, że ten wzmacniacz potrafi momentalnie uszkodzić słuch. Można też nim napędzać niewielkie głośniki. Co do eksperymentowania z brzmieniem, wystarczy zastosować podstawkę pod podwójny op-amp i wkładać przykładowo: NE5532, JRC4556, OPA2604, itd. Robiłem odsłuchy i efekt takiej prostej zamiany jest zadziwiający. Nie instalowałem ograniczenia mocy w mojej konstrukcji i odkręcam go do max. 10% mocy. Potem już nie da się słuchać.
  • #7
    ghost666
    Translator, editor
    yogi009 wrote:
    To jakie słuchawki chcesz tym napędzać? Autor oryginalnego schematu zdecydowanie (na czerwono) uprzedza, że ten wzmacniacz potrafi momentalnie uszkodzić słuch. Można też nim napędzać niewielkie głośniki. Co do eksperymentowania z brzmieniem, wystarczy zastosować podstawkę pod podwójny op-amp i wkładać przykładowo: NE5532, JRC4556, OPA2604, itd. Robiłem odsłuchy i efekt takiej prostej zamiany jest zadziwiający. Nie instalowałem ograniczenia mocy w mojej konstrukcji i odkręcam go do max. 10% mocy. Potem już nie da się słuchać.


    Między innymi chciałbym odpalić na nim słuchawki magnetostrykcyjne, z uwagi na dużą impedancję potrzebują one wzmacniacza z dużym prądem.

    Poza tym lubię mieć zapas dynamiki :) słuchawki i tak będą tylko lekko odkręcone, wiem o tym jak głośny potrafi być tego typu wzmacniacz.

    Co do kolejnych zmian to chciałbym jeszcze usunąć wszystkie pojemności w torze audio. Rozpocząłem od usunięcia C13 i C14 - jaka jest rola tych kondensatorów? Nie widzę aby miały one jakikolwiek wpływ na działanie układu (podczas symulacji).

    W torze audio znajduje się jeszcze - w oryginalnym schemacie - kondensator w pętli sprzężenia zwrotnego, ma on za zadanie linearyzować ch-kę częstotliwościową układu. Czy da się to zrealizować jakoś inaczej?
  • #8
    Tomq
    Level 38  
    Quote:
    W torze audio znajduje się jeszcze - w oryginalnym schemacie - kondensator w pętli sprzężenia zwrotnego, ma on za zadanie linearyzować ch-kę częstotliwościową układu. Czy da się to zrealizować jakoś inaczej?

    Jeżeli masz na myśli C2L , to ten kondensator ma za zadnienie dopuszczać do wzmacniania napięcia stałego.


    Quote:
    Poza tym lubię mieć zapas dynamiki Smile słuchawki i tak będą tylko lekko odkręcone, wiem o tym jak głośny potrafi być tego typu wzmacniacz.

    Moim zdaniem idziesz w złym kierunku. Takie modyfikacje może i przyniosą poprawę, ale cechy brzmieniowe pozostaną. Może pomyśl o np. wzmacniaczu słuchawkom ze sprzężeniem prądowym? Albo np. jakiś wzmacniacz słuchawkowy w klasie A.

    A jeśli już to te źródła prądowe zastąpiłbym klasycznymi dwutranzystorowymi. Są szybsze, ale dlatego też należy na nie uważać, by całość była stabilna.
  • #9
    ghost666
    Translator, editor
    Tomq wrote:
    Quote:
    W torze audio znajduje się jeszcze - w oryginalnym schemacie - kondensator w pętli sprzężenia zwrotnego, ma on za zadanie linearyzować ch-kę częstotliwościową układu. Czy da się to zrealizować jakoś inaczej?

    Jeżeli masz na myśli C2L , to ten kondensator ma za zadnienie dopuszczać do wzmacniania napięcia stałego.


    Nie, mam na myśli parę kondensatorów C3L i C4L.


    Tomq wrote:
    Quote:
    Poza tym lubię mieć zapas dynamiki Smile słuchawki i tak będą tylko lekko odkręcone, wiem o tym jak głośny potrafi być tego typu wzmacniacz.

    Moim zdaniem idziesz w złym kierunku. Takie modyfikacje może i przyniosą poprawę, ale cechy brzmieniowe pozostaną. Może pomyśl o np. wzmacniaczu słuchawkom ze sprzężeniem prądowym? Albo np. jakiś wzmacniacz słuchawkowy w klasie A.

