Power Amplifier CFP 60W

saganakis

Moderator
Staff member
15 March 2010
393
Καιρό τώρα ήθελα να δοκιμάσω έναν ενισχυτή μικρής προς μέσης ισχύος ο οποίος να έχει ως στάδιο εξόδου την τοπολογία CFP.
Το λόγο της επιλογής αυτής θα τον αναπτύξω στη πορεία.
Επιπλέον ήθελα να δοκιμάσω να σταθεροποιήσω τα πρώτα στάδια και στην έξοδο να μην χρησιμοποιήσω ρελέ αλλά mosfet...

Schematic2 CFP60W.jpg

Schematic3 CFP60W.png

IMG_20200313_103831.jpg

IMG_20200313_172748.jpg

IMG_20200324_174725.jpg

IMG_20200324_174748.jpg
 

lemon

Supreme Member
3 March 2009
4,038
Να τα καλά τα σχέδια!
Ξέρω ότι ο "μικρός" αποτέλεσε σημείο αναφοράς για σένα και για άλλα σχέδια, αλλά αυτό δεν είναι επί του παρόντος.

Ξέρω επίσης ότι έχεις μάθει απέξω το "Design Power Amplifiers" του B. Cordell, σύμφωνα με αυτόν μια τοπολογία Complementary Feedback Pair (CFP) με common emitter (CE) τοπολογία στα στάδια εξόδου (βρωμιάρικο έκλεψες την ιδέα από τον ενισχυτή μου, έτσι;), προτιμάτε από αρκετούς σχεδιαστές γιατί προσδίδει υψηλό βαθμό τοπικής ανατροφοδότησης το οποίο βοηθά πολύ στη γραμμικότητα του κάθε μισού του σταδίοιυ εξόδου.
Αυτό επιφέρει πολύ χαμηλή αντίσταση εξόδου, μειώνει το φαινόμενο παραμόρφωσης διασταύρωσης (crossover distortion).
Τέλος το κάθε μισό δρα σαν σούπερ εκπομπός ακόλουθος με εξαιρετικά υψηλή διαγωγιμότητα (transconductance).

Βέβαια απαιτεί πολύ προσεκτικό ματσάρισμα των σταδίων εξόδου και των οδηγών και μεγάλη προσοχή στο layout της πλακέτας, καθότι η αύξηση χωρητικότητας λόγω των διαδρομών, εύκολα το βγάζει εκτός σταθερότητας!
Σε μένα ο κατασκευαστής (όχι ότι τον εμπιστεύομαι) αναφέρει ότι η επιλογή των σταδίων εξόδου που φθάνουν μόνο μέχρι τα 120KHz (DC-120.000Hz) δεν ήταν τυχαία επιλογή και επιλέχθηκαν για λόγους σταθερότητας.
Θυμάσαι και μια συζήτηση που είχαμε για το πόσο τα CFP, επηρεάζονται αρνητικά από στάδια εξόδου με υψηλό hfe. Αλήθεια εσύ εδώ δεν έβαλες bipolar, αλλά Mosfet, ποιά έβαλες και τι χαρακτηριστικά hfe και εύρος έχουν;

Είναι αλήθεια ότι η τοπολογία CFP ακούγεται τελείως διαφορετική από τις συνήθεις άλλες υλοποιήσεις και έχει ένθερμους υποστηρικτές.

Σε επόμενα μηνύματα θα σε ρωτήσω και άλλα πράγματα, αλλά πρωτίστως επειδή έχεις τα βασικά εργαλεία, βάλε σιγά-σιγά και μια συμπεριφορά τετράγωνου κυρίως στα 20KHz αλλά και παραπάνω να δούμε το πως συμπεριφέρεται.
 

