Hva med noen chipamper?

Diskusjonstråd Se tråd i gallerivisning

  • Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    Tja. Høyttalerne står ferdige og jeg holder på å frese ut aluminiumschassiser til to stk doble Hypex NCore 400 og to fire-kanals UcD34MP til å drive dem med. Til de siste må jeg lodde ihop noen inngangsbuffere også. Jeg kjøpte noen LME49740 quad opamp'er til det prosjektet. Da så jeg at LME49740 var end of life hos TI og bestilte like gjerne en haug. Det viste seg også at LM4780 stereo effectforsterker er end of life. Det er "lifetime buy" som gjelder der også. So I did. IC'ene kostet hhv ca en femtilapp og ca en hundrelapp pr stk - skikkelig high end! Nå sitter jeg her med skuffen full av soon-to-be-obsolete IC'er.

    Og da begynner man jo å fundere på ting som "duh, kanskje jeg skal bygge noen chipamper også?" Det er forsåvidt ikke noe nytt i det, ettersom jeg har tenkt på chipamper + SMPSer en god stund, men det kan jo være mulig å bygge noe som er litt mer originalt enn TI's datablad for LM4780. Det kan være morsomt å sette noen foreløpige designparametre som 100 W pr kanal i 8 ohm, minst 75 dB negativ feedback, minst 150 kHz båndbredde, balansert input, max 20 dB gain, støygulv og forvrengning minst 100 dB under normalt lyttenivå, tilnærmet flatt forvrengningsnivå fra 20 Hz til 20 kHz for å matche NC400'ene. Når vi først tenker å bruke IC'er til minst hundreogfemti kroner pr to-kanals forsterkerkort bør det vel være såpass.

    Strømforsyninger finnes hos Connex Electronics, SMPS300RE 300-wattere med +/- 24 V og +/- 15 V. $65 pr stk. Ferdig arbeid.

    Mens vi funderer:
    http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm4780.pdf
    http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/lme49740.pdf
    Connexelectronic SMPS300RE
     
    Sist redigert:

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    Så stor interesse? Jaja, vi får starte litt forsiktig med løsningen fra databladet, da. En LM3886 med 10x gain, 8 ohms last. En kondensator for å sette en tidskonstant for muting ved på/avslåing, ellers nuthin' fancy. Litt forsiktig +/- 25 V forsyningsspenning - den tåler forsåvidt mye mer.

    Capture.jpg


    Jeg bruker TINA TI simuleringsprogram for å kunne bruke TI's egne modeller for IC'ene.
    Først frekvensgangen:

    Capture1.PNG


    Flat som en strek til 100 kHz, -3 dB ved 1 MHz. Heller ingen nevneverdig fasedreining å se i audiobåndet.
    Vi prøver en firkantbølge ved 1 kHz:

    Capture2.PNG


    Ikke mye å klage over der heller. Kanskje hvis vi zoomer inn?

    Capture3.PNG


    En skarp, liten overshoot, men ingen ting å skrive hjem om.

    Hvor høyt kan vi få den til å spille før den begynner å klippe, og hvor stygt blir det når den først klipper?

    Capture7.PNG


    Den kommer til +/- 22 V på utgangene før den klipper, og da klipper den forholdsvis pent med negativ halvbølge først. 22 V peak = 15,6 V RMS, eller litt over 30 W i 8 ohm last med 25 V rails. Det er bare 3 V fra railspenningen. Databladet lover 38 W i 8 ohm med 28 V rails og 68 W i 4 ohm, og det er vel ingen grunn til å tvile på noen av delene.

    Mon tro hvordan fasemarginer og loop gain (dvs negativ feedback) arter seg? Da må vi først lage en slags testkrets hvor vi bryter feedback-loopen og injiserer et signal i den for å måle gain med jordet input. I tillegg setter vi en kopi av hele kretsen på den andre siden av bruddet for å sikre at lastbetingelsene blir riktige. Noen simulerte spoler og kondensatorer med gigantiske verdier sikrer at vi får DC der vi vil ha DC, og ikke noen andre steder.

