Kapasitiv last og effektforsterkere

[Khanate]

Hvordan påvirkes effektforsterkeren av en stor kapasitiv last?

Leste nylig i Sanders bok om elektrostathøyttalere at slike høyttalere dumper stort sett all energi tilbake til forsterkeren. Høyttalerene har dårlig virkningsgrad og forsvinnende lilte varmetap. Høyttalerene lades opp som en kondensator og sender det meste i retur når spenningen fra forsterkeren faller. Sanders anbefaler en å benytte kraftfulle forsterkere da han merer at disse klarer den kapasitive lasten bedre.

Er det andre kriterier enn forsterkerens utgangseffekt som definerer dens evne til å klare en stor kapasitiv last?
Kan forsterkeren bli utstabil som følge av denne lasten?
Er det noen forsterkertyper som tåler dette bedre enn andre? Leste et eller annet sted at klasse D forsterkere er ideelle til drift av E-stater, uten at det ble begrunnet.

Jeg er i ferd med å samle noen LC-audio The End XP forsterkere til mine Quad ESL63. Benytter strømforsyning (+/-62V) og kabinett fra noen gamle Denon POA6600. Har jeg grunn til å være bekymret for disse forsterkerenes stabilitet med denne lasten (mener at tidlige utgaver av The End var plaget med ustabilitet pga manglende global tilbakekobling).

Mange spørsmål. Noen som føler seg kallet til å gi et svar?

På forhånd takk!

MVH Khanate

 

[Ronny_D]

Få forsterkere liker kappasitiv last, gennerellt værst for forsterkere med lav gain fase margin. The end tilhører type forsterkere med ingen global tilbakekopling, og strømmotkoplinger internt, som gir fin stabilitet også ved kapasitiv last. masser gain fase margin. Hvordan The End forvrenger ved samme last sies det intet om selv om den er stabil. (en spenning inn gir en strøm ut i neste trinn (transkonduktans) denne belastes med en motstand for å sette spenningen, denne spenningen er den råe forsterkning. The end har en buffer på utgangen, denne buffer har bare seriell strømmotkopling, og det er nesten umulig å få en slik utgang til å bli ustabil (å gå i selvsving)
Utgangseffekt sier intet om forsterkerens evne til å drive kapasitiv last. Kapasitiv last er det værste man kan drive, enkelte forsterkere på markedet blir tilogmed ustabile pga høytalerledningens kapasitive virkning (det er stor forskjell på kapasitiviteten til ledningene).
KlasseD forsterkere finner flere prinsipper og man kan ikke generellt si at klassen i seg selv er bestemmende for evnen til å drive kondiser, selv om det oftest tas hensyn til litt av det i beregninger av passive komponenter.
Belastningen påvirker etterfiltreringen som oftest er en spole og en kondis, ved kapasitiv (all belastning er også belastning av filteret) last påvirkes dette filter vanligvis værst, og det er ikke alltid med så bra resultat som følge.

Håper du ble beroliget mtp The End og kapasitiv last.

ingen nevnt ingen glemt. rør. men det spurte du heller ikke om.

 

[KJ]

Hvordan påvirkes effektforsterkeren av en stor kapasitiv last?

Leste nylig i Sanders bok om elektrostathøyttalere at slike høyttalere dumper stort sett all energi tilbake til forsterkeren. Høyttalerene har dårlig virkningsgrad og forsvinnende lilte varmetap. Høyttalerene lades opp som en kondensator og sender det meste i retur når spenningen fra forsterkeren faller. Sanders anbefaler en å benytte kraftfulle forsterkere da han merer at disse klarer den kapasitive lasten bedre.

Er det andre kriterier enn forsterkerens utgangseffekt som definerer dens evne til å klare en stor kapasitiv last?
Kan forsterkeren bli utstabil som følge av denne lasten?
Er det noen forsterkertyper som tåler dette bedre enn andre? Leste et eller annet sted at klasse D forsterkere er ideelle til drift av E-stater, uten at det ble begrunnet.

Jeg er i ferd med å samle noen LC-audio The End XP forsterkere til mine Quad ESL63. Benytter strømforsyning (+/-62V) og kabinett fra noen gamle Denon POA6600. Har jeg grunn til å være bekymret for disse forsterkerenes stabilitet med denne lasten (mener at tidlige utgaver av The End var plaget med ustabilitet pga manglende global tilbakekobling).

