Class AB Power Amplifier "The Xtreme Project"

Efterlyst på forum. Gør det selv projekter. Og som mange måske allerede ved har jeg det bedst med en varm loddekolbe i hænderne og et sted at samle op på de mange ideer jeg heldigvis fortsat får. Min hjemmeside . For ellers kunne jeg fylde en hel forum server. Derfor er dette tænkt som en appetitvækker.

Her kører toget for mit nye projekt. Power Rail'en. Gang med 2. Dette er den ene af de to kabinetssider af de to nye monoforstærkere der netop er lagt i støbeskeen. I alt 176 udgangstransistorer fordelt på to kanaler. Drevet af to 2000 VA transformatorer. Jeg vil forsøge at lave noget der lever op til begrebet "Xtreme".

For hunden da Kaj ::

Det ligner noget, som du kan bruge til at strate bilen med en kold vintermorgen
Noget siger mig, at du nok er nødt til, at tænke lidt i softstartkredsløb, og måske forskudt opstart af hver kanal.

Der kommer ikke til, at løbe meget strøm i de udgangsbolcher, når der er så mange om at dele byrden.
Hvad har du tænkt dig med emittermodstande, og vil du modkoble forstærkeren?
Hvad med DC, hvordan vil du håndtere det?
Det ligner et spændende projekt, som bestemt har noget macho i auraen.

Ja, jeg er jo nødt til at foregribe den kommende vinter og den aldrende Golf. Hvem siger den kommende vinter bliver lige så mild som den vi er på vej til at slippe?

Bare rolig der er tænkt på såvel softstart, som emittermodstande. DC styring, delay til højttalerelæer, ja jeg ved snart ikke hvad jeg skulle have overset ...... Men det skal i nok få lov at høre om i så fald.

Måske kommer der et PUF op af skorstenen på elværket når jeg starter op og skulle græsset være grønt hele vinteren hvor elkablerne ligger sker der vel heller ikke noget ved det.

Nej, jeg går ind til opgaven med troen på at det kører fredeligt, men med et frygtindgydende backup, HVIS jeg "by accident" skulle møde musik med naturlig dynamik og højttalere som kræver et spark .....

Transistorernes samlede SOA gør at de med fuld forsyningsspænding over sig - plus/minus 90 volt belastet - tåler at trække 30 Ampere kontinuerlig. DC kortsluttet. Det bliver jeg nødt til at klare mig med.

Selvom det er minimalt hvad jeg forstår af forstærkerbygning, så er det da imponerende projekter at gå i gang med i sådan en, næsten ren, PWM tid hvor man køber moduler og strømforsyning og koler det hele sammen med de medfølgende kabler med påmonterede stik, så alle kan lave det.
Har kigget på din side og synes fronterne er ganske pæne, men personligt havde jeg valgt nogle større VU metre

lækker lille sag. Noget andet en de utallige små class d moduler fra Kina

Jeg har INGEN erfaring med klasse D, overhovedet. I stedet bygger jeg på de erfaringer jeg har samlet siden jeg var teenager, hvor tiden blev brugt på elektronisk grundviden mens pigerne kom i anden række. Jeg har så siden indhentet begge dele.

Jeg har det sådan at jeg skiller det indkøbte og fabriksproducerede grej ad. På et eller andet tidspunkt. For jeg vil vide hvordan det er lavet og hvorfor det spiller som det gør. Og så kan jeg jo lige så godt lave det helt fra bunden, har jeg tidligt i forløbet bestemt.

Men det krævede jo at man ved hvordan et rør, en transistor, en kondensator - komponenter i det hele taget - virker i den sammenhæng de bliver anvendt. Så det besluttede jeg mig for at ville vide "alt" .

I løbet af det afsluttede projekt har jeg fået sat ting på plads jeg ikke har kunnet koncentrere mig om i de mange år der er gået med familie og arbejde. Jeg kan kun anbefale andre at forfølge trangen til selv at bygge, men indstille sig på at man ikke kommer sovende til den nødvendige viden. For selv om internettet bugner af information skal man gøre sig i stand til at sammensætte informationerne til noget sammenhængende brugbart. Og selv efterprøve det i praksis.