    A jeśli już to te źródła prądowe zastąpiłbym klasycznymi dwutranzystorowymi. Są szybsze, ale dlatego też należy na nie uważać, by całość była stabilna.



    O czymś w klasie A także myślę. Chciałbym wykonać kilka konstrukcji.

    Źródło na dwóch tranzystorach? LED lepiej kompensuje fluktuacje prądu tranzystora w funkcji temperatury, moim zdaniem. A szybkość, oczywiście ważna, nie jest krytyczna chyba, gdyż przecież to pasmo akustyczne... oczywiście wyższe harmoniczne są istotne, ale nadal to są niewielkie częstotliwości pracy, jak dla diody - czy nie mam racji?
  • #10
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    W torze audio znajduje się jeszcze - w oryginalnym schemacie - kondensator w pętli sprzężenia zwrotnego, ma on za zadanie linearyzować ch-kę częstotliwościową układu. Czy da się to zrealizować jakoś inaczej?
    To nie tak, ten kondensator uniezależnia napięcie na diodzie od wartości chwilowej prądu dostarczanego przez R5L i R6L.
    Nawet początkujący konstruktor wzmacniaczy nie powinien wypisywać takich bzdur o linearyzowaniu charakterystyki częstotliwościowej, bo to kompromitacja, nawet dla początkującego.

    Quote:
    z uwagi na dużą impedancję potrzebują one wzmacniacza z dużym prądem.
    Z prawa Ohma wynika coś przeciwnego, to pewnie pomyłka, ale nie wypada w tak oczywistych sprawach mylić sie tak często.

    Quote:
    wystarczy zastosować podstawkę pod podwójny op-amp i wkładać przykładowo: NE5532, JRC4556, OPA2604, itd. Robiłem odsłuchy i efekt takiej prostej zamiany jest zadziwiający.
    To wskazuje na błąd w układzie, prawidłowo użytego wzmacniacza operacyjnego nie da się "usłyszeć", nawet jeśli połączy się kilkadziesiąt wzmacniaczy w torze sygnału, jak to bywało w analogowych konsolach mikserskich.

    Po co w tym układzie DC-servo? przecież OPA132 ma 1mV offsetu, nawet po wzmocnieniu nie będzie to dużo, a offset stopnia końcowego zostanie zredukowany z krotnością wzmocnienia w otwartej pętli, chyba że obawiasz się DC ze źródła sygnału.

    Quote:
    Dodanie opornika pomiędzy kolektorem a bazą rozwiązuje problem... pomijajac fakt braku obliczeń.
    Źle, poza tym brakuje rezystorów emiterowych, jeśli chcesz mieć taki sam prąd po zamianie rezystorów na źródła prądowe daj rezystory emiterowe Re=1V/2,2mA (dla LED czerwonej);, polaryzację LED zrób rezystorem pomiędzy bazami T3 i T4 rezystor 30kΩ zapewni prąd ok 1mA, LED'y będą słabo świecić, ale dla źródeł to i tak więcej niż potrzeba.
  • #12
    ghost666
    Translator, editor
    jarek_lnx wrote:
    Quote:
    W torze audio znajduje się jeszcze - w oryginalnym schemacie - kondensator w pętli sprzężenia zwrotnego, ma on za zadanie linearyzować ch-kę częstotliwościową układu. Czy da się to zrealizować jakoś inaczej?
    To nie tak, ten kondensator uniezależnia napięcie na diodzie od wartości chwilowej prądu dostarczanego przez R5L i R6L.
    Nawet początkujący konstruktor wzmacniaczy nie powinien wypisywać takich bzdur o linearyzowaniu charakterystyki częstotliwościowej, bo to kompromitacja, nawet dla początkującego.


    Co ma kondensator w pętli sprzężenia zwrotnego do prądu diody? O tym (C2L) pisałem w kwestii linearyzacji ch-ki. Tutaj też nie mam racji? Ty piszesz o kondensatorach C3L i C4L. Czy da się z nich zrezygnować? jeśli tak to jakim układem je zastąpić? Zależmy mi na rezygnacji z pojemności w torze sygnału.


    jarek_lnx wrote:
    Quote:
    z uwagi na dużą impedancję potrzebują one wzmacniacza z dużym prądem.
    Z prawa Ohma wynika coś przeciwnego, to pewnie pomyłka, ale nie wypada w tak oczywistych sprawach mylić sie tak często.

