Redukcja szumów w zasilaczu i wzmacniaczach operacyjnych

Question

CześćMam kilka wątpliwości które męczą mnie od dłuższego czasu więc pora zapytać...Szukam dobrego stabilizatora do przedwzmacniacza. Główną kwestią...

rumcajs2 · Answer

Zasilacze nie mają wpływu na zaszumienie, po nich są kondensatory (elektrolity). Napięcie na nich musi być stałe, nie zmienne.

alagner · Answer

Po pierwsze: nie myl szumu z "syfem w.cz.".

Po drugie tak, obcięcie pasma wzm. operacyjnego ogranicza mu szumy, gł. składową białą. Jakiegoś szybkiego praktycznego sposobu na oszacowanie tego nie znam, natomiast można to policzyć znając parametry wzmacniacza i funkcję przejścia układu.

Co do szer. pasma wzmacniacza audio niech wypowie się ktoś zajmujący się konkretnie tą branżą, to niestety nie moja broszka.

jarek_lnx · Answer

Dobry wzmacniacz od tego ma PSRR.Spójrz na parametr tłumienie tętnień (ripple rejection) zdaje mi się że 317 z kondensatorem był odrobinę lepszy od 78XX.Nawet jeśli nie potrzebujesz dużo lepszego regulatora na elementach dyskretnych, przeczytaj artykuły Walt'a Jung'a, jest tam porównanie widma szumów i tętnień tych popularnych stabilizatorów scalonych.Link

mkpl · Answer

jarek_lnx dzięki ! bardzo pouczający link. Szkoda, że wcześniej na niego nie natrafiłem.

Co do tłumienia tętnień to mam pomysł na następujące rozwiązanie.
W wzmacniaczu mam napięcie zasilania +/- 40V które i tak jest zbyt duże dla stabilizatorów scalonych więc zamiast redukować je w rezystorze mam pomysł zastosowania układu mnożnika pojemności i wytracić na nim te 15V

Jak się sprawa ma z źródłami prądu? Tzn chodzi mi, czy lepsze jest z użyciem 2 tranzystorów (jeden regulacyjny drugi czujnikujący) czy rozwiązania z użyciem diod?

jarek_lnx · Answer

Jest to jakiś sposób, bez pomiarów trudno powiedzieć czy lepszy od drugiego stabilizatora.Z dwoma tranzystorami ma wyższą rezystancję wyjściową, ale takie z LED'em może mieć mniejszy współczynnik temperaturowy.

mkpl · Answer

Przerabiam pewien wzmacniacz. W źródle prądowym pary różnicowej siedzi BAV811 (1.5V) i zastanawiam się nad zasadnością jego zmiany na tranzystor (w konfiguracji klasycznego źródła prądowego) lub zmiany na diodę led.

Jeśli chodzi o diodę led to zastanawia mnie jej poziom szumów w stosunku do BAV i układu z dwoma tranzystorami. Diodę zapewne będę musiał jakoś zamalować aby nie generowała śmieci ?

Czy mogę diody blokować jakimiś większymi pojemnościami w zakresie 10uF? wydaje mi się, że zredukowały by one szum

Zmierzyłem diodę led czerwoną jako napięcie odniesienia i jest kiepsko. W prądach z zakresu 5mA do 15mA płynie od 1.3V do 2V

_jta_ · Answer

Jeśli przez diodę płynie prąd np. 1mA, to jej impedancja jest około 26R, kondensator 10uF ma taką reaktancję przy częstotliwości około 600Hz - pewnie znaczącą część szumów diody wyeliminujesz (nie wszystko, bo szumy migotania są głównie na niższych częstotliwościach, one zostaną), ale może inne elementy szumią bardziej? Mam wrażenie, że w typowym układzie szum źródła prądowego ma niewielki wkład do szumów wzmacniacza.

See also:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

mkpl · Answer

Po tej modyfikacji z diodą LED wzmacniacz uspokoił się u szum spadł znacznie. Więc to jest dobry kierunek. Zastanawiam się nad zaczernieniem takiej diody bo światło może powodować dodatkowe szumy.

Modyfikuję najbardziej awaryjny polski wzmacniacz jakim jest WS354. Koniec mocy jest tam kopią środka STK który był stosowany w wcześniejszym WS350.

Poprawa zasilania i ograniczenie pasma NE5532 do pasma końcówki mocy i wstawienie jej w miejsce oryginalnych stabiliatorów 14V i ogryginalnego wtórnika napięciowego na wejściu wzmacniaczem operacyjnym też sporo dała.

Na chwilę obecną wzmacniacz jest uszkodzony i muszę wymienić końcówki (uszkodził się 2 kanał w którym nic nie grzebałem).

Więc jakiekolwiek pomysły mile widziane. Projektuję też na nowo stopień sterujący bo pracuje niestabilnie niestety...

_jta_ · Answer

A może byś podał namiary na schemat i opis tego wzmacniacza?

mkpl · Answer

Tu jest schemat modyfikowanego wzmacniacza ws354:

Tu schemat pierwowzoru ws350 na stk4893, który diora skopiowała z powodu braku dostępu do STK:

Tutaj natomiast schemat do którego dążę w kwestii stopnia sterującego. Jest to wzmacniacz 40W o niskich zniekształceniach TIM i THD.
Cały schemat mam przeliczony tylko nie potrafię zrozumieć roli tranzystora T4 w parze różnicowej.

Jeśli chodzi o przedwzmacniacz, to potem jak będzie potrzeba to go przerysuję i tutaj wrzucę.

Cała ta zabawa z tym wzmacniaczem polega na tym, że projektuję sobie wieżę midi na nowo na nowych elementach i buduję własną wersję.
Na chwilę obecną męczę ten wzmacniacz w kwestii jakości i poziomu szumów usuwając wszystkie uproszczenia i rozwiązania budżetowe no i awaryjność...

_jta_ · Answer

W tym ostatnim jest błąd: poniżej T6 jest napisane BC147, powinno być BC157 (a teraz już te tranzystory pewnie ciężko kupić, można zastąpić przez BC547 i BC557, tylko są w innych obudowach) - ten błąd już widziałem w temacie Wzmacniacz 40W o małych zniekształceniach.", może to ten sam schemat? T4 jest mało potrzebny, można by było połączyć bazy T5 i T6 z kolektorem T6 i obyć się bez T4, ale może z T4 układ ma mniejszą asymetrię charakterystyk między kaskodą T5-T4 a tranzystorem T6?

See also:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

mkpl · Answer

Tak to jest dokładnie ten sam wzmacniacz.
Jak widzisz różnice między tymi wzmacniaczami są niewielkie. Różnią się w sumie tylko cieciami kosztów i innymi uproszczeniami.
W sumie najgorzej układowo wypada wg mnie STK, który musi być przekompesowany termicznie ze względu na brak rezystorów emiterowych. W ws354 to poprawili i zamiast darlingtona w stopniu napięciowym wstawili kaskodę.

Druga sprawa którą zauważyłem to źródło prądowe w stk dla pary różnicowej. Jest ono zasilane z wspólnego dla obu kanałów napięcia odniesienia (diody). Na tych diodach pojawia się sygnał audio w takt pracy źródła prądowego. To psuje na mój gust separację między kanałową w stk. Bujanie tym napięciem moduluje też prąd pary drugiego kanału.

Jeśli chodzi o ostatni schemat to właśnie chcę go przeszczepić na płytkę sterującą ws354. Taki kompromis układowy by w oryginalnym wzmacniaczu zbyt wiele nie zmieniać poza jedną płytką.

Za symulowałem samą parę różnicową z źródłem prądowym. Wpierw z rezystorami zamiast lustra prądowego i wszystko było ok. Napięcia się zgadzały w tj były identyczne w kolektorach T1 i T2. Zmiana rezystorów na lustro prądowe wprowadziła sporą asymetrię.

