2 x 30W for en tusenlapp

[jane]

2 x 30W for en tusenlapp, eller kanskje litt mer.

Da snakker vi selvfølgelig solidstate, for å være spesifikk LM3886 [1].

En veldig enkel kretsløsning, som foruten LM3886 består av en volumkontroll, noen motstander, en spole og et par-tre kondensatorer. LM3886 kan i følge databladet [1] gi 50W kontinuerlig i 8 ohm, har en båndbredde på langt over 100kHz og THD langt nede i null komma null ett eller annet og en pris på ca hundrelappen.

Så da er det bare å bestemme seg for et par sentrale ting: a) Gain, altså hva følsomheten på inngangen skal være for å gi en gitt utgangseffekt, b) Maks utgangseffekt.
Tittelen på dette innlegget tilsier 30W og en gain på rundt 15x er et godt utgangspunkt. Det betyr at 1V inn gir 15V ut, noe som tilsvarer 28W i 8 ohm.

For å starte med det siste så er det motstandene Rf og Ri som bestemmer gain, G=1+(Rf/Ri) og hvis man velger disse til 18k og 1k2 gir dette G=16x

Utgangseffekten bestemmer kravene til strømforsyningen. Ved Po=30W kan vi enkelt finne hvor mye strøm og spenning som må leveres.

Peak strøm/spenning ved 30W:
Upeak = SQRT(2*30*8 ) = 22V
Ipeak = SQRT(2*30/8 ) = 2.8A
Irms = Ipeak/(SQRT(2) = 2A

Eventuelt dobbel så høy strøm hvis begge kanaler peaker samtidig.

Udrop er oppgitt i databladet til 4V (svaret på det meste star der) og dette er en dødspenning som må plusses på forsyningsspenningen.
Ucc = Upeak + Udrop = 22V + 4V = 26V
Det tilsier at strømforsyningen må levere +/-26V.

Krav til strømforsyningen blir da: 2x26V @ 2A rms per kanal.
Dette tilsvarer en sekundærspenning ut fra trafoen: Usek = 26V / SQRT(2) = 18.5V
Effekten som trekkes fra trafoen ved full guffe blir da 1.4 x (Vdc x Idc + (2 x Idc))=300VA [2]. Gjennomsnittelig trekkes langt mindre effekt så en 200VA kan være passende.

Det nærmeste jeg finner hos ELFA er en ringkjerne på 18+18V/200VA. Denne har følgende karakteristikk:
Uo = 2 x 19.6V
U = 2 x 18V (100+100VA)
Beregnet Rdc = (19.6V-18V) / (100VA/18V) = 0.29 ohm

Ovenfor er komplett skjerma til strømforsyningen. Årsaken til at det er valgt 2 elektrolytter per side er å redusere ripple per elektrolytt og å senke den totale indre resistansen i kondensatorene.

En mer eller mindre komplett deleliste ser slik ut:

[b]1 x Trafo ringkjerne 56-125-69     392.00 392.00	
1 x Likeretterbro SB252 70-070-16    27.30  27.30
4 x Eletrolytt 4700u/35V 67-541-05	  20.90  83.60
2 x LM3886TF 73-267-28	        99.40 198.80
1 x Potmeter stereo 50k 64-145-28 	  94.60  94.60
2 x Motstand 1k2 1/2W 
2 x Motstand 18k 1/2W
2 x Motstand 10R 5W
2 x Elektrolytt 10u/25V
2 x Spole 0.7uH
4 x HF avkoblingskondensatorer

Total: ca 800,- + MVA  [/b]

Delenummer og pris, hvor det er nevnt, er hentet fra ELFA.

I tillegg:
Chassis, nettbryter, indikatorlampe, sikringer, sikringsholdere, IEC-nett-tilkobling, evt inngangsvelger, pluss annet småtteri.

En spole på 0.7uH hvor skaffer man det? Man vikler den selv. Som spoleform brukes en 5W motstand, type AC05 hos ELFA, denne er oppgitt til en diameter på 0.7cm og tråden jeg bruker har en diameter (med isolasjon) på ca 1mm. 15-16 tørn gir rundt 0.7uH

Jeg får se neste år, det hadde vært gøy å bygge den og finne ut hva som evt bor i en slik løsning.

