Branko Nojković: Moja audio priča (10)

Submitted on: 22 окт 20

Website Address:

Category: Blog: Branko Nojkovic

Website Rating:

Author's Description:

CORDELL-s MOSFET PWR AMP WITH E.C. (verzije za 70W, 120W i 200W)

Pre ove priče dobro bi bilo da slušaoci imaju pred sobom Cordell-ov AES članak, skinut sa njegovog sajta, a takodje i Cordell-ovu knjigu, prvo izdanje.) (sl. 44f., sl. 44g. i sl. 44h.:

Tekst moje analize ovog pojačavača za DC režim iz 1991, u PDF formatu je, radi boljeg praćenja priče, dat ovde:

Bob Cordell – Analiza DC rezima Mosfet Pwr Amp w Err. Cor. – B. Nojkovic

Bob Cordell - Analiza DC rezima Mosfet Pwr Amp w Err. Cor. - B. Nojkovic

Proučavanje starih papira, nabavka Cordell-ove knjige, pismo autoru sa pitanjima i Cordell-ov odgovor, mnogo izmena prvobitnog rešenja (završen rad na papiru ali ništa nije provereno niti simulatorom u PC-u, niti je napravljeno, pa zato nigde i nije za objavljivanje).

Čiji su radovi uticali na ovu doradu posle 20 god.?

To su: Bob Cordell – knjiga, pismo i odgovor, E. Borbely, G. Perrot, W. Jung, D. Danyuk, O. Popa, N. Pass, D. Self, L. T. Harrison, itd. …).

 

IDEJE

INPUT STAGE:

  • Zamena Input NPD5564  dual JFET-ova Q1 i Q2 sa dve CFP kombinacije bipolarnih dual tranzistora, u stilu rada francuskog dizajnera Gerard Perrot-a (sl. 47. i sl. 47a.):

    1. „Memory Distortion – Part 1 ,2 ,3, 4, 5, 7 and 8: Theory (Inventor: Perrot; Gerard, Address:F-92120 Montrouge, FR)“, http://peufeu.free.fr/audio/memory/memory-1-theory.html
    2. Gerard Perrot : Amplifier Stage with Low Thermal Distortion,  US Patent 8,512,858. April 1996.
  • Moram da pomenem da, pošto se radi o tzv. super-beta (CFP) tranzistoru, treba povećati vrednost otpornika za emitersku degeneraciju, da se gm (transconductance) vrati na prihvatljiv (isti) nivo. U originalnom Cordell-ovom radu  (JAES iz 1984 god), ovi otpornici, tj. R4 i R5 sa Fig. 8, na strani 9 Cordell-ovog JAES rada su imali vrednost od 100Ω (videti priloženu sl. 44f. ili 44g. iznad ovog teksta). Te vrednosti je trebalo za konfiguraciju sa CFP povećati na 270Ω. O tome postoji diskusija na poznatom audio forumu www.diyaudio.com:

http://diyaudio.com/forums/solid-state/151188-can-i-have-some-comments-design.html

  • Dodavanje na ovaj input tzv. JFET Input Buffers tj. cascoded JFET diff. par emitter followers, radi smanjenja ulazne kapacitivnosti (na oko 5-6pF), pogledati reference:
    1. Bob Cordell : „Designing Audio Amplifiers“, ISBN: 978-0-07-164024-4, McGraw-Hill, 2011, p. 512., Fig. 25.3, a takodje i:
    2. Erno Borbely: „New Power Amp Modules, Part II“, TAA 4/93, p. 20. (sl. 47a00.):

  • Bias za kaskodne tranzistore Q4 i Q5 (u originalnom JAES radu) zamenjen je rafiniranom, i još, uz to, sa CCS i referentnim diodama unapredjenom, verzijom bias-a za IC CA3095E – Super Beta Transistor Array iz stare RCA knjige, tj. Data-Sheets za linearna integrisana kola (videti o ovome u 8-mom nastavku ove serije: Bias For Cascode Input Diff. Pair)…