takis

Supreme Member
11 August 2006
3,504
--------------------
θα το προτειμουσα με throw hole υλικα περισσοτερες επιλογες για πολυ καλυτερα υλικα αν βεβαια παιζει και καλα
 

saganakis

Moderator
Staff member
15 March 2010
393
Απάντηση: Re: Power Amplifier CFP 60W

Τάκη έχεις όρεξη, αν σου αντικαταστήσω τα τρανζίστορ με through hole, να φτιάξεις πλακέτα?
θα χρειαστεί να ασχοληθείς με το eagle ή όποιο άλλο σου είναι εύκολο σαν πρόγραμμα.
 

saganakis

Moderator
Staff member
15 March 2010
393
Να τα καλά τα σχέδια!
Ξέρω ότι ο "μικρός" αποτέλεσε σημείο αναφοράς για σένα και για άλλα σχέδια, αλλά αυτό δεν είναι επί του παρόντος.

Ξέρω επίσης ότι έχεις μάθει απέξω το "Design Power Amplifiers" του B. Cordell, σύμφωνα με αυτόν μια τοπολογία Complementary Feedback Pair (CFP) με common emitter (CE) τοπολογία στα στάδια εξόδου (βρωμιάρικο έκλεψες την ιδέα από τον ενισχυτή μου, έτσι;), προτιμάτε από αρκετούς σχεδιαστές γιατί προσδίδει υψηλό βαθμό τοπικής ανατροφοδότησης το οποίο βοηθά πολύ στη γραμμικότητα του κάθε μισού του σταδίοιυ εξόδου.
Αυτό επιφέρει πολύ χαμηλή αντίσταση εξόδου, μειώνει το φαινόμενο παραμόρφωσης διασταύρωσης (crossover distortion).
Τέλος το κάθε μισό δρα σαν σούπερ εκπομπός ακόλουθος με εξαιρετικά υψηλή διαγωγιμότητα (transconductance).

Βέβαια απαιτεί πολύ προσεκτικό ματσάρισμα των σταδίων εξόδου και των οδηγών και μεγάλη προσοχή στο layout της πλακέτας, καθότι η αύξηση χωρητικότητας λόγω των διαδρομών, εύκολα το βγάζει εκτός σταθερότητας!
Σε μένα ο κατασκευαστής (όχι ότι τον εμπιστεύομαι) αναφέρει ότι η επιλογή των σταδίων εξόδου που φθάνουν μόνο μέχρι τα 120KHz (DC-120.000Hz) δεν ήταν τυχαία επιλογή και επιλέχθηκαν για λόγους σταθερότητας.
Θυμάσαι και μια συζήτηση που είχαμε για το πόσο τα CFP, επηρεάζονται αρνητικά από στάδια εξόδου με υψηλό hfe. Αλήθεια εσύ εδώ δεν έβαλες bipolar, αλλά Mosfet, ποιά έβαλες και τι χαρακτηριστικά hfe και εύρος έχουν;

Είναι αλήθεια ότι η τοπολογία CFP ακούγεται τελείως διαφορετική από τις συνήθεις άλλες υλοποιήσεις και έχει ένθερμους υποστηρικτές.

Σε επόμενα μηνύματα θα σε ρωτήσω και άλλα πράγματα, αλλά πρωτίστως επειδή έχεις τα βασικά εργαλεία, βάλε σιγά-σιγά και μια συμπεριφορά τετράγωνου κυρίως στα 20KHz αλλά και παραπάνω να δούμε το πως συμπεριφέρεται.

Γειά σου Μανώλη!

