Почему в некоторых усилителях класса D применяются трансформаторные БП?

[landco]

Например, Пионер так делает - использует Ш-образные трансформаторы вместо импульсных блоков питания, но зачем?! Современные импульсные ведь лучше

[Мусатов Константин]

Тут есть несколько вопросов, которые не так легко решаются на практике. Импульсные блоки питания обычно работают на собственных частотах преобразования, которые меняются от параметров нагрузки или же не меняются специально, но плывут во времени. Сделать 100% развязку от импульсных помех по питанию пости невозможно. Потому велика вероятность появления разностных частот как напрямую в сигнале или как вариантов модуляций полезного сигнала. Классический блок питания работает на низких частотах и есть возможность хорошо отфильтровать зазвуковые помехи, которые могут взаимодействовать с опорными частотами.

[landco]

Сделать 100% развязку от импульсных помех по питанию почти невозможно

А для чего? Там же частота этих помех далеко за пределами слышимости, нет?

[Мусатов Константин]

А для чего? Там же частота этих помех далеко за пределами слышимости, нет?

Пусть частота работы усилителя в классе D 384 кГц, а частота работы блока питания 127 кГц. Третья гармоника этой частоты 381 кГц. Тогда в динамиках появится разностный тон 384-381=3 кГц.

[landco]

Тогда в динамиках появится разностный тон 384-381=3 кГц.

Но ведь не появляется, не слышно?

[Мусатов Константин]

Но ведь не появляется, не слышно?

Кто вам сказал? Дело в том, что такие артефакты возникают под нагрузкой и потому синхронны с музыкальным материалом. Вы просто начинаете слышать то, чего нет в записи и слух отмечает что-то не то.

[landco]

Вы просто начинаете слышать то, чего нет в записи и слух отмечает что-то не то.

И как понять, что что-то не то? Есть какой-то тест специальный?

[Мусатов Константин]

И как понять, что что-то не то? Есть какой-то тест специальный?

Детальные спектры могут это показать.

[landco]

Детальные спектры могут это показать.

Как это понимать? Расшифруйте, плз

[Мусатов Константин]

Как это понимать? Расшифруйте, плз

Как? Провести измерения на различных тестовых сигналах под нагрузкой.

[Владимир R-V-A]

Константин, а вам известны результаты подобных исследований с переделанными ИБП от компьютеров?

[Мусатов Константин]

Константин, а вам известны результаты подобных исследований с переделанными ИБП от компьютеров?

С компьютерными БП все хуже. У них очень посредственный импульсный отклик. Т.е. реакция на резкое увеличение или уменьшение нагрузки. Практически, что бы от них питать усилитель звуковых частот надо ставить последовательно с ними быстродействующий LDO стабилизатор.

[Владимир R-V-A]

С компьютерными БП все хуже. У них очень посредственный импульсный отклик. Т.е. реакция на резкое увеличение или уменьшение нагрузки. Практически, что бы от них питать усилитель звуковых частот надо ставить последовательно с ними быстродействующий LDO стабилизатор.

Я почему спросил. Хочу попробовать сделать УНЧ на TDA2030 мостом с таким БП и симулятором лампового мягкого ограничения сигнала на диодах в обратной связи микросхем. По прикидкам, максимальный ток будет примерно до 5 А, не больше. При таком токе в нагрузке, если увеличить емкость электролитических конденсатора на выходе ИБП с 1000 мкФ, скажем до 4700, это спасет ситуацию от резкой просадки напряжения?

Я пару лет назад смотрел графики (слева) сигналов на ИБП от компьютера на этих микросхемах и получал такие картинки. Все вроде ничего. Единственное смущает гармоника на 30 кГц. Графики справа с трансформаторным БП. Мощность порядка 15 Вт. Зеленый - опорный, входной сигнал, белый - с выхода УНЧ.

[Владимир R-V-A]

Почему мостом? - Режим А будет до мощности ( 3 Вт) умноженной на число микросхем. А если использовать 4 шт. 2050, то в режиме А под 20 Вт в режиме А и до 120-150 Вт в режиме АВ и тут уже потребуется БП с током до 15-20 А. Логично?

[Мусатов Константин]

Режим А будет до мощности ( 3 Вт)

Брр. Сколько помню, все эти микросхемы работают в глубоком классе В и АВ там совсем не пахнет. Или я ошибаюсь?

[Владимир R-V-A]

Брр. Сколько помню, все эти микросхемы работают в глубоком классе В и АВ там совсем не пахнет. Или я ошибаюсь?

Сейчас уточню точно цифры в даташит, но насколько я помню, у 2030 режим А до 3 Вт и искажения 0,003%, а у 7294 до 5 Вт и искажения 0,005%, у 7293 тоже до 5 вт и искажения 0,003%. До трех ватт 2030 мне по звуку нравится лучше всех микросхем. Как УНЧ для наушников, почти идеальна. 2050 не слушал, но говорят еще лучше, а главное у неё питание больше до +-22 В.

