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

Najprostszy wzmacniacz OpAmp + 2xPower Trans

m.nieroda 07 Maj 2014 13:12 4173 12
  • #1 07 Maj 2014 13:12
    m.nieroda
    Poziom 9  

    Witam,
    Łatwo znaleźć w internecie schematy wzmacniaczy audio na elementach dyskretnych. W większości przypadków wyglądają bardzo podobnie - wzmacniacz różnicowy, tranzystor polaryzujący (z regulacją prądu spoczynkowego), i dwa tranzystory mocy (ew. w Darlingtonie).

    Jednak - w artykułach o teorii wzmacniaczy znaleźć można informację o tym, że zamiast tranzystora polaryzującego (lub dwóch diód) można użyć wzmacniacza operacyjnego z ujemnym sprzężeniem zwrotnym od wyjścia. Schemat ze strony estradowiec.pl:
    Najprostszy wzmacniacz OpAmp + 2xPower Trans

    I teraz moje amatorskie pytania na ten temat:
    1. Czy to już jest wzmacniacz audio (czy raczej wtórnik, wzmocnienie 1x)? W zasadzie dzięki sprzężeniu zwrotnemu powinno się wyeliminować strefę nieczułości. Nie ma prądu spoczynkowego, więc wydajnośc klasy B, a jakość bardziej w A. Zapewne jakieś RC na zasilaniu i wyjściu się przydadzą, ale czy coś jeszcze, żeby można to było nazwać wzmacniaczem audio?

    2. Wybierając OpAmpa do zastosowań audio (np. NE5532) mielibyśmy niewielkie szumy, a tanie i "przyjemne w odsłuchu" 2N3055 (+BD139/BD140) dały by niezłą moc przy niezłej jakości. Drugą połówkę OpAmpa można użyć odwracająco, i dodając tranzyttory mocy, mamy gotowe 4x tyle mocy. (2N3055 mam, dlatego o nich piszę, ale można tu użyć cokolwiek, nawet TIPa, żeby zmniejszyć ilośc elementów).

    3. Czy w NE5532 można regulować wzmocnienie? Nota aplikacyjna mówi, że już jest wewnętrznie zrównoważony dla wzmocnienia 1x.

    4. Czy NE5532 będzie odpowiedni? Może wybierać OpAmpa o największym wzmocnieniu - wg teorii im większe wzmocnienie, tym większa redukcja strefy nieczułości. Ale czy wzmocnienie OpAmpa ma znaczenie, jeśli mamy sprzężenie zwrotne?

    5. Zalety widzę, ale jakie są wady takiego układu. Co (i po co) można dodać, żeby go ulepszyć? Czy może wogóle nie powinno się o takim pisać, a używać tylko gotowych schematów wzmacniaczy AB lub kostek TDA? (i to jest chyba najważniejsze z pytań)

    Jeśli chodzi o zastosowanie - potrzebuję wzmacniacza do Suba w układzie IsoBar, więc całkowita wydajność głośnika niewielka. Jeśli zastosowałbym taki wtórnik o którym piszę, a przetworniki 2x4ohm połączył równolegle, to mógłbym (chyba) na wejście dać sygnał wysoki ze wzmacniacza wielokanałowego którego używam (oczywiście kanał SW), nie bojąc się o spalenie wzmacniacza, a martwiąc się tylko o możliwości "wtórnika" (zasilanie i tranzystory mocy). Zmniejszenie impedancji zestawu, plus zmostkowane "wtórniki" dają mi kilkakrotne zwiększenie wydajności, a tego właśnie potrzebuję.

    Do suba nie potrzeba wzmacniacza o hiper-jakości, ale czy taki układ można użyć jako końcówki mocy samodzielnego wzmacniacza audio (oczywiście wcześniej jakiś PreAmp żeby przynajmniej zwiększyć napięcie).

    0 12
  • #2 07 Maj 2014 13:46
    Urgon
    Poziom 36  

    AVE...

