Branko Nojković: Moja audio priča (13)

Submitted on: 23 окт 20

Website Address:

Category: Blog: Branko Nojkovic

Website Rating:

Author's Description:

ISPRAVKE ZA 12-TU EMISIJU:

 

Minutaža: 00:56:03

Bilo je rečeno da kod izlaznih tranzistora za β = 100 i Ic = 1A bazna struja iznosi

Ib = 100mA što je greška, jer je β = Ic/Ib, tj. Ib = Ic/β = 1A/100 = 0.01A = 10mA.

Dakle, bazna struja izl. tranz. je Ib = 10mA s ne 100mA a za dobar rad ref. diode potrebno je da struja kroz nju bude bar 10Ib, tj. oko 100mA (a ne 1A kako je ranije bilo rečeno). Ipak i to je veoma nepovoljno zato što većina ref. dioda za najbolji rad zahteva od 0.5mA do 5mA, a ako se ref. dioda napaja preko CCS onda je još veći problem, kao što je već rečeno, čak i za 100mA je vrlo teško napraviti dobar, jednostavan i ne previše skup CCS.

 

DOPUNA ZA 12-TU EMISIJU U VEZI SA KORIŠĆENJEM EMITTER FOLLOWER-A

IZMEDJU ULAZNOG I VAS STEPENA U POJAČAVAČU :

 

Poznato je da je E.F u „small signal“ primenama samo transformator impedance (velika ulazna a mala izlazna impedanca) i u tom smislu se često koristi za izolaciju od uticaja izmedju dva stepena pojačanja (sl. 55.):

E.F. ima naponsko pojačanje jednako ili manje od 1 tj. nema ga, odnosno ne vrši se naponsko pojačanje (ali zato ima strujno pojačanje – na pr. koristi se kao izlazni tranzistor uglavnom u pojačavačima snage. Zato ne bi trebalo da nelinearnost tog tranzistora utiče na kvalitet prenosa ne-pojačanog napona. Sa druge strane, zagovornici za što manje aktivnih elemenata na direktnom putu audio signala su verovatno kritični u vezi sa ovim.

PITANJE: Da li je neko našao u dostupnoj literaturi bilo kakav opširniji komentar u vezi sa ovim, da li je neko vršio simulacije u LTSPICE, da li je neko vršio neka merenja u vezi sa mogućim generisanjem THD, TIM i drugih vrsta izobličenja i kakvi su rezultati? Da li je uticaj zaista potpuno zanemarljiv ili nije, i, ako jeste, koliko? Ima li nekog uticaja strujno pojačanje na kvalitet prenesenog signala, da bi se kod projektovanja tačno znalo koliko optimalno kod E.F. da iznosi Ic u svakom pojedinačnom slučaju?

Dodatni rad u vezi sa upotrebom E.F. izmedju input i VAS stepena može se naći u još jednom dizajnu diskretnog op-amp-a od:

Andrew C. Russell: „OPEX-1: a High Performance Class A OPamp for Audio“, 2013.

(www.hifisonix.com)

 

Komentari i citati u vezi sa OTPORNICIMA ZA EMITERSKU DEGENERACIJU

KOD PARALELNIH (TJ. DUPLIRANIH) IZLAZNIH TRANZISTORA U O/S.

 

 

D. Self: „Audio Pwr Amp Design“, VI ed., page 239, 240: Multiple Output Devices: CFP Output:

„… Extra current sharing resistors R5, R7 and R6, R8, sl. 47a010h. (Fig. 9.8(b), p. 240):

must be inserted in the output device emitter circuits. The value of these resistors does not have any significant influence on the linearity of the CFP output stage, as they are not emitter resistors in the same sense as Re1 and Re2. The actual „emitter resistors“ as used in E.F. output stages , Re1 and Re2 are still required….

… also, small emitter degeneration resistors R1, R2 Fig. 9.8(b) tj. sl. 47a010h. (slika iznad ovog teksta) in the drivers (gain – master) Q1 and Q2 in CFP, are shown (R1 = R2 = 10 Ohms): these will not inevitably be required in this (CFP) configuration, but in a CFP stage parasitic oscillation is more likely with multiple output (slave) devices (Q3, Q4 and Q5, Q6), so I strongly advise you to make provision for them.“

 

Bob Cordell: „Designing Audio Pwr Amps“, I ed.“, page 108: CFP degeneration:

„… A typical design would employ a 100 Ohms resistor in the emitter of the drivers (in D. Self’s book these resistors are R1 = R2 = 10 Ohms), for the drivers Q1, Q2 – master/gain transistors – Fig. 9.8(b), p. 240), sl. 47a010h. (slika iznad teksta), and a resistors of the same value as Re, in the emitters of the output/slave transistors in CFP (like Re1 = R5, R7 = 0.1 Ohms and Re2 = R6, R8 = 0.1 Ohms as in Fig 9.8(b), p. 240, in D. Self’s book, odnosno 47a010h. (slika iznad teksta). The use of parallelled output (slave) transistors requires degeneration of the CFP output transistors anyway.“

 

SAVETI RAZNIH DIZAJNERA

  • Na primedbu da dupliranje izl. tranzistora radi smanjenja L.S.N. povećava cenu izl. pojačavača, D. Self odgovara da, kada se uzme u obzir cena mrežnog trafoa, hladnjaka, kutije i ostalog, dupliranje izl. tr. povećava cenu samo za oko 5%.

 

  • Za „β-sustaining“ tranzistore iz grupe 3 sa sl. 49. (NJL3281/NJL1302):

 neki dizajneri kažu da nisu stabilni za napone Vce veće od 35Vdc, ali ovo nije problematično za korišćenje kod pojačavača u CLASS A jer i nije potreban veći napon napajanja ukoliko se ne radi o veoma velikim snagama (preko 50W).

 

  • Ic struja drajvera za CLASS A u CFP konfiguraciji. U svom radu:

Norman Thagard: „Build a 100W Mono Class A Amp“, Audio, Feb. 1995.

„The drivers stage collector currents should exceed the output BJT base current at maximum current to allow room for the output BJT base current swing. Also, under these circumstances, the power dissipation in the drivers will be considerable and need large on-board H/S. As a rule of thumb, I use a bias current that is about 10% of the output bias current (sum of all Ic-s of output power transistors in parallel), which is almost always sufficient to fully drive the output BJT-s“ (naravno ako se ne desi L.S.N. zbog naglog pada β).

Bob Cordell takodje generalno preporučuje da odnos Ic master i slave trans. u CFP bude oko 1 : 10.

Ovaj problem se lakše rešava kaskodiranjem driver tranz., kao što je predložio pisac ovih redova.

Peter Garde u svom radu:

Peter Garde: “ Slope Distortion and Amplifier Design“, JAES No. 9. 1978, page 806 (ili 606).

kod odnosa Ic u CFP kaze:

Ic (output/slave trans.) = (4 – 10) x Ic (driver/master/gain trans.)

Ako se vratimo na sl. 46a1.

(NPN CFP), Peter Garde savetuje: „Iz data sheet’s za izlazne tranzistore, za „β“ uzimati uvek najmanju datu vrednost za Ic koja je priblžna onoj koja je data u kolu (IcQ2 sa sl. 46a1). Pri tome struja kroz otpornik Rc treba da bude:

IRc = (10 – 50) x IB2          ili          IRc = (10 – 100) x IB2,

gde je IB2 bazna struja od Q2 – izlaznog/slave tranzistora, jer je kod ovih tranzistora „β“ prilično malo (β = 25 do 50).

 

  • Emiterski otpornici (0.1 Ohms/5W do 0.47 Ohms/5W) kod E.F. i kod CFP:

Bob Cordell u svojoj knjizi „Designing Audio Pwr Amps“, I ed., na strani 201 savetuje da ovi otpornici, radi smanjenja sopstvene induktivnosti (jer su najčešće žičani), budu METAL-OXID tipa, od 1W do 3W, i da se nekoliko njih veže u paralelu radi dobijanja potrebne vrednosti i snage.

 

  • Mere protiv VF oscilacija i nestabilnosti:

Što je veća snaga pojačavača i veći broj izlaznih tranzistora u paraleli, veće su šanse za parazitne oscilacije:

 

    • Emitter Follower konfiguracija:
      1. BASE-STOPPER otpornici (R7, R8 = 2 Ohms do 4.7 Ohms) dodaju se na bazu svakog izlaznog tranzistora, jednim krajem što bliže bazi (o tome je ranije već bilo reči) i što manje vrednosti (utvrditi osciloskopom najmanju vrednost pri kojoj prestaju oscilacije). Videti o tome u Cordell-ovoj knjizi na stranama 194, 195, 205, 206, 208, 302, 517 i 518.
      2. BASE-STOPPER otpornici (R5, R6 = 10 Ohms), dodaju se na bazu svakog drajver tranzistora kod TRIPLE E.F. konfiguracije (predriver, driver, output trans. – Konfuguracija Bart Lochanthi (1960) ili Leach Low TIM 3). Videti o tome u Cordell-ovoj knjizi na strani 208, Fig. 10.15, tj. sl. 47a010k.:

 

    • OUTPUT ZOBEL R-C MREŽE (redno vezani R i C):

a) Zobel R-C mreža na izlazu Pwr Amp-a, prema masi (R1 = 8 Ohms, C1 = 0.05uF = 50nF), 47a010l.:

(Fig. 10.13, strana 202 Cordell-ove knjige), PRE redno vezane paralelne R-L mreže (na otpornik namotan sloj lakom izolovane žice i zalemljeno za krajeve istog) i, verovatno, kontakata relea za zaštitu zvučnika prema izlaznim priključcima Pwr Amp-a. Pogledati u Cordell-ovoj knjizi opet stranu 202, Fig.10.13 (sl. 47a010l.), (slika je iznad ovog teksta), tipične vrednosti su R3 = 2 Ohms, L1 = 2 uH.

U knjizi od D. Self-a, videti stranu 358, vrednosti ove Zobel R-C mreže iznose:

R = 4.7 Ohms/5W do 10 Ohms/5W i to METAL-OXID (non-inductive), i C = 0.1uF = 100nF.

b) Zobel R-C mreže mogu da se stave i posle R-L mreže (R2, C2), videti u Cordell-ovoj knjizi opet stranu 202, Fig. 10.13, tj. 47a010l. (slika je iznad ovog teksta).

 

c) Distributed Zobel R-C mreže, Cordell-ova knjiga, 203 (R = 33 Ohms/2W, metal-oxid, C = 0.01uF = 10nF, polypropylene). Broj ovih mreža = broj parova izlaznih tranzistora.

    Sve redne R-C mreže vezane su paralelno, svaki R-C filter posebno i fizički direktno jednim krajem (fizički što kraće) na spoj emiterskih otpornika (od 0.1 Ohms/5W do 0.47               Ohms/5W) od svakog komplementarnog para izl. tranzistora iz pozitivne i negativne grane napajanja, a drugim krajem na masu. Pogledati moju rukom crtanu šemu, 47a010i.:

  za 4 para izlaznih tranzistora, na pr. za upotrebu kod KRELL-KSA100, sl. 34.b.:

d) Base-Collector R-C Zobel mreže (R = 47 Ohms, C = 220pF) na svakom izlaznom tranzistoru, Cordell, knjiga, 10.15, strana 208, i 209 tj. sl. 47a010k. (iznad ovog teksta) i/ili moja       rukom crtana šema, sl. 47a010i. (iznad ovog teksta), takodje može da pomogne što mnogi dizajneri previdjaju.

 

NAPOMENA: Na mojoj rukom crtanoj šemi istovremeno su prikazane Zobel R-C mreže pod c) i d), samo primera radi, ali to ne znači da treba primenjivati istovremeno oba tipa mreža u istoj šemi.

 

    • CFP konfiguracija:

Autor ovih redova nije našao u literaturi mnogo predloga za supresiju parazitskih oscilacija u CFP konfiguraciji iako je taj spoj tome podložniji od E.F. konfiuracije:

www.sound-au.com/articles/cmpd-vs-darl.html

Rad: Rod Elliot: „Compound Pair (CFP) Vs. Darlington Pair“ – ESP (Elliot Sound Products), gde se kaže:

„… For reason that I have always found obscure and somewhat mysterious, I’ve found that every amp I’ve designed using this configuration has parasitic oscillations on the negative half, and the addition of a small capacitor (typically 220pF) has been necessary every time, (sl. 47a010j. – izmedju baze i kolektora od gain/master/driver tranzistora od CFP, u negativnoj grani napajanja – B.N.):

www.aksaonline.com (Aspen Amplifiers P/L – Australia):

gde se kaže:

„…The problem appears to be oscillation in the CFP, particularly the negative rail block. This oscillation robs (lišavati) detail, and creates spurious intermodulation products which destroy any musicality. We can fix this by simply strapping (vezivati) a 100pF capacitor from base to collector of the driver. But then if you listen, the musical presentation lacks vitality, and sounds „drained“ (isušeno).