чудеса - в разных источниках разные даташиты на 2030. Но с искажениями по 2030 похоже я ошибся на порядок. Не 0,003, а 0,03%.



Учитывая, что у микросхемы ток 40-60 ма, то режим А будет, если не до 3 Вт, то до 1 Вт точно.

[Владимир R-V-A]

Я вспомнил в чем дело. Просто я включал 2030 не по схеме в даташите, а по схеме инвертирующего УНЧ со специально подобранными параметрами цепи обратной связи. И тогда искажения были ниже, чем по схеме в даташите почти на порядок. И до мощности 1 Вт искажения мой комп не регистрировал ( это где-то на уровне 0,005%). А с 3 ватт наблюдался резкий рост гармоник. Графики были такие (выходное напряжение 3 и 2 В на сопротивлении 3,5 Ом). Зеленый - сигнал на входе, белый - на выходе УНЧ.



А вот так выглядели графики искажений при схеме собранной по даташиту при тех же условиях и на той же плате.



И это на нагрузке в 3,5 Ом. А на нагрузке наушников (порядка 20-100 Ом) искажения вообще не регистрировались на моем компьютере до выходного напряжения 5 - 7 В. То есть они были меньше 0,005%.

[Мусатов Константин]

Учитывая, что у микросхемы ток 40-60 ма, то режим А будет, если не до 3 Вт, то до 1 Вт точно.

Но ведь есть еще токи у остальных каскадов. Даже если все они только 10 мА, то берем начальный ток 40 мА. Т.е. пиковый ток в классе А 80 мА. На 8 Ом получим (I * I * R / 2) 25 мВт

[Мусатов Константин]

Даже у меня в РА-20 при начальном токе 0,2 А получим 0,16 Вт в классе А.

[Владимир R-V-A]

Но ведь есть еще токи у остальных каскадов. Даже если все они только 10 мА, то берем начальный ток 40 мА. Т.е. пиковый ток в классе А 80 мА. На 8 Ом получим (I * I * R / 2) 25 мВт

По даташиту 2030 вообще 0,03% до 7-14 Вт в её схеме включения из даташита. В инвертирующем режиме включения микросхемы можно получить искажения на много меньше - это реальные графики.

А вот как выглядит шум ИБП на холостом ходу в одном канале, а в другом сигнал источника на прямую (сквозные искажения моего компа).



А вот так выглядят шумы ИБП под нагрузкой 4 Ом на 16 В и искажения компа в качестве опорного источника сигнала. Разрешающая способность моего компа по нелинейным искажениям 0,0036%.



Пробовал есть ли просадка по напряжению у ИБП - тыкал провода нагрузки в 4 Ом и по плюсу и по минусу - провалов не видно на обычном тестере. А на спектрах видны щелчки от искрения нагрузки в момент её подключения на спектрах сигналов.



Моё заключение ИБП вполне можно использовать в High-end.

Про подсчет мощности для наушников в режиме А я не понял. Для простоты, при токе 50 ма и сопр нагр. 50 Ом мощность будет 0,05х0,05х50 =0,125 Вт. При такой мощности можно оглохнуть. Вполне достаточно и 0,05 Вт. Граница режима А определяется соотношением сопротивления нагрузки и тока, в котором будет режим А. Пример, если сопротивление наушников увеличить в три раза с 50 Ом до 150 Ом, то мощность на такой нагрузке будет в три раза больше для работы с ними УНЧ в режиме А (0,375 Вт). У нас же есть большой запас по напряжению. Питание у 2030 на высокоомную нагрузку может быть не +-16-18 В, а +-20 В. А в 2050 +-25-30 В.

[Мусатов Константин]

Пробовал есть ли просадка по напряжению у ИБП - тыкал провода нагрузки в 4 Ом и по плюсу и по минусу - провалов не видно на обычном тестере. А на спектрах видны щелчки от искрения нагрузки в момент её подключения на спектрах сигналов.

Возьми полевой ключ, что бы не искрило при включении и посмотри переходные процессы при включении и выключении нагрузки. И посмотри изменение этих переходных процессов как функции значения нагрузки.
Надеюсь, есть в загашнике генератор меандра с частотой от десятка до сотен Гц и амплитудой 6-10 В?

[Владимир R-V-A]

Возьми полевой ключ, что бы не искрило при включении и посмотри переходные процессы при включении и выключении нагрузки. И посмотри изменение этих переходных процессов как функции значения нагрузки.
Надеюсь, есть в загашнике генератор меандра с частотой от десятка до сотен Гц и амплитудой 6-10 В?

Я так и хотел, но потом понял, что разницы нет - с искрением изменение нагрузки дает только импульсную помеху от искры, а провала нет. То есть быстродействие и чувствительность такой системы с обратной связью на столько высокое, что нет никакой просадки на блокировочном конденсаторе. Сами посудите, странно было бы ставить в дорогие компьютеры такой плохой ИБП.

