Topologie Federmann
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: Topologie Federmann
- Zobrazení: 5856
Úvod
Další v řadě je kytarové kombo s výkonem 400 Wattů složené z jednoho modulů koncového stupně HQQF-55-506W-5-1, jednoho modulu řízení napájení HQQF-55-200 a jednoho modulu Korekční zesilovač „zapojení Federmann“, který je osazen pouze z 1/2.
Závěr
Výkon se může zdát velký, ale opět jde o velmi vysokou kvalitu zvuku a hlavně dynamiku signálu, kterou je možno dosáhnout jen při dostatečně dimenzovaném zesilovači, kde nehrozí častá limitace, jak je běžné při kombech a zesilovačích s malým, nedostatečným výkonem.
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: Topologie Federmann
- Zobrazení: 5059
Úvod
Další v řadě je kytarové kombo s neuvěřitelným výkonem 1250 Wattů složené ze dvou modulů koncového stupně HQQF-55-506W-5-1 a jednoho modulu řízení napájení HQQF-55-200, dále je předřazen modul Korekční zesilovač „zapojení Federmann“, který je osazen pouze z 1/2.
Závěr
Výkon se může zdát extrémně velký, ale nejde ani tak o výkon, jak o velmi vysokou kvalitu zvuku a hlavně dynamiku signálu, kterou je možno dosáhnout jen při dostatečně dimenzovaném zesilovači, kde nehrozí trvalá limitace, jak je běžné při kombech a zesilovačích s malým, nedostatečným výkonem.
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: Topologie Federmann
- Zobrazení: 5938
Úvod
Po krátké odmlce, která byla zapříčiněna čekáním na výrobu plošných spojů a drobným napadáním tohoto webu, se opět vracíme k topologii Federmann, řadě zesilovačů HQQF. Pro začátek si představíme jednoduchou konstrukci nazvanou HQQF 800 Watt mini, složenou ze dvou modulů koncového stupně HQQF-55-506W-5-1 a jednoho modulu řízení napájení HQQF-55-200.
Eagle
Pro účely kvalitního návrhu prostorového uspořádání jsem si vytvořil knihovny v Eagle, které obsahují modul řízení napájení HQQF-55-200 a také modul koncového stupně HQQF-55-506W-5-1, který jsem navíc vytvořil se třemi podobami mechanického uspořádání modulu.
Závěr
Zatím jde o velmi jednoduchou konstrukci, pro dokončení prostorového uspořádání musím vytvořit ještě knihovnu výkonových transformátorů, případně výkonových chladičů, poté bude představena i prostorová podoba celého zesilovače.
Mnozí si mohou zapojení jednotlivých modulů upravit k obrazu svému. V tomto příkladě zapojení jsem nepoužil regulační potenciometry na vstupech zesilovačů, spíše jsem se snažil znázornit správné zemnění vstupních vodičů.
Bude brzy následovat několik doporučených zapojení modulu HQQF, od právě uvedeného malého HQQF 800 Watt mini, přes ještě menší jednokanálové zapojení, přes můstkové vícekanálové zapojení až k aktivním reproduktorovým soustavám.zapojení Některé vzorové konstrukce budou i realizovány.
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: Topologie Federmann
- Zobrazení: 11924
Úvod
Po předchozím článku Zkreslení u AUDIO zesilovačů, kde jsem se na měření a popisování zkreslení zesilovačů díval dost skepticky, poukazoval jsem na neobratné popisování příčin, kde se více méně jen tápalo.
Samotné měření zkreslení se pak děje mnoha metodami, hledá se různé dělení a různé stupnice či závislosti. Jednou se zkreslení vztahuje k výstupnímu výkonu a jindy k výstupnímu napětí zesilovače, někdy se uvádí včetně šumové složky a jindy bez ní.
Rekapitulace
Nyní se oprosťme od těchto měření a podívejme se na problematiku zcela jinak:
Frekvenční rozsah
V článku SACD, blíže vinylu? jsem se blíže zabýval frekvenčním rozsahem audiosignálu a tedy i potřebnou šířkou pásma zesilovače.
Rezerva zisku
V článku Vliv rezervy zisku na zkreslení jsem se blíže zabýval, jak se projeví rezerva zisku zpětnovazební smyčky na celkovém zkreslení zesilovače.
Fázová charakteristika
V článku Fázová charakteristika vs. Rychlost přeběhu jsem se blíže zabýval souvislostmi mezi fázovou charakteristikou zesilovače a rychlostí přeběhu výstupního signálu.
Převodní charakteristika
V článku THD a SR, zapomeňte! jsem se blíže zabýval možností posuzovat vlastnosti zesilovače v návaznosti na jeho převodní charakteristiku. Ze samotného textu ještě nebylo mnohé patrné, ale nynější článek posune tuto problematiku výrazně kupředu.
Kirchhoffovy zákony a základy elektrotechniky
Vraťme se naní k úplným základům elektrotechniky, do doby kdy se každý začíná učit v elektrotechnice něco počítat. V této době je pro nás zesilovač nesmírně složité zapojení a zdánlivě neřešitelný problém.
