Wzmacniacz akustyczny klasy AB (2*100W) praca inz.

Witam wszystkich.
Chciałem przedstawić Wam wreszcie konstrukcję jaką broniłem na egzaminie dyplomowym o temacie "wzmacniacz akustyczny o parametrach sterowanych cyfrowo". Pracę wykonywałem razem z Kolegą.

ZAŁOŻENIA.

Wzmacniacz miał grać to po pierwsze hehe-udało sie.

Wyposażenie

-Moc min 80W/kanał przy 4 om (wyciśnieto 100W )
-Przedwzmacniacz z multiplexerem wejść analogowych (4 wejścia stereo cinch)
-Wejście cyfrowe w formacie PCM (dwa wejścia coaxialne i jedno optyczne TOSLINK) z f 44,1kHz, 48kHz i 96kHz (192kHz dałoby sie ale odbiornik S/PDIF miał f max tylko 96kHz)
-Parametry sterowane cyfrowo enkoderami firmy ALPS lub za pomocą pilota podczerwieni w kodzie RC5
-Alfanumeryczny wyświetlacz LCD 2*20 znaków
-Zabezpieczenie przed przegrzaniem-czujnik DS18B20 i wentylator kulkowy
-Regulacja basu, sopranu, zrównoważenia kanałów, wzmocnienia.

CO WYKONANO ?
Spełniliśmy wszystkie założenia projektu, podczas badań on live na sprzęcie pomiarowym AudioPrecision okazało sie że moc na kanał przy 4om (sztuczne obciążenie w postaci 20 oporników 5W) wyniosła 100W przy akceptowalnych THD.
Oczywiście wszystko upakowano w obudowie wykonanej z mdf (koszta, łatwość obróbki itp).

KONSTRUKCJA.

Wzmacniacz
Jak widać na fotkach, górna pokrywa jest całkowicie demontowalna-łatwy dostęp i ładny widok Centralnie umieszczono duży radiator pod którym zamontowałem dwa wzmacniacze kanału L i P. Za nim wentylator wyciągający powietrze od dołu.
Wzmacniacze to przerobiona konstrukcja z Elektor elektronik wykonana na IRF540 i IRF9540 (1 para na kanał). Użyto elementów dobrej jakości, parowano tranzystory, wykonano sprzeżenia termiczne tranzystorów źródeł pradowych i wzmacniaczy różnicowych za pomocą obejm miedzianych. Stosowałem tylko rezystory metalizowane 1% w torze audio i nie tylko. Blok wzmacniaczy różnicowych zasilany jest poprzez diody włączone szeregowo i dobrą filtrację.
Na wyjściu dodane są przekaźniki odłaczające głośniki i załączające z opóźnieniem (ustalane przze mikrosterownik ATmega128).
Wzmacniacze spisywały sie bardzo dobrze, ustalono prad spoczynkowy na ok 120mA a wiec sam środek klasy AB. Wzmocnienie ok 28dB. Sam wzmacniacz z kolumnami z głośnikami Visaton podczas pierwszych testów spisywał sie bardzo dobrze. O wrażeniach potem

Zasilacz wzmacniaczy
Każdy wzmacniacz zasilany jest całkowicie oddzielnym zasilaczem z trafo toroidalnym 150W i 2*24V AC co po prostowaniu i filtracji dało +/-35V. Zastosowałem dwa równolegle połączone mostki prostownicze kazdy 3A i rezystory 0,1om ograniczające prąd udarowy zasilacza podczas ładowania kondensatorów.
Każdy zasilacz jest filtrowany 10 kondensatorami Jamicon 2200uF/50V (czyli w sumie 22000uF dla 1 kanału) co ma zapewnić niską impedancję-ataki partii basowych są naprawdę imponujące-dźwięk poprostu nie siada!!!
Okablowanie to jak najkrótszej długości kable OFC 2,5mm^2. Na płytce wzmacniacza zamontowano także Jamicony 2200uF/50V.
Ścieżki zostały zaprojektowane w ten sposób by zbierać prąd z każdego kondensatora i unikano zakrętów ściezek i pętel-ściezki są proste i na nich osadzone w rządku kondensatory). Jak wykazały badania, dostarczenie 100W mocy ciągłej DO GŁOŚNIKA (a nie do wzmacniacza) nie stanowi dla zasilacza żadnego kłopotu.
Oczywiście wykonano dwa oddzielne zasilacze. Każdy posiada bezpieczniki szybkie 2,5A.
Trafa połaczone równolegle po stronie pierwotnej, są one włączane w punkcie 0 za pomocą triaka sterowanego przez MOC3040.

Przedwzmacniacz.
To popularny TDA7440D o 4 wejściach stereo, regulacji basu, sopranu, balans, wzmocnienia i regulacji głośności. Sterowany za pomocą I2C z mikrosterownika.
Co ciekawe, mimo deklarowanego pasma do 20kHz układ chodził poprawnie do 93kHz (-3dB) !!!, a więc nie ograniczał zbytnio transjentów.
Jak za 10zł to układ rewelacyjny. Niestety zasilanie 9V nie daje możliwości podawania mu sygnału z CD o Up=4V, słychać przy dużych poziomach głośności przesterowanie, niemniej dzielnik pomaga.

