Mätförstärkare, en halv Watt

[Spisblinkaren]

Man bör undvika bygga på labbplatta när det gäller signaler. Du har visserligen fått ett bra resultat säger du men det kan vara rena "turen" om man säger så.

Det är lätt att det blir brus, självsvängningar mm. och att det är lätt för störningar att ta sig in i kretsarna.

Självsvängningen kan bero på dålig avkoppling, pröva med olika kond.

Varför använder du darlington trissor i dif. steget?

Mitt råd är att du ser över kopplingen och etsar ett antal"test kort"innan du trycker upp det i större antal. Ja, jag vet det är redan för sent eftersom du låtit trycka upp ett antal redan. Man bör alltså göra fler "riktiga" labbar på etsade kort med jordplan för det kan variera i förstärkning hos transistorer, andra avvikelser mm. Det kan bero på hur komponenter förbinds med varandra, långa lednings banor mm.,vilket gör att ett kort kan fungera men det tredje inte lika bra osv. så det måste testas över tid i ett större sammanhang för att vara säker på att konstruktionen verkligen står sig. Så det kan vara så att du får rita om några gånger för att få ett optimalt resultat.

Hej opampen!

Du har tydligen hunnit ändra medan jag komponerade mitt senaste inlägg.

Självsvängningen kan bero på dålig avkoppling, pröva med olika kond.

Bra tips, löste det dock genom att flytta kompensationskondingen (C1) till under kortet (och därmed kortare ledningsbanor, jag blev i praktiken lurad av Camenzind, se ovan).

Varför använder du darlington trissor i dif. steget?

Främst är det för att jag egentligen gillar JFET bäst, JFET drar, som du vet, ingen gateström. En Darlington drar mycket lite basström (jämfört med singel BJT) så Darlington närmar sig en JFET vad beträffar ingångssbias. Låg ingångsbias innebär sedan att stora motstånd på ingångarna kan användas utan att offset påverkas nämnvärt. En av anledningarna till att jag inte nyttjade JFET är att BJT har högre förstäkning (även om förstärkningen är beroende av källans resistans vilket inte är fallet för JFET). En annan anledning är att de är enklare att biasera och förstå.

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Lite mätdata:

BW(OL, C1=NC)=5kHz
F(OL, C1=NC)=5000ggr
f(UG, C1=NC)=130kHz, SQR, 6,8Vpp@7,9V mat, självsvängandes
tr(UG, C1=NC)=0,5us, självsvängandes
SR(UG, C1=NC)=5V/us, självsvängandes
f(1/B=11, C1=470pF)=42kHz, SIN, 0,2Vpp, självsvängandes
BW(1/B=11, C1=1nF)=50kHz, stabil
BW(1/B=101, C1=1nF)=7kHz, Av=90, stabil (naturligtvis)

Sista posten ger GBW~7*90=630kHz.

Inte så imponerande men man får inte glömma att detta är en Effekt-OP.

Tråkigt att jag måste använda så stor C1 för att få den stabil vid såpass hög förstärkning som 1/B=11.

Samtidigt, om jag tänker efter, jag kommer inte använda den vid så låg förstärkning så kanske jag skulle satsa på stabil förstärkning vi 1/B=101 istället, vore ju faktiskt passande för en gitarrmikrofon gånger hundra blir ungefär 1V, shit, fortfarande för lite för att driva en högtalare, men eftersom jag tycks ha 5000 i gain till förfogande kanske jag skulle satsa på stabil förstärkning vid 1/B=500?

Vi får se, nu ska jag laga mat och gå och lägga mig.

MVH/Roger

[Borre]

Du som är en jävel på Eagle, kan jag ändra projektnamnen utan vidare?

Jag är lite orolig för att patharna för filerna inte kommer stämma så att allt havererar, samtidigt ogillar jag projektnamnen.

T.ex kallar jag mitt livs första projekt "test" varvid jag sen skapar KTA.sch och KTA.brd samtidigt som alla projektfiler inklusive Gerber hamnar i "test" men jag skulle alltså vilja att projektet också hette KTA...