    Zobacz mój post tutaj. Masz tam wzory do realizacji praktycznej takiego wzmacniacza...
    Ad. 1 Wzmacniacz operacyjny kompensuje błędy skrośne przy przejściu przez zero dzięki sprzężeniu zwrotnemu. Sprzężenie zwrotne też pozwala regulować wzmocnienie, jak w układzie z linka. Tranzystory realizują wzmocnienie prądowe.
    Ad. 2 Ja zrobiłem taki wzmacniacz w dwóch wersjach: gitarowy gdzie druga połówka TL072 robi za przedwzmacniacz, i wersję stereo, gdzie każda połówka TL072 steruje jednym kanałem. Jeśli chcesz zrobić sobie układ mostkowy, to ja bym zrealizował wzmacniacz stereo, a następnie dodał taki układ:
    Najprostszy wzmacniacz OpAmp + 2xPower Trans
    Ad. 3 i 4 Wzmocnienie op-ampa realizuje się dobierając odpowiednie rezystory, w tym rezystor sprzężenia zwrotnego. Powinieneś zapoznać się z podstawami wzmacniaczy operacyjnych.
    Ad. 5 Wady są takie, iż mimo takiej konstrukcji nie uzyskasz jakości wzmacniacza kasy A czy dobrego AB. Ale 90% ludzi i tak nie usłyszy różnicy, a w przypadku wzmacniaczy gitarowych takie "defekty" mogą być pożądane. Wzmacniacz operacyjny ma ograniczone napięcie zasilania, więc dla wyższych mocy musisz go zasilać oddzielnie lub używać dodatkowych stabilizatorów.

    0
  • #3 07 Maj 2014 15:37
    m.nieroda
    Poziom 9  

    Witam...

    Ad. Ad. 2 - a mógłbyś mi wyjaśnić "lepszość" dodatkowego odwracacza fazy? Skoro i tak prawie za darmo mam drugiego OpAmpa (druga połówka kostki), a i tak dla drugiego takiego układu OpAmp będzie potrzebny, to po co dodatkowe elementy (a może i zniekształcenia)? Czy oprócz tego, że kiedyś ewentualnie taką identyczną parę mógłbym użyć jako stereo - czy są jakieś zalety?

    cd Ad. Ad. 2 - jak gra wersja stereo? da się tego używać do słuchania muzyki, czy raczej tylko do gier? (przepraszam tych, którzy do gier potrzebują Hi-Fi)

    Ad. Ad 3 i 4 - zdaję sobie sprawę, jak wykonuje się operacje wzmacniaczem operacyjnym (w tym równiez mnożenia), ale nie bez kozery spytałem konkretnie o NE5532. Wg noty "The op amp is internally compensated for gains equal to one". Ja to rozumiem tak, że wewnętrznie sprzęgli wyjście z wejściem odwracającym, i przez to nie ma w tym OpAmpie mozliwosci regulacji wzmocnienia. Możliwie że źle zrozumiałem co autor noty chciał przekazać.

    Ad. Ad. 5 - i to mnie ciekawi: jakiego typu "defekty", pożądane dla wzm. gitarowego, a czy pożądane dla Suba? (na gitarze nie gram i się nie orientuję w pożądanych (d)efektach).

    0
  • #4 07 Maj 2014 15:57
    Urgon
    Poziom 36  

    AVE...

    Ad. 2 Wzmacniacz może pracować potem w konfiguracji stereo. No i nie musisz modyfikować gotowego układu. A jak to gra? Na moje ucho całkiem znośnie. Hi Fi to to nie będzie. Jak dorobię do swojego wzmaka jakiś normalny zasilacz i obudowę, to zrobię pomiary i wrzucę na elektrodę.
    Ad. 3 i 4 W nocie chodzi o to, że w konfiguracji ze wzmocnieniem równym jedności wszystkie parametry wzmacniacza są idealne. To nie znaczy że nie może pracować z innymi wzmocnieniami. Rzuć okiem na SSM2019.
    Ad. 5 Gitarzyści, zwłaszcza ci grający "ciężko" lubią zniekształcony dźwięk. Ten wzmacniacz choć bardzo ogranicza zniekształcenia skrośne, to ich kompletnie nie usuwa. Ja tego nie słyszę, ale niektórzy mogą i im może się taki dodatek podobać...