NAPOMENA: Mora da se napomene da zamena Q1 i Q2 sa CFP nije jedina opcija. Postoje i donekle jednostavnije verzije zbog pojave dual FET-a LSK489 izuzetnih, do sada nevidjenih performansi (izuzetno mala ulazna kapacitivnost: Ciss = 4pF, ulazna impedanca 1000GOhm, izuzetno mali šum en = 0.9nV/√Hz, pa se preporučuje pažljivo studiranje sledećeg Cordell-ovog rada:

Bob Cordell: :“Product How-to: LSK489 Application Note“, EDN, August 19, 2013, 16 pages, (www.cordellaudio.com).

 

VAS STAGE:

  • Zamena otpornika R24 (iz originalnog JAES rada):

Bob Cordell: „A MOSFET Power Amplifier with Error Correction“, JAES, Vol. 32, Jan/Feb 1984, p. 9

odnosno R30, iz knjige:

Bob Cordell : „Designing Audio Amplifiers“, ISBN: 978-0-07-164024-4, McGraw-Hill, 2011, p. 242, Fig. 11.17,

tranzistorom u kofiguraciji sa uzemljenom bazom, da se olakšaju uslovi rada tranzistora Q12 (iz JAES rada), kao što je to dato u Cordell-ovoj knjizi (i preporučeno u prepisci sa njim):

  • Videti sledeće stranice iz gornje knjige: Q9 na p. 144 (Fig. 7.14), Q13 na p. 146 (Fig. 7.16 – videti priloženu sliku sl. 44g1.), Q7 na p. 513 (Fig. 25.4(b)) i Q13 na p. 525 (Fig. 25.15).

Problem je u tome što je na otporniku  R24 = 100 Ohms  za Ic = 10mA kroz Q12 pad napona svega 1Vdc pa je zbog toga na Q12 Vce = 93.9Vdc,  dok je na Q13 Vce = 36.1Vdc za istu vrednost Ic od 10mA, pa je na Q12 disipacija više nego dvostruka u odnosu na Q13 a Q12 i Q13 treba da budu isti tranzistori. Zamenom R24 sa PNP tranzistorom sa uzemljenom bazom  problem se bitno smanjuje jer je sada na Q12 Vce = 46.2Vdc, dakle samo za 10Vdc veći od onog na Q13.

    • Zamena šumne zener diode D8 od 22V (p. 9, Fig. 8 u JAES radu ili u ovom radu sl. 44f. ili 44g. iznad ovog teksta) redno vezanim referentnim diodama: 3 x LM329DZ od 6.9V + LM385 od 1.23V, total 21.93V.
    • Zamena elektrolit-kondenzatora C5 od 10uF, paralelno vezanog sa zener diodom D8 sa 2 x 4.7uF polipropilenskim kondenzatorima (na istoj šemi – sl. 44f. ili 44g. iznad ovog teksta).
    • Zamena zener dioda D9 i D10 od 4.7Vdc, sa Voltage refference LM336 – 5.0Vdc (na istoj šemi – sl. 44f. ili 44g. iznad ovog teksta).

 

DRIVERS STAGE:

  • Zamena tranzistora Q20 i Q21 (JAES rad) kaskodnom spregom sa rafiniranim bias-om (Vref i CCS)  i na potpuno isti način tranzistora Q26 i Q27, sve na osnovu saglasnosti Boba Cordell-a u našoj prepisci (slično je, ali samo za Q26 i Q27, i to na jednostavniji nacin, uradjeno u Cordell-ovoj gore pomenutoj knjizi).
  •  E.C. (Error Correction):
  • Zamena tranzistora (u JAES radu) Q22 i Q23 (za koje se zahteva da budu što brži), CFP kombinacijama koje umesto otpornika imaju CCS (o tome će biti više reči malo kasnije)…

 

MOSFET OUTPUT STAGE:

  • Broj Mosfeta  od 2 do 4 para u paraleli, u zavisnosti od željene snage ( 2 para za 70W, 3 para za 120W, 4 para za 200W)….
  • Mere protiv parazitskih oscilacija:
    1. Local Zobel Networks (važi samo za Vertical Mosfets – HexFets, ali ne i za Lateral Mosfets), to je ustvari redna veza otpornika i kondenzatora (najčešće 47Ω i 100pF) izmedju GATE i SOURCE svakog pojedinačnog Mosfeta (videti str. 226 i 227 u Cordell-ovoj knjizi),
    2. Gate Stopper otpornici – na gejtu svakog Hexfeta, što bliže samom pinu gejta – vrednost je izmedju 100Ω i 500Ω (ja sam izabrao 470Ω) – (videti str. 225 u Cordell-ovoj knjizi),

 

  • IC SHUNT Low-Z Regulatori za Input Stage: 2 x ±15Vdc ( Napomena: Ovo regulatori su predvidjeni za napajanje input cascode bias-a, DC Servo Loop-a, za CCS umesto otpornika kod dva komplementarna CFP-a umesto običnih tranzistora u Error Correction kolu – preporuka za CFP je u Cordell-ovoj knjizi, za E.C., itd. Možda je upotreba ovakvih, veoma skupih, Low-Z Shunt Regulatora preterana kod ovih kola, pa treba razmisliti o jednostavnijem i jeftinijem napajanju.).

 

  • DISCRETE SHUNT Low-Z Regulatori za Input, VAS, Drivers Stage and E.C.: 2 x ±50Vdc, 2 x ±60Vdc ili  2 x ±75Vdc, u zavisnosti da li su za verziju pojačavača snage od 70W, 120W ili 200W (videti detaljnije o ovome u 9-tom delu nastavka).

 

  • „BANKA“ elektrolit-kondenzatora od 4 x 40.000uF/70Vdc za pojačavač od 70W, 120W ili 200W, za napajanje niže za 10Vdc do 15Vdc od ostatka pojačavača , tj. od ±(35 – 40)Vdc, ±(45 – 50)Vdc ili ±(58 – 63)Vdc, za izlazne HexFete.

 

  • Releji i kolo za Time Delay, za zaštitu zvučnika i primara mrežnog trafoa – videti u:
    1. Walt Jung: „The Speaker Saver: Thumpless solid state Audio“, TAA 3/77, p. 4 – 7.
    2. Walt Jung: „Build an Energy Storage Bank“, Audio, Aug 1980, p. 38 – 48.

 

  • DC Servo Feedback (sa IC LF411 – kao kod Borbelijevih dizajna), sa već ranije uradjenim rešenjem za malu PCB za modul u kutijici, sa napajanjem od ±15Vdc iz IC Shunt Low-Z Regulatora). Dokumentacija:
    1. Brian Clark: „DC Servo Loop Design for Audio Amplifiers“, TAA 3/82, p. 14 – 16, 18, 20 – 23. sa ispravkama i komentarima u TAA 5/82, p. 53 – 56.
    2. Bob Cordell : „Designing Audio Amplifiers“, ISBN: 978-0-07-164024-4, McGraw-Hill, 2011, p. 155 – 169.
    3. Douglas Self: „Audio Power Amplifier Design Handbook“, VI edition, Focal Press, 2013, p. 543 – 552.

 

  • LED Audio Level Meter (peak and average), prema starom i neostvarenom projektu LUMINANT, za PHI-DECK kasetofon:

LUMINANT – LED Audio level (VU and Peak) meter, Elector, July/August 1978, p. 48 – 55.

Možda bi za ovo mogla da posluži egzotična ideja sa sl. 44i.:

Tu bih ideju verovatno proširio ne za 2 x 12 nego za 4 x 12 LED dioda, tj. ukupno njih 48 komada i to veličine 5mm (a ne 1mm ili 3mm kao što je bilo planirano za Cassette Deck), proračunao bih razdelnik sa otpornicima za finije skokove i sve napravio tako da se ne stavlja na prednji panel uredjaja nego eksterno, kao nezavisna jedinica, koja bi bila razdvojena na dve, tj, svaka za po jedan kanal, sa svojim sopstvenim napajanjem i malim mrežnim trafoom (to bi se ugradilo u postolje svakog mono displeja) i služilo bi ujedno i kao teška i sigurna podloga da se displej slučajno ne sruši. Input za svaki kanal bi se mogao voditi sa levog i desnog output-a bilo kojeg pojačavača, a displeji bi mogli da se stave svaki na svoj zvučnik, i sl.