MVH/Roger

Ja det ska du kunna göra. Fast jag skapar aldrig nytt projekt, jag skapar nytt schema och utifrån det board-fil och sparar det i mappar med lämpliga namn.

[Spisblinkaren]

Jag tackar för att du svarar på detta!

Det kommer ge mig lite ordning bland alla projekt(namnen).

Mycket roligt!

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Mera mätdata.

Önskar jag visste vad jag gjorde

f(UG, C1=10nF)=11kHz, 1Vpp, Sin
f(UG, 22nF)=10kHz, 40mVpp, Sin
BW(UG, 47nF)=10kHz
OUT(UG, 47nF, 1kHz)=<2Vpp@Sin, 4Vpp@Tri, Mat=8,5V

Ib(UG, Rf only)=4nA(!)

BW(1/B=1001, 47pF)=23kHz
OUT(1/B=1001, 47pF, 1kHz)=6Vpp@Sin, 7,2Vpp@SQR, Mat=8,5V, Uo(Bias)=4,2Vdc
Klipper först neråt och nära dom 7,2Vpp
Av(1/B=1001, 47pF)=210

BW(1/B=1001, 22pF)=39kHz
BW(1/B=1001, 10pF)=58kHz
Av(1/B=1001, 10pF, 1kHz)=470(!)
OUT(1/B=1001, 10pF, 1kHz)=6,4Vpp@Sin, 7,4Vpp@SQR, Mat=8,4V
Klipper neråt efter 6,4Vpp (Uo(Bias)~sso).
SR(1/B=1001, 10pF, 1kHz)=5V/5us=1V/us

Ny GBW-beräkning: 58kHz*470=27MHz

Observera att jag alltså har en förstärkning på lite knappt 500ggr vid en bandbredd på nära 60kHz!

60kHz är f.ö idealiskt vad beträffar bandbredd då man kan visa att signalen då bara är dämpad 0,5dB vid en 3 gånger lägre frekvens dvs 20kHz.

500 gånger säg 10mV för gitarrmikrofonen blir sedan 5V ut till högtalaren (när KTA driver den).

Jag är förvånad över hur bra det blev och således väldigt nöjd

Det enda som är trist är att kompensationskondingen (C1) måste skräddarsys för varje val av förstärkning MEN jag har nu alltså lyckats få den stabil även vid UG (C1=47nF).

MVH/Roger
PS
I morgon ska jag prova att eliminera offset-potentiometern, detta kommer ge mer slingförstärkning så det kan hända att 10pF då inte räcker för stabilitet vid 1/B=1001. Samtidigt är jag lite orolig för att en eliminering av potten gör så att utgångsbias blir alltför sned (ty hög förstärkning av offset).

[Spisblinkaren]

Slew-Rate blev dock inte världens bästa, 1V/us bara.

Maxamplitud hos en signal som inte ska distas pga SR kan räknas ut enligt:

SR>wA [V/s]

där w är vinkelfrekvensen och A amplituden hos utgående signal.

Så om jag vill ha A~5V och w(max)=2*Pi*20E3 så blir SR-kravet:

SR>0,6V/us

Men det funkar ju

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Lite effekttester:

Vid 4 Ohm's last (och 3,3mF i serie ner till Vss) samt stabil 9V från aggregat får jag:

7Vpp@1kHz, ~Sin

Tappar alltså bara 2 Volt även vid tuff last (Miam's/RoPa's trick ännu ej testat).

MVH/Roger
PS
Märker att vid B=1/1001 så måste offset justeras annars går förstärkaren i taket, 100 Ohm verkar optimalt även om jag önskar jag matchat diff-trissorna för att kunna nyttja ännu mindre offset-pot och därmed högre förstärkning.

[Spisblinkaren]

Summering, dessa kompensationskondingar (C1) behövs:

1/B=1: 47nF
1/B=11: 1nF
1/B=101: ~100pF
1/B=1001: 10pF

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Mera mätresultat

Alla mätningar vid 1/B=1001 och C1=10pF

Un~20mVpp (Brus, BW=60kHz)

Is~3mA (Strömförbrukning, Stand-By)

Uout(max)=7,6Vpp/SIN/1kHz/9,1V Mat/1k+220uF till Vss
Pic1: 0,2ms/2V/5mV
Pic2: Stegsvar, sso, <Uout(max)

Uout(max)=6,8Vpp/SIN/1kHz/9,1V Mat/4 Ohm+3m3 till Vss
Pic3: 0,2ms/2V/10mV
Pic4: Stegsvar, sso, <Uout(max)
Full Power Bandwidth(1,4W i 4 Ohm): 10Hz<f<47kHz (-3dB)
Pic5: 20Hz/10ms
Pic6: 20kHz/10us

MVH/Roger
PS
Skumma störningar av insignalen när man drar ström, är dock tveksam till om detta är relevant. Insignalen är alltså applicerad via en extra spänningsdelare (för annars går KTA i taket vid 1/B=1001) som effektivt har en drivresistans på runt 1k.

För allmän användning av min KTA måste man dels vara beredd på att kompensera optimalt för varje förstärkning men för symmetriskt maximalt utgångssving bör referens-trimmern, som jag valt att hoppa över användas, om bara en förstärkning ska användas duger det dock gott att bara justera offset (med en pot jag framledes alltid kommer ha även om jag vid nästa kort kommer matcha trissorna separat och därmed förhoppningsvis inte behöva en trimpot större än 10 Ohm vilket sedan ger högsta möjliga förstärkning även om det i sin tur kan kräva ännu större kompensationskondensatorer).

[Spisblinkaren]

Så, nu har jag gjort en graf över relativ amplitud, fas och frekvens.

Jag misslyckas dock fatalt med att få till dubbla Y-axlar i Excel, suttit typ 2 timmar med det

Bifogar både bild och xls-fil.

MVH/Roger
PS
Grafen är alltså gjord för 1/B=1001 och 1k+220uF som last.

Jag är osäker på (de högre) fasmätningarna som jag gjort i XY-mod där fasen dock tycks vara positiv så länge figuren lutar in i första kvadranten men sen tror jag att fasen går över 90 grader när den blir rund och passerar vinkelmässigt in i andra kvadranten och att fasen når 180 grader när figuren pekar 45 grader in i andra kvadraten varefter fasen går över 180 grader och når 270 grader när den är horisontell, men detta är bara vad jag tror.

Tror nog plötsligt att det stämmer för säg att den vridigt sig moturs till horisontellt läge (270 grader) då krävs ytterligare 90 grader för att den ska gå runt men då pekar den 45 grader upp i första kvadranten igen (fast med arslet först).

Så varje 45-graders vinkling motsvarar 90 grader.

[Spisblinkaren]

Här är förresten en oscilloskop-bild som visar övergångsdistorsionen (1/B=1001, 10pF, 1k+220uF).

Inte så allvarlig, tycker i alla fall lilla jag

MVH/Roger
PS
Signalen är samtidigt precis klippt, 2V/DIV, 1kHz, 9V Mat

[opampen]

Det är nog ganska mycket distorsion, kan tänka att det skulle kunna vara flera % när det syns på kurvan! Men stegsvaret såg ju bra ut vid 1kHz och liten last. Helt normalt med ringningarna.

[Spisblinkaren]

Trevligt med kommentarer, tack!

Jag tycker distorsionen är konstig för vid låg utström ser signalen nästan perfekt ut.

Vad tror du den beror på (vid hög utström alltså, ~1Ap)?

Jag tror att drivsteget går med för klen ström dvs bara knappt 1mA (får knappt 0,15V över R4).

1A/(Hfe(BD911)*Hfe(BD139))~1A/(40*40)~0,6mA

Så strömmen som levereras till utgångstrissorna är i paritet med vad de minst behöver.

Nu borde Hfe kunna vara både större och mindre men jag har lusläst databladen att ovanstående är minimum.