Har man så oven i købet drømmen om at selvbyg er billigere end købt grej i samme kvalitet bliver jeg nødt til at skuffe drømmerne. Det bliver det måske, når man bliver dygtig nok og afholder sig fra at inkludere mandetimer.

Billede fra mit afsluttede projekt.

Ribbontweeter skrev: Selvom det er minimalt hvad jeg forstår af forstærkerbygning, så er det da imponerende projekter at gå i gang med i sådan en, næsten ren, PWM tid hvor man køber moduler og strømforsyning og kobler det hele sammen med de medfølgende kabler med påmonterede stik, så alle kan lave det.
Har kigget på din side og synes fronterne er ganske pæne, men personligt havde jeg valgt nogle større VU metre

VU metre. Større..... ? Jeg har lidt svært ved at tyde din kommentar efterfuldt af Jeg blev i tvivl om der skulle VU metre på i det hele taget. For et VU meter blot for at have en viser til at baske frem og tilbage er ikke meget bevendt. Elektronikken som styrer dem er det samme som i mine foregående projekter. Spidsvisende korrekt. Derfor var det enkelt at fortsætte med dem og bevare design og layout.

Moduler. Færdiglavede. Nej. Så bliver det jo ikke "min" forstærker, nogensinde. Færdige moduler blev for mit vedkommende lagt på hylden sammen med Josty Kit stoppede på tragisk vis. Og så skulle man endda selv lodde det sammen og på den måde være med i modulernes maskinrum. Og selvfølgelig var jeg stolt over at have bygget "min egen forstærker".

Nej, en "rigtig" forstærker under benævnelsen - "min egen" - er en man selv har konstrueret med hænderne på hver eneste komponent. Forinden med tegneprogram og matematisk lommeregner at have lavet et udkast og efterfølgende bygge og teste om det nu også fungerer som forventet. Parat til skuffelser og glæder. Jeg har glemt fordelingen

Projektet, som er baseret på bipolare transistorer med undtagelse af to mosfet i hvert forstærkertrin (se tråden om "Komponentparasitter" ) er valgt ud fra erfaring med analog forstærkerteknologi. Mine oplevelser med klasse D - musikgengivelse - i forhold til klasse A( gør at jeg afventer at gå i gang med teknologien.

De mange klasse D moduler .... tja ..... hvorfor? Ja, vi kan tage SMPS strømforsyningerne med, må udspringe af udviklingen af Mosfet transistorer, som den vigtigste komponent i begge teknologier. Højere effektivitet i et mere kompakt design er endnu et stærkt supplerende argument og fortaler for trenden.

I modsætning til de bipolare transistorer er Mosfet N- og P-kanal nærmest umulige at parre nøjagtigt nok til at kunne bruge ordet "komplementære". Symmetri i signalbehandlingen af sinuskurvens to halvdele. Kigger man på udbuddet af N- og P-kanal Mosfet er P-kanal ringe repræsenteret. Forklaringen er her. Til klasse D og SMPS er Mosfet fremragende og bipolare uanvendelige. Herunder et eksempel på to sammenbyggede Mosfet - i specifikationerne angivet som specielt udviklet til analog klasse AB forstærkere. Bemærk at det er et "Common Drain" design, som kræver et helt andet drive layout end mit nedenfor viste.



Var det muligt at lave fuldt komplementære Mosfet kunne effektdelen af en forstærker se ud som nedenfor. De kraftige bipolare drivere er mit bidrag til styring af Mosfet'ernes høje kapacitive værdier. Parasitter. Diagrammet er et udkast. Ikke testet. I virkeligheden en hybrid løsning.



Alternativt dette, som kommer i anvendelse i mit Xtreme projekt. Fire sektioner parallelt i hvert udgangstrin.

Kaj. skrev:

Ribbontweeter skrev: Selvom det er minimalt hvad jeg forstår af forstærkerbygning, så er det da imponerende projekter at gå i gang med i sådan en, næsten ren, PWM tid hvor man køber moduler og strømforsyning og kobler det hele sammen med de medfølgende kabler med påmonterede stik, så alle kan lave det.
Har kigget på din side og synes fronterne er ganske pæne, men personligt havde jeg valgt nogle større VU metre

VU metre. Større..... ? Jeg har lidt svært ved at tyde din kommentar efterfuldt af Jeg blev i tvivl om der skulle VU metre på i det hele taget. For et VU meter blot for at have en viser til at baske frem og tilbage er ikke meget bevendt. Elektronikken som styrer dem er det samme som i mine foregående projekter. Spidsvisende korrekt. Derfor var det enkelt at fortsætte med dem og bevare design og layout.