    Capture8.PNG


    Capture6.PNG


    OK, vi får 0 dB loop gain ved ca 765 kHz. Da har vi fortsatt 77 grader fasemargin før feedbacken går fra å være negativ til å bli positiv. Og ved 20 kHz har vi 32 dB NFB, ned fra 52 dB ved 2 kHz. Så rent bortsett fra at forvrengningsnivået kommer til å øke ganske mange dB med økende frekvens gjennom audiobåndet ser jo dette veldig bra ut.

    Det var kanskje en grunn til at gainclones ble et begrep når man får noe slikt ut av en enkelt IC til en femtilapp eller så.
     
    Sist redigert:

    Dyret

    Hi-Fi freak
    Ble medlem
    31.05.2012
    Innlegg
    2.148
    Antall liker
    1.976
    Sted
    Byen med kråke
    Torget vurderinger
    1
    Hei Asbjørn!
    Det ser jo virkelig ut som du har styr på dette her. Imponert over kunnskapsnivået, og lysten til å skape noe :) Du må bare legge ut mer om dette prosjektet. Har lenge hatt lyst til å finne på noe med chipamp selv, men aldrig fått tid til det.

    Pøs på med informasjon. Dette blir spennende!
     

    VegardW

    Hi-Fi freak
    Ble medlem
    08.02.2007
    Innlegg
    3.426
    Antall liker
    1.419
    Sted
    Kolsås
    Torget vurderinger
    4
    " Så rent bortsett fra at forvrengningsnivået kommer til å øke ganske mange dB med økende frekvens gjennom audiobåndet ser jo dette veldig bra ut."

    Hvor mange db v for eksempel 20 khz tror du? ( Kult prosjekt!)
     

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    Tja, her har vi 52 dB NFB ved 2 kHz og 32 dB NFB ved 20 kHz, så det er rimelig å tippe 20 dB (= 10x) økning i THD+N over den dekaden som et første forsøk.

    Det er ikke riktig så enkelt, ettersom undertrykkelsen av hver enkelt forvrengningskomponent kommer an på NFB ved frekvensen for forvrengningskomponenten, ikke grunntonen. Derfor sier det regnestykket egentlig at den andreharmoniske av en grunntone ved 1 kHz undertrykkes med 52 dB, mens den andreharmoniske av en grunntone ved 10 kHz undertrykkes med bare 32 dB og blir 10x høyere hvis alt annet er likt. Men det er det jo ikke.

    Simuleringsmodellen har ikke god representasjon av ulineariteter, så vi får ikke mye hjelp der heller med dette spørsmålet.

    Heldigvis har databladet svaret for oss:

    Capture.PNG


    Negative feedback in audio amplifiers: Why there is no such thing as too much | EDN
     

    Armand

    Bransjeaktør
    Ble medlem
    13.08.2005
    Innlegg
    1.582
    Antall liker
    2.294
    Sted
    Kongsberg
    Jada, det er fint på simuleringer. Men hvordan er det i praksis? Nytter ikke så sitte foran skjermen å lage forsterkere. Jeg har loddet sammen slike forsterkere før og de oscillerer alle sammen. Bare drit.

    Fikk jeg noen på limpinnen? Har pulsen økt? :) Jeg er selvfølgelig helt enig med Asbjørn at det er helt nødvendig og også gøy og simulere kretsløp. Supert at han deler sine simuleringskunnskaper med oss. Kult med TINA er at det er helt gratis også.
    Vi venter på fortsettelsen.
     

    Sluket

    The One and Lonely
    Ble medlem
    11.08.2006
    Innlegg
    41.573
    Antall liker
    49.893
    Torget vurderinger
    14
    Hvorfor så mye effekt?
     

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    #1. Too Much Is Not Enough.
    #2. If In Doubt, Double It.