    Quote:
    wystarczy zastosować podstawkę pod podwójny op-amp i wkładać przykładowo: NE5532, JRC4556, OPA2604, itd. Robiłem odsłuchy i efekt takiej prostej zamiany jest zadziwiający.
    To wskazuje na błąd w układzie, prawidłowo użytego wzmacniacza operacyjnego nie da się "usłyszeć", nawet jeśli połączy się kilkadziesiąt wzmacniaczy w torze sygnału, jak to bywało w analogowych konsolach mikserskich.

    Po co w tym układzie DC-servo? przecież OPA132 ma 1mV offsetu, nawet po wzmocnieniu nie będzie to dużo, a offset stopnia końcowego zostanie zredukowany z krotnością wzmocnienia w otwartej pętli, chyba że obawiasz się DC ze źródła sygnału.


    Tak, chciałbym zrezygnować w ogóle z pojemności w torze sygnału, także na wejściu, stąd pomysł DC-servo.

    jarek_lnx wrote:
    Quote:
    Dodanie opornika pomiędzy kolektorem a bazą rozwiązuje problem... pomijajac fakt braku obliczeń.
    Źle, poza tym brakuje rezystorów emiterowych, jeśli chcesz mieć taki sam prąd po zamianie rezystorów na źródła prądowe daj rezystory emiterowe Re=1V/2,2mA (dla LED czerwonej);, polaryzację LED zrób rezystorem pomiędzy bazami T3 i T4 rezystor 30kΩ zapewni prąd ok 1mA, LED'y będą słabo świecić, ale dla źródeł to i tak więcej niż potrzeba.


    Dzięki, o taką poradę mi chodziło. Chociaż nie do końca rozumiem po co w układzie rezystory emiterowe, skoro w oryginalnym układzie ich nie ma, a zasadniczo jedyną wprowadzaną przeze mnie zmianą to zmiana sposobu realizacji źródła prądowego w układzie.
  • #13
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Śledząc ten wątek odnoszę wrażenie, że Kolega ghost666 chce na siłę zmienić całkiem niezły schemat w gorszy.
    Jakby wiedział co robi i przerysowywał nie robiąc błędów, to nic by nie pogorszył, czy by polepszył? trudno powiedzieć.

    Najprostszy sposób na pogorszenie czegoś to kierowanie się audiofilskimi idiotyzmami np. - usunąć wszystkie kondensatory, dlaczego? bo jakiś plotkarz kiedyś słyszał że wprowadzają zniekształcenia, ale jakie kondensatory, kiedy i w jakich warunkach, oraz jakie to są zniekształcenia, już nie zapamiętał, kondensator podłączony równolegle do diody nie może nic pogorszyć, poszerzy tylko zakres napięć dla których układ będzie działał prawidłowo.
  • #14
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Co ma kondensator w pętli sprzężenia zwrotnego do prądu diody? O tym (C2L) pisałem w kwestii linearyzacji ch-ki
    Charakterystyki częstotliwościowej się nie linearyzuje, ma być płaska, liniowość nic nie da jeśli charakterystyka będzie nachylona, C2L zmniejsza wzmocnienie dla DC do 1 żeby dokładniej zerować offset.

    Quote:
    Co ma kondensator w pętli sprzężenia zwrotnego do prądu diody?
    W poście #9 napisałeś żę chodzi o C3L i C4L

    Quote:
    Ty piszesz o kondensatorach C3L i C4L. Czy da się z nich zrezygnować?
    Da się, możesz je po prostu wyrzucić, ale nie da się intuicyjnie stwierdzić czy zwiększenie nieliniowośći w tym miejscu poprawi czy pogorszy nieliniowość całości, albo trzeba policzyć, albo zasymulować, ale żeby symulować to trzeba umieć ocenić czy wyniki są poprawne czy symulator "oszukuje".

    Quote:
    Tak, chciałbym zrezygnować w ogóle z pojemności w torze sygnału, także na wejściu, stąd pomysł DC-servo.
    Ale czy dla 10mV warto dodawać drugi wzmacniacz?

    Quote:
    Dzięki, o taką poradę mi chodziło. Chociaż nie do końca rozumiem po co w układzie rezystory emiterowe, skoro w oryginalnym układzie ich nie ma, a zasadniczo jedyną wprowadzaną przeze mnie zmianą to zmiana sposobu realizacji źródła prądowego w układzie.
    Jakbyś skopiował schemat źródła prądowego bez błędów to byś wiedział, Chyba że audifilskim zwyczajem boisz się ujemnego sprzężenia zwrotnego, w źródle prądowym jest ono niezbędne.
  • #15
    ghost666
    Translator, editor
    Po pierwsze - proszę przestać mnie 'oskarżać' o audiofilię. Jestem od tego daleki, po prostu chciałbym osiągnąć dobre efekty oraz trochę poeksperymentować.