Jamen der er ikke andet i det end jeg har en svaghed for effekttrin med store VU metre a la Accuphase.
Jeg er klar over det kun er pynt, men det synes jeg så også det er i stor grad.

@Kaj
Klasse D æraen begyndte i realiteten med ICEPowers fremkomst i midten af 90´erne.
Bang & Olufsen var de første, som løftede klasse D op i nærheden af det niveau, hvor gode lineære forstærkere befandt sig.
Det skyldes flere forskellige tiltag, at du kunne gøre det, nemlig fremkomsten af hurtigere FETs, som dermed er befriet for de værste ulineariteter, og så Karsten Nielsens PHd, som bl.a. resulterede i en række patenter, som B&O købte.

KN´s idéer gik ud på, at eliminere de værste af de dårligdomme, som klasse D bærer med sig, hvoraf en af dem er udgangsfilteret.
Når man konstruerer en klasse D forstærker, så har man 2 valg mht. feedback. Du kan tage feedback før udgangsfilteret, eller du kan tage feedback efter filteret.
Før filteret giver en række fordele, idet feedbacksignalet er ufiltreret og derved bredbåndet, det giver en meget fin stabilitet.
Efter filteret stiller tingene sig selvfølgelig modsat, men til gengæld har man styr på filterets opførsel, også når det belastes af underlige højtalere med kapacitiv load.
KN fandt på, at tage feedback både før og efter filteret, hvilket bringer fordelene fra begge principper med sig, og på samme tid eliminerer ulemperne.
Samtidig øger det PSRR til meget store værdier, hvilket gør PSU mindre væsentlig.
Målemæssigt er klasse D princippet ret imponerende, der er virkelig mulighed for, at opnå meget af det, som vil være dyrt at lave i en lineær forstærker, men i stedet med begrænsede omkostninger.

Så set ud fra en konstruktørvinkel, så er klasse D helt klart vejen frem.

Når det så kommer til det praktiske, så er det ikke helt enkelt, at få klasse D til at virke. Princippet indebærer en slags "kontrolleret selvsving", som har det med at drille.
At få det til at virke, er lidt en slags håndværk, som man ikke helt kan stille på formel. Layout m.m. har større indflydelse end man lige skulle tro. Derfor ligger det hele ofte på 4 lags print, og er i den grad ikke DIY venligt.
Men der er folk der kan deres kram, og får tingene i gang med at fungere, men ofte ser man så den typiske løsning for et elektronikprodukt, hvor prisen skal tages med i betragtning, nemlig billige op-amps.
Hos B&O har man en forkærlighed for Motorolas udgave af NE5532/34, og den holder man fast ved.
Desuden har man hos B&O krav om, at der aldrig må kunne opstå støj som følge af utilsigtede signaler.
Det betyder, at man sikrer sig mod DC, EMI, Statisk elektricitet osv, vha. et massivt indgangsfilter. Her er det, at jeg så taber sutten, fordi den slags laver man ikke uden, at man sætter lydkvalitet til.
Det er bare ikke særlig smart, at spille igennem en stak elektrolytter efterfulgt af en bunke billige op-amps. Men læg mærke til, at det faktisk ikke har noget med klasse D at gøre.
IMO er klasse D nemlig fejlvurderet på samme måde, som "digital" lyd blev det i mange år.
Digital lyd var i lange perioder ikke særlig rar, og det findes skam staigvæk, men det skyldes IMO i overvejende grad de omkringliggende analoge kredsløb. De blev simpelthen nedprioriteret, fordi man anså dem for færdigudviklede, og mange gør det stadig.
I det forstærkermodul vi anvender, gjorde man nøjagtig det samme, men det er så netop det vi har ændret.
Bl.a. har vi byttet den billige Motorola op-amp ud med en state of the art op-amp, og hertil fjernet keramiske afkoblinger i de lineære kredsløb, og erstattet dem med de bedste filmkondensatorer der kan købes.
Pointen i en historie er, at hvis man gør sig umage med den lineære del af en klasse D amp, så opdager man, at switcing delen af forstærkeren er særdeles transparent, for det sætter sig meget tydeligt i det lydmæssige resultat.
Jeg er på den konto ikke i tvivl om, at man kan lave særdeles transparente udgangstrin med klasse D teknologi.
Det overraskede mig ganske meget, og det positive i den sag er, at hvis man kan få klasse D til at virke, så er komponentprisen en helt anden end ved lineær teknologi.
Det vildeste man kan drive det ud i, er en full bridge konstruktion, som skal bruge 4 FETs pr. kanal, og et lidt mere kompliceret udgangsfilter og feedback topologi. Men ellers er det hele til at overse.
Det man kan opnå er bl.a. en rekordlav Zout, rekordhøj PSRR, afsindige data for THD+N og en effektivitet på + 90%.

