Mätförstärkare, en halv Watt

[YD1150]

Varför har du en darlingtontransistor som T4? Något speciellt skäl till det?
I(D1) är ju bara på 5mA så någon större strömförstärkning behövs ju inte.

[Spisblinkaren]

För det första älskar jag symmetrier.

För det andra så är spänningen över R7 nära nog 1,6V (om R5 trimmas) vilket är samma som baspotentialen hos T3 (med det resulterande låga spänningsfallet, och därmed tappet, över R10).

Detta gör att jag kan välja samma emittermotstånd (med lika litet tapp) och nära nog få utgångssteget i balans även utan återkoppling.

Jag inbillar mig nämligen att om man gör så mycket det går för att få sakerna att fungera även utan återkoppling, ja då behöver inte den mirakulösa återkopplingen jobba så mycket.

Men ärligt talat vet jag egentligen inte vad jag pratar om

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Lite finputs.

J5 går bort för det är ok att hela tiden lasta utgången (>10k).

TP6&7 har tillkommit.

Utgångstrissorna T8&9 är omkastade map typ.

J1&4 är lite onödiga men ger sann OP-känsla

Jag är sugen på att kappa R9 med 1000uF men tror inte det ger så mycket dels för att det är lite lönlöst att minska ner sving-tappet enbart map det positiva svinget dels för att 0,2V kan trimmas mha R5 för antingen parallellar man 120 Ohm med nåt eller så testar man sig fram och köper ett motstånd ur högre E-serie.

Dessutom, om jag inte manuellt matchar T5&6 så kommer spänningen över R9 variera så det blir ändå lite custom design där.

Offset-justering kan f.ö alltid göras externt även om en liten säg 100R-trimmer i emitterkretsen hos diffsteget också kan lösa det nu när OP'n inte är integrerad

Om vi ändå tittar lite på vad en kondensator över R9 kan göra (nu när desss spänning är såpass osäker):

Generellt har vi att spänningsförstärkningen hos ett GE-steg är:

\(Av=(-)\frac{hfe*Rc}{Rs+hie+(hfe+1)Re}\)

som pga att hfe>>1 och Rs>>hie (kanske inte riktigt är sant i vårt fall men vår källresistans, Rs, är runt 2k) kan skrivas som

\(|Av|=\frac{hfe*Rc}{Rs+hfe Re}\)

Nu har vi två fall:
1) Ingen kondensator (dvs Re gäller)
2) Kondensator (dvs Re=0)

Jag har fått lära mig att en strömgenerator med Re kan ha utgångsresistans i området Megaohm (har tom räknat på det nån gång) så säg att Rc=1M.

Nu har mina darlingtons (BC517/516) hfe runt 30000

30000*Re är numera 30000*39~1,2M som är mycket större än Rs dvs Av(Re) hamnar på Rc/Re.

1M/40 blir då 2500, som inte stämmer alls för jag uppmätte typ 200

Fast här är nog effektiv Rc nåt helt annat än T3 då utgånstrissorna ju surplar ström.

I fall två blir förstärkningen hfe*Rc/Rs dvs 30000*1M/2000 vilket ju heller inte stämmer

Men kanske man ändå kan dra slutsatsen att förstärkningen ökar med kondensator?

Och om man är en OP-nörd vill man ju ha så mycket förstärkning det går för att sedan feedbacka ner den så att precisionen hos Av (nära 1/B där B står för Beta och därmed återkopplingen) vid speciellt DC är stor.

Fast jag ogillar stark motkoppling för är det nåt jag lärt mig av alla rörbyggen så är det att dels har man inte så mycket BF att tillgå, dels låter det illa

Så förutom att spänningsfallet över R9 (och därmed det positiva tappet) kommer variera något (om man inte trimmar R5) så är jag nu nöjd med lösningen.

Får bara se om jag orkar bygga den på annan större labbplatta

MVH/Roger

[lillahuset]

Fast jag ogillar stark motkoppling för är det nåt jag lärt mig av alla rörbyggen så är det att dels har man inte så mycket BF att tillgå, dels låter det illa

Du och Matti Otala då...
https://duckduckgo.com/?q=matti+otala+tim&t=lm
https://en.wikipedia.org/wiki/Audio_power_amplifier
https://fi.wikipedia.org/wiki/Matti_Otala
Näe, jag kan inte heller läsa finska men han fanns inte som artikel på vare sig svenska eller engelska wikipedia.