Jan E Veiset

[1] LM3886 datablad: http://www.elfa.se/pdf/73/733/07338866.pdf
[2] Transformer VA calculations: http://www.atc-frost.com/products/design/va.htm

 

[Rhesus]

Er du snill gutt får du prøver på LM3886 hos National gratis.

 

[AAaF]

Gjorde dette som eit fort og gale prosjekt for ca 6-7 år sidan. Liknar veldig mykje, men det var langt mindre veldimensjonert og gjennomtenkt. Kjører på 25VAC(34V DC e. likerettar)/160VA/2x10.000µF noko som skulle gi omtrent 2x50W ved 8 ohm, men minimumslast på 6 ohm sidan forsyningsspenninga er såpass høg. Det endte sjølvsagt med at 4 ohm høgtalarar blei kjøpt, men det har blitt spilt høgt, hardt og lenge (5 timar i strekk i eit bryllup av alle ting) og det har fungert upåklageleg. Det fungerar den dag i dag, noko som utvilsomt visar at ICen er bra saker konstruksjonsmessig.

Det kan nemnast at eg har relativt god kjøling då krinsane er montert i kabinettbunnen (LM3886 bør ha god kjøling og dette er difor ein post som kjem i tillegg til regnskapet over, fort vekk 2-300kr) Kabinettet består av ein U-profil som er ca 6mm tykk med ei knekt plate over som lokk. Ein slik profil kan du fort vekk få som skrap der dei arbeidar i aluminium, og det sparar ein mykje penger, plass og bryderi på. Ein liten geni-strek om eg så må sei det sjølv Men sjølv med denne kjølinga blir heile kabinettet ca kroppstemperert ved tomgang. Totalt er vel forsterkaren ein massiv klump på ca 30x5x13cm(BxHxD)

Når det gjeld lydkvalitet har eg heller ikkje noko å utsette på den, men eg har ikkje testa den særleg inngåande og det er lenge sidan eg testa med ein bra høgtalar. Overraska definitivt positivt kan eg minnast på eit par Patos Lyric med 2x8". Fin og ørevennleg lyd.

Og krinsane var sjølvsagt samples frå National som takka veldig mange gonger for at dei fikk lov til å sende dei gratis til meg

 

[bambadoo]

Hadde også komplett sett med deler (og print) til et slikt prosjekt. Fikk aldri realisert det og det ble solgt. Nå har jeg imidlertid 2 stk. lm3886 forsterkere brukt som bassforsterkere til høyttalerene mine. De sparker fra de..

 

[jane]

LM3886 bør ha god kjøling og dette er difor ein post som kjem i tillegg til regnskapet over, fort vekk 2-300kr

Kjøling ja, det er for så vidt et interessant tema.
Det første man må avklare da er hvor mye effekt det er å lede bort. I en typisk klasse AB push pull forsterker vil maks kjølebehov oppstå ved omtrent halv utgangseffekt. Og som vi ser at grafen under, så er LM3886 ikke spesiell i så måte:

Avgitt effekt er avhengig av forsyningsspenningen og momentan utgangseffekt. De ulike kurvene topper seg ved omtrent halv effekt. I dette tilfellet (Vs=~26V) er maks avgitt effekt til omgivelsene omtrent 20W per kanal.

Hvor mye kjøling som må til bestemmes av a) termisk resistans og b) maks temperatur. Hva som skjuler seg bak begrepet termisk resistans er hvor mange grader temperaturen stiger per watt (C/W). Alle kjøleprofiler har oppgitt en termisk resistans og hvis vi monterer kretsen direkte på kjøleprofilen på en måte som ikke medfører tap så kan vi beregne temperaturen ved en avgitt effekt. Imidlertid vil koblingen mellom kjøleprofil og krets også ha en eller flere termiske resistanser og den endelige verdien man må bruke ligger alltid høyere enn selve profilens termiske resistans.

Hvor høy maks temperatur vi ønsker er det andre spørsmålet. De fleste elektronikk-komponenter trives best ved lav temperatur og høye svingninger i temperaturen er sjelden av det gode. Et mål i dette tilfellet kan være maks 20 grader over romtemperatur, altså rundt 45 grader.