    Men den egentlige grunnen var å skissere noen designparametre som gjør øvelsen litt mer krevende enn bare å bygge etter skjemaet i databladet. :)
     

    oen

    Overivrig entusiast
    Ble medlem
    09.03.2010
    Innlegg
    908
    Antall liker
    860
    Godt å se noen på forumet med teorien i orden.
     

    Sluket

    The One and Lonely
    Ble medlem
    11.08.2006
    Innlegg
    41.573
    Antall liker
    49.893
    Torget vurderinger
    14
    #1. Too Much Is Not Enough.
    #2. If In Doubt, Double It.

    Men den egentlige grunnen var å skissere noen designparametre som gjør øvelsen litt mer krevende enn bare å bygge etter skjemaet i databladet. :)
    Ikke ubetinget enig. Med smultringer, ja - men med mer eksotiske saker så er det hverken nødvendig ELLER ønskelig. 15-20W med ultralave THD data f.eks.
     

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    Jada, det er fint på simuleringer. Men hvordan er det i praksis? Nytter ikke så sitte foran skjermen å lage forsterkere. Jeg har loddet sammen slike forsterkere før og de oscillerer alle sammen. Bare drit.
    Oscillerer som en ocelot, var det noen som sa om prosjektet sitt. Dette må jo bare ende med at den magiske røyken slipper ut av kretsene.

    Men du har et poeng der. Vi simulerte oss nettopp frem til 77 grader fasemargin i 8R last, men databladet tilsier noe sånt som 60-65 grader. Noe er litt optimistisk her. Det mest opplagte er at det ikke finnes ideelle komponenter som bare er en resistor eller kondensator. De vil ha litt parasittisk induktans, kapasitans og resistans alle sammen. Dessuten vil alle ledninger og traces også tilføre litt LCR. Ideelle koblinger finnes heller ikke utenfor simuleringsmodellene. Kretsen bør ha litt sikkerhetsmargin.
     

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    Regner med du har pløyd gjennom hele denne tråden for litt inspirasjon? :)
    Modulus-86: Composite amplifier achieving <0.0004 % THD+N. - diyAudio
    Absolutt. Hjemmesidene hans også:
    Taming the LM3886 Chip Amplifier
    Modulus-86 Rev. 2.1: Composite amplifier achieving 0.000067 % THD.
    Har selv vært inne i et par av de andre trådene på diyaudio.

    Dessuten fikk denne dingsen meg til å begynne å tenke litt:
    https://benchmarkmedia.com/products/benchmark-ahb2-power-amplifier
    https://benchmarkmedia.com/blogs/ap...radical-approach-to-audio-power-amplification
    Patent US4523152 - High-efficiency feedforward-error-correction amplifier - Google Patents
    Patent WO2010099349A1 - Low dissipation amplifier - Google Patents
    De sier "uses feed-forward error correction to eliminate the distortion that is normally produced by the output stage". Hmm.
     

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    Ikke ubetinget enig. Med smultringer, ja - men med mer eksotiske saker så er det hverken nødvendig ELLER ønskelig. 15-20W med ultralave THD data f.eks.
    Du har selvsagt rett. Selv trenger jeg kanskje fire kanaler med 10 W og fire med 5 W til høyttalerprosjektet mitt. Det vi egentlig skal frem til her er et chipampdesign med nøstede feedbacksløyfer for å nå 0,0000x % THD rundt 1 W output. En ganske stor effektreserve vil bli et biprodukt, selv om det ikke vil være vanskelig å strupe det ned litt. Sånn som skissen ser ut nå vil du definitivt ikke høre den nærme seg klipping.

    Det hadde selvsagt vært mulig å kjøpe en haug med ferdige kretskort fra Neurochrome i stedet, men det er morsommere å se om det er mulig å få det til selv. I prinsippet burde det være mulig å slå Mod-86 på en del parametre, men TomChr har lagt ned flere år med optimering i den kretsen, så det er en ganske høy standard å prøve på.
     

    Midas

    Bransjeaktør
    Ble medlem
    07.01.2015
    Innlegg
    1.060
    Antall liker
    767
    Sted
    Stavangerområdet
    Følger denne tråden med spenning!