For at få det til at spille som en drøm, så skal man blot, som med alt andet, lade være med, at lave noget "sjatpisseri" i den trivielle lineære del af forstærkeren.

Min konklusion er på den baggrund og erfaring, som jeg har opnået gennem tiden, at klasse D har et stort, men ofte uforløst potentiale, og en række signifikante tekniske fordele fremfor lineær teknologi.
IMO er der ingen grund til, at klasse D ikke skulle kunne løftes op til det højeste kvalitetsniveau, som der kan opnås med lineær teknologi, og samtidig have endnu bedre måledata.
Man kan så begrundet spørge, hvorfor er der ingen der gør det?
Svaret tror jeg ligger i, at der er ingen kunder til det. ICE, Pascal, Hypex osv. sælger fint, og efter deres mening er det de laver så godt som det bliver. Producenterne af "High End" udstyr magter ofte slet ikke, at lave deres egne klasse D konstruktioner, så de holder sig på sikker grund. Og netop de forhold tror jeg gør, at klasse D ikke for alvor er trådt ind i den absolutte topklasse som dominerende teknologi.

Jeg mangler stadig at høre klasse D der lyder bedre en Tact Millenium MkIII, og det er godt nok mange år siden den kom på banen.
Ikke alle kan lide Tact'en, men den er netop transparent, og god til kompleks musik. Især kompleks rock som f.eks. Tool er ganske enkelt meget nemmere at lytte til. De klasse D moduler jeg nu spiller på (nå de er kommet i nyt kabinet) er også med NE5532, men det går nu nok alligevel.

Tact er jo lidt sin egen, men er det ikke en Lyngdorf du har hørt? Tact er lagt i graven for snart mange år siden.
Jeg tror heller ikke millennium findes mere som model.
Anyways så har Millennium bestemt kvaliteter, men den mangler lige så bestemt andre.

Nu siger du, "at det går nu nok alligevel", og i det er jeg uenig.
Selvfølgelig går det ikke alligevel, du får lige præcist den lyd, som dine komponenter de laver, og NE5532 er nemme at kende, og de er ikke specielt transparente. Længere er den historie ikke.

Der er nok mange forskellige motivationer til, at bygge selv, nogen roder med det for hyggens skyld, andre for at lave noget, som man ikke kan købe, men kun drømme om.
Kaj er sådan en, og der kan jeg følge med, for han kunne ikke drømme om, at snuppe "det går jo nok alligevel" vejen.
Han har samme mål som jeg har, tingene skal bare laves mere rigtigt, end dem man kan købe i butikkerne.
Der kan så være forskel på, hvad man opfatter som rigtigt, men som jeg ser det, så er det småting, som jeg er uenig med Kaj i.
Men jeg synes det er vigtigt, at "godt nok" fremgangsmåden anbringes der, hvor den hører til.
For mig, og som jeg oplever det, så gælder det samme for Kaj, så er "godt nok" lige præcist der, hvor man bare ikke kan gøre mere, ud fra den viden der er tilgængelig på pågældende tidspunkt.