Tar vi utgangspunkt i dette ser vi at 20+20W ikke skal føre til en temperaturøkning på mer enn 20 grader, det tilsvarer 20grader/40W = 0.5C/W, eller 1C/W per kanal.
Hvis vi velger to profiler som hver har en termisk resistans på 1C/W og anslår at overgangsresistansen mellom krets og kjøleprofil er 0.2C/W vil total termisk resistans ligge på 1.2C/W, det indikerer at temperaturen stiger med 20watt x 1.2C/W = 24 grader ved maks omsatt effekt i kretsen. Litt over målet på 20 grader økning, men kretsene omsetter neppe maks effekt kontinuerlig, så dette er i alle fall et brukbart utgangspunkt.

Alt dette er sikkert kjent stoff for mange, det er egentlig mest for min egen del jeg frisker opp litt rusten kunnskap..

Jan E Veiset

 

[cobra]

2 x 30W for en tusenlapp, eller kanskje litt mer.

Da snakker vi selvfølgelig solidstate, for å være spesifikk LM3886 [1].

Jeg bygde for ikke lenge siden noe liknende selv. Jeg kjøpte printkort fra ChipAmp i usa (www.chipamp.com). Jeg kjøpte to stereo-PCB-set (ca $50 inklusive frakt). På denne måten fikk jeg dual mono med to parallelle LM3886. Jeg har en solid strømforsyning med 2 stk 300W ringkjerner, og 20 000 uF (en 10 000 uF per rail) per kanal.
Måtte gjøre noen små justeringer for å kjøre parallell i stedet for stereo for stereokit'et. Men det funket fint. Jeg fikk for en tid tilbake en kasse med komponenter fra en elektronikkbedrift, og da kunne jeg matche komponentene innenfor 0.1%. Det var nok til at jeg fikk god balanse mellom de parallelle chip'ene. (Det er nemlig VELDIG viktig for at dette skal funke skikkelig)
Så nå har jeg en forsterker som kan levere kontinuerlig 50 watt i 8 ohm, 100 watt i 4 ohm og 136 watt i 2 ohm, med en peak på over 200 watt i korte øyeblikk. Jeg hadde noen 4 ohms høyttalere, så jeg ville ha en forsterker som ikke gispet etter luft om høyttalerne ble tunge.
Den låt helt til for kort tid siden, helt fantastisk. Men jeg tror jeg har en dårlig lodding et sted. Den høres nemlig nå ut som om jeg har fått selvsving i en av chip'ene. Diskanten er veldig hard. Før var den silkemyk og såpass bra at jeg uten å svelge veldig mye klarte å erstatte Audio Note'n i anlegget. Jeg gjorde noe som ikke står i noen tegninger : Jeg loddet fast en 220 pF kondis over + og - inngangene på chipene. Denne hindrer selvsving. Men det virker som de ikke funker lenger... Får se om jeg får gjort noe i jula...
Om noen er interessert i mer detaljert beskrivelse av bygget, så er det bare å si fra.

 

[OivindJ]

@JanE

Hvor mye tror du 40-50 gode klasse-a watt, med en inngangsimpedanse på rundt 100kohm, måtte ha kostet? (SS)

 

[jane]

@JanE

Hvor mye tror du 40-50 gode klasse-a watt, med en inngangsimpedanse på rundt 100kohm, måtte ha kostet? (SS)

Du må ikke la deg lure av at jeg for øyeblikket tilsynelatende prater om solid state som om jeg skulle ha greie på hva jeg snakker om -- det har jeg ikke og jeg kan dessverre ikke svare deg.

Jan E Veiset

 

[cobra]

@JanE

Hvor mye tror du 40-50 gode klasse-a watt, med en inngangsimpedanse på rundt 100kohm, måtte ha kostet? (SS)

ChipAmp selger faktisk også en versjon av PassLabs' Aleph 30 Watt single-ended transistor-kit.
Men da bare PCB'ene. men alle delene fåes hos Elfa. 2 power-pcb'er og 4 output-PCB'er koster ifølge hjemmesidene deres $23 inkl frakt.

 

[OivindJ]

Ellers så vil vel meste parten av disse 150w pluss greine på bruktbørsen(de fine merkene) for det meste operere i klasse-a når en ikke trenger så mange wattene?

