Усилители высокой мощности.

[WP]

В этой теме предлагается обсуждение схемотехники усилителей высокой мощности и одновременно с высоким качеством звучания предназначенных для субвуферов, озвучивания массовых мероприятий или просто чтобы сосед повесился или милицию вызвал.
Для начала предлагается https://forum.vegalab.ru/attachment....tachmentid=193

[hood]

2WP
По схеме
Сформируйте требования для транзисторов выходного каскада, когда открыты все ключи вольтодобавки, т.е. на коллекторах +/-142В? Напряжение к-э, "импульсную" (импульс, скажем 0,5с. - оценочная длительность фронта атаки сигнала) рассеиваемую мощность.

Сравнение с Д-классом - это грубое заблуждение (принцип заложеный в Д классе - демодуляция полезного сигнала из ШИМ последовательности).

Еще раз, не путайте тепловой режим с КПД, КПД определяется заложенным принципом усиления сигнала.

И житейский вопрос - нафига 200 и более ватт? Если большинство устраивает разумные цифры? Качать "тупую" акустику, глушить соседей по дому, автостоянке?

[Ромыч]

И житейский вопрос - нафига 200 и более ватт?

На этот вопрос еще Lynx отвечал. Чем больше соотношение напряжения питания и выходного напряжения, тем лучше качество звука.

[hood]

На этот вопрос еще Lynx отвечал. Чем больше соотношение напряжения питания и выходного напряжения, тем лучше качество звука.

Ну о лучшем качестве так однозначно заявлять не стоит. Все было бы просто - повышай напругу, получай качество. Очевиден пример БумБум, что все далеко не так.
Действительно, повышенное напряжение питания (запас по мощности) позволяет уменьшить нелинейные искажения, т.к. усиливающий элемент (транзистор) является нелинейным (см.ВАХ). Повышение напряжения позволяет увеличить(расширить) рабочий участок характеристики. При этом, при малой дельте сигнала относительно рабочей точки ВАХ, передаточная характеристика становиться условно-линейной.
Коеффициент нелинейных искажений и качество несовсем сопоставимые показатели. Качество более объемный, в какой то мере субъективный, показатель, неподдаюшийся количественной оценке, а лишь сравнительной.
Что касается повышения напряжения за счет вольтодобавки, то не следует забывать о дополнительных искажения - коммутационных.

[Lynx]

На этот вопрос еще Lynx отвечал. Чем больше соотношение напряжения питания и выходного напряжения, тем лучше качество звука.

Я отвечал несколько в ином смысле, как раз в том, что как и указал hood, улучшается объективная линейность, поскольку уменьшается отношение возмущающего воздействия к стастческому параметру, т.е. в пределе стремим воздействие к нулю. Чаще всего это сопровождается и улучшением субъективного качества звучания, но такое следствие, хоть и имеет место быть в большинстве случаев, но вовсе не обязательно.

[Ромыч]

Очевиден пример БумБум, что все далеко не так.

А про лампы никто и не спорит. Лампа в качестве усилителя напряжения гораздо лучше транзистора. Но в усилителях на лампах свои проблемы (транс выходной в частности) как раз из-за этого самого очень высокого напряжения.

Что касается повышения напряжения за счет вольтодобавки, то не следует забывать о дополнительных искажения - коммутационных.

Про вольтодобавку речь вообще не идет.

Чаще всего это сопровождается и улучшением субъективного качества звучания, но такое следствие, хоть и имеет место быть в большинстве случаев, но вовсе не обязательно.

Это "чаще всего" зависит все от тех же причин, которые здесь разжевываются на форуме - качество деталей, качество питания, схемотехника и пр.