BLOK C/A
Wzmacniacz można podłączyć prosto do DVD, lub CD lub CD-ROMu z wyjście S/PDIF. Sygnał odbierany jest odbiornik S/PDIF firmy Cirrus Logic (Crystal) CS8415 i dalej po magistrali I2S leci do przetwornika sigma-delta też Cirrusa CS4392. Stsosowany jest on w niektórych CD firmy Marantz....wiec nie jest to popularny scalak. Posiada także wbudowaną regulacje głośności, dzięki czemu sygnał do wzmacniacza idzie przez przekaźnik albo z TDA albo z CS bez żadnych upiększeń i degradacji sygnału.
Na wyjściu jest też filtr dolonoprzepustowy obcinający widmo nadpróbkowanego sygnału i przesuniętego widma szumu kwanstyzacji.
Niestety Cs-y sprawiały sporą trudność-NIE TYLKO NAM. Przetwornik był uszkodzony0jeden kanał szumiał !!!, drugi chodził po wymianie dobrze. Odbiornik nie lubił sie sam synchronizować, trzeba byało zmieniać wartości pętli fazowej...no ale działa ostatecznie

Zasilanie.
Zasilanie wzmacniaczy juz znacie, reszta zasilana jest oddzielnymi zasilaczami-mikrosterownik ATMega zasilany napieciem 5V ST-BY, wentyaltor 12V, przekaźniki też 12V, TDA zasilany 9V, odbiornik oraz przetwornik zasilane są z odzielnego zasilacza napieciami 5V a filtr LPF zasilany swoimi +/-9V, wiec sporo tych stabilizatorów poszło.
Oczywiście zastosowano masę dławików, kondensatorów tantalowych. Masy analogową i cyfrową łączono też dławikami co zaowocowało niesłyszalnym przydźwiękiem sieci co jest DUZĄ bolączką w takim urządzeniu.

MIKROSTEROWNIK.
W tej roli chodzi ATMega128, sporo funkcji, sporo pamięci, sporo PWM, sporo przerwań zewnętrznych-czyli w sam raz
Zarządza od właczania do sterowania przetwornikiem włącznie. Dekoduje też sam kod RC5, przebiegi enkoderów, steruje obrotami wentylatorami itp itp

Obudowa.
Całość waży....10kg mimo obudowy z mdf. Podstawa to mdf 8mm, reszta to 6mm. Z przodu zastosowałem płytę plexi by chronić LCD i nadać nonszalancki wygląd Srebrne wkręty są specjalnie nie chowane-taka miałem wizję i te pokrętła od starego radmora aluminioowe, wyczyszczone do połusku. Na górze jest kratka wentylacyjna od wzmacniacza pioneer, an dole kratka metalowa zaekranowana.
Obudowa jest z mdf, wiec w środku pokusiłem sie o konstrukcję ekranującą z płyt laminatu pokrytych dwustronnie miedzą połaczoną do masy. Konstrukcja usztywnia i "zabija" nieco pole od traf i mikrosterownika (zegar 12MHz). Jak wiadomo by zniwelować pole o f 50Hz, 100Hz itp potrzeba by blachy o grubości kilku mm, ale mimo tego zastosowałem taki ekran jaki miałem i sprawdził sie

Pomiary.
Wzmacniacz był solidnie przetestowany (czytajcie skatowany) na uczelni w zakładzie akustyki PW
Moc to 100W kanał przy 4om, zniekształcenia na przyzwoitym poziomie. W całym pasmie wynosiły ok 0,07% THD (ważone typu A). TDA popisał sie pasmem do 93kHz !! Samego wzmacniacza niestety nie testowałem tylko cały tor.
CSy okazały sie nie być tak dobre, THD było ok, ale nie fascynujaco małe jak zapewnia producent, ale wiadomo że nie THD najważniejsze, pasmo to 20kHz dla fs=44,1kHz - każdy chyba wie czemu tak mało

WRAŻENIA.
Wzmacniacz był odsłuchiwany w komorze odsłuchowej o czasie pogłosu ok 0,8s. Kolumny w kształcie...bałwanków z głosnikami Scan-Speak, kable najlepsze jakei słyszałem. Zasilanie z autotransformatora-separacja od sieci.
Wzmacniacz był porównywany niestety ze wzmacniaczem lampowym (ok 11tyś zł) bez sprzeżenia zwrotnego. Oczywiście przegrał-wiadomo
wreszcie wrażenia:
tonalność bardzo poprawna, dźwięk raczej miękki ale nie rozlazły, zbliżony do lamp, aczkolwiek te miały bardziej szorstki dźwięk (lepsze np do rocka).
Przestrzenność bardzo dobra, mozna było zlokalizować instrumenty, chór bardzo szeroko eksponowany, niestety przestrzeń w przód nie była tak imponująca jak w lampowym.
Co dziwne tor z TDA okazał sie być nieco lepszy od toru z przetwornikiem CS zwłaszcza pod względem przestrzenności.
Basy były zadowalające, energetyczne, wzmacniacz ze Scan-Speakami potrafił wiele zdziałać. Wysokie tony subtelne, dokładne typowe dla konstrukcji lepszej klasy.
Ogólnie wzmacniacz spisał sie bardzo dobrze, jak na HEXFETY i mocną petlę sprzężenia zwrotnego wrażenia subiektywne były świetne.

aaaa.. na urządzenie składa sie ok 500 elementów koszt...1000zł nie licząc pracy rąk własnych
Ciekawe co sądzicie o tejże konstrukcji, bo profesorowie byli raczej zadowoleni
POZDRAWIAM !