    0
  • #5 07 Maj 2014 19:41
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Wzmacniacz taki będzie bliski ideału dla bardzo małych częstotliwości, im wyższa częstotliwość tym mniejsze wzmocnienie w otwartej pętli więc wzmacniacz gorzej kompensuje nieliniowość stopnia wyjściowego, poza tym przy przejściu przez zero wzmacniacz musi bardzo szybko zmienić stan ("przeskoczyć" martwą strefę) jeśli częstotliwość jest duża ograniczeniem może być szybkość narastania napięcia wyjściowego wzmacniacza.

    Cytat:
    a mógłbyś mi wyjaśnić "lepszość" dodatkowego odwracacza fazy?

    Liniowość układu na jednym tranzystorze jest gorsza niż odwracania na wzmacniaczu operacyjnym.

    Cytat:
    Ad. 3 i 4 W nocie chodzi o to, że w konfiguracji ze wzmocnieniem równym jedności wszystkie parametry wzmacniacza są idealne.
    Nie ściemniaj, prawidłowa odpowiedź jest prosta i krótka:
    Jest stabilny przy wzmocnieniu ≧1.

    Nie ma to nic wspólnego z wewnętrznym obwodem ustalającym wzmocnienie, nic takiego tu nie ma

    0
  • #6 07 Maj 2014 19:56
    Urgon
    Poziom 36  

    AVE...

    jarek_lnx napisał:
    Cytat:
    Ad. 3 i 4 W nocie chodzi o to, że w konfiguracji ze wzmocnieniem równym jedności wszystkie parametry wzmacniacza są idealne.
    Nie ściemniaj, prawidłowa odpowiedź jest prosta i krótka:
    Jest stabilny przy wzmocnieniu ≧1.

    Nie ma to nic wspólnego z wewnętrznym obwodem ustalającym wzmocnienie, nic takiego tu nie ma

    To miałem na myśli, ale nie dość ładnie ubrałem to w słowa...

    0
  • #7 07 Maj 2014 20:26
    m.nieroda
    Poziom 9  

    jarek_lnx napisał:
    Wzmacniacz taki będzie bliski ideału dla bardzo małych częstotliwości

    A jakie to są bardzo małe? Rzędu 10/100/1000Hz czy 10kHz?
    Jak do 500Hz to do subwoofera super, jak do 20kHz to do pełnego wzm. stereo. Ale pewnie tak dobrze nie jest, bo wszyscy by budowali takie proste końcówki.
    (Prawdopodobnie odpowiedź będzie, że odsłuchowo jednemu będzie pasowało i do 20kHz, a inny usłyszy zakłócenia już przy 30Hz)

    A jakby na wejściu dać dzielnik napięcia (np 100x), i wzmocnienie OpAmpa ustalić na 100x? Zmniejszy to znacznie strefę nieczułości, ale czy taka operacja nie przyniesie więcej strat niż zysku. Czy prosty dzielnik napięcia (dwa rezystory) nie wygeneruje jakichś zniekształceń? Czy nie zmniejszy wejściowego napięcia za bardzo?

    Jeśli ktoś testował takie układy - jakie powinno byc wzmocnienie OpAmpa, żeby wystarczająco zmniejszyć zniekształcenia nieliniowe? (i znowu - "wystarczająco" to na pewno rzecz względna)

    0
  • #8 07 Maj 2014 21:19
    Urgon
    Poziom 36  

    AVE...

    Teoretycznie taki NE5532 ma pasmo przenoszenia do 10Mhz według noty, choć przy obciążeniu już podają 100-140kHz. Raczej do 20kHz większość wzmacniaczy operacyjnych da sobie radę bez większego problemu...
    Pamiętaj, że wzmacniacz poza użytecznym sygnałem wzmacnia też szum, każdy wzmacniacz też dodaje trochę własnych szumów. Ja się spotkałem z zaleceniem, by zawsze stosować zamiast jednego stopnia o dużym wzmocnieniu kilka stopni o małym.