[Spisblinkaren]

Man kan i alla fall säga att hög motkoppling (BF) sällan, för att inte säga aldrig, behövs.

Och detta helt enkelt för att man inte behöver den precisionen.

Det enda man egentligen får med hög BF är stabilitetsproblem!

Sen att det låter illa med hög BF så står jag för vad jag säger men mest för att liten BF låter helt okej (i alla fall när det gäller rör).

Jag tycker det är lätt att förblindas av den höga råförstärkning (F) en godtycklig OP ger.

100dB är inte ovanligt.

Och ju mer desto bättre tycks mentaliteten vara.

Men jag håller inte med

MVH/Roger

[superx]

En sak som återkoppling bidrar med är att minska konstruktionens beroende på transistorernas individuella variation (även sådan som beror på temperatur). Med OP-kopplingar bestäms förstärkningen som bekant nästan enbart av motståndsvärden. Detta tror jag är svårt att få till utan återkoppling!

Om man t.ex. ska producera många mätförstärkare, och det för jämförelsens skull är viktigt att dessa har samma förstärkning, då är nog motkoppling ändå ett bra alternativ.

[Spisblinkaren]

Jag ska erkänna att det här med individuell variation speciellt map temperatur var nåt jag inte tänkte på (i rörsammanhang är ju det liksom passe' )

Men jag undrar hur stor inverkan normalt temperaturspann egentligen har.

Jag menar, inomhustemperaturen är max 15-25 grader...

Den andra variationen (hfe, antar jag) kan kontrolleras helt enkelt genom att varje individuell design uppmäts map F.

Och när F är låg nyttjar man helt enkelt hela formeln för motkopplad förstärkare dvs

\(A_v=\frac{F}{1+BF}\)

Så även med begränsad F kan man få precision.

När F är mycket stor (typ för alla kommersiella OP) reduceras formeln till

\(A_v=\frac{1}{B}\)

För BF är då i praktiken alltid mycket större än 1.

Nu har man emellertid fått lyxen att förstärkningen enbart bestäms av den resistiva återkopplingen B.

Och här är det mycket tydligt att det superx säger är fullkomligt sant (för F kan nu variera utan att det betyder nånting).

Men begränsad F och därmed BF funkar också bra under den lilla förutsättningen att i det fallet måste F vara känt för att få samma precision (samtidigt som F tyvärr varierar men statisk variation, om man säger, kan elimineras mha uppmätning av F).

Kort och gott, hög BF behövs inte!

MVH/Roger
PS
Om man medkopplar en förstärkare ändrar första Av-uttrycket tecken i nämnaren. Vid BF=1 har man då en singularitet som jag antar innebär oscillation. Medkopplingen behöver dock inte vara avsiktlig utan kan ske pga fasvridningar i och utanför OP.

Jag ska erkänna att jag inte riktigt vet vad jag pratar om här. T.ex, hur ska BF komma ner till 1 mha OP? Jag menar, vi vet att Unity Gain Stable är nåt smått unikt. Vid den förstärkningen är dock BF=F och därmed gigantisk. Så varför oscillerar det?

En annan sak jag ogärna erkänner är att jag suger på praktiska elektronikkunskaper

[superx]

Just det! Och i din formel kan man även ana att ev. distorsion minskas av återkopplingen. För distorsionen är på sätt och vis en variation i F som beror på signalnivån.

[Spisblinkaren]

Detta tjat om distorsion (hoppas du inte tar illa upp).

Är det nån i den kommersiella världen som tänkt på hörbarhet vad gäller distorsion?

Nej, alla OP-tillverkare skryter med distorsionsnivåer neråt ppm.

Okej, det är väl bra kan man tycka, men faktum kvarstår.

Örat kan inte uppfatta distorsion under en viss gräns.

Det köttet jag har på benen är att t.ex en 300B SE-förstärkare utan motkoppling genererar c.a 4% THD.

Och tror du dessa audiofiler störs av detta faktum?

Nej, dom älskar sitt ljud (även om distorsionsinnehållet vad beträffar jämna/udda övertoner är annorlunda än för halvledare).

Summa summarum blir ändå att låg distorsion som argument för hög råförstärkning och därmed motkoppling går bort!

