Проект Prophetmaster Tierra - моноблоки 50 Вт в классе А

[Prophetmaster]

Строятся УПТ моноблоки в классе А, с планируемой выходной мощностью 50-70 Вт/4 Ом. Tierra, в переводе с испанского, означает Земля - навеяло это название, когда в каждом моноблоке скопилось по Фараде
Поставил себе задачу попытаться сконструировать и изготовить усилитель не хуже по звучанию, чем имеющийся на BUF634T, но с более высокой выходной мощностью.
Уже больше года прошло с момента начала разработки моноблоков, но ввиду сложности задуманного и в связи с малым количеством свободного времени, все двигается гораздо медленнее, чем хотелось бы.
Сначала были изготовлены блоки питания, потому что в данном проекте это самая трудоемкая часть и есть необходимость делать железный макет УМ, так как одним симулятором не обойдешься, а макет нужно питать от полноценного БП, для получения достоверных результатов.
Разводка плат БП для левого и правого канала симметричная в силовой части и в части стабилизаторов УН и УМ, но зеркальная в области первички, несигнальных цепей и выпрямителя УН. При такой разводке, получаются "правый" и "левый" моноблоки. Хочется, чтобы было еще и красиво
Проект некоммерческий, поэтому все схемы в полном объеме будут доступны для просмотра.
Схема БП во вложении.
Что представляет из себя БП одного канала - это полностью стабилизированный блок питания мощностью 600 Вт, который имеет:
1. Силовые двухполярные линии питания с напряжениями +\- 25 В, от мощного тороидального трансформатора (550 Вт). Стабы - LT1083 (7.5 А), 8 шт, соединены по 4 в параллель. Суммарная площадь радиаторов стабилизаторов каждого канала 3000 кв.см. Нагрузка на каждый стабилизатор не будет превышать 1 А, так как ток покоя усилителя планируется около 4 А.
2. Две линии питания с напряжениями +\- 27 В и +\- 15 В для усилителя напряжения от отдельного трансформатора (50 Вт). Стабы - LM317/LM337, по 2 шт. Напряжения +\- 15 В формируются из уже стабилизированного +\- 27 В.
3. Отдельный трансформатор для несигнальных цепей (50 Вт).
4. Отдельный трансформатор для дежурки (5 Вт).
5. Все трансформаторы, кроме дежурки, изготовлены по моему заказу компанией Audioinstrument Все трансформаторы сфазированы по первичным обмоткам.
6. Суммарная емкость конденсаторов фильтра силовых цепей около 1 Фарады на канал, большая часть которых, находится после стабилизаторов.
7. Емкость конденсаторов в цепях питания УН - 27000 мкФ/63 В на напряжение +\- 27 В и 40000 мкФ/25 В на +\- 15 В.
8. Софтстарт во вторичной цепи, с временем заряда конденсаторов около 1 минуты. Так как при выключении питания вторичные силовые цепи отключаются от платы УМ, то для разряда электролитов предусмотрены нагрузочные сопротивления, которые полностью разряжают емкости в течении 20 минут.
9. Оптоэлектронная защита АС от постоянного напряжения встроена в БП и выполняет две функции:
- подает или снимает напряжение со схемы управления реле защиты, которая находится на платах самого УМ.
- обесточивает все вторичные цепи силового питания, в случае появления постоянного напряжения (свыше 1 В) на выходе УМ. Восстановление выходных напряжений происходит через 1 минуту после срабатывания защиты.
То есть, в аварийном режиме, одновременно блокируется нагрузка УМ (как и в предыдущей конструкции, реле защиты будет закорачивать выход на землю) и отключается питание силовой части. Без отключения не обойтись: пока разрядится Фарада, на плате УМ может все успеть поджариться после выключения сети
10. БП имеет трехэтажную конструкцию, что практически дало возможность укоротить многие соединительные шины БП или практически свести их длину к нулю.
11. БП имеет каркасную конструкцию из алюминиевого профиля и алюминиевого бруска, поэтому платы практически не являются несущими элементами, если только чуть-чуть.
12. Силовая разводка в БП произведена плоской медной моножилой 4 кв.мм, разводка земли - плоской медной моножилой 6 кв.мм. Земля на послестабовых силовых емкостях выполнена из листовой меди толщиной 0.7 мм.
13. Первичные цепи 220 В имеют R-C фильтры.
14. Энергоемкость каждого БП составляет 450 Дж для силовых цепей и 20 Дж для питания усилителя напряжения.
15. Все силовые реле производства Finder промышленных серий на 12 В. Все слаботочные - Takamisawa RY12W, также на 12 В, кроме входа включения питания от 5 В, который реализован на слаботочном реле Finder.
Конструктивно БП выполнен на трех платах - нижняя несет на себе всю первичку, основную часть БП несигнальных цепей и защиту. На втором этаже расположены софтстарт и выпрямители сигнальных цепей с частью емкостей, а также остальные несигнальные цепи. На верхней плате расположены вторая часть достабовых емкостей, все стабилизаторы для аудиочасти и послестабовые емкости. Шунтирующих полипропиленовых конденсаторов тут немного - основные шунты будут расположены непосредственно вблизи потребителей - на платах УМ.

Для включения БП не нужен мощный тумблер - достаточно слаботочного выключателя, который может коммутировать постоянное напряжение 12 В и ток 40 мА Как вариант, БП можно включать, подав на него 5 В - пятивольтовое реле может управляться с преда, например.

Во вложении: несколько фото БП, полная схема БП одного канала, РГ (http://khozmo.com/products_dale_shunt.html), трансформаторы для УН, изготовленные А. Воробьевым, пара фото первого из 4-х повторителей и схема повторителя.

[Bender]

Чтобы его увидеть на экране аналогового осциллографа - да

у меня аналоговый, развернуть фронт/спад длительностью несколько нс на весь экран не составляет никакого труда, равно как и переключить синхронизацию rise/fall, а также выставить уровень по которому синхронизироваться.

что делаю не так?

[antiluser]

Как раз это не верно, если испытательный меандр имеет фронты уже, чем у усилителя, ведь в линейном режиме ООС стремится передать форму входного сигнала, значит все каскады как раз перегрузятся и мы увидим действительную скорость усилителя. Я думаю Агеев имел ввиду что-то другое.

Скорость она в любом случае не мнимая, но нам интересен усилитель в линейном режиме. Агеев имел ввиду именно это.

[viktor8m]

Да нет, именно это.

Что это, отсутствие перегрузки каскадов? Так она будет, нужен качественный меандр.

[Olegyurich]

у меня аналоговый, развернуть фронт/спад длительностью несколько нс на весь экран не составляет никакого труда..что делаю не так?

Видимо это я что-то делаю не так...))

[Alex]

Чтобы его увидеть на экране аналогового осциллографа - да.

С какого бодуна?
Ах, Bender опередил

[Olegyurich]

По поводу меандра и скорости нарастания:
https://forum.vegalab.ru/showthread....l=1#post129867

Во-первых, предельных скоростей нарастания есть две - первая, "линейная", на непрерывном сигнале (типа синуса) при нормированных искажениях (обычно 0.2%) и максимальная на прямоугольном сигнале, то есть в режиме перегрузки всех каскадов.
Думаю, очевидно, что для характеризации возможностей высоколинейных усилителей (и УМЗЧ в том числе) актуальна в основном первая величина, тогда как измеряется, как правило, вторая!

Для усилителей с "классической" схемотехникой (все всегда работает в классе А, кроме выходных транзисторов, могущих переходить в AB) эти две скорости нарастания близки (отличаются максимум вдвое).
В этой ситуации значение скорости нарастания (вкупе с частотой единичного усиления по петле ООС) может давать определенную информацию о запасе линейности входных каскадов усилителя.

Но у усилителей (неважно, ОУ это, УМЗЧ или что-то еще), у которых УН и/или входные каскады переходят на крутом фронте в режим AB, при отработке "прямоугольника" работает только одна "половинка" усилительного тракта. То же происходит практически во всех структурах, имитирующих ОУ с токовой ООС. При этом "линейная" скорость нарастания зачастую оказывается на порядок-полтора ниже максимальной, измеряемой на прямоугольнике, гордо указываемой в документации или получаемой при моделировании.

В результате реальные характеристики таких устройств в отношении линейности на ВЧ оказываются значительно хуже того, что можно предположить, глядя на впечатляющие цифры скорости нарастания - к примеру, явная асимметрия переходного процесса видна не то что на осциллографе, но даже в даташитах.
Другой пример - хорошо известный "Current-Feedback" УМЗЧ Марка Александера, несмотря на заявленную скорость нарастания порядка 300 В/мкс реально имеет характеристики (и, по ряду оценок, звучание) худшие, чем у усилителя Оталы с гораздо более скромной (но "честной") скоростью нарастания.

[viktor8m]

Скорость она в любом случае не мнимая, но нам интересен усилитель в линейном режиме.

Хорошо, тогда мой вариант проверки, берём крутой меандр, смотрим время фронта у усилителя, потом меандр подаём не напрямую, а через пассивный ФНЧ с частотой, соответствующей полученному времени фронта или немного (если намного, сложно будет оценить) большему, тогда режим будет линейный и опять смотрим время фронта у усилителя, из полученного значения вычесть значение фронта после ФНЧ и это по идее и будет макс. скорость усилителя в линейном режиме. В любом случае, это точнее, чем на синусе.

[Alex]

Offтопик:

Другой пример - хорошо известный "Current-Feedback" УМЗЧ Марка Александера, несмотря на заявленную скорость нарастания порядка 300 В/мкс реально имеет характеристики (и, по ряду оценок, звучание) худшие, чем у усилителя Оталы с гораздо более скромной (но "честной") скоростью нарастания.

При этом он играет, в отличие от Оталы....

[Olegyurich]

При этом он играет, в отличие от Оталы....

Offтопик:
Тут ничего не могу сказать, не слышал..

[audiomun]

Так зачем близко к ограничению по питанию

Для достоверности и правильности измерения, и уверенности в том, что вплоть до ограничения не возникает перегрузки схемы ни по скорости нарастания, ни по амплитуде, ни по нагрузочной способности ВК по току.

тест на меандр надо делать при номинальном выходном напряжении, тогда транзисторы будут в линейном режиме

К вышесказанному.....

Прикол в перегрузке каскадов по скорости, которую не видно явно на меандре.

Перегрузка каскадов по скорости всегда сразу видна на осциллограмме.

[antiluser]

Перегрузка каскадов по скорости всегда сразу видна на осциллограмме.

Тогда не придумывали бы специальные сигналы для проверки динамической линейности.

[audiomun]

Тогда не придумывали бы специальные сигналы для проверки динамической линейности.

Одно другому не мешает - просто различные измерения и тесты дополняют друг друга, и дают более полную картину характеристик, параметров и возможностей испытуемого объекта.

[Serge_L]

собственные флуктуации переходов транзисторов на таких частотах

Будьте любезны, расшифруйте!

[viktor8m]

Будьте любезны, расшифруйте!

Offтопик:
Если Вы не поняли, то в двух словах (и так здесь это оффтоп) будет сложно. Но это есть в любой серъёзной (не учебники для вузов) литературе про ООС (подсказка, посмотрите как зависит выходное напряжение от напряжения смещения и входных токов, от чего зависят напряжение смещения и входные токи и как они меняются, а учитывая срыв ООС при обычных испытаниях меандром, эти в общем-то небольшие изменения усиливаются на величину большого собственного усиления усилителя).

[Serge_L]

viktor8m, Вы о чём? Вы говорите о диф паре на входе ОУ? Или о чём? При чём здесь напряжение смещения и входные токи?

Вы пишите, что измерения с

А меандр 0.05 Гц с фронтом 1нс ?

Будут некорректны.
Нигде не конкретизируется топология усилителя.
Поэтому и спрашиваю, что Вы подразумеваете под

собственные флуктуации переходов транзисторов на таких частотах

Отсылать к туманным книгам меня не стоит, мне действительно интересно, чего я не понимаю.

[viktor8m]

viktor8m, Вы о чём? Вы говорите о диф паре на входе ОУ? Или о чём? При чём здесь напряжение смещения и входные токи?

Вы пишите, что измерения с

Будут некорректны.
Нигде не конкретизируется топология усилителя.

Без разницы, какая топология и какой входной каскад, у любого усилителя (хоть дискретный, хоть на микросхеме) есть напряжение смещения (т.е. разница, между инв. и неинв. входами, а они в том или ином виде есть у всех входных каскадов) и входные токи (токи входных каскадов, куда подводят сигналы), эти параметры непосредственно влияют на выходной сигнал (их изменения связаны в первую очередь с колебанием тепла в кристаллах), но пока есть устоявшийся режим и работает ООС, то их влияние очень мало (в плохих схемах может конечно отражаться на слух, но это уровень искажений), другое же дело при проверке крутым меандром (и другими сигналами с резкими перепадами), поскольку происходит на какое-то время срыв ООС и изменение этих параметров многократно усиливается. Иначе говоря, если подать крутой меандр частотой доли Гц, то фактически вместе с ограничением по скорости мы увидим и изменение из-за тепловых эффектов (другими словами начальный процесс установления режимов), а если подать более быстрый меандр (тем более килогерцы), то процессы в переходах транзисторов (в т.ч. входного каскада) устоятся на какой-то средней температуре и изменения может быть и будут, но уже очень малые и не мешающие измерениям скорости. Объяснил как мог, я не преподаватель. Возможно описанное мною важно только для быстрых усилителей (с очень узким фронтом), но я бы в любом случае меньше, чем 1кГц, не советовал меандр.

[теоретизирующий практик]

мне действительно интересно, чего я не понимаю.

Да всё очень просто. Попробуйте поймать фронт меандра с периодом 20 сек. Поймали , если у Вас схема синхронизации позволит. Теперь чтобы посмотреть искажения фронта около 1 нс надо задать время развёртки скажем до 1 нс в см, а общее время проскока луча по экрану - скажем 10 нс. (ну ширина экрана 10 см) . Итак коэффициент заполнения "засветкой" составит частное от деления времени прохождения луча на период меандра, т.е 0,0000000010 : 20. Ну никудышная яркость на аналоговом осциллографе! и даже трубка с большим послесвечением в таких условиях не поможет. Ну не увидите Вы проскакивающий намёк на искорку.

Короче, в принципе такое измерение возможно, но только с хорошим цифровым осциллографом с памятью, но не на аналоговом. А на аналоговом надо почаще показывать повторяющуюся картинку, т.е. увеличивать частоту меандра.

УфФ! как много слов. Анатолий.

[SAPR]

Offтопик:
Скорость нарастания нагляднее всего (и точнее) определять по треугольнику (при этом отключать входной ФНЧ). Как только появляются отличия выхода от входа - тогда и считать. И смело писать потом скорость нарастания не менее ...

[AME]

Offтопик:
Скорость нарастания нагляднее всего (и точнее) определять по треугольнику (при этом отключать входной ФНЧ). Как только появляются отличия выхода от входа - тогда и считать. И смело писать потом скорость нарастания не менее ...

Скорость нарастания - абсолютно ненужный параметр. Имеет смысл приведенная к 1 вольту СН (ПСН), но это то же самое, что полоса пропускания, и мерить ее проще в кГц.

[Prophetmaster]

Мужики, про скорость нарастания есть отдельная ветка. Несколько страниц подряд - это перебор, также как и про дроссель в питании.