    Moja rada to po prostu zbuduj taki wzmacniacz i go sprawdź. Mój wzmacniacz stereo zrobiłem według tego schematu, ale użyłem TIP122 i TIP127. Wzory PCB (300DPI) poniżej:
    Najprostszy wzmacniacz OpAmp + 2xPower Trans Najprostszy wzmacniacz OpAmp + 2xPower Trans

    0
  • #9 07 Maj 2014 22:01
    m.nieroda
    Poziom 9  

    Urgon napisał:
    Teoretycznie taki NE5532 ma pasmo przenoszenia do 10Mhz
    - wydaje mi się że jarek_lnx miał na myśli, że zmniejszenie strefy nieczułości przez OpAmpa jest wystarczające tylko dla niskich częstotliwości (z punktu widzenia całego wzmacniacza), a nie to, że OpAmp dobrze działa tylko w takich częstotliwościach (pasmo przenoszenia)

    Urgon napisał:
    Mój wzmacniacz stereo zrobiłem według tego schematu
    - odnośnie tego schematu to mam jedną uwagę i jedno pytanie:

    Uwaga - potencjometr do regulacji głośności reguluje również strefę nieczułości. Wg tego co czytałem , zmniejszenie strefy nieczułości jest wprost proporcjonalne do wzmocnienia OpAmpa, więc zmniejszając głośność, pogarszamy jakość, tak?

    Pytanie - od czego zależą wartości kondesatorów w układzie? I do czego służą? Z tego co udało mi się wychwycić:
    1. pierwszy, na wejściu, eliminuje składową stałą, stałe napięcie.
    2,3. te przy +12V eliminują oscylację (czyli co?)
    4. na wyjściu - tu mam zagadkę. Różne wzmacniacze mają różnie: albo nic nie ma, albo rezystor i kondensator w szeregu do masy. Ale kondensator w torze pierwszy raz widzę (widocznie mało jeszcze widziałem)
    5. do wejścia nieodwracającego OpAmpa - nie mam pojęcia :(
    Czyli skracając pytanie - do czego są kondensatory we wzmacniaczu, i jak liczyć ich wartości? Czy zależą od mocy, wzmocnienia, napięcia zasilania czy czegoś jeszcze innego?

    Ja zrobię prawdopodobnie podobny układ co Ty, tyle że stałą rezystancją zamiast potencjometru, a za moc będą odpowiedzialne darlingtony BD139/140+2N3055, bo mam te tranzystory oraz radiatory z Radmora zwymiarowane i powiercone pod obudowy TO3. Poza tym dźwięk Radmora (póki działał) mi się podobał. Ciekawe ile z tego dźwięku da się odczuć z układu z OpAmpem.

    0
  • #10 07 Maj 2014 22:23
    Urgon
    Poziom 36  

    AVE...

    Wszystkie kondensatory z wyjątkiem tego na wejściu i na wyjściu służą do stabilizacji napięcia. W gałęzi zasilania użyto dwóch, mniejszy filtruje wyższe częstotliwości i przy okazji ma niską wartość ESR, większy filtruje niskie częstotliwości i zapewnia stabilność napięcia. Kondensator na wyjściu eliminuje składową stałą na głośniku. Zwróć uwagę, iż gdy na wejściu nie ma sygnału, wzmacniacz będzie dążył do utrzymania na wyjściu takiego napięcia, by napięcia na wejściach się równoważyły. Potencjometr reguluje wzmocnienie napięciowe wzmacniacza uwzględniając przy tym tranzystorowy stopień końcowy. Wzmocnienie tego układu wynosi:
    Av = Vout/Vin = -(wartość potencjometru/10kΩ).
    Przy braku sygnału napięcie na wyjściu będzie takie samo jak napięcie na dzielniku. Jeśli coś takiego podasz na głośnik, to go spalisz, stąd kondensator blokujący składową stałą...

    0
  • #11 07 Maj 2014 23:19
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    A jakie to są bardzo małe?
    Bardzo małe to bardzo małe, żeby to określić liczbowo musiał bym jeszcze zdefiniować jak blisko ideału.
    W ten sposób do niczego nie dojdziemy bo i tak nie będzie wiadomo jak przenieść liczby na wrażenia odsłuchowe.
    Ale przy kilku kHz to już będzie kiepsko.