 

[jane]

Hvorfor ønsker du klasse A? Når det gjelder rørkonstruksjoner kan det være noen gode grunner til å velge klasse A men de samme argumentene er ikke nødvendigvis gyldige når det kommer til SS..

Jan E Veiset

 

[OivindJ]

Ønsket om å være litt sær kanskje

 

[Cobra2]

Hvorfor ønsker du klasse A? Når det gjelder rørkonstruksjoner kan det være noen gode grunner til å velge klasse A men de samme argumentene er ikke nødvendigvis gyldige når det kommer til SS..

Jan E Veiset

Det er heldigvis lov å være uenig 8)
(men 30W klasse A blir GARANTERT dyrere....)

Arne K

 

[Rhesus]

Jeg lagde et par gitarforsterkere basert på 2xLM3875, lillebror til 3886. Jeg dro på med litt strømtilbakekobling, med potmeter, for å øke utgangsimpedansen variablet til 20 ohm ca. Effektfullt. Fikk litt sånn pentode uten feedback feit lyd.

Det er egentlig noe jeg kunne tenkt meg å prøve i hifi-sammenheng. Jeg har lagd en del forsterkere, og noen som har fått gode skussmål i bassen, 'slam' osv, har hatt relativt høy utgangsimpedans. (2-3 hundre milliohm). Derfra er det jo nærliggende å teste en med variabel utgangsimpedans, si sånn 50mOhm-2Ohm.

 

[jane]

Derfra er det jo nærliggende å teste en med variabel utgangsimpedans, si sånn 50mOhm-2Ohm.

Det var på moten for 50 år siden. Blant annet hadde EV (Electro Voice) forsterkere med variabel Zo og gjorde et stort poeng ut av det. De hadde egne referansetabeller for hvordan den ene eller den andre høyttaleren matchet en gitt Zo (og EV hadde selvfølgelig en forsterker som matchet de alle).

Over tid og nå for tiden spesielt virker det som målet er så lav Zo som mulig, noe som bør tilsi at høyttalere har blitt spenningsstyrte bokser. Om dette gjelder alle høyttalere kan diskuteres men siden Zo på forsterkersiden har krøpet nedover og nedover vil jeg tro produsentene av høyttalere har tilpasset seg den virkeligheten.

Når det er sagt så er ikke ideen forkastelig. Jeg har selv forsterkere med Zo ~2ohm som låter aldeles fortreffelig, så sånn sett så er jeg ikke sikker på at lav Zo alene forteller noe om hvor god en forsterker måtte være, eller hvor godt en forsterker passer sammen med en gitt høyttaler.

Jan E Veiset

 

[Rhesus]

50 år siden , haha.

Det funka til gitar i alle fall. Hvis jeg noen gang skal lage meg et par åpen baffel subwoofere så tror jeg det blir en slik løsning for å dra opp Qen til 0.7 med justerbar utgangsimpedans.

 

[roffe]

For dem som trenger litt mer effekt, så vil jeg tipse om denne:
http://www.national.com/mpf/LM/LM12CL.html#General Description

En gammel, men god krets som jeg har bygget stereoeffekttrinn med for mange år siden. Har effektforsterkeren fortsatt, og den yter overraskende bra.

Vil sitere fra specen:

The LM12 is a power op amp capable of driving ±25V at ±10A while operating from ±30V supplies. The monolithic IC can deliver 80W of sine wave power into a 4 load with 0.01% distortion. Power bandwidth is 60 kHz. Further, a peak dissipation capability of 800W allows it to handle reactive loads such as transducers, actuators or small motors without derating. Important features include:

* input protection
* controlled turn on
* thermal limiting
* overvoltage shutdown
* output-current limiting
* dynamic safe-area protection

Koster noe mer, (654 kr på Elfa), men siden den er beregnet til å styre vanskelige reaktive laster, så har den morsomme egenskaper. 800W peak er jo ikke så verst. Den er også bortimot umulig å drepe.

Nåhvel... Det var ikke meningen å kuppe denne tråden, men jeg er litt glad i denne kretsen.

 

[Ronny_D]

For dem som vil ha ett eksempel, trafo's litt underdim: