Skori Weblapja - Skori3122 : Mini, 2x30W-os, HiFi erõsítõ!

Skori3122 : Mini, 2x30W-os, HiFi erõsítõ!

Avagy: Texas Erõsítõ - Mai, korszerû változatban!
Az alcímbõl sejthetõen egy Texas Instruments által fejlesztett áramkörre épülõ erõsítõrõl lesz szó, azonban kb. a név az összes hasonlóság az amatõrõk által "Texas erõsítõ"-ként ismert kapcsolással. Be kell vallanom, hogy a cikk címével kissé gondban voltam (vagyok), ugyanis sokféle alternatíva merült fel, és nehéz volt eldönteni melyik a leginkább lényegre törõ, és ugyanakkor nem félrevezetõ. Ugyanis ha a címbe beleírom, hogy egy D osztályú erõsítõrõl lesz szó, akkor lesznek akik legyintenek: ugyan már, hogy jön össze a Hifi és a D osztály? Nos nekik azt javasolom, hogy tegyék félre egy kicsit az elõítéleteiket (ha vannak), és/vagy olvassák a cikket csupán érdekességként. Továbbá azt állítom, hogy a cikkben leírt erõsítõ megállja a helyét zenehallgatás céljára is, és nem is akárhogy!

A mûködési elvbe való belemerülést egyelõre elhagyva, nézzük mi is szól a D osztályú erõsítõk építése mellett:

Igen jó hatásfok. Ennek persze hangosításnál, és nagy teljesítményeknél van jelentõsége, de kis teljesítményeknél sem hátrány, hogy nem kell rá jelentõs méretû hûtõborda!

A hangminõséget egészen más dolgok határozzák meg, mint a korábban használt A, AB és B osztályú erõsítõk esetében. Az elõbbieknél a félvezetõk karakterisztikái, linearitása, hõfokfüggése erõsen befolyásolja a belõle készülõ erõsítõ paramétereit. D osztályú erõsítõ esetén ezek másodlagos dolgok, itt a kapcsolási sebesség, frekvencia, a késleltetési idõk, a komparátor jellemzõi a fontosabbak. Ebbõl eredõen az erõsítõben keletkezõ torzítások is más jellegûek lesznek, amelyek akár kevésbé zavaróak is lehetnek, mint más erõsítõben. Gondoljunk csak bele: egy kapcsolóüzemû fokozatban nem számít ha a félvezetõ erõsen nemlineáris karakterisztikájú - csak legyen minél gyorsabb.

Tehát a dolog a kíváncsisággal kezdõdött, mennyire használhatók ezek az erõsítõk otthoni célra?
Milyen hangminõség érhetõ velük?
Mennyire nehéz megépíteni?
(remélem ez a cikk legalább részben választ ad majd a kérdésekre)
A kísérletezetéstõl eleinte visszatartott néhány dolog:

A diszkrét elemekbõl épített változatok bonyolultak, érzékenyek az elrendezésre és a félvezetõkészletre - tehát problémásak.

A részben integrált megoldásokban használt IC-k szintén problémásak

Ezek az erõsítõk többnyire hangosításra valók, igen nagy teljesítmény, és szerényebb torzítási jellemzõik miatt

Az integrált céláramkörök többnyire apró SMD chipek, amik házilag nehezen kezelhetõk.

Késõbb felkeltették a figyelmemet a Texas Instruments gyártmányú D osztályú erõsítõhöz készült cél IC-k. Ezek közül pedig a TPA3122D2.
Azért esett erre az áramkörre a választás mert:

Könnyen kezelhetõ 20 lábú DIP tokozású (furatszerelt - de SMD változat is létezik)

Olcsón és könnyen beszerezhetõ (pl. Farnell-tõl)

Lorylaci kollégának köszönhetõen ingyen hozzájutottam néhány darabhoz

Sokak véleménye, hogy meghallgatás alapján is jó minõségû

Kedvezõ mûszaki paraméterei vannak, pl:

Sztereó 2x10W ill. 2x15W, amit (zenével hajtva) akár hûtõborda nélkül is tud,

Alacsony torzítás,

10...30V tápfeszültség,

rövidzárlat és túlmelegedés elleni védelemmel el van látva.

az adatlapon szereplõ kapcsolás meglehetõsen egyszerû, alig kell hozzá pár alkatrész, hogy mûködõ erõsítõ legyen belõle.