NAPOMENA:  Možda bi to mogla biti dobra ideja za proizvodnju nezavisnu od pojačavača, i da se možda i neki lep novac tu zaradi, za one koji su zainteresovani, ali problem vidim u sastavljanju takve konstrukcije, teško bi to moglo ići na pokretnu traku, i bez pcb-a, moralo bi se sve ručno raditi, uz poprilično utrošenog vremena za svaki pojedinačni primerak).

  • Zamena svih tranzistora iz mog predloga iz 1989 god.:

Tranzistori koji su bili zasnovani na tadašnjim proračunima struja i napona u šemi u Cordell-ovom JAES članku zamenjeni su tranzistorima novije generacije, koji su se pojavili od skoro na tržištu i po svim performansama znatno nadmašuju one ranije izabrane i bolje zadovoljavaju zahteve Cordell-ovog (i bilo kojeg drugog) pojačavača, a većina njih je pomenuta u Cordell-ovoj knjizi.

 

CLASS A POWER AMP

Posle 2012 u vezi sa Class A nije još ništa razradjeno (za razliku od Cordell-ovog Pwr Amp with E.C. koji potpuno dovršen), nego je samo nagomilana sva prispela dokumentacija i za razradu će biti navedene samo:

Nove i stare ideje (Ideja o unapredjenju Krell KSA-50 ili KSA-100 (sl. 34a. ili sl.34b.)  je bila potpuno odbačena):

 

  • INPUT STAGE:

Slično kao kod Cordell-a, (Cascoded CFP, input cascoded fet source followers, active collector circuits, cascoded CCS’s, princip bias-a za cascode: primer IC CA3095E iz RCA Data Sheets, (više o tome je rečeno u 9-tom nastavku ove serije. tj. „BIAS FOR Cascode Input Diff. Pair“).

 

  • VAS (Voltage Amplified Stage)

Opcije prema sledećim radovima:

 

    • Optimized cascode (using Baxandall Super Pair):

Dimitri Danyuk: „On The Optimization of Enhanced Cascode“, AES, Paper 7571, Oct. 2008. (sl. 47a01., sl. 47a02., sl. 47a03., i Baxandall Super Pair – sl. 47a04. i sl. 47a05.):

 

koji novom topologijom jos više optimizuje rad od pre 20 god. njegovog prethodnika:

Malcolm  Hawksford: “ Reduction in Trans. Slope Imp. Dependant Dist. in Large-Signal Amps“, JAES, Vol. 36, No. 4, Aprl 1988, p. 215 – 222. (sl. 47a06.):

…i korespodenciji sa Dimitri Danyuk-om u martu 2014 god., u vezi sa njegovim radom (11 pitanja na koja su dobijeni većinom pozitivni odgovori. Moram da napomenem da su mi gornja dva rada oduzela mnogo vremena da bih ih razumeo i da su za mene bili neki od najnapornijih sa kojima sam se susreo – posebno Dimitrijev rad).

    • Uporediti slike: sl. 47a03. i sl. 47a04. (gornji deo slike), da se vidi da je „Optimized Cascode“ ustvari „Baxandall Super Pair“.

Na sl. 47a05. (priiazano ranije iznad ovog teksta) se vide i sve formule i odnosi medju naponima i strujama.

