First Watt F5

[nowy78]

Witam serdecznie wszystkich zainteresowanych twórczością Nelsona Pass’a!

Jeżeli od jakiegoś czasu zastanawiasz się, czy nie warto byłoby własnoręcznie urzeczywistnić któryś z jego projektów i przekonać się, czy faktycznie wzmacniacze Passa grają tak rewelacyjnie, jak można przeczytać w wielu recenzjach, a nie jesteś przy tym do końca przekonany, czy to się Tobie uda, to znalazłeś się we właściwym miejscu. W tym nowo otwartym wątku, będę starał się zbudować i uruchomić jeden ze wzmacniaczy zaprojektowanych przez mistrza - konkretnie znany i popularny w świecie DIY First Watt F5. Być może nie zawsze będzie z górki i przyda się tu również Twoja pomoc. Tak więc śmiało, załóż konto, jeżeli oczywiście jeszcze go nie posiadasz i podziel się z nami swoimi cennymi uwagami. Być może będziesz miał swój wkład w mój wzmacniacz

Przyznacie, że początek wyszedł mi całkiem zgrabny

Teraz już właściwym słowem wstępu, projekt został opublikowany przez Nelsona Pass’a w roku 2008 - początkowo  na portalu diyaudio.com (link), później także w prasie i na stronie http://firstwatt.com. Ponieważ jak widać nie jest to koncepcja nowa, w sieci łatwo można znaleźć wiele informacji i tutoriali przydatnych przy wykonaniu wzmacniacza. Mimo wszystko postanowiłem, że ze względu na pewne nietypowe rozwiązania, które mam nadzieję zadziałają tak jak tego od nich oczekuję, zasilę Internet jeszcze jednym

W tym miejscu dodam, że całkiem niedawno Kolega @5k7 także rozpoczął budowę swojego egzemplarza F5, będącego jedną z późniejszych wariacji projektu podstawowego, którym zajmę się niebawem. Postępy można podglądać tutaj. Początkowo miałem nawet zamiar dołączyć i przedstawić właśnie tam swój pomysł na F5, jednak po zastanowieniu uznałem, że korzystniej będzie utworzyć nowy temat. Raz, aby nie robić koledze galimatiasu, dwa, ułatwi to dostęp do konkretnych wersji potencjalnym zainteresowanym budową.

Chyba czas na link źródłowy. Warto zajrzeć, nawet jeżeli ktoś z góry zakłada, że sam nie będzie budował wzmacniacza.

Dlaczego F5?

Może na początek wspomnę o czymś co akurat nie jest zachętą. Otóż na pewno nie są to względy ekonomiczne. Wielu zapewne pomyśli, że tak prosty układ nie może przecież dużo kosztować. Niestety pozory mylą. Sam wzmacniacz może i nie jest skomplikowany, kosztują jednak „dodatki”, bez których urządzenie nie będzie działało. Mam  na myśli choćby obudowę, która musi być wyposażona w duże radiatory zdolne odprowadzić sporą ilość ciepła, charakterystyczną dla wzmacniacza pracującego w klasie A. Takie obudowy nie są tanie i trzeba się liczyć z wydatkiem przynajmniej kilkuset zł (bliżej tysiąca). Strugając samodzielnie, będzie zapewne nieco taniej. Zasilanie to podobna kwota. Tu podobnie, można trochę zaoszczędzić, ale będzie się to wiązało z pewnymi kompromisami. Właściwie jak się zastanowić to i cena tranzystorów stopnia wejściowego, ze względu na małą dostępność, także może nieźle zaskoczyć. Dość o sprawach średnio przyjemnych, do których zresztą hobbysta i tak nie przykłada zbyt dużej wagi Dalej już same plusy. A więc jeszcze raz, dlaczego F5?

Po pierwsze, bo to układ zaprojektowany przez Nelsona Pass’a. Po drugie i po trzecie, patrz punkt pierwszy Coś co wyszło spod ręki człowieka, który właściwie całe życie zajmuje się wzmacniaczami, robi to z pasji, i wielokrotnie pokazał, że wie, o co w tym chodzi, nie może przecież być słabe. Na wersję pierwotną, tj dwustopniowy wzmacniacz PP pracujący w klasie A, osiągający moc maksymalną (w klasie A) 25W przy użyciu jednej pary tranzystorów w stopniu mocy, zdecydowałem się z kilku powodów. Na pewno jest to opcja mniej kosztowna, nie to jednak zadecydowało. Jak już wspominałem w wątku Kolegi od wersji 3, będę miał mniej kłopotów z odprowadzeniem dużych ilości ciepła, a przez to już przy względnie niedużej (jak na wzmacniacz pracujący w klasie A) obudowie powinienem uzyskać całkiem spore możliwości jeżeli chodzi o regulację prądu spoczynkowego. To ważne. Pass nie raz wspomina, że wzmacniacz brzmi lepiej przy większych prądach spoczynkowych. Wolę więc mieć możliwość poszukania sweet spotu bez obaw, że coś mi się przypali. W przypadku kilku par w stopniu końcowym całkowity prąd przepływa przez większą ilość elementów, przez co uzyskanie podobnej wartości na pojedynczym tranzystorze jest trudniejsze ze względu na konieczność pozbycia się sporej sumarycznej mocy. Nie jest to niemożliwe, ale wiąże się z dodatkowymi kosztami związanymi z obudową. Uznałem, że 25W jest dla mnie wystarczające, a nawet więcej niż wystarczające i dlatego pozostałem przy wersji pierwotnej. Poza tym podoba mi się jej minimalizm. Myślę, że to także wielki plus tego wzmacniacza. Będąc konstrukcją podobną w swojej prostocie do wzmacniaczy lampowych, ale pozbawioną ich wad, choćby w postaci konieczności stosowania transformatorów wyjściowych bardzo mnie zachęca do budowy w celu przekonania się, czy rzeczywiście zagra tak rewelacyjnie.