Mange spørsmål. Noen som føler seg kallet til å gi et svar?

På forhånd takk!

MVH Khanate

Hei,
jeg mener å huske at LC-Audio oppgir at forsterkern er stabil med 2 µF last. Jeg tror ikke stabilitet blir utfordringen her. Utfordringen blir effekttapet i utgangstransistorene. Worst case så vil spenning og strøm fra utgangstransistorene være 90 grader fasedreid i forhold til hverandre ved en ren kapasitiv last. Dersom du ser for deg en sinuskurve for spenningen, og overlegger en sinuskurve for strøm som har sitt topppunkt når spenningen passerer nullpunktet, så ser du hva dette betyr: ved maks ut spenning så avgir ikke utgangstransistorene strøm, mens ved null spenning ut så avgir utgangstransistorene maks strøm ut, hvilket igjen innebærer «ingen» effekt avgis i høyttaleren og at all effekt avsettes i utgangstrinnet, denne effekten tilsvarer maks (evt RMS) strøm multiplisert med forsyningsspenningen. Du bør med andre ord vurdere nøye hvilket behov du har mht. forsyningsspenning og kjøling. Høyere forsyningsspenning øker behovet for kjøling. Du bør muligens vurdere å bruke en stor, stillegående og temperaturregulert vifte som blåser noen kubikkmeter luft over kjølefinnene.

jf. forøvrig kommentarene til RonnyD

mvh
KJ

 

[Steinar_R]

Jeg har en The End effektforsterker som har blitt oppgradert etterhvert og er vel nå på Millennium stadiet hvis jeg ikke tar feil.Den driver Quad esl-63 uten å kny og er dønn stabil så det skal du ikke bekymre deg for i det hele tatt.I tillegg så låter den fint på Quadene ;-).
Når det gjelder effekt(min er ca 110w eller noe) så er det rikelig,Quadene slår ifra lenge før forsterkeren får problemer (klipping).
Dette er mine erfaringer med nevnte kombinasjon.

Mvh

Steinar_R

 

[Snickers-is]

Jeg har selv erfaring med The End. Dette er en av de få forsterkerne som tar problemet med kapasitiv last på alvår. Jeg ville så absolutt vurdere denne forsterkeren som en interessant kandidat til å drive slike høyttalere. Den er jo tross alt bra på andre høyttaler også.

 

[Khanate]

Mange takk Ronny D, KJ, Steinar_R og Snickers-is!
Mye bra informasjon her. Jeg trekker et lettelsens sukk i forhold til den valgte kombinasjonen. Kommer til å sette inn noen raske smelterikringer samt klistre på en elektronisk termometer (fra Claes Olson) på hver kjøleribbe.

Vedrørende problemet med strøm og spenning i motfase; ville en strømforsterker fungere bedre? Har lest litt om Nelson Pass sine First Watt (ok de blir nok anemiske mot quadene) etc. Forstår det slik at disse er mindre følsomme for induktans, kapasitans, back-emf og hva det måtte hete (samt at de ikke gir elektrisk demping av resonanser i basselementene). Blandt annet er dette prinsippet benyttet for analog telefoni helt siden Bell begynte å fikle med dette. Noe som skal være umulig med rene spenningsforsterkere.

Quadene har en del seriekoblede spoler (for "delay-line") samt et delefilter i signalveien på høyspenningssiden. Jeg ser ikke bort fra at denne forsinkelseslinja og delefilteret vil fungere annerledes enn tiltenkt ved drift fra en strømforsterker.

Khanate

 

[Snickers-is]

Strømforsterkere kan gi deg en del uventede effekter. Hvorvidt det fungerer i praksis med en høyttaler som sparker energien tilbake tør jeg ikke uttale meg om men å kontrollere normale basselementer er de ikke godt egnet til.

Klasse AB-forsterkere har av natur sine problemer med å drive strøm og spenning i motfase. Klasse D har en fordel på akkurat det, men igjen så vil filteret bli ekstra belastet av den kapasitive lasten.

Den delay-linen vil ha en positiv effekt, men jeg tror ikke denne sitter i serie med det midterste panelet. Det vil si at den øverste diskanten alltid vil ha direkte tilkobling til forsterkeren.

Finnes det noen impedanskurve for disse konstruksjonene?

 

[Khanate]

Klasse AB-forsterkere har av natur sine problemer med å drive strøm og spenning i motfase. Klasse D har en fordel på akkurat det, men igjen så vil filteret bli ekstra belastet av den kapasitive lasten.

Den delay-linen vil ha en positiv effekt, men jeg tror ikke denne sitter i serie med det midterste panelet. Det vil si at den øverste diskanten alltid vil ha direkte tilkobling til forsterkeren.

Finnes det noen impedanskurve for disse konstruksjonene?

Interessant det du skriver om klasse D forsterkere. En kyndig burde kanskje kunne utforme et nytt utgangsfilter til forsterkerne tilpasset Quadenes kapasistans.

Du har helt rett vedrørende forsinkelseslinja. Midterste segmentet er direktekoblet. Påfølgende konsentriske element følger tidsforsinket. Etter siste tidsforsinkelsesspolen kobles basseksjonene inn via et lavpassfilter (det benyttes ikke høypassfilter i konstruksjonen).

Impedansekurven til Quad ESL63 ser ikke så gal ut som fryktet. Mange ESLer har svært lav impedanse ved 10kHz. Quadene har også sin laveste her, min 4 Ohm. I Bassområdet øker impedansen voldsomt, og den øker dynamisk med effektpådraget. (Jeg har funnet kurven i Quads egen servicemanual, men har den ikke for hånden her og nå.)

Khanate

 

[Snickers-is]

Har du mulighet for å sjekke hvor høy kapasitansen er?

En klasse D som klarer dette bra bør nok ha en switchefrekvens på godt over 1MHz og en båndbreddebegrensning i tillegg til utgangsfilteret slik at ikke i særlig grad filteret blir belastet av den øvre oktaven i forsterkeren. Dette ville selvsagt også vært en fordel med tanke på støy da man relativt greit kan bli kvitt switchefrekvensen men ville slite veldig med støy ved effektomsetnig i 2-300kHz området.

 

[Khanate]

Hei Snickers-is!

Ok, jeg er en amatør med loddebolten og voltmeteret. Jeg har sett noe i boka til Sanders om måling av kapasistans, så jeg burde få det til med litt øvelse. Den bør kanskje måles med noe hvitstøy (f.eks. fra FM radioen)? Elektrostatene leverer av en eller annen grunn ikke lyd over 20kHz (til glede for hunden). Men kraftige signal i megaherzområdet lager kanskje støy nedover. Ellers er det vel forbudt med egne radiosendigner på dette frekvensbåndet.

Kunne jo vært morsomt med noen spesialdesignede Midgard bokser til Quadene (blunk blunk), men kan vel ikke vrake The End forsterkerene før de er utprøvd.

Mange takk for interessant og lærerik info.

Khanate

 

[KJ]

Hei Snickers-is!

Ok, jeg er en amatør med loddebolten og voltmeteret. Jeg har sett noe i boka til Sanders om måling av kapasistans, så jeg burde få det til med litt øvelse. Den bør kanskje måles med noe hvitstøy (f.eks. fra FM radioen)? Elektrostatene leverer av en eller annen grunn ikke lyd over 20kHz (til glede for hunden). Men kraftige signal i megaherzområdet lager kanskje støy nedover. Ellers er det vel forbudt med egne radiosendigner på dette frekvensbåndet.

Kunne jo vært morsomt med noen spesialdesignede Midgard bokser til Quadene (blunk blunk), men kan vel ikke vrake The End forsterkerene før de er utprøvd.

Mange takk for interessant og lærerik info.

Khanate

Mumle mumle mumle ... come to think of it ...
Som antydet så gir en ren kapasitiv last relativt spesiel belastning av utgangstransistorene. Med Vce på omlag 60 volt så kan utgangstransistorene maksimalt gi omlag 3 ampere ut (pr. stk. DC) iht. Sanken sin spec på «Safe operating area», mens 60 volt i 4 ohm blir 15 ampere. Det kan med andre ord være en risiko for at du med en forsyningsspenning på 60 volt løper inn i problemer med utgangstransistorene (avhenging av hvor kapasitiv lasten reelt sett er). Jeg antar det er andre her på forumet som kan vesentlig mer om dette enn undertegnede, og som evt. kan utdype, preisere og foklare hva dette betyr i praksis. Slik jeg ser det er det to løsninger enten å benytte flere sett utgangstransistorer, og/eller redusere forsyningsspenningen.


mvh
KJ

PS en strømforsterker vil ikke oppføre seg vesentlig annerledes mht effektavsetning, faseforholdet mellom strøm og spenning vil være det samme.
PPS Jeg mener å huske at elektrostater i all hovedsak er spenningsstyrt, hva nå enn det måtte bety.

