logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Przystawka do pomiaru wzmacniaczy audio - również mostkowych, w klasie D i słuchawkowych

Jaro89 03 Mar 2025 18:45 2802 16

TL;DR

  • Powstała kompaktowa przystawka do pomiaru wzmacniaczy audio mocy i słuchawkowych, także mostkowych BTL oraz klasy D.
  • Przełącznik SE/BTL odłącza masę ujemnego zacisku, a osobne wyjścia dla oscyloskopu i karty dźwiękowej pozwalają mierzyć oba kanały jednocześnie bez zwarć.
  • Tor mocy ma sztuczne obciążenie 4/8 ohm o mocy znamionowej 50W/8ohm i 100W/4ohm, a tor słuchawkowy obsługuje 32, 300 i 600 ohm.
  • Zastosowano filtr dolnoprzepustowy dla klasy D, desymetryzator na NE5534 oraz zabezpieczenia DC i TVS 12V; całość kosztowała około 500zł.
📢 Słuchaj (AI):
  • Przystawka do pomiaru wzmacniaczy audio - również mostkowych, w klasie D i słuchawkowych

    Przystawka do pomiaru wzmacniaczy audio z przełącznikami i złączami.

    Co ją wyróżnia? Można mierzyć coraz częściej występujące współcześnie wzmacniacze mostkowe jak również te w klasie D (także nierzadko pracujące jako mostkowe)
    na obu kanałach jednocześnie bez obawy o zwarcie i problemy z łączeniem mas. Ponadto ma niewielkie wymiary i pasywne chłodzenie (aluminiowa obudowa), dzięki czemu nie zajmuje dużo miejsca.

    Niniejsza przystawka zawiera w sobie:
    - sztuczne obciążenie 4 / 8 ohm do wzmacniaczy mocy
    - sztuczne obciążenie 32, 300, 600 ohm do wzmacniaczy słuchawkowych
    - obsługa wmacniaczy (mocy i słuchawkowych) z wyjściem SE i mostkowych BTL
    - filtr dolnoprzepustowy dedykowany do pomiaru wzmacniaczy mocy w klasie D
    - wyjścia na oscyloskop (1:1 / 1:10)
    - wyjścia audio do pomiaru zbalansowane i niezbalansowane (tłumienie 1:1.5, 1:5, 1:10)
    - zabezpieczenie przed zbyt dużym napięciem na wyjściu audio do pomiaru
    - zabezpieczenia przed napięciem stałym ze wzmacniacza
    - pasywne chłodzenie bez wentylatorów
    - moc znamionowa obciążenia dla wzmacniaczy mocy 50W/8ohm, 100W/4ohm
    - możliwość dodatkowego chłodzenia wodą (hermetyczna dolna część obudowy) w wypadku konieczności krótkotrwałego przekroczenia mocy znamionowej obciążenia

    Urządzenie do pomiaru wzmacniaczy audio z podłączonymi kablami, na tle monitora z wykresami.

    W stosunku do większości publikowanych na elektrodzie czy youtube tego typu przyrządów ten posiada szereg usprawnień i unowocześnień co pozwala współpracować z wieloma współczesnymi konstrukcjami wzmacniaczy mocy. Znakomita większość takich konstrukcji uniemożliwia pomiar obu kanałów wzmacniaczy jednocześnie w topologii BTL. Dlaczego?

    Albo mają połączone masy kanału lewego i prawego, a jeśli nawet nie mają to i tak ujemny zacisk do podłączenia obciążenia zwykle łączy się z masą wyjścia pomiarowego na oscyloskop. W praktyce oznacza to, że po podłączeniu obu kanałów do oscyloskopu przez jego masę ujemne wyjścia wzmacniacza galwanicznie się połączą. Grozi to uszkodzeniem lub co najmniej załączeniem zabezpieczeń badanego wzmacniacza. Niektórzy radzą sobie w ten sposób że łączą tylko jeden kanał wzmacniacza a oscyloskop (i ewentualnie komputer z interfejsem pomiarowym) odseparowują galwanicznie (w przypadku laptopa jest to proste) od zasilania wzmacniacza poprzez odłączenie od sieci bądź podłączenie do gniazda bez PE (jeśli masa wzmacniacza jest na potencjale PE). Jednak to tylko połowiczne rozwiązanie, ponadto uniemożliwia sprawdzenie każdego półmostka z osobna.

    W mojej konstrukcji zarówno dla wejść wzmacniacza mocy jak i wzmacniacza słuchawkowego można przełącznikiem rodzaju wzmacniacza SE/BTL odłączyć ujemny zacisk wzmacniacza od masy. Wtedy każdy z zacisków kierowany jest na osobne wyjście pomiarowe oscyloskopu (dlatego wyjścia są cztery po dwa na każdy kanał badanego wzmacniacza).

    Zbliżenie na przystawkę do pomiaru wzmacniaczy audio z różnymi wejściami i przełącznikami.

    Ponadto sygnał jest przesyłany na wyjścia zbalansowane dla karty dźwiękowej, jednak są także wyjścia niezbalansowane, gdzie w takim wypadku sygnał jest desymetryzowany w układzie na wzmacniaczu operacyjnym (o tym jak i całym pozostałym układzie dalej). Jest też oczywiście zacisk do masy, ponieważ jeśli chcemy zmierzyć taki półmostek musimy mieć odniesienie względem masy układu badanego wzmacniacza.
    Panel kontrolny przystawki do pomiaru wzmacniaczy audio z przełącznikami i złączami wejściowymi/wyjściowymi.

    Teraz o samej konstrukcji:
    Każde wyjście, czy to na oscyloskop czy audio ma skokowo regulowany poziom tłumienia. Dlaczego skokowo? Ponieważ potencjometr nie zapewnia idealnej dokładności
    (zbieżność) i to zarówno między kanałami jak i między poziomami sygnału zbalansowanego z dwóch półmostków, co ma znaczenie dla procesu desymetryzacji sygnału.
    Ponadto uniemożliwia wiarygodny pomiar mocy obu kanałów, bo nigdy nie wiadomo czy potencjometry są nierówno ustawione, czy jest różnica w poziomach między kanałami.