Między kolektorami tych tranzystorów pojawiła się różnica napięć 110mV. Po dodaniu T4 różnica napięć wzrosła ~ 1.1V. Przy czym niższy potencjał jest na kolektorze, z którego pobierany jest sygnał.

W jaki sposób dobierać rezystory w emiterach pary różnicowej? Tj jak je wyliczyć aby ograniczyć wzmocnienie do zadanego poziomu? Gdy są rezystory w kolektorach sprawa jest prosta Rc/Re ale gdy jest lustro prądowe mam nieco mętlik w głowie...

_jta_ · Answer

Napięcie na kolektorach T1 i T2 zależy od działania sprzężenia zwrotnego obejmującego cały układ (poprzez R1 sygnał wraca na T2). A jak chcesz określić, na ile ma być ograniczane wzmocnienie? Z samych oporników emiterowych wynika wartość transadmitancji "do przodu", czyli y21 w macierzy admitancji: y21=2/(R+27), gdzie R to wartość obu oporników (R3 i R4), dla stopnia z T1..T6.

See also:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

jarek_lnx · Answer

W zwykłym lustrze prądowym moc strat w tranzystorach drastycznie się różni, w układzie wykonanym z elementów dyskretnych sprzężenie termiczne jest słabe, więc i prądy mogą znacząco się różnić.W tym wzmacniaczu zastosowano lustro prądowe Wilsona, T4 jest jego kluczowym elementem, rozwiązanie to nie ma powyższej wady (spadki napięcia na T5 i T6 są niewielkie i straty mocy również) przy okazji układ ma wyższą impedancje wyjściową.

mkpl · Answer

Ok teraz rozumiem. Układ oczywiście badałem tylko symulacją dlatego, różnice i sprzężenie termiczne są bez znaczenia.

W przypadku lustra prądowego sprzężenie termiczne nie jest problemem. Zastosował bym BC8xxBS które zawierają w jednej obudowie 2 identyczne tranzystory, które dzięki temu są dobrze sprzężone termicznie.

Czy w przypadku lustra prądowego Wilsona wszystkie trzy tranzystory powinny być równie dobrze sprzężone termicznie z sobą ?

Poniżej schemat modyfikacji jakie chcę wprowadzić.

Wiele się na schemacie nie zmieniło. Zmieniłem lustro prądowe, dodałem rezystory emiterowe do pary różnicowej aby poprawić liniowość i zmniejszyć wzmocnienie oraz zabezpieczyć się przed wchodzeniem w stan nasycenia czym samym zmniejszam zniekształcenia TIM.

Zmieniłem diodę odniesienia na diodę led i zblokowałem kondensatorem 10uF. To samo zrobiłem blokując bazę wzmacniacza WB kondensatorem 10uF w stopniu napięciowym.

Usunąłem bootstrap i zastąpiłem liniowym źródłem prądowym zasilanym z diody led.

Dodatkowo zastąpiłem rezystory filtrujące w zasilaniu 47R na mnożnik pojemności. Spadek napięcia podobny do tych na rezystorach więc punkty pracy nie powinny się zmienić.

Dodatkowo zwiększyłem pojemności filtrujące po stronie sterującej do 100uF. W oryginale były 4.7uF.

Zastanawiam się tylko jak zachowa się mnożnik pojemności gdy na emiterze będzie większe napięcie jak na kolektorze w momencie gdy napięcie zasilania przysiądzie lub wyłączę wzmacniacz.

Zastanawiam się tez czy nie przesunąć źródła prądowego stopnia końcowego za filtr zasilania i zrobić go całkowicie autonomicznym (oddzielić od źródła przy parze różnicowej).

Pojemność w sprzężeniu zwrotnym zmieniłem z zwykłego elektrolita na składany z dwóch kondensator bipolarny zbocznikowany foliowym 1uF.