A fentiek alapján tehát úgy tûnt, hogy egy próbát megér, már csak hobbiból is, és azért is, hogy saját véleményt mondhassak, egy saját készítésû erõsítõrõl. Azonban a 10...15W teljesítményt keveselltem, ezért (és még néhány, késõbb felsorolt okból) úgy döntöttem, hogy hídkapcsolású erõsítõt építek belõle. Tehát a tokban levõ mindkét erõsítõ egy hangszóróra fog dolgozni, így a sztereó változathoz 2db IC-re lesz szükség. A nagyobb (8ohmon 30W körüli) teljesítményen kívül más okai is vannak a "hidalásnak".

A hídkapcsolású erõsítõ torzítása kisebb! Ez abból ered, hogy a két erõsítõt ellentétes fázisú jellel hajtjuk meg, azonban a torzítási komponensek egy része (többnyire a páros felharmonikusok, és a modulációs termékek egy része) azonos fázisban keletkeznek, és emiatt kioltódnak, és a hangszóróra nem jutnak el. Ezt egyébként a felhasznált IC adatlapja is alátámasztja.

Hasonlóképpen a jel/zaj viszony is jobb, ugyanis amíg a két erõsítõ kimeneti feszültségének összege kerül a hangszóróra, addig az erõsítõkben keletkezõ zaj (mivel nincs sem azonos sem ellentétes fázisban) nem duplázódik meg, és jóval kisebb mértékben növekszik mint a hasznos jel.

A fentiek persze igazak az AB osztályú erõsítõkre is, azonban D osztály esetén van egy további elõnye is: Kivezérlés nélküli állapotban, a tokban levõ két erõsítõ kimenetén, a kapcsolófrekvenciás jel azonos fázisú (szinkronban, közös "órajellel" múködik a két erõsítõ a tokban). Ebbõl kifolyólag a kimeneten, a szûrõ utáni "maradék kapcsolófrekvenciás jel" nagy része szintén kioltódik , és nem jut el a hangszóróra! Kivezérelt állapotban azért nem ilyen ideális a helyzet, de akkor is lényegesen kisebb a "vivõmaradék", mintha az erõsítõ nem hídkapcsolásban üzemelne.

Tehát tesztelés céljára (elõször csak próbanyákon) összeállítottam az alábbi kapcsolást:

A Q1 tranzisztor oldja meg a két végfok ellentétes fázisú meghajtását, az alsõ 2 tranzisztorból pedig egy kis késleltetõt készítettem, ami az IC MUTE (némító) bemenetére csatlakozik - ennek az volt a célja, hogy a be/kikapcsolási tranziensek idejére lenémítsa az erõsítõt. A tapasztalatok vegyesek voltak. A megépített kapcsolás zavarérzékeny, zajos, gerjedékeny - ezektõl eltekintve viszont jól szól! Az áramfogyasztás (hatásfok) kimondottan jó, még hûtõborda nélkül sem melegszik túl. A hibák egy részét betudtam a próbanyákos kivitelnek, ill. konstrukciós hibának. Mégpedig talán azért is, mert a hibái ellenére hallgatható volt a hangja - ézért úgy döntöttem kap egy újabb esélyt ez az IC - és megpróbálom kihozni belõle a maximumot.