Έχεις δίκιο σε όλα τα παραπάνω και αποτέλεσμα της χαμηλής αντίστασης εξόδου είναι η καλύτερη γραμμικότητα στη περιοχή που γίνεται το crossover.
Δεν χρειάζεται να πολωθεί με μεγάλο ρεύμα ηρεμίας, είναι σχεδόν τάξη Β και έχει μικρότερες παραμορφώσεις στη περιοχή αυτή. Επιπλέον έχει καλύτερη θερμική σταθεροποίηση καθώς δεν χρειάζεται να συμμετέχουν τα τρανζίστορ εξόδου.
Έχει όμως και αρκετά κατά αυτή η τοπολογία, είναι πιο επιρρεπής στις παρασιτικές ταλαντώσεις και το κυριότερο αν παραλληλίσεις περισσότερα ζεύγη στην έξοδο τότε καταστρέφεται η καλή του γραμμικότητα (κατά τον D.Self).
Για να έχω μόνο ένα ζευγάρι εξόδου και για να εξασφαλίσω μία καλή επάρκεια ρεύματος, χωρίς να απαιτούνται μεγάλα οδηγά τρανζίστορ, έπαιξα mosfet στην έξοδο.
Τα driver εφόσον δεν χρειάζεται να είναι στην ίδια ψύκτρα με τα εξόδου μπορούν να είναι smd και πολύ κοντά μεταξύ του όπου με μία μικρή κοινή ψύκτρα έχω την απαιτούμενη θερμική σταθερότητα (στις δοκιμές δεν είχα βάλει ψύκτρα αλλά ο χαλκόδιάδρομος της πλακέτας έκανε την ίδια δουλεία).

Παρακάτω φαίνεται το wingspread διάγραμμα Στο Ltspice για διάφορες τιμές πόλωσης του Vbe. Βρίσκω έτσι για ποιά τιμή του Vbe έχω καλύτερη γραμμικότητα της ενίσχυσης στη περιοχή που γίνεται η μετάβαση από τη θετική στην αρνητική κυματομορφή (crossover). Εφόσον μιλάμε για στάδιο εξόδου θα πρέπει η ενίσχυση τάσης να είναι καντά στη μονάδα και με όσο καλύτερη γραμμικότητα.


Wingspread CFP FET.jpg

Στη δικιά μου περίπτωση επέλεξα ως Vbe=2Vspread=2*0.7=1.4V
που αντιστοιχεί σε ρεύμα πόλωσης των εξόδου περίπου 50mA.

Σας δίνω και το αντίστοιχο αρχείο .asc του LTspice

View attachment Wingspread CFP FET.pdf

θα πρέπει το συνημμένο να το μετονομάσετε με κατάληξη .asc από .pdf
 

lemon

Supreme Member
3 March 2009
4,038
Για τη θερμική αντιστάθμιση, είμαι σίγουρος ότι έχεις κάνει τις μετρήσεις σου.
Πάντως η πεπατημένη της σχεδίασης έχει και τα driver πάνω στη ψύκτρα και τα ημιαγωγά μεταξύ των αντιστάσεων ρύθμισης του ρεύματος ηρεμίας, στην περίπτωσή σου το Τ7.
Για τη συγκεκριμένη σχεδίαση έχουν γραφτεί πολλά για την τάξη λειτουργίας της. Άλλοι την αναφέρουν ως Β, άλλοι ως Α/Β.
Λογικά όσο κατεβάζεις το ρεύμα ηρεμία σε μηδενικά επίπεδα πας προς τάξη Β, όσο τις δίνεις μερικές δεκάδες mA πας προς Α/Β.
Κάποιες σχεδιάσεις δουλεύουν στα 30-35mA, ίσως αυτές που είναι πιο πουσαρισμένες από τα rail τροφοδοσίας.

Καινοτομία στη σχεδίασή σου, εκτός από το μόσφετ εξόδου είναι και η σταθεροποίηση τροφοδοσίας σε VAS & διαφορικό - η οποία είναι αρκετά ενδιαφέρουσα για το πως θα επιδρά στον ήχο.
Αν και εδώ για να βγάλεις συμπεράσματα θέλεις πλακέτα διαιρούμενη στην έξοδο του VAS, μια με ότι έχεις κάνει και μία άλλη με τη γνωστή πεπατημένη LTP ουράς διαφορικού με πηγή σταθερού ρεύματος (constant current source).
 

saganakis

Moderator
Staff member
15 March 2010
393
Η πλειονότητα των κατασκευών είναι με through hole και για να ψύχονται τα βάζουν σε κοινή ψήκτρα.
Θερμική σταθεροποίηση όμως παρέχουν μόνο τα driver.