 

U vezi sa parazitskim oscilacijama već je pominjan uticaj kratkoće veza na PCB-u (na pr. 2mm do 5mm kod kaskodnog spoja – veza od kolektora „master, gain“ tranzistora do emitera „slave, shield, umbrella“ tranzistora), zatim uticaj dvostrane PCB – na pr. da je gornji deo, na kome su elementi, ustvari masa velike površine, sa tim da, ako se na štampi nalaze i volt. regulatori (serijski ili „shunt“), da se na gornjem delu PCB posebno vodi masa za „+“ odnosno „-“ napajanje a posebno masa za signal, zatim da se koristi sistem „star grounding“ (na pr. sl. 53. i sl. 54.), itd.:

Preporuka: Iz knjige D. Self-a „Audio Pwr Amp Design“, VI ed., pažljivo pročitati i proučiti celu sekciju: „Chapter 25: Layout, Grounding and Cooling“, strane 593 do 617.

 

NAPOMENA: D. Self tvrdi da PCB dizajner mora biti odličan poznavalac problema audio-elektronike inače mu PCB dizajn može oscilovati makoliko on bio vešt u projektovanju i izradi PCB-a.

 

ZAŠTO TREBA ČITATI TEORIJSKE ČLANKE I KNJIGE?

 

  • U radovima za praktične gradnje (i samogradnje) fokus se usmerava najčešće na detaljnu šemu veza, i pohvale za rad pojedinih sklopova, na opis rada uredjaja, date su šeme za kola za napajanje, izgled PCB-a u odnosu 1: 1, saveti za izvodjenje wiring-a (i predlozi za Star Grounding Sustem – tj. Central Ground Point (CGP)), lista potrebnih delova (parts list), zamene (alternative) za pojedine tranzistore ili ICs, itd.

 

  • U teorijskim radovima se uvek razmatraju dobre ali i LOŠE strane pojedinih sklopova.

Teorija je znatno napornija za studiranje a najčešće zahteva i više znanja iz elektronike i matematike, ali za one koji manje znaju savet je da se sve ipak, barem ovlaš pročita, da se ne udubljuje u matematičke formule i proračune. Treba se fokusirati na uvodne napomene i na zaključke na kraju, jer je tu sumirano šta su dobre a šta loše strane nekog spoja, a i saveti kako da se mane izbegnu.

Moj savet je da se na poseban papir napiše naslov teorijskog rada i ime autora, i da se navedu najbitniji delovi teksta, i, ako treba, šeme veza (da stane na jednu ili dve stranice), sa, eventualno, sopstvenim napomenama, i da se to sačuva u posebnom folderu ili fascikli (ili registratoru, kad se toga vremenom nakupi), za lakše i brže korišćenje kao podsetnik, ako nekad u budućnosti zatreba.

Primer 1. Papir za odredjivanje i izračunavanje elemenata i struja za volt. ref. u CCS.

Primer 2. Registrator sa člancima, napomenama i sl., ili fascikla za Class A projekat (ubacivati ovde i nazive referenci).

Primer 3. HPS 5.1 (opisati ili prikazati u PDF-u).

 

Ja sam, u šali, za ovaj postupak još odavno govorio da je to deponovaje znanja u „spoljnu memoriju“, jer dosta  ljudi ne može da drži svo znanje u glavi u dužem vremenskom periodu, a ovo je jedan od načina da se čovek brzo podseti, bez mnogo preturanja po dokumentaciji i ponovnog čitanja celih radova, bez jadikovanja „jao, gde sam to sklonio, ko će sada to da traži“, nekad zaista treba vremena za to, baš u nezgodnom trenutku, a čovekov život je kao sat koji otkucava, i većina ljudi u poodmaklim godinama govori „jao, gde mi je ranije bila pamet, koliko vremena sam u životu bez veze straćio, kad bi mi Bog dao još jedan život ali uz sve znanje i iskustva koja sam stekao…“.

 

Comments are closed.