 

[Khanate]

Med Vce på omlag 60 volt så kan utgangstransistorene maksimalt gi omlag 3 ampere ut (pr. stk. DC) iht. Sanken sin spec på «Safe operating area», mens 60 volt i 4 ohm blir 15 ampere. Det kan med andre ord være en risiko for at du med en forsyningsspenning på 60 volt løper inn i problemer med utgangstransistorene (avhenging av hvor kapasitiv lasten reelt sett er).

Slik jeg ser det er det to løsninger enten å benytte flere sett utgangstransistorer, og/eller redusere forsyningsspenningen.

mvh
KJ

PPS Jeg mener å huske at elektrostater i all hovedsak er spenningsstyrt, hva nå enn det måtte bety.

3A lyder fislete. På den annen side, transistorene skal forhåpentlig ikke levere DC (elektrostatene missliker slikt sterkt). Uansett, du er inne på noe. Ekstra utgangstransistorer er jo en billig forsikring (ca 400 kr/kanal). ESLene skal koble ut ved overlast. Men jeg vil jo ikke at forsterkerene skal bli ustabile og/eller brenne opp. Takk for tipset.

ESLene lager lyd ved å bygge opp spenning mellom membranet og statorene. En statisk laddet ballong får f.eks. håret på hodet til å reise seg. På samme måten flyttes membranet. Ved å endre polaritet i takt med musikken blir det musikk. Således kan de kanskje kalles spenningsstyrte?

Khanate

 

[Snickers-is]

Nå ligger jo DC og 20 kHz veldig langt fra hverandre da. En annen ting er at 3A RMS og 4 ohm er tross alt 36W, noe som ikke er lite i diskantområdet.

Skulle man gjort noe tweaks på våre forsterkere for å gjøre dem spesielt godt egnet ville det vært en forutsetning å vite hvordan impedanskurven ser ut.

 

[Khanate]

Skulle man gjort noe tweaks på våre forsterkere for å gjøre dem spesielt godt egnet ville det vært en forutsetning å vite hvordan impedanskurven ser ut.

Impedanskurven er desverre litt klosset klippet. Dippen på 4 Ohm er ved 10kHz. Impedansen i bassområdet øker med pådraget.

MVH Khanate

 

[KJ]

Impedanskurven er desverre litt klosset klippet. Dippen på 4 Ohm er ved 10kHz. Impedansen i bassområdet øker med pådraget.

MVH Khanate

Du har ikke en for fase også?

mvh
KJ

 

[Khanate]

Du har ikke en for fase også?

mvh
KJ

Har ikke funnet noe diagram for fase. Mr Walker hadde moro av å demonstrere firkantpulser på diverse hifi messer. Han avspilte pulsene over ESL 63, via mikrofon gikk signalet til et oscilloskop som viste en tilnærmet perfekt firkant. Dette skulle vel indikere en relativt faselineær respons.

mvh Khanate

 

[Audiomix]

Har ikke funnet noe diagram for fase. Mr Walker hadde moro av å demonstrere firkantpulser på diverse hifi messer. Han avspilte pulsene over ESL 63, via mikrofon gikk signalet til et oscilloskop som viste en tilnærmet perfekt firkant. Dette skulle vel indikere en relativt faselineær respons.

mvh Khanate

Tja. I hvert fall en bra firkant respons.
Vet du hilken frekvens som ble benyttet?
Og båndbredden på de sorskjellige leddene i oppsettet?

 

[Khanate]

Tja. I hvert fall en bra firkant respons.
Vet du hilken frekvens som ble benyttet?
Og båndbredden på de sorskjellige leddene i oppsettet?

Beklager, vet ikke. Ser ikke bort fra at at han har holdt seg over delefrekvensen til lavpassfilteret for basspanelene. Vet ei heller hva denne frekvensen er.

Khanate

 

[Snickers-is]

Den kurven der skulle ikke skremme mange forsterkere.

Fasen fremgår av impedanskurven (den deriverte).