Veliki izbor literature za „Baxandall Super Pair“ (lista od čak 21 priloga, koje je naveo Walt Jung) može se naći na sajtu:

www.diuaudio.com/forums/solid-state/25172-baxandall-super-pair.html

    • Folded Cascode [za ujedinjenje Input stage i VAS u jedan stepen i na taj način smanjenja broja stepeni u pojačavaču za jedan, radi se o korišćenju za tu svrhu tranzistora u konfiguraciji sa uzemljenom bazom, tzv. „current follower“-a, spoja male ulazne (≤100Ω) a velike izlazne (oko 1MΩ) impedance, velikog i veoma linearnog naponskog pojačanja i strujnog pojačanja ≤1], tu su značajni radovi:
      1. Norman Thagard and Nelson Pass: „Build the A75 Power Amplifier, TAA 4/92, p. 9 – 19.
      2. Samuel Groner: „A new audio amplifier topology with push-pull transimpedance stage“, Linear Audio, Vol. 2., Sept 2011, p.89 -114,
      3. Douglas Self: „Audio Power Amplifier Design Handbook – VI edition“, Focal Press, 2013, p. 227, 228. (sl. 47a07.):

      1. Norman Thagard: A Phono Pre-Preamp for the DC Era, Part 1, Part 2, AudioXpress 1/01, p. 24 – 34, 2/01, p. 34 – 39.
      2. Glen Kleinschmidt – Australia – (Account disabled at member’s request), November 2009.:   https://www.diyaudio.com/forums/solid-state/154670-folded-cascode-vas-linearity-investigation.html
      3. data-odysesey.nl/Super_TIS.html

(TIS =Trans-Impedance Stage)

(Dizajner: Edmond Stuart, electronics engineer,  Amsterdam, Netherlands)

OUTPUT  STAGE:

  1. CASCODE
  2. CFP
  3. CFP sa kaskodnim gain-master tranzistorom ili
  4. STANDARDNA VERZIJA (sa tzv. „beta sustaining“ tj. „low beta drop“ tranzistorima) prema:

Bob Cordell : „Designing Audio Amplifiers“, ISBN: 978-0-07-164024-4, McGRAW-HILL, 2011, strane 106, 107, 108.

 

  1. CASCODED OUTPUT STAGE:

To bi bila verzija kao na sl. 47a08. ili  47a09.:

ali je problematično zbog velike Ic u „slave“-grounded base tranz. jer je i Ib =Ic/β poprilično (može biti i desetak mA), a da se ne govori o vrednosti struje kroz referentnu diodu i CCS koja je napaja, a koja treba da bude oko 10 puta veća od Ib (pa to može biti i 100mA, što je preveliko za bilo koju referentnu ili zener diodu, a i za performanse CCS), što sve čini dizajn veoma složenim, zahtevnim, skupim a i problematičnim. Mogući su i jeftiniji pristupi (otporni razdelnik umesto Vref. i CCS) ali performanse se znatno smanjuju. Zbog toga se od ove varijante sasvim odustalo.

 

  1. CFP OUTPUT STAGE:

Douglas Self: „Audio Power Amplifier Design Handbook“, VI edition, Focal Press, 2013, Chapter 9: strane 237, 238, 239 (Table 9.2), 240 i 241, 426 – 429 (Table 17.1).

D. Self daje rezultate merenja u Table 9.2 (sl. 47a010a.):

i pokazuje da od osam različitih konfiguracija izlaznih tranzistora CFP daje najmanja izlazna izobličenja, i da za najbolje performanse izlaza u klasi A treba koristiti CFP konfiguraciju, str. 429, Table 17.1

(sl. 47a010b.):

… (pogledati i sl. 47a010. – šema sa leve strane):

 

  1. CFP sa kaskodiranim gain/master tranz. unutar CFP spoja OUTPUT STAGE:

U teorijskim razmatranjima G. Perrot-a u časopisu L’Audiophile:

Gerard Perrot: „The output stage of the amp – 3 – Theoretical considerations – Hephaistos“, L’Audiophile No. 34, page 18 – Fig. 31. and 19 – Fig. 34., January 1985.