Zesilovač jako čtyřpól
Podívejme se na samotný zesilovač jako na čtyřpól, černou skříňku o které toho nemusíme mnoho vědět. Tento čtyřpól můžeme různě popsat, nám však postačí převodní charakteristika takového čtyřpólu.
Převodní charakteristika
U této převodní charakteristiky nás bude zajímat závislost výstupního napětí na napětí vstupním, pro mnohé je to nezajímavá oblast, ale zdání klame a při hlubším zkoumání převodní charakteristiky narazíme na její značnou frekvenční závislost.
Frekvenční závislost převodní charakteristiky
Budeme tedy do problematiky vnikat hlouběji a hlouběji, podíváme se na potřebný frekvenční rozsah a zjistíme, že potřebujeme pásmo od řádově jednotek Hz až po frekvence 100kHz a výše.
Právě na vysokých frekvencích se nám začne frekvenční závislost převodní charakteristiky značně projevovat.
Akustický signál
Nyní si akustický signál představíme, jako součet několika harmonických signálů a můžeme se zabývat přenosem každého harmonického signálu samostatně.
Každý harmonický signál bude mít vlastní amplitudu a vlastní frekvenci, na výstupu zesilovače - čtyřpólu se bude řídit vlastní převodní charakteristikou platící právě pro jeho veličiny.
Jak jsme na vstupu zesilovače - čtyřpólu signál rozdělili na jeho harmonické složky, nyní můžeme na výstupu zesilovače - čtyřpólu vzniklé produkty zase sečíst. Budeme-li dostatečné důslední, pak dokážeme posoudit i možnou vzájemnou interferenci jednotlivých harmonických složek. Rovněž můžeme posoudit nakolik se nám jednotlivé složky změnily a tím i výsledný akustický signál.
Elektronkový zesilovač
Podívejme se nyní na vlastnosti elektronkových zesilovačů:
- 1. Jak můžeme vidět, jde o jednoduché, spíše demonstrativní zapojení s jednou elektronkou.
- 2. Na grafu znázorňujícím přenosovou charakteristiku, měřeno před výstupním transformátorem, můžeme vidět velmi velkou šířku pásma.
- 3. Na grafu znázorňujícím převodní charakteristiku při 100kHz můžeme vidět velmi slušnou linearitu a téměř zanedbatelné fázové natočení, pro nižší kmitočty to nebude horší.
- 4. Na grafu znázorňujícím převodní charakteristiku při 300kHz je stále velmi slušná linearita, ale fázové natočení se začíná projevovat.
Hodnocení elektronkového zesilovače
Jak je patrné, elektronkový zesilovač nebude mít příliš velké zkreslení, nemá však zápornou zpětnou vazbu, která by mu jej mohla dále vylepšit, ale napěťové a fázové poměry až do 100kHz jsou v podstatě konstantní a neměnné.
Tranzistorový zesilovač
Podívejme se nyní na vlastnosti tranzistorových zesilovačů.
- 1. Jak můžeme vidět, různé zesilovače mohou mít různé převodní charakteristiky.
- 2. Šířka převodní charakteristiky je již při 100kHz značně velká a není zanedbatelná.
- 3. Dále je vidět převodní charakteristiky pro různé napěťové úrovně.
- 4. Můžeme se setkat s charakteristikami, kde se navzájem dohadují lokální zpětné vazby a charakteristika tratí na linearitě.
Hodnocení tranzistorových zesilovačů
Zde máme situaci mnohem složitější než u zesilovačů elektronkových. Zesilovač může mít značnou rezervu zisku a tím je jeho zkreslení na nízkých kmitočtech extrémně nízké. Pokud se podíváme k vyšším frekvencím, zesilovače velmi rychle tratí rezervu zisku a jejich převodní charakteristika se rychle mění.
Nezřídka je převodní charakteristika takového zesilovače mnohem nelineárnější než elektronkového již v akustickém pásmu. Právě tento fakt vedl mnohé konstruktéry ke snaze linearizovat zesilovač pomocí kapacit v lokálních zpětných vazbách. Tato snaha se projeví příznivě na nízkých kmitočtech kde je tranzistorový zesilovač dostatečně dobrý, ale na kmitočtech vysokých dochází k další ztrátě rezervy zisku a tím dalšímu zhoršení vlastností.
Rozdíl charakteristik elektronkového a tranzistorového zesilovače při 100kHz může být naprosto propastný, stejně jak dopad do jeho poslechových vlastností, třeba jen v akustickém pásmu, kde se může projevit vzájemná modulace všech přítomných harmonických složek, které se v zesilovači vyskytnou.
Jak jsem mohl napsat, že elektronky v zesilovačích se vyznačují téměř neměnnými parametry v pásmu daleko přes 100kHz, pro tranzistory v zesilovačích můžeme napsat, že se vyznačují velmi nevyrovnanými parametry již od řádu jednotek kHz!