[WP]

При напряжении на выходе усилителя составляющем +100 В, напряжение коллектор эмиттер запертого плеча составляет 148 В, напряжение коллектор эмиттер активного плеча составляет 42 В, при сопротивлении нагрузки 4 Ома ток коллектора составляет 25 А, мгновенная мощность рассеиваемая транзистором 1000 Вт, которая уменьшается при росте выходного тока и напряжения, длительность включенного состояния напряжения +142 не превышает 10 миллисекунд, граничная линия ОБР для транзисторов MJL21193 при длительности импульса 100 мS ограничена рассеиваемой мощностью 400 Вт, таким образом в выходном каскаде аналогового канала требуется применить не менее трех транзисторов MJW21193 MJW21194 включенных паралельно. Напряжение коллектор-эмиттер прикладывемое к выходным транзисторам аналогового канала при полном использовании напряжения питания составляет не более 190 В. Для построения подобных усилителей пригодны транзисторы со следующим сочетанием параметров:
Uce max 230 В
Ic max 15 A
Pc max 150-250 Вт в статическом режиме,
этим требованием удовлетворяют мощные транзисторы производимые рядом фирм On Semiconductor, Toshiba, SanKen, Fairchild.
Теперь насчет КПД, насколько я помню из школьного курса физики это соотношение полезной и затрачиваемой мощности. В данном случае полезная мощность - мощность выделяемая в нагрузке, тепловые потери это разница между потребляемой и полезной мощностями. Тепловые потери уменьшаются при переходе от аналоговых методов усиление к дискретным, усилители которые я предлагаю сочетают в себе дискретные методы усиления с аналоговыми и соответственно занимают промежуточное положение между аналоговыми и импульсными усилителями по КПД и тепловыделению. В данном усилителе для повышения КПД и соответственно снижения тепловыделения применено дискретное приближения уровня напряжения питания аналогового канала к его выходному напряжению. Т.е. по мере роста выходного напряжения устройство управления силовыми ключами дискретно повышает напряжение питания аналоговогой части усилителя. Повышение КПД происходит за счет уменьшения падения напряжения на активном плече по сравнению с усилителями с одноуровневым питанием.
Отличительная особенность подобных усилителей состоит в том что коммутация ключевых элементов происходит с частотой сигнала, фильтрация высших гармоник осуществляется анлоговой частью усилителя путем преобразования энергии гармоник в тепло по сравнению с усилителями с высокой тактовой частотой где частота коммутации ключевых элементов многократно выше верхней граничной частоты сигнала, а фильтрация осуществляется LC фильтром. Баланс тепловых потерь получается довольно близким, и тепловые потери уменьшаются с увеличением количества ступенек напряжения питания, только это приводит к усложнению схемы, т.е. тепловые потери аналоговой
части усилителя заменяются коммутационными потерями и потерями в фильтре при высокой тактовой частоте. Существует оптимальное количество ступенек напряжения питания при котором усложнение схемы оправдывается повышением КПД и удешевлением мощных транзисторов аналоговой части усилителя.
Усилители высокой мощности которыми я занимаюсь применяются для озвучивания массовых мероприятий (концертные площадки, кинотеатры, танцевальные клубы), для усиления звучания музыкальных инструментов, для проводных сетей вещания и для ряда других применений.
А вам, уважаемый Hood, для того чтобы не делать глупые заяления желательно разобраться в схемотехнике подобных устройств и принципе их работы чтобы понять из чего складывается баланс между тепловыми потерями и полезной мощностью и заодно вспомнить школьный курс физики где написано что же такое КПД.

[Ромыч]

У Sanyo есть STK-шки с двухуровневым питанием, номера сейчас не помню.

[hood]

2WP

Напряжение коллектор-эмиттер прикладывемое к выходным транзисторам аналогового канала при полном использовании напряжения питания составляет не более 190 В.

Вообще то, критерием выбора Uк-э является двойное напряжение притания в плече, т.е 142х2=284В, а учитывая коммутацию немалых токов цепями вольтодобавки (выбросы напряжения на паразитных реактивностях), то не менее 300В. Так что, выбор 190В - это eXtreme , очень велика вероятность лавинного пробоя, а о последствиях я уже молчу.

Теперь насчет КПД, насколько я помню из школьного курса физики это соотношение полезной и затрачиваемой мощности. В данном случае полезная мощность - мощность выделяемая в нагрузке, тепловые потери это разница между потребляемой и полезной мощностями.