CFP Vbe.jpg

Ο λόγος είναι ότι παράλληλα στο Vbe υπάρχει μόνο οι τάσεις Vbe των δύο driver και οι αντιστάσεις εξόδου των mosfet, άρα δεν χρειάζεται να σταθεροποιεί τις τάσεις Vgs των mosfet.
 

Δημήτρης Δ.

Supreme Member
21 June 2006
5,426
Τις αντιστάσεις στα Source των Lateral ίσως μπορείς να τις αποφύγεις.
Γιατι στην εξοδο μοσφετ και όχι ρελέ?
Καλή συνέχεια στο project ...
 

saganakis

Moderator
Staff member
15 March 2010
393
Απάντηση: Re: Power Amplifier CFP 60W

Δημήτρη, έπρεπε μία μικρή τοπική ανάδραση έστω και 0.1Ω να υπάρχει για ασφάλεια.
Ρελέ έβαλα για να το δοκιμάσω, θεωρητικά η αντίσταση Rds που έχουν είναι μικρότερη και από ρελέ, ηχητικά δεν τα έχω ακούσει για να βγάλω συμπεράσματα.

Παρακάτω σας δίνω την προσομοίωση του σταδίου σταθεροποίησης στο LTspice για το ακουστικό φάσμα. Παρουσιάζει αντίσταση εξόδου περίπου 4.5mΩ για ρεύμα εξόδου 25mA.



CFP Regulation2.png

CFP Regulation.jpg
 

SpyNet

AVClub Enthusiast
5 June 2011
911
Κερατσίνι
Θα μπορούσε να μπει παράλληλα με την έξοδο ένας controller που να κάνει monitoring το dc και μόλις ανιχνεύσει να κόβει την τροφοδοσία έτσι ώστε τίποτα μην παρεμβάλλεται στο σήμα;
 
23 December 2007
1,645
Πάλι θα έμπαινε στη τροφοδοσία ρελές και μάλιστα και στο συν και στο πλην. Και ως γνωστόν τροφοδοσία=μουσική.
Στη πραγματικότητα την τροφοδοσία ακούμε με ένα ενισχυτή διαμορφωμένη από το σήμα.

Κατ αρχήν λέω να τον ξεκινήσω χωρίς την σταθεροποίηση και χωρίς την προστασία, ώστε να γίνει άμεση σύγκριση με το πρωτότυπο που έχει ο Κώστας.
Μετά αν υπάρχει διαφορά προς το καλύτερο του πρωτοτύπου, προσθέτουμε τα υπόλοιπα εξαρτήματα.

Αν ο Κώστας δώσει έκδοση με εξαρτήματα τρύπας χωρίς βέβαια τη σταθεροποίηση και τη προστασία μπορούμε να σχεδιάσουμε πλακέτα δοκιμής.
 

saganakis

Moderator
Staff member
15 March 2010
393
Στέλιο φτιάχνω ήδη μια έκδοση με through hole χωρίς σταθεροποίηση και τα mosfet του ρελέ.
Θα ενημερώσω σύντομα!
 

saganakis

Moderator
Staff member
15 March 2010
393
Στέλιο καλησπέρα!

Απλοποίησα το σχέδιο σχεδόν στο ελάχιστο και νομίζω ότι θα έχει πολύ ενδιαφέρον!
Αντικατέστησα όλα τα smd με through hole εξαρτήματα, το αποτέλεσμα είναι να έχει μεγαλύτερα περιθώρια ισχύος.
Στη τρίτη φωτογραφία φαίνεται η παραμόρφωση με σήμα εισόδου 1Vrms σε φορτίο 8Ω όπου αποδίδει περίπου 70W.
Στη τέταρτη δίνω την φασματική απόκριση όπου το roll off είναι πεντακάθαρο χωρίς εξάρσεις κάτι που δείχνει την απουσία ταλαντώσεων.
Όλα αυτά θεωρητικά που ισχύουν στην εξομοίωση του LTspice, κάτι που είδα όμως να ισχύει και στην έκδοση των smd.
Τα Lateral Mosfet τα προμηθεύτηκα από profusion