    Mam propozycje taką jeśli skonfigurujesz wzmacniacz jako odwracający na wejściu odwracającym będziesz miał sygnał będący różnicą wejścia i wyjścia - same zniekształcenia, możesz to podać na wejście innego wzmacniacza i posłuchać, możesz je wzmocnić i ustalić jaki poziom jest akceptowalny a jaki nie.

    Można jeszcze inaczej zmniejszać wzmocnienie w otwartej pętli dodatkowym dzielnikiem do czasu aż będzie słychać pogorszenie jakości, przykładowo jeśli stanie się to po stukrotnym zmniejszeniu wzmocnienia to znaczy że mamy znaczący zapas, jeśli będzie słychać po kilkukrotnym pogorszeniu to znaczy że zapasu nie mamy.

    Cytat:

    Zmniejszy to znacznie strefę nieczułości, ale czy taka operacja nie przyniesie więcej strat niż zysku.
    Pisząc o strefie nieczułości miałem na myśli stopień wyjściowy,to jest 1,4V kiedy wzmacniacz wyłącza jeden tranzystor zanim włączy drugi musi ją przeskoczyć wtedy pracuje w otwartej pętli z maksymalnym wzmocnieniem więc "daje z siebie wszystko" nie poprawisz nic kombinując przy wzmacniaczu bo to nie wzmacniacz jest jej przyczyną on ją próbuje zniwelować, ale ma przy tym pewne ograniczenia, w rzeczywistości tranzystory będą musiały być darlingtonami więc ta strefa będzie dwukrotnie szersza, można ją usunąć tylko wchodząc w klasę AB.


    Cytat:

    - Czy prosty dzielnik napięcia (dwa rezystory) nie wygeneruje jakichś zniekształceń?
    Nieznaczące w porównaniu z resztą.

    Cytat:
    - Jest jakaś górna granica, ile razy OpAmp może pomnożyć wartość napięcia? (nie mówię o maksymalnej jego wartości)
    Im większe wzmocnienie układu tym mniejsza dokładność i węższe pasmo.


    Cytat:
    - Czy wzmocnienie OpAmpa wpływa na zakłócenia?
    Nie, ale duże wzmocnienie układu w połączeniu z brakiem ekranowania może złapać więcej zakłóceń.

    Cytat:
    Od czego wogóle one zależą (distortion)?
    Pewien czas temu czytałem książkę, której połowa była odpowiedzią na to pytanie, mam streścić?

    Cytat:

    W notach OpAmpów czy kostek wzmacniaczy (TDA) podają pewne wartości mocy max przy 0,05%, a inne przy 10% - wygląda na to, że można sobie ustalić "distortion", i wtedy wychodzi nam moc i inne parametry.
    Jeśli przesterujesz wzmacniacz tak że sinus zamieni siew prostokąt moc będzie jeszcze większa niż w katalogu, 10% przyjęto jako taką granicę lekkiego przesterowania - absolutne maksimum kiedy przebieg jeszcze przypomina ten wejściowy, ale na ucho to duże zniekształcenia, nikt tak nie będzie słuchał, dlatego podaje się też parametry w bardziej normalnych warunkach.


    Cytat:
    Teoretycznie taki NE5532 ma pasmo przenoszenia do 10Mhz... ..Raczej do 20kHz większość wzmacniaczy operacyjnych da sobie radę bez większego problemu...
    Nie jest to wcale tak dużo jak się wydaje przy 20kHz wzmocnienie w otwartej pętli to zaledwie 500, jeśli zewnętrznie ustalimy wzmocnienie całości na 30 to wzmocnienie pętli będzie zaledwie 17 w takich warunkach nie ma szans na skuteczną linearyzacje stopnia wyjściowego.

    Obejrzałem to w symulacji, przy przejściu przez zero, przy 20kHz pojawi się 1V "schodek".


    Cytat:
    Pamiętaj, że wzmacniacz poza użytecznym sygnałem wzmacnia też szum, każdy wzmacniacz też dodaje trochę własnych szumów.

    O szumach decyduje pierwszy stopień.