Ach, trzeba jeszcze dodać, że ze względu na wspomnianą już popularność, łatwo dostępne są gotowe PCB. Można je nabyć w sklepie https://diyaudiostore.com/ , jak również u naszych dalekowschodnich przyjaciół z Ali. To spore ułatwienie dla mniej zaawansowanych (lub bardziej leniwych )  diyersów.

No cóż, na dziś chyba tyle. Zapraszam na kolejny odcinek, w którym będzie już coś bardziej konkretnego

Edytowano 20 maja 2020 przez nowy78

[5k7]

Bardzo ładny wstęp  Trzymam zatem kciuki i czekam na pierwsze konkrety

[MariuszZ]

11 godzin temu, nowy78 napisał:

No cóż, na dziś chyba tyle. Zapraszam na kolejny odcinek, w którym będzie już coś bardziej konkretnego

Czekam z niecierpliwością. Masz dar Piotrze i tak mnie zachęciłeś, że chyba odłożę prace przy lampowych wzmacniaczach i zacznę kalkulować czy nie iść Twoim tropem 😉

[nowy78]

Hehe. Przyznaj Mariusz, że to sam wstęp tak na Ciebie podziałał   Przenoszę się do marketingu

Można w każdym razie zauważyć ciekawą zależność (przynajmniej u siebie zauważyłem). Czynne uczestnictwo w forum przyczynia się do coraz większych wydatków na hobby 😂. Wiadomo, pieniądze wydaje się łatwo, trudniej natomiast o czas i motywację do działania praktycznego. A tu proszę, Ty już od dłuższego czasu walczysz z lampowcem,  @5k7 zaczął lutować F5Turbo, a to tylko takie grubsze przykłady mobilizacji. Ogólnie wiele osób ciągle coś testuje, zmienia, usprawnia. I jak tu siedzieć z założonymi rękami? Uważam to jednak za bardzo pozytywne i przede wszystkim rozwijające zjawisko. Dlatego rękawy w górę i do dzieła Mariusz!

[5k7]

Zdecydowanie masz rację. Ja u siebie zauważyłem że to mnie bardziej mobilizuje. Wcześniej powoli przez rok kompletowałem części, miałem na wszystko czas a teraz mnie ciśnie by lecieć z tematem dalej, szybciej. Aktualnie kończę przeróbkę przedwzmacniacza TU-8500DX do którego dodałem moduł zdalnego sterowania oraz wskaźniki wysterowania.  Myślę że jeszcze kilka dni i zakończę projekt to też się pochwalę 😉 W kontekście monobloków to czekam na transformatory, radiatory poszły do realizacji. I tak, zdecydowanie kasy coraz więcej idzie na to hobby  Zgadzam się w 100%. 

[nowy78]

1 godzinę temu, 5k7 napisał:

Aktualnie kończę przeróbkę przedwzmacniacza TU-8500DX do którego dodałem moduł zdalnego sterowania oraz wskaźniki wysterowania.

A jak ogarnąłeś wskaźniki wysterowania? Chodzi mi o podłączenie. Niedawno też nabyłem, z myślą, że być może wstawię sobie do końcówki, której używam aktualnie (wymieniając front), ale po przyjrzeniu się sprawie, okazuje się, że aby ich wskazania w miarę odpowiadały rzeczywistości, właściwie potrzebny jest dodatkowy układ. Odkryłem mianowicie taki problem: wychylenie wskazówki jest proporcjonalne do prądu przepływającego przez cewkę wskaźnika , natomiast skala jest logarytmiczna (co oczywiście ma sens, gdy spojrzeć na dynamikę sygnału).

[5k7]

Zgadza się. Zakupiłem oprócz samych wskaźników układ sterujący. Można go konfigurować do pracy liniowej lub logarytmicznej.

Link: https://www.modushop.pl/uklad-sterowania-wskaznikami-analogowymi-hq-pcb-elementy-vu02all.html

Edytowano 21 maja 2020 przez 5k7

[MariuszZ]

9 godzin temu, nowy78 napisał:

Dlatego rękawy w górę i do dzieła Mariusz!

Muszę to przetrawić na spokojnie. Bardzo podobają mi się projekty Passa, szczególnie te minimalistyczne. Może dlatego, że słucham cicho to i nie myślę o super mocach. Gdybym nie prowadził korespondencji z Vlaartronic w sprawie nowych traf do mojego projektu Seta na 2a3 to już bym liczył kasę na F5 😉

Wciągnęło mnie to dłubanie okrutnie. Aktualnie uczę się Ltspice i modelowania układów wzmacniaczy. Trochę opornie idzie bo ciężko realne modele traf audio opisać ale jest już nieźle. Nawet jakieś charakterystyki i przebiegi można badać. Może do mojego wątku za kilka dni wrzucę dwa modele ANK L1 i L1 ver. 2 do zabawy dla potomnych. 