MVH/Roger
PS
Även om det elektromässigt är svårt att peka på problemet så är det enkla faktum att låg BF låter alldeles utmärkt ett argument för att hög BF åtminstone inte tycks behövas. Och behövs det inte kanske detta tvång av en förstärkare att göra nåt den egentligen inte vill påverkar ljudkvaliteten negativt. Jag vet alltså inte men det känns så. Detta samtidigt som alla förståsigpåare lätt påpekar om man valt en bra OP eller inte (vilket inte är lika lätt om man byggt den diskret )

[YD1150]

En OP av denna sorten som var den första: http://www.philbrickarchive.org/

[Spisblinkaren]

Underbart!

[lillahuset]

Låg distorsion i OPar är väldigt viktigt i många tillämpningar. Att audiofiler inte tycker det är inte mycket att bry sig om. De är ju avtrubbade av all distorsion i högtalarna.

[Spisblinkaren]

Jag kom på en grej på bussen idag.

Jag har sett det här ur ett ljudreproduktionsperspektiv.

Det finns dock två fall till där mitt resonemang nog inte håller:

1) Ljudinspelning, vill man ha ytterligare distorsion vid inspelningen som sedan adderas vid avlyssningen?
2) Mätsystem, här vill man ju så att säga ligga före distorsionen för annars kan man inte se den

Sen har det också slagit mig att halvledare är ganska olinjära trots allt så en hel del motkoppling är berättigat.

Men jag står fast vid att den mängd motkoppling som i kommersiella OP i dag används, den behövs inte.

Lite, med betoning på lite, är dock nödvändig.

Gäller i princip även rör.

MVH/Roger
PS
Jag ber om ursäkt för min något hänsynslösa framfart

[lillahuset]

Min värld är mätsystem och annat "icke audio". Folk tjatar om över 120 dB utan att ha en aning om vad det är. Leverantörer hävdar 144dB (24 bit) i marknadsföringen och kunderna tror på det. Själv brukar jag hävda att 60dB är hyfsat, 80dB mycket bra. Motkoppling och låg distorsion är viktigt i min värld. Bra signal/brus också. Trots det brukar jag föreslå 3dB eller möjligen 1dB som önskvärd noggrannhet. Och folk fattar inget.

Matti Otala fattade problemet med motkoppling i audioförsärkare, och tydligen rogerk8 också även om han kanske inte hade full koll på teorin. Matti dog tydligen i Augusti. http://www.diyaudio.com/forums/solid-st ... a-rip.html

[Spisblinkaren]

Jag funderar på att göra vissa små uppgraderingar av min mätförstärkare.

Jag håller på och läser en bok av Hans Camenzind "Designing Analog Chips".

Den är nere på en, för en amatör som mig, rätt ointressant substrat-nivå och härjar men den är mycket intressant mellan raderna.

Igår kom jag till avsnittet som han kallat "The Royal differential Pair".

Mycket intressant namn på en mycket användbar koppling.

När jag läste på fick jag reda på att distorsionen i den typ av koppling jag använder (dvs utan emitterresistanser är typ 5% vid 50mV).

Genom att införa små emitterresistanser kommer man ner i 0,1%.

Okej tänkte jag, även om jag är inte så intresserad av distorsion.

Samtidigt har jag gått och lurat på om jag inte ska införa en On Board Offset-justering just där.

Jag har ju lyxen att kunna göra det då förstärkaren ej är integrerad.

Tänkte mig en trimpot på 100 Ohm som då kan offset-justera 100mV vid min ström vilket borde räcka.

Och gör jag detta så händer en enda liten tråkig sak dvs AvDM sjunker något men jag får offset-justering och minskad distorsion, tydligen.

Samtidigt är jag fortfarande inte intresserad av hög råförstärkning så att AvDM sjunker är tom bara bra

Den andra uppgraderingen jag funderar på är att byta BC516/517 mot diskreta BC556/546 istället.

Detta enbart för att de tål högre spänning.

Och att min mätförstärkare bör tåla hög spänning har att göra med att jag vill kunna använda den i min curve tracer (KTT).

Jag har nämligen haft svårt att hitta OP som klarar +/-26V (innan utgångs-Darlington som här kan vara klassisk Klass B).

Nu borde jag kunna kräma på med +/-32V och detta kanske samtidigt med 5A, men jag vet inte

Målet här är dock +/-24V@5A in på DUT (man kan dock kasta om 24V-polariteten med en kopplare också...)

Vad tycker ni, ska jag införa det här eller är det overkill?

MVH/Roger
PS
Jag räknade också ut på bussen att med +/-30V kan jag i grova drag få 100W ut i 4 Ohm. Det enda som behövs är rejäla kylflänsar. Jag vet dock inte vad jag ska ha det till men det är lite intressant