    Po drugie - w konstrukcji korzystam z schematu źródła prądowego z linka do Wikipedii pokazanego powyżej. Czy ten schemat jest błędny czy źle go aplikuje. Mógłbyś przedstawić poprawną aplikację źródła prądowego z LEDem aplikowanego w tym układize?
  • #16
    jarek_lnx
    Level 43  
    Link
    Schemat na Wiki jest poprawny, w twoim schemacie brakuje rezystora który na Wikipedii oznaczono R2

    Quote:
    Po pierwsze - proszę przestać mnie 'oskarżać' o audiofilię. Jestem od tego daleki, po prostu chciałbym osiągnąć dobre efekty oraz trochę poeksperymentować.
    A to przepraszam, jak ktoś chce wprowadzać dziwne zmiany, wbrew "dobrym praktykom inżynierskim" podejrzenie o czary audiovoodoo samo sie narzuca.
  • #17
    ghost666
    Translator, editor
    Zmodyfikowałem schemat według Waszych zaleceń (tj. dodałem odpowiednie oporniki). Czy teraz jest ok i mogę wrzucić ten układ do symulatora aby sprawdzić jak się zachowa?

    Wzmacniacz słuchawkowy - Symulacja vs wyliczenia, problem z dobraniem elementów

    Jak wyznaczyć wartości oporników w układzie DC-servo?
  • #18
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Zmodyfikowałem schemat według Waszych zaleceń

    A jednak trzeba powtarzać:
    Quote:
    polaryzację LED zrób rezystorem pomiędzy bazami T3 i T4 rezystor 30kΩ zapewni prąd ok 1mA, LED'y będą słabo świecić, ale dla źródeł to i tak więcej niż potrzeba.

    Łącząc w źródle prądowym bazę z kolektorem pogarszasz parametry źródła.
  • #19
    Bogusław64
    Level 12  
    Na pierwszy rzut oka pojemności ograniczające wzmocnienie pętlą sprzężenia zwrotnego są o wiele za duże. Rozumiem idee źródla prądowego z tranzystora zamiast oprnika ( mniejsze szumy cieplne), ale nie widziałem źródła prądowego na wzmacniaczu operacyjnym. Czy wszystko jest prawidłowo z podłączaniem sygnału do wejścia odwracjącego i nieodwracjącego? To nie jest wzmacniacz słuchawkowy przenośny - do zasilania wymaga 2 akumulatorów 12 V.
  • #20
    yogi009
    Level 43  
    Gdyby tak poszukać na elektrodzie...

    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1540632.html

    Ten układ jest projektowany pod zasilanie +/-15V, czyli raczej stacjonarne.
  • #21
    ghost666
    Translator, editor
    Bogusław64 wrote:
    Na pierwszy rzut oka pojemności ograniczające wzmocnienie pętlą sprzężenia zwrotnego są o wiele za duże. Rozumiem idee źródla prądowego z tranzystora zamiast oprnika ( mniejsze szumy cieplne), ale nie widziałem źródła prądowego na wzmacniaczu operacyjnym. Czy wszystko jest prawidłowo z podłączaniem sygnału do wejścia odwracjącego i nieodwracjącego? To nie jest wzmacniacz słuchawkowy przenośny - do zasilania wymaga 2 akumulatorów 12 V.


    Mógłbyś rozwinąć?
  • #22
    jony
    Electronics specialist
    Coś jest nie tak z tym DC-servo. Wzrost napięcie na wyjściu powoduje że napięcie na wyjściu IC2 będzie maleć. A tym samym napięcie na wejściu nieodwracającym IC1 też będzie maleć. Co zaowocuje wzrostem napięcia na wyjściu IC1 a tym samy napięcie na wyjściu jeszcze bardziej wzrośnie. Czyli jak byk mamy tu dodatnie sprzężenie zwrotne. Potrzebujesz nieodwracający integrator albo R7 wpiąć do wejście nieodwracającego IC1.
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=6248392#6248392
    Źródło prądowe też do poprawy. Rezystor R10 trzeba połączyć z rezystorem R12 a nie do kolektora. Zresztą jak dla mnie za duży jest spadek na tych źródłach.