    Jada, det er fint på simuleringer. Men hvordan er det i praksis? Nytter ikke så sitte foran skjermen å lage forsterkere. Jeg har loddet sammen slike forsterkere før og de oscillerer alle sammen. Bare drit.
    Oscillerer som en ocelot, var det noen som sa om prosjektet sitt. Dette må jo bare ende med at den magiske røyken slipper ut av kretsene.

    Men du har et poeng der. Vi simulerte oss nettopp frem til 77 grader fasemargin i 8R last, men databladet tilsier noe sånt som 60-65 grader. Noe er litt optimistisk her. Det mest opplagte er at det ikke finnes ideelle komponenter som bare er en resistor eller kondensator. De vil ha litt parasittisk induktans, kapasitans og resistans alle sammen. Dessuten vil alle ledninger og traces også tilføre litt LCR. Ideelle koblinger finnes heller ikke utenfor simuleringsmodellene. Kretsen bør ha litt sikkerhetsmargin.
    60-77 graders fasemargin burde jo i prinsippet holde. Av nysgjerrighet: Har du prøvd å simulere med lavere last, eventuelt en rudimentær høyttalermodel som gir den komplekse lasten som en høyttaler gir?
     

    KJ

    Hi-Fi freak
    Ble medlem
    10.10.2004
    Innlegg
    9.555
    Antall liker
    1.131
    For mye flis?

    Brokoblet komposit-forsterker med 49740 som differensiell inngangsbuffer og driver + mulighet for massiv paralellkobling av 4780 i tilfelle litt lav last?

    Douglas Self snekra for noen år siden en effektforsterker av et utall parallellkoblede 5534. Noe liknende kan muligens gjøres med en liten skokk 49740?

    mvh
    KJ
     

    Sluket

    The One and Lonely
    Ble medlem
    11.08.2006
    Innlegg
    41.573
    Antall liker
    49.893
    Torget vurderinger
    14
    Asbjørn, du som er så rask i kalkulatoren - jeg kjørte nettopp et testkutt her nå med bredbåndet musikk, og observerte peaker på 275W for området under 180Hz, og 15W for området 180 - 600 Hz. Samtidig selvsagt Hvordan ser effektreduksjonen ut for området OVER 600 Hz? Her får jeg ikke målt effekt samtidig.
    Følsomheten for de to målte områdene er tilnærmet identisk, men med 4-5 dB høyere på det ikke-målte området. Du har vel formelen på speed-dial på Texas Instrument'en? :D

    Jeg tror vi er under 1W.
     

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    60-77 graders fasemargin burde jo i prinsippet holde. Av nysgjerrighet: Har du prøvd å simulere med lavere last, eventuelt en rudimentær høyttalermodel som gir den komplekse lasten som en høyttaler gir?
    Det burde holde, ja. Det er også mulig å designe for lavere fasemargin enn det, f eks 45 grader. Den magiske røyken begynner først å lekke ut når feedback-nettverket gir 180 grader fasedreining og positivt gain samtidig. Fasemarginen er differansen fra 180 grader ved den frekvensen hvor gainet treffer null. (Gainmarginen er hvor mye negativt gain feedbackkretsen har ved den frekvensen hvor fasen treffer 180 grader.)

    Men stabilitet er ikke en binær greie. Det vil bli overshoot og økende rippel lenge før null grader fasemargin, så 90 grader fasemargin er heller ikke så dumt. Da får man bare et lite avrundet hjørne på firkantpulsen. Problemet med det er at økende stabilitet som regel betyr redusert NFB i audiobåndet. Verdens enkleste måte å øke fasemarginen på er å øke closed loop gain. Da reduserer man samtidig NFB like mye og reduserer båndbredden. Enklest å forstå hvis vi stjeler et bilde:

    figure93lg.gif

    Analog Devices: Analog Dialogue: Ask The Applications Engineer - 22

    Den heltrukne kurven er forsterkerens (opampens) open loop gain A(s). Den er gitt. De to motstandene setter gain, og da bestemmer vi også NFB (= loop gain, LG på tegningen) og båndbredden før avrulling. Det er vist med stiplet strek. Dessuten vil all støy på inngangene bli forsterket med closed loop gain (noise gain = NG på tegningen). For en ikke-inverterende forsterker er noise gain og closed loop gain den samme, mens på en inverterende vil de få ulik båndbredde.