    W przypadku wyjść oscyloskopu albo sygnał przechodzi 1:1 albo jest tłumiony 10 krotnie, jest to odwzorowany układ tłumika z typowej sondy oscyloskopowej 1:10.
    Wyjścia audio mają do wyboru tłumienie 1:2, 1:10, 1:30. Tłumik składa się z metalizowanych, niskoszumnych rezystorów o tolerancji 1% dobieranych na etapie montażu.

    Panel przedni urządzenia do pomiaru wzmacniaczy audio z różnymi złączami i przełącznikami.
    Panel przystawki pomiarowej wzmacniaczy audio z przełącznikami i złączami.

    Jest odcięcie składowej stałej - kondensator o napięciu 250V i pojemności tak dobranej by częstotliwość odcięcia była jak najniższa (-1Hz -3dB). Dlaczego w ogóle blokować DC?
    Zbliżenie na przystawkę do pomiaru wzmacniaczy audio z układem elektronicznym i komponentami.
    Wzmacniacze mostkowe zasilane pojedynczo wystawiają na każdym półmostku połowę napięcia zasilania. O ile 99% oscyloskopów ma sprzężenie AC, o tyle mamy tu wyjście audio na interfejs pomiarowy w postaci karty dźwiękowej która nie wiadomo jak się zachowa przy dość sporej wartości napięcia DC bo nie znamy jej układu wejściowego,
    do tego układ desymetryzujący który po dostaniu DC mógłby się "rozjechać". Możliwa jest też zwykła awaria podłączonego wzmacniacza, co w skrajnych przypadkach może prowadzić do pojawienia się pełnego napięcia zasilania końcówkę mocy, dodatniego lub ujemnego. Do tego, nawet mimo trybu AC w oscyloskopie producenci stosują tam różne pojemności, przez co niektóre oscyloskopy mają spadek np -3dB już przy 30Hz, co może zafałszować wynik pomiaru przy niskiej. I po ostatnie: na wyposażeniu mojej pracowni posiadam (wielu twierdzi że niezbyt wysokich lotów) oscyloskop na USB Hantek 6022BE. Nie jest moim jedynym, ale jest o tyle wygodny że ma małe wymiary i podłącza się go do komputera więc zajmuje mało miejsca. Wierzcie lub nie, ale nie ma on trybu AC (!) :) Mimo wszystko wyjścia pomiarowe audio (za tłumikiem) są zabezpieczone dwukierunkowymi diodami TVS na napięcie 12V.

    Filtr dolnoprzepustowy dedykowany do wzmacniaczy klasy D:
    W przypadku pomiaru takich wzmacniaczy do pomiaru musi zostać zastosowany filtr którego tłumienie zaczyna się nieco powyżej 20kHz.
    Filtr taki jest stosowany w profesjonalnych pomiarach (do swoich przyrządów oferuje go choćby Audio Precision).

    Oddajmy zatem głos Audio Precision (tekst tłumaczony translatorem):
    Cytat:
    Proces przełączania dodaje szybko narastające zbocza przy częstotliwości przełączania (ponadakustycznej - dopowiedzenie Jaro89) do sygnału wyjściowego audio.
    Te szybkie zbocza nie mają znaczenia dla typowego obciążenia (głośnika), ale stanowią trudny sygnał dla przyrządów pomiarowych.
    Szybkie zbocza przełączania mają wysoką zawartość energii i wprowadzą ograniczenie szybkości narastania, gdy zostaną przedstawione stopniowi wejściowemu większości przyrządów pomiarowych.
    Gdy zostaną obciążone tymi szybkimi zboczami, wzmacniacz wejściowy analizatora zwykle ograniczy szybkość narastania i nie będzie w stanie efektywnie działać w swoim normalnym trybie.
    Automatyczne zakresowanie zostanie zakłócone, a sygnał poddawany testowi zostanie błędnie przedstawiony w następujących obwodach pomiarowych.
    W rezultacie pomiary szumu i zniekształceń wzmacniaczy przełączających za pomocą niemal każdego analizatora bez wstępnego kondycjonowania dadzą niedokładne i nieprzewidywalne wyniki."

    https://www.ap.com/analyzers-accessories/acce...amily-switching-amplifier-measurement-filters

    i jescze Texas Instruments:
    Cytat:

    "Rodzina wzmacniaczy mocy audio klasy D (APA) firmy Texas Instrument (TPA2000D i TPA3000D)
    wykorzystuje schemat modulacji, który nie zawsze wymaga filtra wyjściowego do działania, ale wymaga
    pewnego rodzaju filtrowania dolnoprzepustowego podczas pomiaru mocy wyjściowej lub pomiaru THD+N.
    Dzieje się tak, ponieważ sygnał przełączający 250 kHz jest postrzegany jako napięcie wspólne na wejściach
    instrumentu pomiarowego audio. Zazwyczaj sprzęt do analizy audio ma niskie tłumienie
    wspólnego trybu przy 250 kHz, ponieważ sprzęt jest zaprojektowany do pracy w paśmie audio. Chociaż większość
    instrumentów do analizy audio ma wewnętrzne filtrowanie, nadal mają wzmacniacze wejściowe, które nie mogą
    reagować na szybko narastające zbocza sygnału PWM. Celem filtra RC jest usunięcie 250-kHz
    składowej przełączającej z wyjścia PWM wzmacniacza klasy D."

    https://www.ti.com/lit/an/sloa107/sloa107.pdf

    Pod powyższym linkiem znajdziecie też schemat filtra który TI zaleca, ja w swoim urządzeniu właśnie tak go wykonałem.
    Na potwierdzenie tych teorii, wrzucam dwa przebiegi sinusoidalne ze wzmacniacza klasy D na TPA3116, przebiegi z wyjścia jednego z półmostków. Ten "grubszy" to przebieg bez filtra, ten "cieńszy" - z filtrem.