    Cytat:
    Ja się spotkałem z zaleceniem, by zawsze stosować zamiast jednego stopnia o dużym wzmocnieniu kilka stopni o małym.
    Szumy prawie bez zmian (niewiele większe) ale pasmo szersze.

    0
  • #12 08 Maj 2014 11:39
    m.nieroda
    Poziom 9  

    Urgon napisał:
    Kondensator na wyjściu eliminuje składową stałą na głośniku.

    a czy przy okazji nie jest filtrem górnoprzepustowym pierwszego rzędu? O ile się nie mylę, przy wartościach ze schematu który podałeś, odcina już od ok 42Hz - dla subwoofera nie jest to korzystne (chyba żeby zwiększyć wartość kondensatora)

    Urgon napisał:
    Przy braku sygnału napięcie na wyjściu będzie takie samo jak napięcie na dzielniku.

    jeśli zasilę układ symetrycznie, będę mógł chyba zrezygnować z tego kondensatora, ponieważ wtedy przy braku sygnału napięcie będzie zerowe, tak? (brak dzielnika, do wejścia OpAmpa podłączam masę, tak samo jak do wyjścia na głośnik)

    0
  • #13 09 Maj 2014 11:57
    m.nieroda
    Poziom 9  

    Na podstawie tego co poczytałam oraz uwag od kolegów, ulepiłem teki schemat:
    Najprostszy wzmacniacz OpAmp + 2xPower Trans

    Mam zasilanie symetryczne z trafo 2x18,4V/2x2,5A, co po wyprostowaniu daje mi +-25,5V. Trafo i zasilacz z Radmora.
    Nie wiem czy dobrze liczę, ale przy sprawności tego układu (ok 66%) mogę liczyć na 3A na wyjściu (tu poproszę o skorygowanie lub potwierdzenie).
    Przy głośnikach 8ohm (IsoBar 2x4ohm w szeregu) mogę liczyć na 72W jeśli dostarczę napięcia skutecznego 24V, czyli w szczycie 34V.

    Wymaganych 34V z tego zasilacza nie wyciągnę, więc w grę wchodzi tylko mostek. Poza tym, jeśli chcę użyć OpAmpa, dla którego max napięcie jest +-20V, to i tak musze zrobić mostek. Dla mostka napięcie maksymalne jakiego potrzebuję to 17V, więc mogę użyć OpAmpa zasilanego +-18V i wtedy dostanę max mocy z zasilania.

    Teraz parę słów o układzie:
    Za sugestią Urgona, umożliwiłem pracę układu w trybie odwracającym i nieodwracającym. Za pomocą zworki JP1 mogę wybrać tryb.
    Rezystory R1-R4 ustalają wzmocnienie OpAmpa na 48x, niezależnie od trybu pracy. Mam nadzieje że to wystarczy do zmniejszenia zniekształceń nieliniowych.
    Rezystory R5-R7 to regulowany dzielnik napięcia, który reguluje wzmocnienie całego układu na 4x-32x. (4-8x wystarczy, jeśli wejściowy sygnał będzie pochodził z wcześniejszego wzmacniacza 2.1)
    (Oczywiście dla pracy w mostku potrzebuję tylko jeden dzielnik, więc nie będę go umieszczał na płytce końcówki)
    Kondensatory filtrują napięcie zasilania, a układy 7818 i 7918 dostarczają napięcia dla OpAmpa. Stabilizatory te są w wersji L, bo chyba dla samego OpAmpa to wystarczy.

    Prosiłbym bardzo o komentarz na temat układu. Nie jestem pewien czy dobrze szacuję zdolnośc transformatora, byś może gdzieś indziej popełniłem też jakiś błąd. Jeśli coś Wam się rzuci w oczy, chętnie poprawię zanim zacznę wytrawiać.

    Jeśli ktoś byłby zainteresowany to podsyłam projekt płytki. Duże tranzystory są od strony ścieżek, bo taki będzie montaż na radiatorze. Dla tych którzy nie wiedzą jak to było w Radmorze, załączam również zdjęcie umieszczenia tranzystorów na radiatorze.

    0