    Altså, lavt gain = høy NFB = lav støy og forvrengning, men også tendenser til overshoot, ringing og mulige stabilitetsproblemer. Høyt gain = lav NFB = mer støy og forvrengning, men mindre overshoot og ringing, og mindre sjanse for at røyken slipper ut. Pick your poison.

    Og ja, jeg har simulert den varianten også. :) Her er noenlunde realistiske parasitics på forsterkerkortet, et par meter AWG12 zip-wire og en normal to-veis trykkammerhøyttaler:

    Capture.jpg


    Det gjør tilnærmet ingen forskjell for forsterkerstabiliteten. 77 grader fasemargin ved 800 kHz, 32 dB NFB ved 20 kHz. Noen gjorde en seriøst god jobb da disse chip'ene ble designet.
     
    Sist redigert:

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    Asbjørn, du som er så rask i kalkulatoren - jeg kjørte nettopp et testkutt her nå med bredbåndet musikk, og observerte peaker på 275W for området under 180Hz, og 15W for området 180 - 600 Hz. Samtidig selvsagt Hvordan ser effektreduksjonen ut for området OVER 600 Hz? Her får jeg ikke målt effekt samtidig.
    Følsomheten for de to målte områdene er tilnærmet identisk, men med 4-5 dB høyere på det ikke-målte området. Du har vel formelen på speed-dial på Texas Instrument'en? :D

    Jeg tror vi er under 1W.
    TI chip'er, men HP 15-C kalkulator. Likevel, til dette behøver vi Excel. Det kommer selvsagt an på hvor høyt det spilles, hvilket spektrum og dynamikk favorittmusikken har, delefrekvenser og følsomhet på høyttalerne, lytteavstand, romrefleksjoner og det ene med det andre. La oss si at spektrumet er slik:

    Capture.PNG

    Lenard Audio

    Vi antar også at jeg bruker mine høyttalere med 95+ dB følsomhet, delefrekvenser slik de er (50||250||300/800/1800||3000, hvor || betyr at elementene spiller i tandem under eller over delefrekvensen), at jeg spiller rimelig høyt med 90 dB gjennomsnittsnivå i lytteposisjon i stua hos meg, musikken har 20 dB crest factor, og jeg vil ha 3 dB headroom før noe klipper. Da blir effektbehovet pr kanal slik:

    Capture2.PNG


    Det holder til 113 dB peak i lytteposisjon med disse høyttalerne. Vi vil virkelig ikke ha et arbeidsuhell hvor en 100-watts effektforsterker på mellomtoner eller diskanter plutselig begynner å oscillere rail til rail. Høyttalerne tåler det, ihvertfall en liten stund, men det vil være direkte farlig å være i samme rom hvis det skjer. Så stabilitet er en god ting, men vi vil ikke ha støy og forvrengning heller. What to do?
     
    Sist redigert:

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    What to do? Vel, vi behøver å finne på noe semi-smart, slik at vi kan øke stabiliteten uten å redusere NFB og øke forvrengningen. Da kan vi finlese fotnoter og avsnittet om "optional stability components" i databladet. Kondensatoren mellom positiv og negativ input vil vi ikke ha, men kompensasjonsnettverket i feedbackkretsen ser interessant ut. Det er vist med 20 kOhm og 50 pF i parallell med en feedbackresistor på 20 k. Det vil droppe gain til halvparten over en viss frekvens, men det vil også rotere fasen mot større fasemargin gjennom et visst frekvensbånd. Vi prøver med 9 kOhm og 10 pF i parallell med 9 kOhm, ettersom vi sikter på høyere NFB og større båndbredde enn standardverdiene.