Känner dock att en strömboost eventuellt kan få fason på hög utgångseffekt.

Det lilla problemet jag känner med det är att totala strömförbrukningen ökar från nuvarande knappa 3mA.

Och det är inte bra ur batterilivslängd-synpunkt.

MVH/Roger
PS
Det är intressant att jag missat drivströmmen med en faktor tre!

Jag kan förresten tyvärr meddela att MiaM's/RoPa's trick inte fungerade för när jag monterade dit lyten (och tog bort kortslutningsbygeln över R5) så fick jag plötsligt fyrkant ut som iofs kanske var nån tiondel Volt högre (innan ombyggnaden var det fin sinus som nätt och jämt gick i taket) och när jag drog ner insignalnivån så kom nåt som knappt liknade sinus ut (1k som last).

[Spisblinkaren]

Såhär ser förresten mitt kort ut nu i detta prototyp-stadie.

Den stora offset-poten med gul ratt kommer permanentas till en liten (och kanske även liten värdemässigt, dvs 10 Ohm ty jag avser manuellt matcha trissorna nästa gång, nu är den alltså på 100 Ohm vilket behövs för den står ganska snett).

När jag gör detta får jag samtidigt en drastisk höjning av gain.

Kompensationskondingen (C1) står nu på sniskan för ordinarie Camenzind-lösning fungerade inte, kondingen är för tillfället lånad av mina Philips Experimentlådor ty jag hade ingen 10pF med långa ben.

Feedbackmotståndet (R13, 1M) blir kvar i "upphöjt läge" (röd kabel) för det underlättar framtida mätningar vid Open Loop (OL) fast då måste jag nog montera kortet i en skärmad låda (för jag har "mycket" hög förstärkning och därmed en del brum nu).

Jag har förresten kompletteringsmätt ner till 1Hz (vid 1/B=1001, Av>400 och RL=1k+220uF) och fasen vrider sig inte mer än c.a 6 grader från 10Hz och neråt, kanske inte riktigt relevant allra längs ner ty 220uF är i serie med 1k ger 0,72Hz som brytfrekvens men annars har KTA inget nollställe.

Jag har experimentellt upptäckt att det helt enkelt inte går att driva ström ut utan kondensator, teoretiskt kan man koppla OUT via högt motstånd till VGND men detta motstånd måste för det mesta vara mycket stort (>10k) ty minsta utgångsoffset ger ström i den högresistiva spänningsdelaren som biaserar Plus (dynamiskt funkar dock laster ner till c.a 1k@>20Hz den vägen).

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Provade precis att byta R4&R6 till runt 40 Ohm (isf 150 Ohm).

Detta ger typ 3ggr högre ström i strömgeneratorn (Q2).

Sen fläskade jag på med 4 Ohm's last igen.

Resltat: Om möjligt ännu sämre kurvform vid 1kHz, typ takfall på toppen av sinusen (trots okej utgångsbias).

Således ingen förbättring, problemet sitter alltså inte i drivningen av sluttrissorna.

Har funderat lite på Klass AB men det har ju sina problem med risk för strömrusning osv samtidigt som dels kortet inte är gjort för det dels håller batteriet ännu kortare tid.

Mycket av det här projektet har ändå varit tillfredsställande, jag fick hög förstärkning (tillräckligt i alla fall för att driva en högtalare från MIC-nivå dvs Av>400@1/B=1001), jag fick hög bandbredd (närmast idealisk bandbredd dvs 60kHz), jag kan driva högohmiga (>1k) laster mycket tillfredsställande med schysst stegsvar men jag lyckas alltså inte driva lågohmiga laster utan att få ganska mycket distorsion.

Så två av tre viktiga parametrar blev bra.

Jag lägger nu detta projekt åt sidan och betraktar det som ganska misslyckat ty vitsen var just att projektet skulle utgöra en Effekt-OP

MVH/Roger
PS
Om jag inte är helt ute och cyklar kan man beräkna GBW som >400*60kHz=24MHz.