https://www.profusionplc.com/parts/ecx10n20-s

όπου η κατάληξη -s σημαίνει ότι η ίδια η profusion, σαν επίσημος προμηθευτής, τα πουλάει ματσαρισμένα.
Επίσης να πω ότι έχει προς πώληση το μεγάλο αδερφάκι τους

https://www.profusionplc.com/parts/ecw20n20-s

το οποίο είναι ουσιαστικά ένα διπλό mosfet στο ίδιο κέλυφος.
Υπάρχουν πολλά περιθώρια για παιχνίδι όπου κάποιος μπορεί να δοκιμάσει διαφορετικά driver.
Προτίμησα προς το παρόν να τον υλοποιήσω με υλικά που μπορούμε να βρούμε σχετικά εύκολα και είναι ακόμα στην παραγωγή.

CFP Through Hole 4.jpg

CFP Through Hole 2.jpg

CFP Through Hole 3.jpg

CFP Through Hole 1.jpg
 
23 December 2007
1,645
Αυτό που μ' αρέσει στις σπιτικές πλακέτες , είναι ότι το πρωί τις σχεδιάζεις και το βράδυ τις έχεις τελειωμένες.
Εδώ το πασπαρτού τροφοδοτικό του ενισχυτή, με την προοπτική να χρησιμοποιηθεί και σε άλλη κατασκευή.
 

Attachments

  • DSC_0190.jpg
    DSC_0190.jpg
    74.6 KB · Views: 222
  • DSC_0191.jpg
    DSC_0191.jpg
    80.6 KB · Views: 221
  • DSC_0194.jpg
    DSC_0194.jpg
    126.6 KB · Views: 218
Re: Απάντηση: Power Amplifier CFP 60W

Αυτό που μ' αρέσει στις σπιτικές πλακέτες , είναι ότι το πρωί τις σχεδιάζεις και το βράδυ τις έχεις τελειωμένες.
Εδώ το πασπαρτού τροφοδοτικό του ενισχυτή, με την προοπτική να χρησιμοποιηθεί και σε άλλη κατασκευή.

Στέλιο, πώς κάνεις την επικασσιτέρωση των χαλκοδιαδρόμων;
 

lemon

Supreme Member
3 March 2009
4,038
Ο Στέλιος πρέπει να χρησιμοποιεί την πάστα Rosol 3 για αυτή τη δουλειά.
 
23 December 2007
1,645
Καλημέρα χρόνια πολλά!!

Το rosol3 έχει τελειώσει εδώ και τρία χρόνια.
Με το κολλητήρι - flux και κόλληση και με πολύ- πολύ υπομονή.
Θέλει καλό άπλωμα της κόλλησης με ελάχιστη ποσότητα.
Στις μεγάλες επιφάνειες είναι αρκετά δύσκολο γιατί παγώνει γρήγορα.
 

saganakis

Moderator
Staff member
15 March 2010
393
Ίσως με θερμό αέρα και flux να είναι πιο γρήγορο Στέλιο, αλλά δεν το έχω δοκιμάσει.
 
23 December 2007
1,645
Μιας και τελείωσα τα κολλήματα τις +/- σταθεροποιήσεις, πιστεύω οτι μπορώ να τις δοκιμάσω χωρίς φορτίο, πριν συνεχίσω στην τοποθέτηση εξαρτημάτων του κυρίως ενισχυτή;

Με +/- 40V το τροφοδοτώ;
 

saganakis

Moderator
Staff member
15 March 2010
393
Ναι Στελιο, πρεπει να βγαλει +/- 36 περιπου μετα τη σταθεροποιηση.