    Med det samme vi er i gang: Zobel-nettverket på 2,7 ohm og 100 nF vil slippe gjennom ganske mye strøm, så vi endrer det også til 10 ohm og 33 pF (og flytter dermed det littegranne ned i frekvens). Det fungerer som et lavpassfilter på feedbackkretsen. Sånn:

    Capture.PNG


    Capture1.PNG


    Nå har vi plutselig 91 grader fasemargin ved 1 MHz båndbredde, og fortsatt 32 dB NFB ved 20 kHz. Og toppen av firkantbølgen ser slik ut:

    Capture2.PNG


    Ikke spor av overshoot eller ringing, bare den lille avrundingen som følger med en begrenset båndbredde.
    Er ikke det litt interessant? :)
     
    Sist redigert:

    Armand

    Bransjeaktør
    Ble medlem
    13.08.2005
    Innlegg
    1.582
    Antall liker
    2.294
    Sted
    Kongsberg
    Jo, det et litt interessant at 10p har såpass god effekt. Jeg har lest den EDN arikkelen fra Bruno tidligere men må innrømme at jeg faller delvis av lasset når formlene blir for lange.. Flott at du går gjennom en praktisk øvelse med simulering og resultater med oss her. :)

    Jeg blir litt overasket over det beskjene effektbehovet ditt. Det måtte jo være fristende å prøve en løsning basert på 4-8 stk. LME49610 i parallell? En chip klarer 200mA og +-22V og koster 35 kroner. Har du sett målingene på "The Wire" på diyaudio.com?

    Armand
     

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    Ja, jeg har forsåvidt sett på The Wire Amp, og har skisset litt på en LME49830-basert løsning også. Det vil også fungere. Jeg er ikke veldig lysten på en arkitektur med flere chips i parallell. Komponenttoleranser både i chipene og i andre kretskomponenter blir fort en utfordring. Håndterbart, men likevel. Vi får se hvor dette sporet ender først. Jeg har noen flere ideer i ermet. :)
     

    Sluket

    The One and Lonely
    Ble medlem
    11.08.2006
    Innlegg
    41.573
    Antall liker
    49.893
    Torget vurderinger
    14
    Forholdet mellom bass og midbass er nesten identisk til hva jeg "målte" under seansen, med 15-20ganger tilført effekt i bassen i forhold til midbass.
     

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    Jeg må innrømme at jeg egentlig ikke kan så mye om dette temaet fra før. Derimot er det en interessant oppdagelsesreise, og kanskje det ramler ut noe brukbart i den andre enden. Så langt har vi vel oppdaget at fasemarginen også definerer dempekoeffisienten for systemet, og at en fasemargin rundt 90 grader eller så (i disse simuleringene) gir et kritisk dempet transientforløp uten overshoot og ringing. Lavere fasemargin enn det er stabilt, i den forstand at tingen ikke oscillerer seg selv i filler, men det gir peaking og ringing på transientene. Lavt gain gir høy NFB og undertrykking av forvrengningskomponenter, men også lavere fasemargin og mer ringing. Pick your poison.

    Vi behøver altså en måte å frikoble fasemargin fra gain på, og et ekstra RC-ledd i feedback-kretsen ser ut til å gjøre nettopp det. Vi kunne øke fasemarginen til ca 90 grader uten å miste loop gain (NFB) ved 20 kHz. Men det går an å kompensere opampen på mange forskjellige måter. Databladet foreslår en kondensator mellom positiv og negativ inngang. I seg selv vil det gjøre kretsen mindre stabil, men det skal forhindre en spesiell oscilleringsmodus som kan inntreffe når SPiKE-beskyttelsen aktiveres. Jeg vil helst unngå å aktivere SPiKE i det hele tatt, så den løsningen behøves ikke.