    Wykres oscyloskopowy przebiegu sinusoidalnego wzmacniacza klasy D.
    Ekran oscyloskopu z widoczną zieloną sinusoidą reprezentującą sygnał wzmacniacza klasy D.

    Układ desymetryzujący: jeśli chcemy mierzyć wzmacniacz mostkowy i nie dysponujemy kartą dźwiękową z wejściem symetrycznym, to układ ten tworzy nam
    sygnał niesymetryczny i możemy skorzystać z jego wyjścia. Zbudowany jest na dwóch pojedynczych (po jednym na kanał w celu zapewnienia małego przesłuchu międzykanałowego) wzmacniaczach operacyjnych NE5534. Oczywiście można użyć lepszych, jednak stosunek parametry/cena był tu istotny :) W aplikacji znajduje się także potencjometr nastawny precyzyjny w celu odpowiedniego ustawienia offsetu całego układu (opamp ma dedykowane wyprowadzenia) by zapewnić jak najmniejszy błąd pomiarowy i najlepsze parametry. Zasilany jest z dwóch stabilizatorów LM317/337 napięciem +/-12V, stabilizatory dostają +/-15V z konwertera DC/DC który z kolei zasilany jest z zewnętrznego zasilacza 12V.
    Układ ten praktycznie nie pogarsza parametrów całego toru. Dla porównania pomiar toru karty dźwiękowej której używam (ASUS Xonar DX) i pomiar toru ze wzmacniaczem operacyjnym:

    Zrzut ekranu z raportu testowego RightMark Audio Analyzer dla urządzenia ASUS Xonar DX.
    Raport z testu RightMark Audio Analyzer z wynikami bardzo dobrej jakości dźwięku.

    Obciążenia, przełączanie, tryb SE/BTL:
    Obciążeniem są w sumie 4 rezystory o oporności 8ohm i mocy 50W, po dwa na kanał z możliwością równoległego łączenia dla uzyskania 4ohm.
    Rezystory przykręcone są do spodu aluminiowej obudowy. Zastosowałem pastę termoprzewodzącą, miejsce przełożenia śrub przez otwory w dnie obudowy
    jest uszczelnione silikonem. Dzięki temu dół obudowy jest szczelny i można w pewnym stopniu zanurzyć go w wodzie dla dodatkowego chłodzenia jeśli
    istnieje obawa że moc rezystorów zostanie przekroczona.
    Zbliżenie na sztuczne obciążenia RX24-50W-8Ω w aluminiowej obudowie.
    Zmiana trybu SE/BTL sprowadza się do tego, że ujemny zacisk wejściowy dla wzmacniacza (tak samo jest w sekcji słuchawkowej) podłączany jest
    do masy lub nie jest w trybie BTL. Wtedy cały tor od wejście do wyjść pomiarowych jest symetryczny. Niemniej żeby mieć odniesienie względem masy urządzenia,
    jest osobny zacisk do takiego podłączenia.
    W przypadku toru słuchawkowego jest bardzo podobnie, jedyna różnica to rodzaj obciążenia - 8 rezystorów 150R/1W, jak to jest podłączone widać na schemacie.
    Dostępne rezystancje dla toru słuchawek: 32, 300 i 600 ohm.

    Metalowa przystawka do pomiaru wzmacniaczy audio z widocznymi złączami i opisami na obudowie.


    PCB, części itp:
    płytka zaprojektowana w KiCAD, wykonana w JLCPCB
    części: większość z TME (łącznie z obudową), pozostała drobnica jak niektóre złącza, przewody - alledrogo.
    zastosowana obudowa: Gainta G-0247
    Otworowanie we własnym zakresie, opisy folia przezroczysta samoprzylepna.
    Koszt całości - ok 500zł (sama obudowa kosztowała 80...).

    Zdjęcia z tworzenia konstrukcji:

    Metalowa obudowa z narysowanymi schematami otworów i oznaczeniami.
    Aluminiowa obudowa z perforacjami do urządzenia elektronicznego.
    Wnętrze przystawki do pomiaru wzmacniaczy audio z komponentami elektronicznymi.
    Zdjęcie wnętrza przystawki do pomiaru wzmacniaczy audio z widocznymi elementami elektronicznymi.
    Wnętrze przystawki do pomiaru wzmacniaczy audio z elementami elektronicznymi.

    Przykładowe pomiary:
    Przebieg na wyjściu mostkowym wzmacniacza klasy D - przebiegi z pojedynczych półmostków i różnica tych przebiegów:
    Zrzut ekranu przedstawiający wykres sygnału sinusoidalnego z oscyloskopu.
    Zdjęcie z pomiaru tego wzmacniacza:
    Zestaw do pomiaru wzmacniaczy audio na biurku z różnymi kablami i złączami.
    Pomiar wzmacniacza klasy D TPA3116 - obciążenie 8ohm, moc 1W:
    RightMark ... 8R 1W.pdf (175.8 kB)Musisz być zalogowany, aby pobrać ten załącznik.
    J.w., moc 3W:
    RightMark ... 8R 3W.pdf (176.98 kB)Musisz być zalogowany, aby pobrać ten załącznik.
    Pomiar wzmacniacza na układzie hybrydowym GML025 (moje DIY), moc 3W, obciążenie 8R:
    RightMark ... 8R 3W.pdf (196.91 kB)Musisz być zalogowany, aby pobrać ten załącznik.
    Pomiar wzmacniacza słuchawkowego (moje DIY), obciążenie 300 ohm, moc 100mW:
    RightMark ... 100mW.pdf (179.52 kB)Musisz być zalogowany, aby pobrać ten załącznik.
    Wzmacniacz j.w.,moc 80mW, obciążenie 600ohm:
    RightMark ...R 80mW.pdf (180.44 kB)Musisz być zalogowany, aby pobrać ten załącznik.