…predloženo je rešenje CFP-a kao izlaznog kompozit tranzistora, ali je tu gain/master tranzistor vezan u kaskodu, pa se taj kompozit dalje stavlja u CFP (pogledati sl. 47a010. – prikazano iznad ovog teksta, šema sa desne strane,). U ovakvoj verziji je mnogo lakše rešiti problem velike vrednosti CCS-a jer je za gain/master tranzistor struja Ic oko 10 puta manja od mirne struje u izlazu za rad u klasi A pa je stoga i Ib za ovaj tranzistor znatno manja, što olakšava problem velike struje za Vref i CCS za kaskodni deo ovog tranzistora. Tu bi se takodje moglo koristiti rešenje opisano za glavni CCS u Diskretnim Shunt Low-Z Regulatorima sa Mosfetom, opisano u knjizi L. T. Harrison-a (o ovome pogledati više u nastavku br. 9 ove serije).

 

  1. STANDARDNI BIPOLARNI OUTPUT STAGE SA „BETA SUSTAINING“ IZL. TRANZ.:
  • Izbor izlaznih tranzistora: već je pomenuta opšte-poznata činjenica o važnosti što većeg parametra tzv. „current gain bandwidth“ = ft, pa sam nabavio 4 para engleskih tranzistora firme SEMELAB: SM3159S/SM3160S

(Vceo= 200Vdc, Ic=20A, Pd=200W, ft=10MHz) – dok su ranije široko korišćeni tranzistori imali ft ≤ 2MHz…

Uskoro sam saznao da su se pojavili tranzistori izuzetnog kvaliteta, tzv. „BETA SUSTAINING DEVICES“, sa Vceo=260Vdc, Ic=15A, Pd=200W, ft=30MHz, koji nose naziv:

2SC3281/2SA1302 – Toshiba

MJL3281A/MJL1302A – Motorola

NJL3281/NJL1302 – ON Semiconductor

  • Citiraću u vezi sa ovim tranzistorima samo navode u sledećim knjigama:

Bob Cordell : „Designing Audio Amplifiers“,  ISBN: 978-0-07-164024-4,  McGRAW-HILL, 2011, p. 70: „…the current gain of typical pwr trans. begins to fall-off fairly rapidly at collector current beyond a certain point. This is commonly reffered to as beta (β) drop. This causes distortion and may impose unreasonable current demands on the driver trans.“

…, što je jako loše. Poseban problem se javlja sa zvučnim  opterećenjem od 4 Ohms ili 2 Ohms, jer se struja izl. tranz. udvostručuje, odn. učetvorostručuje… posledica je tzv. LSN = Large Signal Nonlinearity (more β drop → more LSN)…, takodje, o beta drop-u se govori i na stranama 210 i 211 ove knjige, a zatim i u knjizi D. Self-a:

Douglas Self: ´Audio Power Amplifier Design Handbook“, VI edition, Focal Press, 2013, p.259: „…This extra current due to beta (β) fall-off varies very nonlinearly with output voltage…“.

Gore pomenuti tip tranzistora znatno smanjuje ovaj problem (štaviše, kod njega su ugradjene i tzv. „thermal track“ diode, iako se one za rad u Class A nisu potrebne).

 

NAPOMENA:  U vezi sa LSN opširnije će se govoriti na početku 11-te emisije.

  • Takodje, u ovom pojačavaču bi bile zastupljene i sve ostale opcije, kao za Cordell-ov pojačavač:

 

    1. Discrete „±“ shunt low-Z regulators x2
    2. Capacitors „Bank“ u ispravljaču za izlazne tranzistore.
    3. Releji i kolo za Time Delay, za zaštitu zvučnika i primara mrežnog trafoa.
    4. DC Servo Feedback
    5. LED Audio Level Meter (peak and average), prema starom i neostvarenom projektu LUMINANT, za PHI-DECK cassete deck.

Možda bi i ovde takodje mogla da posluži egzotična ideja sa sl. 44i. – što je već prikazano gore).

