PÄÄSIVU
SISÄLLYS
ESIPUHE
NÄYTESIVUJA
JÄNNITEOHJAUKSEN VAKAVAT VIAT
SÄRÖESIMERKKEJÄ
VAHVISTINKYTKENTÖJÄ
PROJEKTEJA
> PUHDASVIRTAKAIUTIN CCS-7
> TRANSKONDUKTANSSIVAHVISTIN
> KAIUTIN CS-12
> KAIUTIN CS-8
> A-LUOKAN PÄÄTEVAHVISTIN
> SERT-VAHVISTIN
VAIMENNUKSESTA
REKISTERÖITYJÄ IDEOITA
TEKIJÄSTÄ
OTA YHTEYTTÄ
KESKUSTELE


A-luokan transkonduktanssi-päätevahvistin

käyttäen hyväksi säädettäviä jänniteregulaattoreita

Tämä on uudenlainen transkonduktanssivahvistinperiaate, jossa ulostulokomponentteina käytetään yleisiä säädettäviä jänniteregulaattoreita (LM317). 3-nastaisten jänniteregulaattorien toiminta ohjattu virtalähde -kytkennöissä on kuvattu täällä (viimeinen kappale). Esitetty vahvistin kykenee antamaan reilut 25 W 8 Ω:n kuormaan A-luokassa. Toiminta on sillattua, mikä virtaohjauksella parantaa merkittävästi A-luokan hyötysuhdetta verrattuna yksipuoleiseen syöttöön tai jänniteohjaukseen. Vain yksi +30 V:n käyttöjännite on tarpeen.

Vaikka äänelliset erot kaiuttimien virta- ja jänniteohjauksen välillä ovat kertaluokkia suurempia kuin mahdolliset erot toimintaluokkien välillä, tämän menetelmän pitäisi olla melko ideaalinen niille audiofiileille, jotka suhtautuvat varauksin B-luokkaan tai kaiken kattavaan negatiiviseen takaisinkytkentään. Vaikka regulaattorit ovat takaisinkytkettyjä elimiä kukin, niille tuleva kuorma pysyy aina resistiivisenä.

25 W:n A-luokan virta-antovahvistin

Toiminta

Virta-antoaste muodostuu kahdesta parista LM317:ää lepovirran ollessa 1,7 A. LM1875:ä käytetään tuottamaan kuormalle taustapotentiaali, mutta tällä piirillä ei ole vaikutusta äänenlaatuun, sillä kuormavirta määräytyy yksinomaan regulaattoriasteesta.

Operaatiovahvistin MC34072 NPN-transistorin BC550C kanssa toimii yksikkövahvistuspuskurina ajaen alempia regulaattoreita signaalijännitteellä ja muodostaen samalla jännite/virta-muuntimen ylempien regulaattorien ajamiseksi signaalivirralla. Ylemmät regulaattorit muodostavat virtaohjattuja virtalähteitä alempien ollessa kytkettyinä jänniteohjatuiksi virtanieluiksi.

R5, P1 ja R6 tarjoavat NPN:lle tarvittavan lepovirran. Trimmerillä P1 voidaan nollata kuormaan menevä tasavirta.

LM1875 toimii invertoivana vahvistimena saaden kuorman kaksi potentiaalia liikkumaan symmetrisesti sillatussa kytkennässä. Vahvistus ei ole tarkkaan -1 vaan -1,15 , jotta käytettävissä olevat jännitevarat hyödynnetään maksimaalisesti. Kaiuttimen plus-napa kytketään oikealle puolelle.

C6 ja R14 ovat stabiilisuuden turvaamiseksi, kuten muissakin transkonduktoritopologioissa. Kytkennässä ei ole esiintynyt mitään merkkejä värähtelystä millään kuormilla oikosulusta induktiiviseen johdotukseen ja puhekeloihin eikä vaihtelevilla signaali- ja käyttöjännitetasoilla.

Käytettyjen regulaattoreiden taajuusalue on myös hyvin riittävä audiovahvistustarkoituksiin. Yllä olevalla kytkennällä vasteen lasku 20 kHz:llä on vähemmän kuin 0,3 dB. Alemman rajataajuuden määräävät C1, R3 ja R2.

Miksi kaksi regulaattoria toimii rinnan sen sijaan että käytettäisiin vain yhtä, esim. LM350:aa, joka pystyisi käsittelemään koko virran? Syyt ovat:

- Hävitettävä teho on liian suuri yhdelle TO-220-kotelolle TO-3-versioiden ollessa hyvin hintavia.
- Kahden regulaattorin tuottama ulostulokohina on periaatteessa 3 dB vähäisempi kuin yhdestä saatava (Kohinalähteiden ollessa korreloimattomia.)
- LM350 tuotti hieman suurempaa säröä vaadittavilla virtatasoilla kuin LM317.

Suoritusarvoja

- Antoteho:
8 Ω:iin: >25 W
16 Ω:iin: >15 W
- Harmoninen kokonaissärö @ 1kHz:
@ 25 W: 0,05%
@ 1 W: 0,045%
- Signaali-kohina-suhde @ 25 W (20 kHz:iin saakka, painottamaton): 90-91 dB
- Lepoteho: 54 W
- Hyötysuhde @ 25 W: 32%
- Ottoherkkyys: 0,70 V
- Ottoimpedanssi: 18 kΩ

Ulostuloimpedanssi

Vahvistimen mitattu ulostuloimpedanssi nähdään alla. Noin 4 kHz:iin saakka suuruus vaihtelee 1 kΩ:sta 10 kΩ:iin laskien 200 Ω:iin 20 kHz:llä. 400 Hz:n yläpuolella Zout on jokseenkin kääntäen verrannollinen taajuuteen (kapasitiivinen) ja johtuu pääasiassa C6:sta. Matalammilla taajuuksilla rajoittavaksi tekijäksi tulevat regulaattorin linjaregulointiominaisuudet.

A-luokan transkonduktanssivahvistimen antoimpedanssi

Pientehotila

Mukava ja taloudellinen piirre tämäntyyppisellä transkonduktorilla on vielä, että sitä voidaan käyttää pientehotilassa kuunneltaessa vain kohtalaisilla tasoilla. Kytkemällä vastukset R11 ja R13 pois regulaattorilepovirta ja siten tehon kulutus putoavat puoleen vahvistimen toimiessa edelleen normaalisti mutta vain puolittuneella virtakapasiteetilla (ja herkkyydellä). Tämä vähentää myös taustakohinaa, vaikka se on tuskin kuultavissa normaalietäisyydellä täydessäkään tilassa.

Mikäli tämä optio toteutetaan, R13:n rinnalle tulee lisätä 330 Ω:n vastus minimivirran ottamiseksi regulaattorista leikatun käytön aikana.

Mikäli lähtötehoksi riittää 7 W, voidaan oikeanpuoleiset regulaattorit niihin liittyvine vastuksineen R6, R11 ja R13 jättää kokonaan pois. R5 tulee tällöin pienentää 27 Ω:iin, ja käyttöjännite voidaan alentaa 20 V:iin.

Mykistys

Kuten tavanomaiset vahvistimet, myös virta-antoiset sellaiset tarvitsevat tavallisesti jotain päälle/pois-kytkentäpaukahdusten mykistystä, eikä tämä toteutus ole poikkeus. Virtaohjauksessa tämä voidaan kuitenkin tehdä oikosulkemalla kaiutin irtikytkemisen sijaan. Kookkaat ja itsessään ääntä pitävät releet eivät ole tarpeellisia, sillä tehtävä hoituu parhaiten tehomosfeteillä.

Alla oleva piiri soveltuu tähän. Ohjaintransistorin ollessa kiinni-tilassa mosfetien hilat saavat käyttöjännitteen potentiaalin, mikä pitää fetit johtavina pienellä päästöresistanssilla. Transistorin tullessa riittävän johtavaksi mosfetien hilat (kuten myös source-navat) vedetään lähelle maapotentiaalia, mikä kääntää fetit kiinni vapauttaen näin kaiutinnavat. R1 yhdessä C:n kanssa tuottaa päällekytkemisviiveen, joka pitää mykistyksen päällä ylösajovaiheen aikana. Lähdejännitteen ollessa laskussa bipolaaritransistori on suljettava (ja fetit avattava) ilman viivettä. Tämä saadaan aikaan purkamalla C nopeasti diodin kautta.

Mykistyspiiri transkonduktanssivahvistimille

Hiloille liittyvä ohjainpiiri voi olla yhteinen kaikille kanaville. Käytettäessä muita jännitteitä kuin 30 V vain R2:ta tarvitsee muuttaa, jotta kynnystaso säilyy noin 80%:ssa täydestä jännitteestä.

Kahta mosfetiä tarvitaan sarjaan kytkettynä, koska niiden sisäiset drain-source-alustadiodit estävät niiden käyttämisen kaksisuuntaisesti. (Jostain kummallisesta syystä kukaan ei valmista tehomosfetejä, joissa alusta (substraatti) olisi vapaasti käsillä.) 16 V:n zenerdiodi suojaa hiloja ylijännitteiltä ja pitää myös yhteisen source-pisteen määrätyssä alhaisessa potentiaalissa käytön aikana.

Levy

Vahvistimen asettelu juovalevylle on esitetty alla (ilman mykistyspiiriä). Vain muutama hyppylanka tarvitaan. Kaksi kaarta kuvaavat kuparipuolelle laitettuja teholähteen hyppyjä. Kaikki kuormavirtoja kuljettavat vedot tulisi tinata johtavuuden edistämiseksi.

Layout for Class-A current output amplifier

Jäykkyyden vuoksi käyttöjännite ja kaiutin liitetään parhaiten 3-napaisilla ruuviterminaaleilla (jättäen kolmas napa tyhjäksi).

Kukin regulaattoripari voidaan kiinnittää yhteiseen jäähdytysprofiiliin jopa ilman kiillelevyä, mikäli mustattu pinta on naarmuton ja siten tarpeeksi hyvin eristävää.

Teholähde

Yksinkertainen reguloimaton perustyyppinen teholähde riittää. Kaksikanavaiseen toimintaan sopivat seuraavat komponenttiarvot:

- Muuntaja: 200 VA, 24 V (kaksi 12 V käämiä sarjassa tai 24 V käämit rinnan)

- Tasasuuntaussilta: 8-10 A, jäähdytysmahdollisuudella

- Kondensaattorit: 2 kpl 10 000 uF/50V elektrolyyttejä rinnan

- Ensiön sulake: 2 A, hidas


25 W A-luokan transkonduktanssi-päätevahvistin