- - - Добавлено - - -

А спектр шума не показывает? Уровень импульса на спектре (зеленый график) не говорит об уровне ступеньки?



Если бы ступенька была в 1 Вольт и она была резкая, то на спектре импульс был бы до уровня 0 дБ. То есть если 1 В это 0 дБ, то - 90 дБ, это ступенька в 30 мкВ. Или так нельзя считать?

Еще одна аналогия. Если бы переходные процессы в ИБП были колебательными и заметными по уровню, это все было бы хорошо видно на спектрах в виде соответствующих гармоник. А их нет кроме гармоник импульсов помех.

[Мусатов Константин]

Нет, так считать нельзя. Я хорошо помню тесты качественных ИБП для компьютеров, которые проводили Ф-центр и другие профессионалы. Там реакция на импульсную нагрузку по цепям +5 В были порядка от 30 мВ до долей вольта. Но важно еще то, какие временные параметры этих реакций и их спектр. Вспомните, что усилитель класса Д является ЦАПом с опорным напряжением в виде источника питания. Для усилителей в классе АВ или в классе Д но с использованием глубокой ООС (например самоосциллирующие схемы) вопрос попроще, поскольку на этих частотах есть PSRR. Но и тут есть вопросы, по излучению импульсных РЧ помех внутри корпуса и влиянию их на работу усилителя.

[Владимир R-V-A]

Нет, так считать нельзя. Я хорошо помню тесты качественных ИБП для компьютеров, которые проводили Ф-центр и другие профессионалы. Там реакция на импульсную нагрузку по цепям +5 В были порядка от 30 мВ до долей вольта. Но важно еще то, какие временные параметры этих реакций и их спектр. Вспомните, что усилитель класса Д является ЦАПом с опорным напряжением в виде источника питания. Для усилителей в классе АВ или в классе Д но с использованием глубокой ООС (например самоосциллирующие схемы) вопрос попроще, поскольку на этих частотах есть PSRR. Но и тут есть вопросы, по излучению импульсных РЧ помех внутри корпуса и влиянию их на работу усилителя.

Хорошо, есть под рукой генератор на ТТЛ логике, частоту можно менять. В качестве мощного транзистора использую кт 819. только вот незадача - сжег ИБП. Оторвался провод тестера и замкнул. Придется менять транзисторы генератора и диоды на входе. Как восстановлю БП, попробуем подать нагрузку через ключ.

А чтобы не было грустно, могу подкинуть видео по исследованию TDA2030.

[Владимир R-V-A]

Пробовал запустить ИБП, не получилось. Похоже тяжелый случай.

Взял другой БП для исследований.



В нем, действительно, напряжение меняется от нагрузки. Например, на холостом ходу + 12,73 В, а если подключить 4 Ом нагрузку, оно проседает до 11,9 В. А если при этой нагрузке есть еще и нагрузка по +5 В выводу (тоже 4 Ом), То просадка уже меньше - до 12,36 В. При этом на +5 В выходе напряжение холостого хода с 5,26 В поднимается до 5,41 В, когда появляется нагрузка на +12 В. и снижается до 5,1 в при нагрузке 4 Ом. Изменение напряжения между 4 и 8 Ом нагрузками примерно в 0,1 В.

Просадка напряжения ИБП получается не хуже, чем в трансформаторном, мощном БП.

Вывод примерно такой.

1. ИБП идеально подходит для питания УНЧ в классе А, когда ток нагрузки не меняется.
2. Для питания УНЧ в классе АВ или В желательно симулировать уровень нагрузки с помощью управляемой нагрузки. Есть также варианты по снижению пульсаций напряжения в зависимости от тока нагрузки за счет одновременного задействования цепей по питанию +5 В и +12 В и соответсвующей скорости регулировки напряжения. Например, использовать дополнительный выпрямитель на -5 В и формирования выходного напряжения в виде однополярного источника между -5 В и +12 В. или наоборот между +5 В и -12 В.
3. можно попытаться подобрать соотношение делителей, от разных выходных напряжений, поступающих на вход управляющей микросхемы. То же самое и при двух полярном питании.

Вот в предыдущем варианте мне случайно удалось подобрать такое соотношение, что уровень выходного напряжения ИБП практически не менялся от сопротивления нагрузки.

4. ИБП ничем не хуже трансформаторного.
5. Аномально больших помех или шумов (например, в виде свиста на звуковых частотах) не наблюдается.

Уровень шумов и побочных излучений по питанию у этого ИБП получился такой же как и у предыдущего ИБП.



Для разнообразия снял реализации шумовой дорожки на компьютерном осциллографе и реальном на холостом ходу



А тут под нагрузкой 4 и 2 Ом на +12 В.