 

VOLTAGE DOUBLER-s:

  • Ideja za ovaj projekat potiče od činjenice da mnogi pojačavači imaju nešto viši napon napajanja za veći deo pojačavača, tj. za sve (Input stage, VAS, Drivers for Output trans) osim napona napajanja za (naročito) mosfete, ali i izlazne bipolarne tranzistore, i da je potrošnja mirne struje za izlazne tranzistore znatno veća (posebno za režim u klasi A) od ostatka pojačavača. Pri tome, zbog izlaznog dela pojačavača mrežni trafo mora biti znatne snage, posebno ako je ispravljač praćen „bankom“ elektrolita velike kapacitivnosti. Najbolje rešenje je da se za stepene pojačavača koji troše znatno manje struje i često su (ali ne uvek) i nešto većeg (10Vdc do 15Vdc) napona, koristi poseban trafo (ili dva trafoa – svaki za po jedan kanal) znatno manje snage, a koji ima, pored onih dodatnih 10 do 15Vdc, još veći napon, zbog razlike izmedju ulaznog i izlaznog napona kod korišćenja Serijskog ili Shunt Low-Z regulatora.

Dizajneri, naročito oni koji rade za proizvodjače, nerado koriste ovu opciju zbog dva razloga: veća cena uredjaja a i kutija za uredjaj treba da ima dodatni prostor za smeštaj još jednog ili dva manja mrežna trafoa.

  • Elegantno, ali i skuplje rešenje bi bilo da se na snažnom trafou domotaju dodatni namotaji sa tanjom žicom, dovoljni da isti trafo može da ispuni i uslove manjeg trafoa. To nije nigde naročito popularno jer se trafoi izradjuju u posebnim firmama tipski, na veliko, a kupuju se za izabrane snage i voltaže, za potrebe različitih proizvodjača ili pojedinaca. U ovom slučaju bi trebalo da se posebno naruči, u manjoj količini ili pojedinačno, posebno motan mrezni trafo prema specifikacijama naručioca, a to znatno povećava cenu.
  • Treće, manje dobro, ali jeftino i jednostavno rešenje je da se koristi tzv. VOLTAGE DOUBLER (sl. 47a3.):

koji, uz pomoć dve diode i dva kondenzatora manjeg kapaciteta, koristi sekundar standardnog mrežnog trafoa da ispravi i dodatno poveća napon umesto posebnog manjeg trafoa. Ovo ima svoju cenu u tome da se za ispravljanje ne koristi GRAETZ-ov spoj, već samo jedna dioda, druga dioda je je u funkciji udvajanja postojećeg ispravljenog napona. Očigledno je da je, zbog samo jedne ispravljacke diode umesto dve ili graetz-a, „ripple“ znatno veći, ali moja ideja je bila da napon sa Voltage Doubler-a vodim na SHUNT Low-Z regulatore, zato što oni na svom ulazu imaju REDNO VEZAN CCS VEOMA VELIKE IMPEDANCE koji onemogućava prolaz „ripple“-a, pa „ripple“ ne bi trebalo da predstavlja veliki problem.

Druga, znatno veća mana „Voltage Doubler“-a je delimičan gubitak ispravljenog napona na kondenzatorima koji je veći što su oni manje vrednosti, kao i onda kada je struja potrošnje veća (a stvara se i veći „ripple“). „Voltage doubler“ je prvi stepen u konstrukciji tzv. „VOLTAGE MULTIPLIER“-a, koji se koristi za postizanje veoma visokih napona, na pr. za katodne cevi kod starih televizora (reda 25.000Vdc ili više), u laboratorijama za nuklearna istraživanja, itd. Karakteristika ovih sklopova je da pristojno rade, posebno za jako visoke napone, samo sa strujama od nekoliko mA, dok im sa većom potrošnjom napon proporcionalno opada (i jako šeta sa promenama struje, OSIM AKO JE STRUJA POTROŠNJE KONSTANTNA). Sa kondenzatorima i frekvencijom je obrnuto: veci kapacitet odnosno frekvencija – manji gubitak napona. Takodje postoji i gubitak napona zbog pada istog na otporniku za usporavanje punjenja kondenzatora (redno vezanom na sekundar trafoa).