Совершенно верно. Если Вас так прильщают тепловые потери, то проведите каллориметрические измерения тепловой мощности на активной нагрузке и собственно тепловых потерь, цифры в студию. Сомневаюсь, что результат превысит теретический предел в 72%.

усилители которые я предлагаю сочетают в себе дискретные методы усиления с аналоговыми и соответственно занимают промежуточное положение между аналоговыми и импульсными усилителями по КПД и тепловыделению.

Где Вы увидели дискретные методы усиления в предлагаемом усилителе? В дискретных обычно выходные каскады работают в режиме насыщения, что и обуславливает малые потери на драйверах. Или у Вас выходной каскад работает в ключевом режиме? (не путать с коммутаторами питания)

Отличительная особенность подобных усилителей состоит в том что коммутация ключевых элементов происходит с частотой сигнала, фильтрация высших гармоник осуществляется анлоговой частью усилителя путем преобразования энергии гармоник в тепло...

Коммутация, судя по схеме, происходит не с частотой сигнала, а в зависимости от его уровня. Далее по тексту (без обид) какой то бред. К примеру, коммутационный сигнал имеет частоту 1Гц (партия ударных), соотвественно имеет спектр характерный для меандра с указанной частотой. Как происходит фильтация и преобразование в тепло?

Усилители высокой мощности которыми я занимаюсь применяются для озвучивания массовых мероприятий (концертные площадки, кинотеатры, танцевальные клубы), для усиления звучания музыкальных инструментов, для проводных сетей вещания и для ряда других применений.

О... для ОЗВУЧКИ. А ЛМка, вообще то, предназначена для прослушки музыкальных программ с достаточно высокой верностью.
На вашем поприще, наверное, большую конкуренцию создает Tripathy со своим Т-классом...

[WP]

Hood, похоже ты совершенно не понимаешь сущности процессов происходящих в усилителе стректурную схему которого я приводил, и при этом пытаешься иметь суждение о качественных показателях. А эти изделия которые как ты пренебрежительно сказал, для озвучки, обладают качеством звучания весьма высоким которое кстати LM3886 достигнуть не может при одинаковых уровнях громкости. Усилители по предлагаемой схемотехнике здесь один товарищ с форума реализовал и провел сравнительное прослушивание. О результатах можешь поинтересоваться у Евгения Вериса.
1. Я не наблюдал напряжения более 200 В на транзисторах аналоговой части даже при частоте входного сигнала 80 кГц при полном использовании напряжения питания.
2. Выходная мощность усилителя с трехуровневым источником составляет 600 Вт на 8 Ом при уровне ограничения соответствующему коэффициенту гармоник 1%, потребляемая при этом мощность от источника постоянного тока составляет примерно 800 Вт, но не более. КПД посчитаешь сам. Цифры взяты из протокола испытаний макета усилителя с трехуровневым источником питания, когда выяснялась целесообразность применения схемотехники с пониженным энергопотреблением. Выяснилось что очень даже рационально.
3. Дискретные методы усиления используются в коммутаторе питания. Коммутация происходит на частоте сигнала, а не на частоте огибающей, внимательно посмотри на схему и на график зависимости напряжения питания от сигнала, и тогда выяснится кто-же бредит.

[Александр Котов]

создает Tripathy со своим Т-классом

А ты ценой на их модули поинтересуйся, да с учетом минимального заказа (от 50 шт?), у WP дешевле и доступнее будет.

[hood]

А ты ценой на их модули поинтересуйся, да с учетом минимального заказа (от 50 шт?), у WP дешевле и доступнее будет.

Да я в курсе, это плата за "ноу-хау" и панты Однако, для озвучки, решение вне конкуренции, особенно по массогабаритным показателям. Панты современем пройдут.

[WP]

А вот поднял протокол испытаний более нового макета, при выходной мощности 600 Вт на 8 Ом потребляемая мощность от источника постоянного тока не более 720 Вт. При измерении потребляемой мощности использовался нерегулирумый ВЧ - преобразователь с КПД 95%, контролировалось соотношение между выходной мощностью усилителя и входной преобразователя с вычетом из входной мощности потерь в преобразователе.

[ADDED=WP]1107345212[/ADDED]
Преобразователь запитывался по входу от двух аккумуляторных батарей 120 В от бесперебойника соединенных последовательно. Такой сложный способ был использован потому-что необходимо контролировать ток потребления по шести шинам питания усилителя мощности.

[ADDED=WP]1107345401[/ADDED]
При использовании преобразователя достаточно контролировать его входной ток и входное напряжения для определения общей мощности потребления.

[ADDED=WP]1107346054[/ADDED]
Что-то Hood пропал, наверное технически подковывается, литературку читает. Ну ничего просвещение никому не мешало.

[hood]

2WP
Я то как раз достаточно понятлевый. А у Вас, сдается, есть пробои - "коммутация ключевых элементов происходит с частотой сигнала", "фильтрация высших гармоник осуществляется анлоговой частью усилителя путем преобразования энергии гармоник в тепло" и т.д. Поймите, НЕТУ там дискретного усиления, коммутация питающего напрядения не имеет ни какого отношения к дискретному усилению сигнала. Сколько уровней питания не городи, все равно работает одна и таже передаточная х-ка активного элемента.
О качестенных показателях я не сужу, я лишь предполагаю, что коммутация питания вносит дополнительные коммутационные искажания. И это объективно. Если Вы не согласны, аргументируйте, только объективно.
Как сравнивали с ЛМками при "одинаковой громкости"? на какой акустике? с чуствительностью 50дБ/ВтМ?

1. Наблюдение вещь хорошая. Однако, при построении схемных решений пользуются расчетами. В данной схеме, при нахождении одного тр-ра в отсечке, а второго в насыщении, к запертому пиложено напряжение 284В.
Офф. В свое время, как то, основываясь на "наблюдениях" послали космонавтов в космос без скафандров (посчитали это лишнее), так вот, по иронии судьбы, произошла разгерметизация спускаемого аппарата... исход фатальный, исторический факт.
2. "Примерно" 75%, а если интервал "примерно" дотянет до 900Вт, то 66% Да ничто не заставит меня поверить, что КПД паровоза поднимится выше 4% если дрова в топку бросать "импульсно-гнездовым методом".
3. Без комментариев... Если не согласны, выложите эпюры для компараторов, там поговорим...

[WP]

Про сравнительные прослушивании спроси Вериса, он здесь очень часто на форуме бывает. Это абсолютно посторонний для меня человек и к его мнению можно беспристрастно относиться.
Да коммутация вносит искажения, для уменьшения влияния применена индуктивная коррекция во входном каскаде увеличивающая перегрузочную способность входного каскада с ростом частоты и позволяющая ООС эффективно давить гармоники порождаемые коммутацией.
В данном случае не религия и верить ни во что не надо. Повышение КПД при использовании многоступенчатого питания это объективная реальность.
В данной схеме к запертому транзистору прикладывается не более 190 В при полном размахе выходного напряжения. Напряжение питания ступеньками подкидывается только в активном плече, в запертом оно остается на уровне 48 В. 48 + 142 = сколько будет?, вроде как не 284. Похоже это у вас пробивает.
В голове если нет то в ж... не занять.
Я картинку процессов в цепях питания выложил, что еще надо.

[Lynx]

Небольшой OFF для справки

что КПД паровоза поднимится выше 4% если дрова в топку бросать "импульсно-гнездовым методом".

По результатам теплотехнических испытаний паровозы имели следующие значения КПД:
1) пассажирские: Су(первый выпуск, 1925г) - до 7.9%, Су(второй выпуск, 1927г) - до 9.9%, скоростной 2-3-2 (Коломенский тип, 1934г) - до 8%, П36 (1952г) - до 9.2%
2) грузовые Эр(1936г) - до 6.2%, СОк - до 5.8%,
ФД - до 6.1%, Л(1948г) до 8.2%, ЛВ (1953г) - до 9%
данные - по материалам архивов ВНИИЖТ и архивов Комиссии по реконструкции тяги НКПС

[WP]

Linx

Дмитрий, объясни товарищу его заблуждения, а то мне слов и и похоже авторитета не хватает. Я наверно его религиозные убеждения задел.