Klasse D, har jeg allerede nævnt, er en teknologi, som er blandet sammen med lineær teknologi. Det er teknologien i digitale forstærkere ikke. Og deri ligger forskellen.
Digitalt kontrollerede forstærkere har ikke billige op-amps til analog signalbehandling i signalvejen, men de ender jo ud i et switching udgangstrin i sidste ende alligevel, så forskellen på digitale forstærkere og klasse D forstærkere, har ikke rigtigt noget med klasse D som sådan at gøre, idet den switchende del af forstærkerne er rimeligt ens.
Skulle man nævne et problem med klasse D her og nu, så er det, at klasse D bevæger sig nedad i markedet. Alle vil gerne lave en klasse D amp, som er næsten gratis, og som kan produceres i milliarder af eksemplarer for næsten ingenting.
Derfor havner NE5532 på modulerne, og så er stregen slået.

Jeg mener faktisk ikke jeg kun går efter godt nok, men de sidste 2% betyder ikke så meget for mig ift f.eks. membranareal.
En gulvhøjttaler med de typiske to stk 6½ tommer enheder er ikke godt nok hos mig. Et anlæg der ikke er målt og justeret i mit rum, er heller ikke godt nok. Jeg er slet ikke uening i at de små ting som opamps mv kan høres, det er blot ikke her mine kæpheste ligger, og heller ikke her mine ører er følsomme overfor fejl. Med dette mener jeg, at det ikke decideret irriterer mine sanser.

Helt overordet så tænder jeg vildt på god musik i en klasse indspilning på et kraftigt anlæg med fuldstændig uanstrengt niveau også i den dybeste bas. Der må ikke være trælse rumresonanser. Dette er 98% af oplevelsen for mig of det der for mig er "godt nok". At opnå de sidste 2% er sjov og ballade, og interesserer mig en hel del , men det er ikke altafgørende ift at nyde musikken.

At se Kajs projekt er også vildt spændende og inspirerende.

Ribbontweeter skrev: Jamen der er ikke andet i det end jeg har en svaghed for effekttrin med store VU metre a la Accuphase.

Det er faktisk sådan, at VU metrene har samme størrelse og egenskaber som dem Accuphase anvender. Skalaen er befriet for firmalogo. Elektronikken er mit eget inspireret af et diagram af grundprincippet for en spidvisende ensretter og efterfølgende logaritmisk forstærker. Kalibreringen er desværre et tålmodighedsarbejde, som uden måleudstyr har størst sandsynlighed for at ende helt galt.

Skulle man ikke have opdaget det, er jeg inspireret af tiden fra 1978 og frem hvor jeg havde daglig omgang med stort set alle Accuphase produkterne og alle deres diagrammer. Sekunderet af min tekniker kollegas tilsvarende entusiastiske tilgang til bygning af kraftige forstærkere.

Eksempelvis mødet med M-60 monotrinnet står mejslet ind i min erindring. Den og den senere ONKYO M-508 huskes for deres kraft og chokerende kontrol at højttalerne. Den sidste - forspændt et par Onkyo DX77 (se vidt jeg husker) med 12 tommer kulfibermembraner og 1812 Ouverturen på Telarch med ægte kanoner afspillet på en massiv Kenwood pladespiller med Dynavector pickup solgte mellem seks og otte højttalere af denne ene type om ugen her i Aalborg. Efter nogle uger var man på hovedkontoret bange for at vi bare samlede til lager for intet andet sted i Danmarks solgte man et antal der bare lignede.

Derfra har jeg hele tiden vidst at kraftoverskud sælger. OG begejstrer ........


Nu vi er ved kraftoverskud kan det godt irritere, at jeg aldrig nåede at få omviklet min dengang ejede 35Kg tunge transformator fra en punktsvejser til brug for udgangsforstærkeren, jeg er i gang med. Så har jeg været fri for at bekymre mig om der er strøm nok. Som den var, kunne den med dioderne jeg brugte starte en død dieseltraktor i 20 graders vinterkulde. Se det var en transformator som rykker....... Jeg afhændede den til anden side.

Forskellen fra NE5532/34 til en fornuftig diskret konstruktion er slet ikke 2%, men en hel del højere.
Jeg tror det er der vi kommer ud af sync.

Nielsen skrev: Forskellen fra NE5532/34 til en fornuftig diskret konstruktion er slet ikke 2%, men en hel del højere.
Jeg tror det er der vi kommer ud af sync.

Så bliver du jo nød til at fortælle os hvad 100% er, når du kommer med sådan en påstand.