    Derimot kan det være mulig å øke fasemarginen ved å sette et RC-ledd mellom positiv og negativ inngang. Funksjonen av det er enklest å forstå ved å huske at en opamp bare har en tanke i det lille hodet sitt: Den forsøker å sette spenningen på sin egen utgang slik at spenningen på de to inngangene blir den samme. Ved å sette et høypassfilter direkte mellom inngangene kortslutter vi hele feedback-kretsen over en viss frekvens, kopierer spenningen på positiv inngang til negativ, og sier til opampen "slapp av, ting er allerede som du vil at de skal være."

    Det ser ut til å være et litt svakere virkemiddel enn første forsøk på kompensering, men det kan jo gi et par grader ekstra fasemargin, det også:

    Capture.PNG


    Capture1.PNG


    Capture2.PNG


    Riktignok øker fasemarginen fra 78 til 80 grader, men det "koster" en dB NFB ved 20 kHz (fra 32 til 31 dB), og den peaken på transienter frister ikke.
     
    Sist redigert:

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    Det er vel bare en ting til å hente i databladet for LM4780/LM3886, og det er effekten av å brokoble to av dem over lasten. Det dobler spenningssvinget, kansellerer noen likeordens forvrengningskomponenter (og de to forsterkerne i en LM4780 bør være såpass godt matchet at det faktisk skjer), og øker støyen med en faktor på kvadratroten av to. Altså noe bedre THD+N ved et gitt signalnivå, forutsatt at det hele ikke drar så mye strøm at forsterkeren kneler. Tilgjengelig effekt øker også. Tommelfingerregelen er dobbel effekt i dobbel impedanse, sånn at de 30 W i 8 ohm fra side 1 i tråden nå blir ca 60 W i 16 ohm. Ikke at vi behøver det, men likevel.

    Det er ikke simulatormodellen spesielt bra til å beregne, så vi får tro på databladet. Single ended, 25 V forsyningsspenning, 4 ohm last vs brokoblet, samme 25 V forsyningsspenning, 8 ohm last (slik at hver halvdel av forsterkeren fortsatt "ser" 4 ohm):

    Capture1.PNG
    Capture2.PNG


    Ca 3-4 dB lavere THD+N. Kanskje en nyttig forbedring å ta med seg, spesielt +N, men fortsatt en betydelig stigning i forvrengning for frekvenser over 1 kHz eller så.

    Mye mer om slikt her: http://www.ti.com/lit/an/snaa021b/snaa021b.pdf
     
    Sist redigert:

    Sluket

    The One and Lonely
    Ble medlem
    11.08.2006
    Innlegg
    41.573
    Antall liker
    49.893
    Torget vurderinger
    14
    Hva er egentlig årsaken til at THD er høyere i bassen ved 1W kontra 30/50W?
     

    KJ

    Hi-Fi freak
    Ble medlem
    10.10.2004
    Innlegg
    9.555
    Antall liker
    1.131
    THD+N dvs det er antagelig primært støybidraget -N - på utgangen som ved 30/50W er 15-17 dB lavere ift signalet enn ved 1W, siden signalet er 15-17 dB høyere.

    Jevnt fallende THD+N vs økt effekt tyder på at THD+N er dominert av støy.

    EDIT se f.eks fig 10, 11 & 12 på side 10 i databladet : http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm4780.pdf

    mvh
    KJ
     

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    Ja, antagelig. Litt grovregning: Ved 1 W og 1 kHz gir en brokoblet LM4780 i 8 ohm ca 0,006 % THD+N. Fig 31 i databladet, THD+N vs effekt for brokoblet i 8 ohm, tyder på at støygulvet dominerer ihvertfall opp til 10 W ved 1 kHz. De 0,006 % ved 1 W og 1 kHz er 84 dB ned fra signalet. Derimot er THD+N 0,03 % ved 20 kHz, "bare" 70 dB ned. Dette er målt på demo-PCB'en. Hvis den er satt opp som vist i databladet har den 26 dB closed loop gain. Det tilsier 25 dB eller så NFB ved 20 kHz.