    Schemat układu:
    audio amps...nt box.pdf (310.88 kB)Musisz być zalogowany, aby pobrać ten załącznik.

    PS1:
    najniższy stopień tłumienia na wyjścia pomiarowego wynosił pierwotnie 1:2, w czasie prób korzystniejszy okazał się 1:1.5
    PS2:
    Na pomiarze GML025 jeden kanał opisany jest jako "inverted" - wynika to z mojego niedopatrzenia, zamieniłem przewody lutując je do PCB. Później zostało to poprawione.

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    Jaro89
    Poziom 16  
    Offline 
  • #2 21464948
    rb401
    Poziom 39  
    Posty: 3002
    Pomógł: 750
    Ocena: 984
    Ładna, solidna konstrukcja. Podoba mi się też bardzo że doborem obudowy przewidziałeś możliwość dodatkowego chłodzenia w razie potrzeby. Ogólnie dla kogoś kto robi sporo pomiarów wzmacniaczy to bardzo wygodna, oszczędzająca czas rzecz.

    Ale tak na marginesie to mam pewien dylemat co do kwestii wiarygodności pomiarów wzmacniaczy w klasie D w Twojej konstrukcji. Natykałem się w DS takich wzmacniaczy (choć trudno mi w tej chwili wskazać konkretny) na uwagę by nie stosować jako obciążenia czystej rezystancji, bo złożona impedancja głośnika jest istotnym elementem układu, który właśnie w takich warunkach osiąga gwarantowane przez producenta parametry. U Ciebie jako obciążenie masz same rezystory.
    Nota z TI też się nad tematem obciążenia prześlizguje, bo rysują na schemacie jakiś LOAD. We wzorach (np. na moc) stosują symbol Rl (zamiast Z), choć poniżej przypisują do RL znaczenie że to impedancja.
    Czyli sam pomiar napięć po przejściu poprzez zalecane przez ludzi z TI filtry, coś pokazuje ale nie do końca czuję czy to jakiś wyznacznik tego co chcemy o wzmacniaczu wiedzieć, czy jeśli chcemy robić porównania z innymi wzmacniaczami pracującymi w innej klasie. I na ile dokładność pomiarów do ułamków procent ma w ogóle sens w tej metodzie.
    Jakie są Twoje wnioski?
  • #3 21465692
    DJ_KLIMA
    Poziom 25  
    Posty: 661
    Pomógł: 67
    Ocena: 220
    Świetny "PIEC" warto pomyśleć o skomercjalizowaniu, myślę że paru chętnych się znajdzie, aczkolwiek sam mam kilka grzałek 4.3 OHM 100W, jak mam grubszą sprawę do naprawy to szeregowo do wody chlup, generator i oscyloskop. Pozdrawiam.
  • #4 21465983
    jarek_lnx
    Poziom 43  
    Posty: 22647
    Pomógł: 4183
    Ocena: 6075
    rb401 napisał:
    Ale tak na marginesie to mam pewien dylemat co do kwestii wiarygodności pomiarów wzmacniaczy w klasie D w Twojej konstrukcji. Natykałem się w DS takich wzmacniaczy (choć trudno mi w tej chwili wskazać konkretny) na uwagę by nie stosować jako obciążenia czystej rezystancji, bo złożona impedancja głośnika jest istotnym elementem układu, który właśnie w takich warunkach osiąga gwarantowane przez producenta parametry. U Ciebie jako obciążenie masz same rezystory.
    To jakaś ściema. Oczywiście że impedancja jest istotna, ale każdy głośnik ma inną, dlatego stosuje się czystą rezystancję. Jeśli założyć że ma nie być R tylko RL albo RLC to dojdzie problem jak ustalić parametry R L i C żeby uzyskać "miarodajny" test.

    Może chodziło ​o filterless class-D gdzie impedancja głośnika robi za filtr?
  • #5 21466968
    Nepto
    Poziom 24  
    Posty: 564
    Pomógł: 57
    Ocena: 246
    Bardzo ładnie zrobione narzędzie, dzięki za podzielenie się.

    Jaro89 napisał:
    - wyjścia audio do pomiaru zbalansowane i niezbalansowane (tłumienie 1:1.5, 1:5, 1:10)

    Jakich wartości rezystancji użyłeś w tym dzielniku?
  • #6 21467147
    rb401
    Poziom 39  
    Posty: 3002
    Pomógł: 750
    Ocena: 984
    jarek_lnx napisał:
    Może chodziło ​o filterless class-D gdzie impedancja głośnika robi za filtr?



    O właśnie. Te zastrzeżenia z DS kości by nie obciążać czystą rezystancją najprawdopodobniej dotyczyły tych właśnie "wynalazków". Z powodów łatwych do przewidzenia. Z tym że nie napotkałem jakiś konkretnych sugestii co do sztucznego obciążenia a tym bardziej pomiarów parametrów tych konkretnych wzmacniaczy.
  • #7 21467180
    gulson
    Administrator Systemowy
    Posty: 29384
    Pomógł: 148
    Ocena: 6063
    Oho... chyba będzie projekt miesiąca, dzięki!
    Zadam może pytanie ogólne, jakie widzisz ograniczenia a jakie możliwości rozbudowy, albo co byś zrobił inaczej?
    Jak wyślesz mi Paczkomat na PW, to prześlę mały upominek.
  • #8 21469232
    Rocky Horror
    Poziom 31  
    Posty: 1677
    Pomógł: 97
    Ocena: 334
    Fajna skrzynka :-). Ale kilka rzeczy dałoby się poprawić lub ulepszyć.

    Przede wszystkim gorąco zalecam lepsze złącza śrubowe. W laboratoryjnych warunkach te tanie, gdzie nagwintowana jest sama plastikowa nakrętka, wyrobią się bardzo szybko. Brak pewności przy pomiarach, czy połączenie jest dobre, czy nie, jest zgubny.

    Cytat:
    - wyjścia audio do pomiaru zbalansowane i niezbalansowane (tłumienie 1:1.5, 1:5, 1:10)
    Tłumik 1:1.5 i 1:5 może być w miarę dogodny przy mierzeniu napięcia, ale będzie bardzo niewygodny przy stosowaniu skali decybelowej, używanej przez wszelakie analizatory na komputer. Gdybym ja robił tego typu skrzynkę, użyłbym jednak dzielników typowo decybelowych jak 10dB (1:3.16), no i 20dB (1:10), które już jest. Zdarza się z resztą, że pożądane dla pomiarów najniższe zniekształcenia przetworników C/A i A/C, nawet tych bardzo dobrych, niekoniecznie przypadają na 0dBFS i i tak trzeba te poziomy nieco w systemie pomiarowym przystosować, czasami w różny sposób zależnie od tego co się mierzy. Dobrze określona skala decybelowa sporo tu ułatwia.


    Cytat:
    Filtr dolnoprzepustowy dedykowany do wzmacniaczy klasy D: (...) Pod powyższym linkiem znajdziecie też schemat filtra który TI zaleca, ja w swoim urządzeniu właśnie tak go wykonałem.
    Tę kwestię należy skomentować szerzej, gdyż problem jest tutaj bardziej złożony.
    Prosty filtr z nachyleniem 6dB/oktawę może nie być wystarczający dla wszystkich wzmacniaczy klasy D. Texas Instruments, w opublikowanym opracowaniu, użył tak prostego filtra pod wydaje się ściśle określoną potrzebę. Przetestowali wzmacniacz który ma stałą, a więc przewidywalną częstotliwość przełączania (250kHz), a przy tym też relatywnie niewielką moc wyjściową (2x12W). Dodatkowo, sam wzmacniacz jest układem mostkowym, gdzie obie gałęzie mostka są taktowane w fazie. W tym przypadku, tak proste filtrowanie mogło (powiedzmy) jeszcze wystarczyć nawet do zmierzenia wzmacniacza nieposiadającego filtra rekonstrukcyjnego. W projekcie, jedno ze zdjęć przedstawia testowanie modułu z układem TPA3116 (mam akurat kilka dokładnie tych modułów, całkiem przyzwoite), tam częstotliwość przełączania jest wyższa (400kHz), ponadto również taktowanie mostkowego układu w fazie sprawia, że wypadkowy sygnał nośnej na wyjściu jest prawie żaden. Gdy sygnały wspólne są jeszcze dodatkowo znoszone przez desymetryzator w przystawce, nośna nie będzie jeszcze aż tak znaczna żeby popsuć pomiar.
    Niestety, w przypadku wszelakich samooscylujących wzmacniaczy typu UcD, ICEPower, Tripath albo Iraudamp, może być już dużo gorzej. Takie wzmacniacze nieuchronnie mają mniejszy lub większy przebieg nośnej na wyjściu, w dodatku częstotliwość przełączania zmienia się wraz z sygnałem. Przykładowy, dość popularny Iraudamp7, przy pełnym wysterowaniu, z 400-450kHz schodzi do nawet około 80kHz, amplituda nośnej na wyjściu po filtrze rekonstrukcyjnym też podnosi się wydatnie. Prosty filtr pierwszego rzędu w przystawce nie będzie w stanie skutecznie usunąć tego sygnału.
    Z tego powodu zalecane jest jednak użycie stromego filtra jeszcze przed samym analizatorem (jak np. Audio precision AUX-0025), a następnie jeszcze filtr typu "brickwall" już w analizatorze.


    Cytat:
    Układ desymetryzujący: jeśli chcemy mierzyć wzmacniacz mostkowy i nie dysponujemy kartą dźwiękową z wejściem symetrycznym, to układ ten tworzy nam sygnał niesymetryczny i możemy skorzystać z jego wyjścia.
    To akurat ma dużo zalet nawet przy niemostkowych układach. Gdy "gorące" i "zimne" wyjście wzmacniacza jest podane na symetryczny wzmacniacz pomiarowy, a więc w pewnym sensie z pływającą masą, pozbywamy się problemu pętli masy, która mogłaby namieszać przy pomiarach niektórych urządzeń.


    Cytat:
    Zbudowany jest na dwóch pojedynczych (po jednym na kanał w celu zapewnienia małego przesłuchu międzykanałowego) wzmacniaczach operacyjnych NE5534. Oczywiście można użyć lepszych, jednak stosunek parametry/cena był tu istotny :)
    Oj tam :-). Ludzie zdecydowanie nie doceniają tego układu. Wzmacniacz operacyjny nie najnowszy już, a jednak parametry do dnia dzisiejszego tak dobre, że trudno go właściwie zastąpić czymkolwiek.
  • #9 21472614
    Jaro89
    Poziom 16  
    Posty: 157
    Pomógł: 17
    Ocena: 178
    rb401 napisał:
    Ładna, solidna konstrukcja. Podoba mi się też bardzo że doborem obudowy przewidziałeś możliwość dodatkowego chłodzenia w razie potrzeby. Ogólnie dla kogoś kto robi sporo pomiarów wzmacniaczy to bardzo wygodna, oszczędzająca czas rzecz.

    Ale tak na marginesie to mam pewien dylemat co do kwestii wiarygodności pomiarów wzmacniaczy w klasie D w Twojej konstrukcji. Natykałem się w DS takich wzmacniaczy (choć trudno mi w tej chwili wskazać konkretny) na uwagę by nie stosować jako obciążenia czystej rezystancji, bo złożona impedancja głośnika jest istotnym elementem układu, który właśnie w takich warunkach osiąga gwarantowane przez producenta parametry. U Ciebie jako obciążenie masz same rezystory.
    Nota z TI też się nad tematem obciążenia prześlizguje, bo rysują na schemacie jakiś LOAD. We wzorach (np. na moc) stosują symbol Rl (zamiast Z), choć poniżej przypisują do RL znaczenie że to impedancja.
    Czyli sam pomiar napięć po przejściu poprzez zalecane przez ludzi z TI filtry, coś pokazuje ale nie do końca czuję czy to jakiś wyznacznik tego co chcemy o wzmacniaczu wiedzieć, czy jeśli chcemy robić porównania z innymi wzmacniaczami pracującymi w innej klasie. I na ile dokładność pomiarów do ułamków procent ma w ogóle sens w tej metodzie.
    Jakie są Twoje wnioski?


    jarek_lnx napisał:
    To jakaś ściema. Oczywiście że impedancja jest istotna, ale każdy głośnik ma inną, dlatego stosuje się czystą rezystancję. Jeśli założyć że ma nie być R tylko RL albo RLC to dojdzie problem jak ustalić parametry R L i C żeby uzyskać "miarodajny" test.

    Może chodziło ​o filterless class-D gdzie impedancja głośnika robi za filtr?


    rb401 napisał:

    O właśnie. Te zastrzeżenia z DS kości by nie obciążać czystą rezystancją najprawdopodobniej dotyczyły tych właśnie "wynalazków". Z powodów łatwych do przewidzenia. Z tym że nie napotkałem jakiś konkretnych sugestii co do sztucznego obciążenia a tym bardziej pomiarów parametrów tych konkretnych wzmacniaczy.


    Dzięki za miłe słowa. Odnośnie wątpliwości co do obciążenia wzmacniaczy klasy D: dokument TI do którego podałem link jako przykład wzmacniacza który będzie mierzony podaje TPA3004 na swoim eval boardzie. Podstawowa aplikacja tego układu (widać do też na pcb) nie przewiduje zastosowania filtrów LC na wyjściu w przypadku użycia krótkich przewodów do głośników. Oznaczenia obciążenia którego używają we wzorze (R ale z indeksem dolnym L) może być mylące, ale skoro L jest indeksem dolnym to raczej nie jest to cewka, tylko skrót od "load". Ponadto dalej pisząc RL piszą że to "load impedance". Oczywiście można się zastanowić czy zamiast czystej rezystancji nie dodać tam jakiejś pojemności, ale powstaje właśnie dylemat: jakiej? No bo każdy zestaw głośnikowy będzie miał inną jej wartość. Do tego dochodzi też inducyjność (cewki głośników i te w zwrotnicy). No i co, cewkę też dodawać? O ile mi wiadomo pomiary wzmacniaczy wykonuje się w warunkach laboratoryjnych raczej dla czystej rezystancji która stanowi sztuczne obciążenie. Oczywiście, można do niej dodać pojemność czy indukcyjność by badać np. stabilność wzmacniacza, jednak traktowałbym to jako opcję a nie element niezbędny do wykonania pomiarów podstawowych parametrów. Zastanawiałem się zresztą czy nie dodać przełącznika który dołączałby jakiś kondensator równolegle do obciążenia ale ostatecznie z tego zrezygnowałem, opcjonalnie jest taka możliwość bo można to zrobić wprost na zaciskach pomiarowych przystawki.

    Nepto napisał:
    Bardzo ładnie zrobione narzędzie, dzięki za podzielenie się.
    Jakich wartości rezystancji użyłeś w tym dzielniku?


    Widać je na schemacie w sekcji "measurement outputs att".

    gulson napisał:
    Oho... chyba będzie projekt miesiąca, dzięki!
    Zadam może pytanie ogólne, jakie widzisz ograniczenia a jakie możliwości rozbudowy, albo co byś zrobił inaczej?
    Jak wyślesz mi Paczkomat na PW, to prześlę mały upominek.


    Dzięki za miłe słowa. Jeśli chodzi o możliwości rozbudowy, to na pewno dobrą opcją byłoby wbudowanie interfejsu pomiarowego (czyli de facto karty dźwiękowej) który przez USB podłączałoby się do komputera. Zniwelowałoby to trochę ilość kabli które trzeba podłączyć do komputera i być może nieznacznie poprawiło parametry. Rozważałem temat na początku projektu, niestety o ile zbudowanie w amatorskich warunkach przetwornika DAC z USB o dobrych parametrach nie stanowi dużego problemu, tak w drugą stronę (ADC) ciężko o jakiś punkt zaczepienia lub nawet jakieś gotowe moduły. Dobre parametry rozumiem przez próbkowanie 192kHz z rozdzielczością 24bitów dla wejścia i wyjścia z niską latencją.
    Co bym zrobił inaczej? Dla wyjścia niezbalansowanego dodałbym jednak opcję płynnej regulacji sygnału potencjometrem z możliwością jego odłączenia.

    Rocky Horror napisał:

    Przede wszystkim gorąco zalecam lepsze złącza śrubowe. W laboratoryjnych warunkach te tanie, gdzie nagwintowana jest sama plastikowa nakrętka, wyrobią się bardzo szybko. Brak pewności przy pomiarach, czy połączenie jest dobre, czy nie, jest zgubny.

    Te złącza mają zatopione w plastiku metalowe nakrętki także nie ma tam plastikowego gwintu. Inna sprawa że kable pomiarowe zrobiłem na wtykach bananowych :)

    Rocky Horror napisał:

    Gdybym ja robił tego typu skrzynkę, użyłbym jednak dzielników typowo decybelowych jak 10dB (1:3.16), no i 20dB (1:10), które już jest.

    Nie użyłem skali decybelowej, ponieważ widząc aktualną wartość napięcia na oscyloskopie łatwo mi przeliczyć ile dostanę po dzielniku. Moja karta przyjmuje max 2Vrms.

    Rocky Horror napisał:

    Niestety, w przypadku wszelakich samooscylujących wzmacniaczy typu UcD, ICEPower, Tripath albo Iraudamp, może być już dużo gorzej. Takie wzmacniacze nieuchronnie mają mniejszy lub większy przebieg nośnej na wyjściu, w dodatku częstotliwość przełączania zmienia się wraz z sygnałem. Przykładowy, dość popularny Iraudamp7, przy pełnym wysterowaniu, z 400-450kHz schodzi do nawet około 80kHz, amplituda nośnej na wyjściu po filtrze rekonstrukcyjnym też podnosi się wydatnie. Prosty filtr pierwszego rzędu w przystawce nie będzie w stanie skutecznie usunąć tego sygnału.
    Z tego powodu zalecane jest jednak użycie stromego filtra jeszcze przed samym analizatorem (jak np. Audio precision AUX-0025), a następnie jeszcze filtr typu "brickwall" już w analizatorze.


    Spojrzałem na ch-ke częstotliwościową dla 4 i 8R dla Iraudampa i przy 80kHz mamy tłumienie ok 8dB. Podobne tłumienie ma filtr użyty w przystawce. Daje to sumarycznie nieco ponad 6 razy tłumienie dla 80kHz. Biorąc też pod uwagę że większość parametrów mierzy się raczej dla niższej mocy, jest szansa że to wystarczy. Jednak jeśli napotkam na problem, to przynajmniej się czegoś nowego nauczę i zdobędę kolejne doświadczenie.

    Dziękuję jeszcze raz wszystkim za dobre słowa, czekam również na kolejne pytania i pozdrawiam![/quote]
  • #10 21476095
    rb401
    Poziom 39  
    Posty: 3002
    Pomógł: 750
    Ocena: 984
    Jaro89 napisał:
    O ile mi wiadomo pomiary wzmacniaczy wykonuje się w warunkach laboratoryjnych raczej dla czystej rezystancji która stanowi sztuczne obciążenie.


    Owszem. Ale to dotyczy wzmacniaczy liniowych (klasy AB itp.).
    Kosztem warunków odbiegających nieco od rzeczywistych (zmienna impedancja głośnika), zyskuje się łatwość i precyzję pomiaru. Bo znając napięcie na takim obciążeniu, jednocześnie znane są dokładnie prąd i moc.
    Tu w klasie D jest jednak taka specyficzna sytuacja że na wyjściu końcówki (kluczy) mamy sygnał złożony z pasma akustycznego i równocześnie sygnału pochodnego od modulacji, który to napięciowo ma dużą amplitudę (praktycznie napięcia zasilania). I tutaj takie testowe obciążenie czystą rezystancją (bez filtru) nie jest optymalne czy nawet wręcz odradzane przez producentów.
    Wczytałem się trochę w DS TPA3004 i zauważyłem że pomimo tego że dopuszczają pracę bez filtru prosto na cewkę głośnika i konsekwentnie używają też symbolu RL nazywając go impedancją, to w części pomiarów, określając warunki piszą "LC Filter,
    Resistive Load".
    Przykładowo na wykresie sprawności:

    Wykres sprawności względem mocy wyjściowej dla wzmacniaczy klasy D z filtrem LC i obciążeniem rezystancyjnym.


    Czyli w odniesieniu do pomiarów wzmacniaczy klasy D w konfiguracji filterless, wydaje mi się że optymalniejszym rozwiązaniem sztucznego obciążenia, dla tych konkretnych wzmacniaczy filterless, było by zastosowanie filtra LC (w tym DS są schematy z wartościami elementów) i dopiero za filtrem opornik. I z tego opornika dopiero branie napięcia do analizy.

    Do tego dochodzi jeszcze druga sprawa, bardzo istotna w świetle Twojej metody pomiarów.
    Chodzi o to że próbkujesz 192kHz, czyli wszelkie częstotliwości dostające się na ADC ponad 96kHz wywołają aliasing i będą składnikiem konwersji przeniesionym w pasmo 0 - 96kHz, praktycznie nie do odróżnienia od prawdziwego sygnału.
    A tutaj mamy modulację ok. 250kHz i marny filtr RC z tłumieniem napięciowym ledwo kilka razy dla pasma modulacji.
    Tak że mierząc na zaciskach wzmacniacza gdzie mamy napięcia modulacji o wartości międzyszczytowej powiedzmy 12V, po przejściu przez cudowny "RC filter box" od TI mamy nadal kilka woltów "śmieci" w sygnale do analizy.
    Czyli tutaj wszystko zależy od jakości filtrów antyaliasigowych w karcie dźwiękowej.
    Moim zdaniem obligatoryjne stosowanie filtru LC, który jest filtrem drugieo rzędu, do badania wzmacniaczy filterless, oprócz kwestii obciążenia, poprawi też znacząco wiarygodność wyników pomiarów.
  • #11 21502707
    398216 Usunięty
    Poziom 43  
    Posty: 34192
    Pomógł: 3925
    Ocena: 9306
    Jaki jest dopuszczalny prąd przełącznika rezystancji obciążenia? I jak się to ma do pomiarów mocy bliskiej 100W (dla 4 Ohm).
  • #12 21503613
    Jaro89
    Poziom 16  
    Posty: 157
    Pomógł: 17
    Ocena: 178
    398216 Usunięty napisał:
    Jaki jest dopuszczalny prąd przełącznika rezystancji obciążenia? I jak się to ma do pomiarów mocy bliskiej 100W (dla 4 Ohm).

    Fragment noty katalogowej przełącznika z wyszczególnionymi parametrami technicznymi.

    Fragment z noty katalogowej przełącznika zamieszczam powyżej.
    Dodatkowo przełącznik ten ma dwie sekcje styków które połączyłem równolegle.
  • #13 21504570
    398216 Usunięty
    Poziom 43  
    Posty: 34192
    Pomógł: 3925
    Ocena: 9306
    Pytałem nie dlatego by złośliwie dopiec, ale z czystej ciekawości - kiedyś na identycznym wyłączniku zrobiłem włączanie zasilania układu pobierającego ok. 1,2 do 1,5 A max. Wyłącznik się wypalił po ok. roku użytkowania urządzenia. Wypalił dosłownie - styki przestały poprawnie stykać ( :) ) powstało iskrzenie, którego nie zauważyłem (no bo i jak - wyłącznik był zamknięty w obudowie) aż w końcu urządzenie się wyłączyło całkiem. Rozbieram urządzenie żeby sprawdzić co się stało, a tu niespodzianka - plastik wyłącznika stopił się na coś przypominającego jeża - ze stykami wystającymi zeń na wszystkie strony (najwidoczniej przewody przeważyły). Tak więc byłbym ostrożny z optymizmem co do tych wyłączników.
  • #14 21505040
    Jaro89
    Poziom 16  
    Posty: 157
    Pomógł: 17
    Ocena: 178
    398216 Usunięty napisał:
    Tak więc byłbym ostrożny z optymizmem co do tych wyłączników.

    Przełączniki (jak zresztą niemal większość części oprócz przewodów i kilku złącz jak w opisie) zostały zakupione w TME, nie na alle... czy alie... Przełączniki pochodzą od renomowanego producenta, mają swoją notę katalogową (j.w.) a w niej swoje parametry. Dlaczego mam w nie nie wierzyc? Idąc tym tokiem to nie powinniśmy wierzyć w żadne parametry podawane w datasheetach, tylko jak wtedy cokolwiek zaprojektować? :)
  • #15 21505199
    jarek_lnx
    Poziom 43  
    Posty: 22647
    Pomógł: 4183
    Ocena: 6075
    Jaro89 napisał:
    Przełączniki pochodzą od renomowanego producenta, mają swoją notę katalogową
    Ninigi to jest marka pod którą TME sprzedaje chińszczyznę. Zauważ że ta "firma" nie istnieje poza TME.
    Nie mówię że to źle po prostu stwierdzam fakt.
  • #16 21505376
    Jaro89
    Poziom 16  
    Posty: 157
    Pomógł: 17
    Ocena: 178
    jarek_lnx napisał:
    Jaro89 napisał:
    Przełączniki pochodzą od renomowanego producenta, mają swoją notę katalogową
    Ninigi to jest marka pod którą TME sprzedaje chińszczyznę. Zauważ że ta "firma" nie istnieje poza TME.
    Nie mówię że to źle po prostu stwierdzam fakt.

    Dzięki, tego nie wiedziałem. Liczę jednak że skoro branduje to powazny dystrybutor elektroniki to ma sprawdzonych producentów którzy to dla niego wytwarzają i produkt trzyma deklarowane w karcie parametry. Tak jak pisałem wcześniej, na czymś trzeba się opierać dobierajac części do projektu. Jeśli tylko nie kupujemy od losowego sprzedawcy na al... to należy uznać że komponent ma deklarowane parametry.
  • #17 21545187
    robvank
    Poziom 12  
    Posty: 36
    Ocena: 106
    Jarek co tu dużo mówić, znam niejedno Twoje dzieło i po raz kolejny pokazujesz jak dużą wiedzą i umiejętnościami z zakresu elektroniki dysponujesz :)
    Kawał dobrej roboty, owacja na stojąco ! :)
    Mam nadzieję, że w lipcu kiedy będzie okazja się spotkać zabierzesz przystawkę i trochę się z nią pobawimy ! :D
📢 Słuchaj (AI):

Podsumowanie tematu

✨ Przedstawiona przystawka do pomiaru wzmacniaczy audio umożliwia testowanie wzmacniaczy mostkowych (BTL), klasy D oraz słuchawkowych z wyjściem SE i BTL na obu kanałach jednocześnie, eliminując ryzyko zwarć i problemów z masami. Zawiera sztuczne obciążenia o wartościach 4/8 Ω dla wzmacniaczy mocy oraz 32, 300, 600 Ω dla wzmacniaczy słuchawkowych, a także filtr dolnoprzepustowy dedykowany do pomiarów wzmacniaczy klasy D. Wyposażona jest w wyjścia na oscyloskop (1:1 i 1:10) oraz wyjścia audio z tłumieniem 1:1.5, 1:5 i 1:10, a także zabezpieczenia przed nadmiernym napięciem. Dyskusja poruszała kwestię wiarygodności pomiarów wzmacniaczy klasy D na czystej rezystancji, wskazując na różnice między impedancją głośnika a prostym obciążeniem rezystancyjnym. Wskazano, że pomiary w warunkach laboratoryjnych zwykle stosują czyste rezystory dla precyzyjnego określenia prądu i mocy, mimo że rzeczywista impedancja głośnika jest złożona (RL lub RLC). Zwrócono uwagę na specyfikę sygnału wyjściowego wzmacniaczy klasy D, gdzie obecne są składowe modulacji o dużej amplitudzie, co wymaga stosowania filtrów LC lub dedykowanych obciążeń. Omówiono także kwestie techniczne dotyczące użytych przełączników rezystancji, ich parametrów prądowych oraz jakości złączy śrubowych. Zaproponowano ulepszenia, takie jak zastosowanie dzielników o tłumieniu typowym dla skali decybelowej (np. 10 dB i 20 dB) dla wygody pomiarów z analizatorami komputerowymi. Dyskusja potwierdziła solidność konstrukcji i praktyczność przystawki dla osób wykonujących pomiary wzmacniaczy audio.
REKLAMA