Ideje za korišćenje ovog sklopa sam našao u sledećim audio radovima:

    1. Nelson Pass: „The A75 Power Amplifier – Part 2“, TAA 1/93, p.1 and 2.
    2. Dr. Norman E. Thagard: „Build a 100-Watt Class A – Mono – Part II“, Audio, Feb. 1995.
  • Moja ideja je bila da napon sa „Voltage Doubler“-a vodim na SHUNT Low-Z regulatore, zato što oni imaju konstantnu potrošnju struje, bez obzira da li je u pojačavaču prisutan audio signal ili je on u mirnom režimu. Ovi regulatori se po svojoj potrošnji ponašaju kao pojačavači u klasi A, pa ih treba dizajnirati za najveću potrošnju u pojačavaču. Potrošnja struje na SHUNT regulatorima je stalna i maksimalna te oni zbog toga nisu omiljeni kod dizajnera, a naročito kod proizvodjača, koji najveću pažnju posvećuju maksimiranju svog profita.

Iscrpna problematika, teorija i formule za proračun V.D. su najbolje date u radovima:

    1. Blaze Labs Research (Experiment 15 – Cockroft Walton Multiplier), http://blazelabs.com/e-exp 15.asp
    2. VMI Manufacturers (section 13 – Multipliers), www.voltagemultipliers.com/…/Multiplier%20des
  • Počeo sam da radim ovaj projekat u Aprilu 2016 god., za tri verzije napona kod projekta Cordell-ovog Mosfet Pwr Amp w. E.C., uz korišćenje Shunt Low-Z regulatora, za struje do 300mA, ali, nažalost, nisam stigao da ga sasvim dovršim. Postojao je problem u tačnosti izračunavanja gubitka napona na kondenzatorima u različitim formulama kod gore dve navedene firme, pa je trebalo ili pisati na adrese obeju firmi sa pitanjem zbog čega postoji razlika u formulama dok je šema potpuno ista, ili, jednostavno, napraviti voltage doubler i uz manje opterećenje merenjem ustanoviti kojoj formuli je bliže izmerena vrednost pa tu formulu dalje koristiti. Sa druge strane čini se da napon ne bi bio, zbog većih gubitaka, dovoljan za verziju pojačavača od 200W, a možda i od 120W. Drugi problem sam video u nabavci elektrolit-kondenzatora za pojačavače veće snage, sa zahtevima za veći radni napon (drugi po redu kondenzator u šemi mora da podnese duplirani ispravljeni DC napon), jer na tržistu ih nije lako naći sa radnim naponom od preko 100Vdc u rangu od 470uF do 2000uF (veći kapacitet, manji gubitak napona u kolu voltage doubler-a), a paralelna veza većeg broja elektrolita manje kapacitivnosti, koji se lakše nalaze na tržištu (50uF do 100uF), ili redna veza dva kondenzatora dvostrko većeg kapaciteta a standardnog napona, ili stavljanje u paralelu dve ili više rednih kombinacija, da se postigne i veći napon i veći kapacitet) dovela bi do dva problema: znatno veće cene i znatno većeg prostora za smeštaj u kutiju pojačavača od standardnog ispravljača sa malim trafoom, pa bi se time cela ideja anulirala zbog oprečnih zahteva.

Dakle, mogućnosti primene su ograničene i zavise od više parametara (vrednost mirne struje dela pojačala koje koristi V.D., visine napona napajanja, vrednosti kapaciteta i radnog napona elektrolit-kondenzatora koji su na raspolaganju ili su pristupačni nabavci, itd.). Svaki pojedinačni slučaj bi se morao proračunavati za sve poznate parametre (po tačnijoj formuli ili onoj koja daje slabije rezultate), da bi se procenilo da li je ostvarljivo, zatim da se napravi i izmeri radi potvrde.

Ovaj rad, skoro dovršen (ima preko 30 stranica – pokazati papire), možda bi mogao da se skenira i da se distribuira zainteresovanim korisnicima, da sebi bitno skrate vreme koje sam ja potrošio na analizu ove problematike.

 

Comments are closed.