Pozdrawiam. 

[nowy78]

Fiu, fiu... Rzeczywiście się wciągnąłeś

18 godzin temu, 5k7 napisał:

Zakupiłem oprócz samych wskaźników układ sterujący. Można go konfigurować do pracy liniowej lub logarytmicznej.

No tak, ten układ wygląda zdecydowanie poważniej niż ten, który ja kupiłem na Ali i który okazał się być lekko odfiltrowanym aktywnym prostownikiem jednopołówkowym Dzięki za link 👍

[nowy78]

Pochwalę się nieśmiało, że wzmacniacz już zmontowałem w całości, a nawet uruchomiłem i ustawiłem prądy spoczynkowe - póki co wartości zgodne z instrukcją Mistrza. Jak do tej pory wszystko przebiegło zgodnie z planem. Ponieważ oczekuję na dostawę złącz pozwalających wygodnie przetestować urządzenie przed wpięciem go w tor systemu audio - nie chciałbym uszkodzić jakichś drogich rzeczy -  mam przymusową przerwę w majsterkowaniu. Przyznam, że w obecnym stanie zaawansowania, trudno się oderwać W każdym razie jest to dobra okazja, aby poświęcić chwilkę na skrobnięcie paru zdań o szczegółach projektu. Zacznę więc od początku.

 

Zasilanie

 

Według założeń, wzmacniacz miał być konstrukcją typu dual mono. Częścią wspólną dla obu kanałów są jedynie obudowa, gniazdo zasilające, bezpiecznik i włącznik. Zasilanie każdy z kanałów ma już natomiast osobne. Zastosowałem dwa identyczne niestabilizowane zasilacze o układach bardzo zbliżonych do tych, które zaproponował Pass. Napięcie sieciowe obniżają dwa transformatory od toroidy.pl o mocy 300 VA każdy i napięciu uzwojeń wtórnych 2 x 18V. Zamówiłem w wykonaniu audio i wydaje się, że pomimo ceny wyższej o jakieś 70 % , było warto. Są naprawdę bardzo ciche, a sprawdzałem pod obciążeniem prądem 3,5 A. Polecam z czystym sumieniem. Z uwagi na moc transformatorów i duże pojemności filtra w zasilaczu, włączenie wzmacniacza następuje poprzez soft start. Kupiłem gotowy na Ali. Jest to prosty układ z włączonym w szereg z obciążeniem termistorem, zwieranym po ok. 1 s przekaźnikiem. Nie powinien być więc problemem nawet dla osób obawiających się o odpowiednią „wydajność” zasilania  Pomimo dobrego wykonania, transformatory umieściłem na elementach izolujących, o których szeroko pisałem w innym temacie forum O takich:

 

Gumowe elementy przyklejone w centrach są ogranicznikami przed nadmiernym przemieszczaniem się transformatorów osadzonych na miękkich sprężynach, gdy wzmacniacz jest „w ruchu”, np. podczas przenoszenia lub ustawiania. Gdy stoi nieruchomo, nie dotykają do niczego. Podobne umieściłem od spodu płyty będącej podstawą dla płytek zasilaczy, znajdującą się tuż nad transformatorami.

W roli prostowników występują cztery mostki o maksymalnym prądzie przewodzenia 35A i napięciu wstecznym 200V. Dalej mamy bardzo dużo mF :) . Zastosowałem filtr CRC w konfiguracji kolejno: 2 x 22000μF/35V, 4x 0,47Ω/3W (oczywiście równolegle), 1 x 22000 μF/35V, 1 x 1 μF (poliester) na szynę. Każdy kanał ma więc do dyspozycji bufor energetyczny w postaci kondensatorów o sumarycznej pojemności 132 mF. Całkiem sporo. Jeżeli chodzi o markę kondensatorów, wybrałem niskoimpedancyjne Nichicony z serii LS, które nabyłem w TME, w całkiem dobrej cenie – niecałe 190 zł (brutto) za 12 szt. Mundorfy wyglądałyby zapewne bardziej okazale, ale koszt byłby jakieś sześć razy większy. Tym razem uznałem, że nie ma sensu i ewentualną różnicę jakości (w odniesieniu do dźwięku) „skompensuję” w inny sposób, przetestowany z dobrym skutkiem we wzmacniaczu, którego aktualnie używam. Chodzi o umieszczenie dodatkowo kondensatorów polipropylenowych o względnie dużej pojemności tuż przy układzie wzmacniacza. U mnie będzie to 18 μF (10μF + 8 μF) na każdą szynę zasilającą. Na fotce wstępna przymiarka, czy wszystko pasuje i da się skręcić

 