    Vi har nettopp skissert på løsninger med ca 20 dB closed loop gain og 31-32 dB NFB, så vi burde komme en del bedre ut enn dette både mht støygulv og forvrengning. 6 dB bedre virker rimelig å håpe på, eller 0,003 % ved 1 kHz og 0,015 % ved 20 kHz. Økningen på 14 dB fra 1 kHz til 20 kHz kommer vi ikke rundt på den måten. Den er en konsekvens av open loop gain-kurven for opampen. Forvrengningsnivåer rundt -80 dB vil formodentlig være såpass at det gir en viss "personlighet" til lyden.

    Men hva om vi kunne klaske på en 30-40 dB NFB i tillegg til dette? Da ville vi drive THD ved 1 W @ 20 kHz ned fra -70 dB til -100-110 dB og få full 16-bits oppløsning (eller enda litt bedre, 16,7-18,3 bits). Det er vel rimelig å tro at forvrengningskomponenter under -100 dB ved 1 W ikke gjør så mye av seg. -100 dB tilsvarer -0,001 % THD+N, mens -110 dB er 0,0003 %. Ved 1 W og 20 kHz.

    Som en liten reality check:
    • TomChr's Modulus-86 har omtrent 0,001 % THD+N ved 20 kHz og 40 W i 8 ohm, opp fra ca 0,0007 % ved 1 khz. Den har ca 0,0015 % ved 1 W og 1 kHz, så vi kan anslå at den har ca 0,002 % ved 1 W @ 20 kHz.
    • Hypex NC400 har ca 0,0009 % ved 2 W gjennom mesteparten av audiobåndet før det faller litt oppe ved 10-20 kHz til 0,0007 % ved 20 kHz. Riktignok er båndbredden på den målingen bare 20 kHz, så vi kan anslå at den har flatt 0,001 % gjennom audiobåndet ved 1 W.
    • Benchmark AHB2 har ca 0,0002 % ved 1 W og 1 kHz i 8 ohm. Ved 30 W ut har den ca 0,0004 % ved 1 kHz og 0,0015 % ved 20 kHz. Da tipper vi ca 0,0007 % ved 1 W @ 20 kHz.

    Så vi kan gjøre to observasjoner: 1) det ser ut til å være mulig, både i klasse AB, D og H, og 2) det er nokså celebert selskap.
     
    Sist redigert:

    Asbjørn

    Æresmedlem
    Ble medlem
    26.03.2006
    Innlegg
    22.840
    Antall liker
    12.343
    Sted
    Vingulmǫrk
    Torget vurderinger
    2
    Foran meg på skrivebordet ligger en pose med 32 stk LME49740, hver av dem en quad opamp tilsvarende fire LME49710 med helt utmerkede 0,00003 % THD+N (-130 dB). Databladet: http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/lme49740.pdf

    Jeg liker layouten på en quad. Det er to opamper på hver side med alle inputs og outputs like inntil hverandre. Et feedback-kretsløp kan gjøres hvor kompakt som helst. Dessuten har quad'en en power pin midt på hver langside, slik at det er lett å sette en avkoblingskondensator tvers over på undersiden av kortet.

    dv_208.gif


    Men vi kan jo starte litt forsiktig med bare en. Vi setter 10x gain på TI's modell av en LME49710 (1k + 9k feedbackmotstander) og ser hva som skjer.

    Capture.PNG


    Mye større båndbredde enn LM4780. Denne treffer 0 dB gain ved 5,4 MHz og 88 grader fasemargin, mens en LM4780 med samme gain "nuller" ved ca 800 kHz. Her får vi også 49 dB NFB ved 20 kHz.

    '740'en ser også ut til å være dønn stabil med unity gain, da med 53 MHz båndbredde, 74 grader fasemargin og hele 69 dB NFB ved 20 kHz.

    Lovende. Men en lynrask liten rakker.
     
    Sist redigert:
  • Laster inn…

Diskusjonstråd Se tråd i gallerivisning

  • Laster inn…
Topp Bunn