Závěr
Právě na kmitočty řádu jednotek kHz se zaměřili konstruktéři zesilovačů a zde se předhánějí s prezentací excelentních naměřených výsledků, nehledě na fakt, že s nástupem CD se omezili pouze na akustické pásmo v rozsahu 20Hz÷20kHz a vše okolo se snaží popírat a ignorovat.
Já jsem se více soustředil na horní pásmo akustického signálu. Na část signálu, která na sebe váže největší množství problémů a je příčinou značných poslechových rozdílů mez zesilovači. Na část signálu, která je konstruktéry záměrně či nevědomě přehlížena, které se mistrně vyhýbají a její dopady často popírají.
Pravě proto dnes mají stále velkou popularitu elektronkové zesilovače u hudebních skupin, kde je akustický signál v surové podobě a tranzistorové zesilovače se často jeví jako neposlouchatelné. Trvale se vedou boje mezi elektronkovými a tranzistorovými řešeními, trvale se hledá příčina rozdílu zvuku, která se často popírá, nebo hledá na nesprávném místě.
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: Topologie Federmann
- Zobrazení: 21712
Úvod
Článek velmi podobný článku Zesilovač 500W/1000W, HQQF-55-505W-5-1, vzájemně se liší pouze v jedné číslici.
Vlastnosti zesilovače jsou podobné, na první pohled jsou oba moduly stejné, při zběžné prohlídce zjistíme, že model HQQF-55-506W má o dva tranzistory v pouzdře TO220 více. Při důkladnější prohlídce zjistíme, že vstupní část je zcela odlišné konstrukce.
Zapojení HQQF-55-506W-5-1
Návrh zapojení je zběžně popsán v článku Nf zesilovače Federmann HQQF-55-506, zde se již můžeme podívat na schéma celého plošného spoje, který je doplněn o další funkce.
Vstupní obvody
pohledem na vstupní obvody zjistíme, že se od běžných zesilovačů poněkud liší, chybí vstupní kondenzátor a jsou vyvedeny oba vstupy, neinvertující, ale i invertující.
Hlídání pomocného napájení
Zapojení je opět doplněno o obvody zajišťující kontrolu přítomnosti pomocného napájení. Tato kontrola je využita pro opoždění připojení hlavního napájecího napětí, je elektricky oddělena optočlenem OK2.
Hlídání stejnosměrné složky
Zapojení je rovněž doplněno o obvody zajišťující kontrolu přítomnosti stejnosměrného napájení na výstupu. Tato kontrola je využita pro odpojení hlavního napájecího napětí a rychlé vybití filtračních kapacit, je elektricky oddělena optočlenem OK1.
Mechanická konstrukce
Vycházeje z mnoha zkušeností jsem se nakonec přiklonil k verzi zesilovače, která je dostatečně malá a velmi nízká, čímž nebude omazovat jakékoliv konstrukce svým nevhodným rozměrem.
Dále jsem bral ohled na jednoduchost a účelnost celé konstrukce. Je použita smíšená montáž, kde je podstatná část prvku, odpory, některé kondenzátory a diody v provedení SMD, čímž se získá úspora místa, snížení ceny plošného spoje a v konečném důsledku i lepší elektrické vlastnosti.
Verze s pěti páry výkonových tranzistorů a výkonem 500W, má rozměr plošného spoje 40x180mm.
Závěr
HQQF-55-506W-5-1, tedy konec čísla značí: 6 verze, výkonového charakteru s pěti páry výkonových tranzistorů a jedním kanálem.
HQQF-55-506W-5-1 je předurčen jako základ velmi širokého spektra různých konstrukcí:
- Použitím jednoho modulu HQQF-55-506W-5-1 získáme velmi výkonný monofonní zesilovač špičkových vlastností, jehož výkon volíme velikostí napájecího napětí, dimenzováním transformátoru a chlazení.
- Použitím více modulů HQQF-55-506W-5-1 získáme velmi výkonný vícekanálový zesilovač špičkových vlastností, jehož výkon rovněž volíme velikostí napájecího napětí, dimenzováním transformátoru a chlazení.
- Kterýkoliv zesilovač můžeme doplnit o korekční zesilovač či jej dále rozšířit o předzesilovač s potřebným počtem vstupů.
- Jako další rozšíření použitelnosti HQQF-55-506W-5-1 je připravována deska s obvody potřebnými k vytvoření velmi slušného komba.
- Není zapomenuto ani na použití HQQF-55-506W-5-1 v aktivních reproduktorových soustavách všeho druhu. Pro tento účel jsou připravovány obvody elektronických výhybek a další potřebné obvody.
- Všechny konstrukce lze doplnit opožděným připojeným hlavního napájecího napětí a rychlým odpojením napájecího napětí HQQF-55-200, inteligentní řízení napájení. Jde o naprosto unikátní řešení elektronických ochran, které nemá ve své funkčnosti žádnou konkurenci, nezařazuje do výkonové signálové cesty žádné další prvky a v případě poruchy zajisti nejenom ochranu reproduktoru, ale přispěje i k ochraně výkonových tranzistorů, což konkurenční řešení vůbec neumožňují.