Prawie wszytkie PCB do wzmacniacza zamawiałem na Ali. Były to płytki obu kanałów dla F5 Turbo V2 – te zamówiłem wcześniej, jako że początkowo miałem zamiar robić właśnie wersję Turbo, jak również płytki dla wersji pierwszej, na którą ostatecznie się zdecydowałem. W pierwszym zamówieniu były niestety także płytki zasilaczy. Niestety dlatego, że nie otrzymałem przesyłki. Po zastanowieniu uznałem jednak, że właściwie dobrze się stało. Pieniążki wróciły na konto, z F5-Tv2 i tak zrezygnowałem, a te od zasilaczy sam sobie zaprojektowałem i wykonałem zgodnie z tym czego potrzebuję. Zamówione nie były dla mnie w pełni zadowalające pod względem układowym. Przy okazji przetestowałem kolejną metodę pokrywania miejsc na laminacie, które mają pozostać niewytrawione. Tym razem użyłem taśmy klejącej Wydaje mi się, że wyszło nie najgorzej. Oczywiście taka technologia produkcji płytek jest możliwa do wykorzystania tylko przy płytkach o mało skomplikowanym układzie ścieżek, o względnie dużej szerokości. W każdym razie u mnie sprawdziła się całkiem dobrze. Zresztą oceńcie sami

Opisana wyżej konfiguracja zasilania pozwoliła uzyskać tętnienia o wartości ok. 200 mV, przy obciążeniu każdej szyny zasilacza rezystorami 8Ω, co przy napięciu niecałych 23V dało przepływ prądu o wartości 2,8 A. Jeżeli natomiast ktoś nie jest przekonany do części R w filtrze, jakoby np. stanowiła ona ograniczenie prądu dla zasilania wzmacniacza, niech rzuci okiem na to:

Jest to składowa zmienna napięcia na wyjściu zasilacza, przy parametrach obciążenia jak wyżej, z rezystancją w fitrze – niebieska (powiedzmy) linia, i bez rezystancji, która została zwarta – linia żółta. Widać, że oprócz zwiększenia tętnień o ponad 50%, mamy bardziej „ostry” przebieg, a więc o większej zawartości wyższych harmonicznych.

I jeszcze widok obu zasilaczy zmontowanych „na gotowo” w obudowie wzmacniacza.

Edytowano 5 czerwca 2020 przez nowy78

[MariuszZ]

Nic więcej nie skomentuję ponad to, że trzymam kciuki 👍 Bardzo mi się podoba Twój projekt  

[nowy78]

Dzięki Mariusz. Z Twojej strony zawsze można liczyć na dobre słowo motywujące do dalszej pracy :)

[MariuszZ]

Jesteś w DIY bardziej umocowany niż ja Piotrze i w wielu dziedzinach mnie inspirujesz ale widzę pomiary z Hanteka  Nie chwaliłeś się albo przegapiłem. Jak odbierasz Hantekowy warsztat pomiarowy? Pozdrawiam  jak zwykle cieplutko 👍

[nowy78]

A tak, rezygnując z MiniDSP, które to już prawie zamawiałem, w międzyczasie wzbogaciłem się o oscyloskop Hantek DSO5102p Długo rozważałem na jakie rozwiązanie w tej materii się zdecydować. Jak sam wiesz możliwości jest dzisiaj bardzo wiele. W końcu kupiłem na allegro od Chińczyka, z dostawą z UK 😂 Na podjęcie takiego ryzyka skusiła mnie cena - poniżej 900 zł. Jak na razie jestem zadowolony. Nie jest to może sprzęt pro, ale uważam, że do moich amatorskich potrzeb ma aż nadto możliwości. Ogólnie, mój entuzjazm może zburzyć chyba jedynie pojawienie się jakichś niespodziewanych usterek. Pozdrawiam.

Edytowano 5 czerwca 2020 przez nowy78

[Fafniak]

@nowy78 - wątek mi umknął. Szacun ! Zazdroszczę tobie i @MariuszZ samozaparcia

Zainteresował mnie wątek o "rezystancji w filtrze" - czy słuchałeś bez rezystora? Jak było ?

[5k7]

Jest i progress. Super i gratuluje. Profeska!

Te sprężyny mają chronić przed ewentualnymi drganiami? Możesz dać linka do tego tematu? Sprawdziłeś jak to w rzeczywistosci działa? Sam mam mieszane uczucia, bo z jednej strony dobrze niwelować drgania z drugiej ta konstrukcja wydaje się by mogła sama w sobie rownież je wzbudzać. Trafo, ktore kupileś dobrze mi sie dotychczas sprawdzało ale teraz oczekuje na 800VA wiec nie wiem czy będzie się tak samo zachowywać.

Płytka faktycznie ładnie wytrawiona i wyszła idealnie.

Wrzuć wiecej fotek, kilka całosciowych. Gdzie te radiatory, płytki f5 i tranzystory? Widzialem na zdjęciu jedną pustą, ale rozumiem że skoro skończone to już zamontowane ?

 

[nowy78]

Dzięki Panowie. Choć jeżeli chodzi o samozaparcie, o którym wspomniał @Fafniak, to myślę, że nie jest mi aż tak potrzebne Samo idzie. Po prostu lubię to robić i zapewne to był główny powód rozpoczęcia prac, nie zaś chęć posiadania jeszcze lepiej grającego wzmacniacza . Aktualnie używany uważam zresztą za bardzo dobry. Nie ukrywam jednak, że z nowym wiąże spore nadzieje. To też jest fajne uczucie, gdy efekt pracy zaczyna działać. Ta niepewność i ciekawość, co usłyszę z głośników. A najgorszy jest brak czasu na takie zabawy. Niestety to cecha charakterystyczna współczesnego życia i większość z nas ma ten kłopot.

5 godzin temu, Fafniak napisał:

Zainteresował mnie wątek o "rezystancji w filtrze" - czy słuchałeś bez rezystora? Jak było ?

Na ten temat jeszcze nic nie mogę powiedzieć. Jak pisałem, najpierw chciałbym obadać wzmacniacz "wzrokowo", czyli przy pomocy generatora i oscyloskopu. Testowanie układu nie posiadającego jakichkolwiek zabezpieczeń, przy użyciu jednak już dość drogich kolumn byłoby co najmniej nierozsądne Ale to dość łatwy do zrealizowania test, więc można będzie sprawdzić.

2 godziny temu, 5k7 napisał:

Te sprężyny mają chronić przed ewentualnymi drganiami?

Tak, to mechaniczna izolacja transformatorów od reszty urządzenia. Sprawdzałem to już w dwóch fabrycznych wzmacniaczach i efekt był zawsze na plus. Odnośnie samej realizacji, większość ludzi od razu porównuje to do zawieszenia w samochodzie i dziwi się, że brak tłumienia itp. Jeżeli jednak przyjrzeć się sprawie dokładniej od strony techniczno-fizycznej, wszystko staje się jasne, dlaczego właśnie tak jest najkorzystniej. Aby nie powtarzać, wstawiam link, uprzedzając, że temat się ciągnie dość długo  

 

Oczywiście będzie ciąg dalszy opisu wzmacniacza ze szczegółami i rozkładówką . Chciałbym jednak zachować pewien porządek i czytelność, dlatego nie wrzuciłem od razu wszystkiego.

[5k7]

8 godzin temu, nowy78 napisał:

Tak, to mechaniczna izolacja transformatorów od reszty urządzenia. Sprawdzałem to już w dwóch fabrycznych wzmacniaczach i efekt był zawsze na plus. Odnośnie samej realizacji, większość ludzi od razu porównuje to do zawieszenia w samochodzie i dziwi się, że brak tłumienia itp. Jeżeli jednak przyjrzeć się sprawie dokładniej od strony techniczno-fizycznej, wszystko staje się jasne, dlaczego właśnie tak jest najkorzystniej. Aby nie powtarzać, wstawiam link, uprzedzając, że temat się ciągnie dość długo  

 

 

Zdecydowanie temat nieco długi. Wiem o co sie rozchodzi. Ale póki co będę koncentrował się bardziej na tłumieniu ewentualnych zakłoceń scieżki sygnalowej jak eliminowaniu tych wibracji. Przedwzmacniacz może jest elementem który jest dużo bardziej wrażliwy i tam ewentualnie można by to rozważyć choć...

W mojej ocenie prawidłowe uziemienie i osłona sćieżki sygnałowej jest najważniejszym aspektem który faktycznie ma wpływ na dzwięk. Takie też doświadczenie zbieram przy przedzmacniaczu który teraz modyfikuje. W wypadku źle zaplanowanego obwodu uziemienia czy osłony scieżki sygnałowej każda wibracja stanowi zaķłocenie słyszalne dzwięku. W tej sytuacji zgodzę sie w pełni że nawet skakanie koło wzmacmiacza bedzie miało słyszalny wpływ na jego działanie.

Na dzień dzisiejszy doszukiwanie sie zmiany dźwięku w mikrowibracji transformatora w prawidłowym układzie jest jeszcze dla mnie nieco abstrakcyjny.

Naturalnie odnosze się z pełnym szacunkiem do pracy jaką włożyłeś w swoje badania i nie obniżam ich wartości. Poprostu na dzień dzisiejszy temat ten ustawiam z niskim priorytetem, ale mam w razie czego kolejny aspekt do przemyśleń😀

[nowy78]

1 godzinę temu, 5k7 napisał:

W mojej ocenie prawidłowe uziemienie i osłona sćieżki sygnałowej jest najważniejszym aspektem który faktycznie ma wpływ na dzwięk...

Dlatego też, kontynuując temat zasilania, postanowiłem w ogóle nie łączyć przewodu PE zasilania AC z masą po stronie wtórnej transformatorów, jak również mas zasilania poszczególnych kanałów ze sobą. Wyszedłem z założenia, aby nie wprowadzać (lub chociaż ograniczyć jak to tylko możliwe) zakłóceń z sieci energetycznej do wzmacniacza. Temat uziemienia przerabiałem przy okazji listwy z filtrami. Okazało się, że przewód ochronny jest bardzo "zanieczyszczony" i ewidentnie degraduje dźwięk. Przeniesienie uziemienia na sieć CO spowodowało zdecydowaną poprawę. W F5, PE podłączyłem jedynie do obudowy i ekranowania transformatorów. Kolejną zaletą jest brak pętli masowych. Dopiero w praktyce okaże się jednak, czy takie teoretyzowanie przełoży się na jakość dźwięku

A teraz kolejny odcinek z cyklu: "Jak zrobić wzmacniacz" No właśnie, dzisiaj

Wzmacniacz.

 

Powyżej widnieje schemat jednego kanału wzmacniacza F5 zaproponowany przez Pass’a na samym początku. Z czasem, uległ pewnym modyfikacjom, m. in. za sprawą bardziej zaawansowanych użytkowników forum diyaudio.com. Modyfikacje te zostały zebrane w artykule dotyczącym wersji Turbo.
Mnogość wersji daje budowniczym spory wybór, i możliwość samodzielnego zadecydowania jaki ostateczny kształt przyjmie ich dzieło. Ja także „skonfigurowałem” swoją wersję wg własnego widzimisię Wprawdzie kupiłem gotowe PCB, widoczne poniżej, ale nie wszystko przecież trzeba wlutować, a elementy nieuwzględnione przez autora płytki można dolutować do innych  Jak już jesteśmy przy płytkach, to dodam, że są wykonane bardzo dobrze, z grubego dwu-milimetrowego laminatu epoksydowo-szklanego. Ścieżki są oczywiście złocone, otwory metalizowane. Godne polecenia. Niestety zdjęcia niezbyt udane.

Wracając do schematu, po pierwsze usunąłem układ z tranzystorami bipolarnymi Q5 i Q6 i rezystorami R17 – R22, zabezpieczający przed przepływem nadmiernego prądu przez stopień końcowy. Wprawdzie jego działanie zaczyna się, gdy prąd ten przekroczy ok. 10 A, mnie jednak niezbyt się podobał i uznałem, że nie jest aż tak potrzebny Działam zgodnie z założeniem: im prościej, tym lepiej. Muszę jedynie uważać, aby nie zwierać wyjść. Jak sięgam pamięcią, do tej pory nie przydarzył mi się taki przypadek, więc jestem dobrej myśli. Znalazłem również opinie osób z diyaudio, które już przetestowały jak wzmacniacz gra bez ww elementów. Podobno jest lepiej Nie chce mi się sprawdzać, dlatego tym razem uwierzyłem na słowo.
Kolejną zmianą jest dodanie rezystora nastawnego „obejmującego” rezystory źródłowe tranzystorów stopnia wejściowego. Niestety nie był przewidziany na płytce i musiałem dolutować go do rezystorów R1 i R2. Za jego pomocą można jeszcze obniżyć i tak już bardzo małe zniekształcenia harmoniczne, poprzez całkowite zlikwidowanie drugiej składowej. Do tego potrzeba jednak urządzenia pomiarowego pozwalającego widzieć, czy kręcimy w dobrą stronę. Spróbuję wykorzystać analizator FFT z oscyloskopu lub program RMAA. Jeżeli się uda, będzie można ocenić, jak czułe jest ludzkie ucho Termistory stabilizujące wzmacniacz temperaturowo póki co zostają. Nie są jednak bezwzględnie konieczne, więc być może i one w przyszłości znikną.

Poniżej schemat układu zmodyfikowanego wg powyższego opisu.

Jeżeli chodzi o elementy, najgorzej jest ze zdobyciem tranzystorów JFET stopnia wejściowego. Nie są już niestety produkowane, a ze względu na wymóg dużej transkonduktancji nie ma ich czym zastąpić. Oryginalne Toshiby dostępne są jeszcze na ebay, ale trzeba uważać, aby nie kupić chińskich podróbek. Nabyłem takie świadomie na Ali i po sprawdzeniu parametrów okazały się bezużyteczne. Ostatecznie wykorzystałem zamienniki Linear Systems kupione na allegro po 70 zł za dobraną parę. Dostępne są także w diyaudiostore.com, ale tam jest jeszcze drożej.
Z pozostałymi elementami nie ma problemu. W stopniu końcowym łatwo dostępne i tanie IRF’y od Vishay’a. Rezystory małej mocy to niskoszumna seria Dale także od Vishay. Jako rezystory źródłowe w stopniu mocy użyłem metalizowanych 5W Mundorf’a. Zwiększyłem dopuszczalną moc ponieważ przewiduję eksperymenty z prądem spoczynkowym, który prawdopodobnie ostatecznie będzie ustawiony wyżej niż w oryginale.

A tak wyglądają zlutowane płytki obu kanałów:

 

Edytowano 6 czerwca 2020 przez nowy78

[nowy78]

Małe sprostowanko. Nie zwróciłem uwagi, że na schemacie w stopniu wejściowym widnieją tranzystory 2SJ108 i 2SK370. Później zaczęto powszechnie stosować w tym miejscu 2SJ74, 2SK170 także produkowane przez Toshibę. Ja oczywiście zastosowałem zamienniki tych drugich, tj odpowiednio  LSJ74, LSK170 (Linear systems).

 

Do tej pory opisałem część elektryczno-elektroniczną przedsięwzięcia. Wypadałoby ją czymś okryć i zapewnić odprowadzanie ciepła z tranzystorów mocy. Dlatego dziś:

 

Obudowa i chłodzenie.

 

 W przypadku wzmacniacza pracującego w klasie A, są to rzeczy dość mocno ze sobą związane. Ze względu na konieczną do odprowadzenia dużą moc wydzielaną w stopniu wyjściowym, najkorzystniej jest wybrać obudowę, której konstrukcja zawiera zewnętrzne radiatory, mogące znacznie efektywniej odprowadzać ciepło. Dzisiaj nie jest problemem zakup gotowej skrzyneczki dopasowanej w punkt do naszych potrzeb. Ja wybrałem produkt z dalekiego wschodu. Nie ma co ukrywać, że mają tam bogaty asortyment także w tej grupie towarów i oprócz funkcjonalności możemy sobie wybrać również estetykę trafiającą w nasz gust. Zróżnicowanie w cenie jest spore i zależy głównie od wielkości (lub wagi ). Niestety całkowity koszt zakupu wychodzi dość zbliżony do cen w sklepach znajdujących się „w pobliżu”. Zysk w postaci niższej ceny samej obudowy zabijają koszty transportu i danina dla państwa, trudna w tym wypadku do uniknięcia. Mnie spodobał się taki oto aluminiak o wymiarach zewnętrznych (s x g x w): 430 x 390 x 150 i wadze 11 kg. Wymiary radiatorów to 300 x 150 x 50 (w tym 40 same żebra). Płyta dolna ma grubość 4 mm, pozostałe (tył, góra) 3 mm, front zaś 10 mm.

 

A tak wygląda na tle końcówki Usher R1.5:

 

Jak widać jest dość duża i niewiele ustępuje wymiarami widocznej w tle 36 kg końcówce o wielokrotnie większej mocy wyjściowej niż F5. Mimo to wypełniłem ją praktycznie w całości  

Może od początku. Aby po zakończeniu budowy wzmacniacza nie poprzestać tylko na słuchaniu, albo co gorsza, nie wymyślać kolejnych kosztownych przedsięwzięć , chciałem zostawić sobie pewne możliwości pokombinowania przy nim jeszcze jakiś czas. Sprawdzenia co będzie, gdy przycisnę go trochę bardziej niż zaleca autor projektu. Dlatego też jednym z priorytetowych założeń było jak najefektywniejsze wykorzystanie możliwości obudowy w kwestii odprowadzania ciepła z tranzystorów. Jako że z kolei ich obudowy mają na części stykającej się z radiatorem dołączoną jedną z elektrod, konkretnie dren, będący na potencjale napięcia zasilającego o przeciwnej polaryzacji dla poszczególnych tranzystorów z pary, konieczne jest stosowanie podkładek izolujących. To zwiększa rezystancję termiczną pomiędzy tranzystorem a radiatorem z ok. 0,2 ºC/W (z danych katalogowych dla IRFP240), gdy tranzystor przykręcony jest bezpośrednio do radiatora, z użyciem pasty termoprzewodzącej, do przeciętnej wartości ok. 0,4 ºC/W w przypadku standardowych podkładek - mikowych lub silikonowych. Dalej, zauważmy, że Pass w swoim artykule zaleca użycie radiatora o wartości Rthra w okolicach º0,6 C/W dla każdego z elementów. Ma to oczywiście sens i oznacza tyle, że różnica temperatur pomiędzy radiatorem a otoczeniem wyniesie 20ºC, gdy rozpraszana moc będzie na poziomie trzydziestu-kilku watów, czyli tyle co przypada na każdy tranzystor w F5. Jeżeli zajrzymy do tabel producentów radiatorów, to okaże się, że takie parametry są możliwe do uzyskania dopiero przez znacznej wielkości profile. Dla przykładu, taki o wymiarach 200x190 i wysokości żeber 50 mm ma rezystancję termiczną równą 0,5ºC/W, a o połowę mniejszy (100x190) 0,8ºC/W. Mowa o profilach w kolorze naturalnym. Czarne radzą sobie nieco lepiej. Gdy teraz porównamy Rthcr = 0,4º C/W (obudowa tranzystora-radiator) i wymagane Rthra = 0,6ºC/W (radiator-otoczenie), zauważymy, że mają bardzo zbliżone wartości. Nas tak naprawdę interesuje obniżenie całkowitej rezystancji termicznej pomiędzy złączem tranzystora a otoczeniem -Rthja, która jest sumą wielu składowych występujących na tej drodze, m. in. tych wymienionych wyżej. Pomyślałem więc sobie, że zamiast stosować bardzo wielką obudowę z jeszcze większymi radiatorami, można by spróbować obniżyć Rthcr. Wpadł mi do głowy pomysł, aby pomiędzy radiatorem a tranzystorami zastosować elementy pośrednie o dobrej przewodności cieplnej w jak najlepszy sposób połączone termicznie z tranzystorami. Od strony radiatora zaś miałyby już na tyle dużą powierzchnię, że nawet zastosowanie podkładki izolującej nie przeszkadzałoby w uzyskaniu dobrego odprowadzania ciepła do radiatora. Najlepiej byłoby, gdyby sam element był izolatorem elektrycznym, ale niestety trudno znaleźć materiał o takich cechach. Zastosowałem polerowane płytki miedziane o wymiarach 40 x 60 x 5, charakteryzujące się blisko dwukrotnie lepszym przewodnictwem cieplnym od aluminium, a w roli izolatora podkładki silikonowe. Aby izolacja elektryczna pomiędzy płytkami a radiatorem była pewna, w otwory mocujące wsunąłem rurki teflonowe. Pod łbami śrub wylądowały natomiast podkładki poliamidowe. W miejscu zamontowania płytek usunąłem z radiatora anodę i wypolerowałem powierzchnię. Tranzystory spoczywają bezpośrednio na płytkach, a w celu poprawy styku użyłem pasty termoprzewodzącej Arctic MX-4, znanej bardziej maniakom tuningowania komputerów, niż elektronikom. W testach uzyskiwała bardzo dobre wyniki, a w porównaniu do zwykłej pasty silikonowej wypadła zdecydowanie lepiej.

 

I przymiarka:

 

 

Na tym jednak nie poprzestałem Kolejne udziwnienia wkrótce

Edytowano 8 czerwca 2020 przez nowy78

[Chyba Miro 84]

1 godzinę temu, nowy78 napisał:

Kolejne udziwnienia wkrótce

Jesli czekaja nas takie udziwnienia jak dotychczas, to czekam z ciekawoscia czym jeszcze nas zaskoczysz....

Ps: swietny pomysł z tą płytką👍

[5k7]

Z tego co mi wiadomo to anodowanie aluminium nie przewodzi - chyba że mowa o zwykłym aluminium. Jaka jest zatem wartość Rther (od tranzystora do radiatora)? Bo z jednej strony robimy bufor o mniejszej rezystancji a potem dajemy bliżej nieokreśloną podkładkę. Jeżeli będzie stawiać duży opór to wszystko dużo szybciej się "ugotuje" niż wersja standard. Produkty Keratherm (polecane do konstrukcji Passa) stosowało się w celu polepszenia przewodności cieplnej, nie izolacji (to przy okazji - ztego co mi wiadomo). Są też świetne produkty AAvid'a które są izolatorami i świetnie przenoszą ciepło.

Sprawdzałeś to rozwiązanie empirycznie ? Jeżeli nie to może zrób jakieś porównanie. Albo jedna strona z a druga bez i test  

[nowy78]

Tak, tlenek glinu jest izolatorem. Czy w związku z tym, zaryzykujesz przykręcenie tranzystorów bezpośrednio do radiatora? Ja na pewno nie  . Mała ryska i... Poza tym anodowanie także pogarsza przewodność cieplną. Może i warstwa jest cienka, ale jest  No i jeszcze ta drapana powierzchnia. 

Jeżeli chodzi o podkładkę, to rzeczywiście nie jest zbyt wyszukana. Użyłem, powiedzmy zwykłej, silikonowo-szklanej. Wg mnie, nie ma jednak potrzeby zwiększać kosztów w tym miejscu (cały czas biorę pod uwagę podkładkę pod całą płytkę), bo tu robotę robi powierzchnia, która jest ośmiokrotnie większa od powierzchni styku samego tranzystora. Jeżeli więc przy zwykłej podkładce pod tranzystor jest 0,4 ºC/W, to stosując taką samą pod płytką miedzianą uzyskałem 0,05 ºC/W (chyba  ). Wiele się już nie poprawi.

Wzmacniacz pracował jakieś 1,5h przy prądzie spoczynkowym 1,3A. Z tego co pamiętam, temperatura tranzystora wynosiła 44 ºC, a radiatora w pobliżu płytki 38 ºC. Rthcr wychodziłoby więc w okolicach 0,2 ºC/W. Postaram się sprawdzić później dokładnie.

[5k7]

Anodowanie nawet poprawia przewodnictwo cieplne, ale nie są to wartości mega duże;) Wersja standard to nie kręcenie do obudowy a wykorzystanie izolatora Keratherm. Kręcenie do obudowy jest słabe - wiele osób to już wcześniej to zrobiło ale tranzystory się przegrzewały bo zbyt słabe przewodzenie na goło. Nie słyszałem aby ktoś się przebił od kręcenia, bo musisz się do tego naprawdę przyłożyć. Ale tak w teorii jest to możliwe. Chciałem tylko zaznaczyć że ogólnie nic się nie powinno stać - jak ktoś chciałby sobie testy zrobić to spoko;-)

Myślę że temat dosyć złożony - są również maksymalne możliwości oddania temperatury i nie można iść w nieskończoność - tak samo z radiatorem. Od pewnego momentu można wsadzić dowolnie duży radiator, który już nic nie wniesie.

Dlatego też interesuje mnie praktyczne obserwacje od startu - jakie maksymalne wartości na samym tranzystorze i jak dobrze jest ciepło absorbowane. Temat na pewno ciekawy i chętnie bym się zapoznał z wynikami tranzystor + dobry izolator przewodzący + pasta, vs przedstawiony patent z miedzianą płytką, pastą i tą podkładką. Jeżeli będzie Ci się się chciało to chętnie się z tym zaznajomię;-)

[MariuszZ]

16 godzin temu, nowy78 napisał:

Ja oczywiście zastosowałem zamienniki tych drugich, tj odpowiednio  LSJ74, LSK170 (Linear systems).

Piotrze te zamienniki nie mają jeszcze jakichś dodatkowych oznaczeń A? B? C? D?. Chciałem w Ltspice się pobawić ale tam w katalogu Linear System są te elementy z literkami