[ADDED=WP]1107352812[/ADDED]
Что то опять оппонент пропал, видимо просвещается.
И все таки в усилителе используются методы дискретного усиления, в данном случае для импульсного канала входным сигналом является выходной сигнал усилителя. Схема управления силовыми ключами сравнивает мгновенное значение выходного сигнала с опорными уровнями и обеспечивает включение выключение соответствующих ключей чтобы разница между напряжением питания и мгновенным значением выходного сигнала у аналогового канала отличалось не более чем на одну ступень питания. Все коммутационные процессы протекают (здесь наверно нужно было написать - повторяются) с частотой входного сигнала и длятся в течении времени отпирания запирания силового ключа и диода + задержка сигнала в компараторе, итого на процесс коммутации уходит не более 1 микросекунды. Последовательность процессов при нарастании выходного сигнала срабатывание компаратора первого уровня (задержка в компараторе и драйвере) отпирание силового ключа, запирание диода, в результате напряжение питания поднимается на одну ступень, срабатывание компаратора второго уровня (задержка в компараторе и драйвере) отпирание силового ключа, запирание диода, в результате напряжение питания поднимается на вторую ступень, при снижении выходного сигнала после срабатывания компараторов силовые ключи закрываются, диоды открываются, в отрицательном плече процессы происходят аналогично. Я надеюсь после расжевывания Hood все сможет понять, если конечно он понятливый.

[hood]

Да коммутация вносит искажения, для уменьшения влияния применена индуктивная коррекция во входном каскаде увеличивающая перегрузочную способность входного каскада с ростом частоты и позволяющая ООС эффективно давить гармоники порождаемые коммутацией.

Сомневаюсь, что вышесказанное положительно влияет на качество звука.

В данном случае не религия и верить ни во что не надо. Повышение КПД при использовании многоступенчатого питания это объективная реальность.

Вопрос не в религии, а физике процессов. И Ваша "объективная реальность" носит косвенный "примерный" характер. Видим, что желаем видеть, так сказать "прогнозируемый результат".

В данной схеме к запертому транзистору прикладывается не более 190 В при полном размахе выходного напряжения. Напряжение питания ступеньками подкидывается только в активном плече, в запертом оно остается на уровне 48 В. 48 + 142 = сколько будет?, вроде как не 284. Похоже это у вас пробивает.

Интерсный подход, динамические процессы рассматривать в статике. У Вас, что, ключи идеально входят в отсечку? нет переходных процессов? Достаточно паразитного сигнала (к примеру искрового разряда), что бы все было открыто настеж. И на этот раз у ВАС конкретно пробет

Я картинку процессов в цепях питания выложил, что еще надо.

Амплитуду вижу, а с частотой напряг.... уменьшаю размах ПЫЛЫ - частота есть, а коммутации нет

2Lynx

Offтопик:
И не лень Вам было по паровозной тематике прошвырнуться Я же в плане алегории, а Вы в буквальном смысле

[WP]

Не пробивает, ключи достаточно быстро выключаются и кроме того приняты меры исключающие перенапряжения. Да и в этой области я не первый, существует большое количество усилителей высокой мощности от различных производителей реализованных на этом же принципе обладающих при этом весьма высокой надежностью, да в принципе у нас с отказами все нормально. И кстати напряжение на активном плече начинает нарастать когда все коммутационные процессы давно завершились. Так что ничего нигде пробьет и не пробивает.
Коммутации если нет значит компаратор реализован неправильно и что-то еще не приделано.

[Lynx]

Offтопик:

И не лень Вам было по паровозной тематике прошвырнуться Я же в плане алегории, а Вы в буквальном смысле

Да я тоже ради прикола. Просто как-то слышал, что КПД паровоза гораздо выше общеизвестных 3%, вот и решил ради случая уточнить

[WP]

Подсказка как реализован вариант для двухуровневого питания
два компаратора LM311 со схемами сдвига уровня и драйвер IR2113. Компараторы сравнивают выходное напряжение с напряжением питания, драйвер управляет MOSFETами.