A bemeneti oldalon levõ egyszerû fázisfordító fokozatot lecseréltem egy tranzisztoros differenciál erõsítõre. Ennek több elõnye is van: szimmetrikus bemenetet kapunk, amit azoban tetszés szerint akár asszimmetrikusan is meghajthatunk (tehát a bemenet egyik tetszés szerinti "ága" akár GND-re is köthetõ). Ilyen kialakítással, elkerülhetõ a földhurok kialakulása sztereó kivitel + elõerõsítõ használata esetén is, még akkor is ha ezek közös tápról üzemelnek. A tranzisztoros, diszkrét elemekbõl felépített differenciál erõsítõ közös módusú csillapítása még a kapcsolófrekvencián is számottevõ lehet, ezért hatékonyan elnyomhatja a közös módusú zavarokat.
A TPA3122D2-nek az adatlap szerint 4db GND lába van, melyek az IC rajzán PGNL PGNDR AGND AGND jelõlést kaptak (power GND left, power GND right, és 2db analog GND). A kísérletezés közben azonban kiderült, hogy a két PGND láb és a kettõ közül az egyik AGND a tokon belül össze van kötve. Ezt az elsõ kísérleteknél ill. tervezésnél még nem vettem figyelembe és a hibák egy részét akár ez is okozhatta. Persze annak ellenére, hogy az adatlap nem volt teljesen egyértelmû, az alaposabb tanulmányozásával rájöhettem volna a turpisságra - csak a leírt szöveget is jól kellett volna értelmeznem, én meg elõször csak a képeket nézegettem :) :) Na jó nem egészen, de azért tanultam a dologból :)
A további tesztelés során rájöttem, hogy az adatlapon szereplõnél jobb kimeneti LC szûrõ is készíthetõ az IChez. Méghozzá olyan megoldás ami kihasználja, hogy a kimeneti kapcsolófrekvenciás komponens zöme a két erõsítõfélben azonos fázisban keletkezik. A szûrõbe beépítetett 2db tekercsssel sorosan bekötöttem egy úgynevezett közös módusú tekercset is - ez 2db tekercs, közös vasmagon. Ennek a differenciál módusú jelre (a hasznos hagjel) nincs lényeges hatása, a közös módusú jelre (és a kapcsolófrekvenciára) viszont igen. Tehát így a kapcsolójel szempontjából nagyobb induktivitás látszik (és ezért jobban el lesz nyomva) mint a hasznos jel szempontjából. Emiatt a kapcsolófrekvenciás áram (ill áram-hullámosság) a tekercseken kisebb lesz, ami kisebb terhelést jelent az IC-ben levõ kapcsoló FET-eknek, és a szûrõ tekercseinek is. Ebbõl azt gondolhatnánk, hogy célszerû lenne minél nagyobb közös módusú induktivitást beépíteni, hogy a nagyfrekvenciás komponenest minél jobban elnyomjuk, és minéll kisebb nagyfrekvenciás áramkomponerns folyjon az IC kimenetén és a szûrõ alkatrészein. Azonban ennek van egy gyakorlati határa. Arról van szó, hogy az kapcsoló felvezetõk kapacitásait, az átkapcsolás alatt, a kimeneti induktív jellegû áram képes áttölteni egy ZVS rezonáns tápegységhez hasonlóan (kis kivezérlés esetén), tehát ezt az áramot nem érdemes ez alá a határ alá csökkenteni. Ezt a határt átlépve egyébként az erõsítõ gerjedékenyebbé válik - feltehetõleg a kemény-kapcsolásból eredõ nagyobb tranziensek miatt. Ez oszcilloszkópos méréssel nagyszerûen kimérhetõ, ha menet közben változtatni tudjuk as közös módusú tekercs vasmagjának légrését, és ezzel az induktivitását. Ez a határ az általam vizsgált IC esetében 40uH körüli teljes kimeneti induktivitás körül jelentkezett. A szûrõt biztonságosra méretezve, de az elõnyeit szem elõtt tartva végül 16uH + 16uH + 2x7,5uH tekercs került beépítésre (így egy-egy fél végfok, üresjárás esetén, kb. 31uH induktivitást "lát" a kimenete felõl nézve). Ennek a megoldásnak a hatása még az erõsítõ nyugalmi áramfelvételén is látható, 2db gyári tekercset használva, az elsõ tesztverzió 50...60mA körüli áramot vett fel kivezérlés nélkül, 24V-os tápfeszültség esetén, míg az általam (litze huzalból, légréses ferritvasmagra) készített tekercsekkel csak 32mA-t. Tehát sikerült úgy csökkenteni az erõsítõ kimenetén a kapcsolófrekvenciás komponens maradékát, hogy közben az erõsítõ hatásfoka is javult! A tekercsek légréses ferritvasmagja úgy készült, hogy egy roncs készülékbõl bontottam korábban kicsi, 16mm-es külsõ átmérõjû, ferrit gyûrûvasmagokat - és ezekbe vékony vágókorongal 1mm körüli légrést vágtam! Az így légrésessé alakított ferrit vasmagok AL száma az eredeti 2000 körüli értékrõl 50..60nH körülire csökkent, amelyekre 12...18 menetet kellett feltekercselni a kívánt iduktivitás eléréséhez. (A sztereo erõsítõhöz 2x3=6db ilyen vasmagot használtamn fel.) Sikerrel felhasználható még roncs kompaktfényövekbõl bontott EE vasmagpár is az induktivitások elkészítéséhez, ezeknek érdemes "teletekercselni" a csévetestjét, és a két vasmagfél összeillesztésekor, a légrésssel beállítani a kívánt induktivitás értékeket. A kimenetre utólag még egy további RC tag is került (22ohm - 220nF) a gerjedékenység további csökkentése céljából.

A fenti módosítások eredményeképpen elkészült ez a kapcsolás:

Az erõsítõ áramköri paneljén a differenciálerõsítõnek mindkét bemenetét kivezettem, noha megtehettem volna hogy az egyiket összekötöm pl. az AGND-vel, azonban így (az elsõ tesztben a hangerõpoti-ig) szimmetrikusként kezelhetõ a bemenet, és elegendõ csak a potinál (vagy a bemenetnél) testelni. Ennek több elõnye is van: a szimmetrikus bemenettel elkerülhetõ a káros földhurok kialakulása, és a készüléken belül nem szükséges az árnyékolt jelvezeték, helyette egy sima érpár, (esetleg egy csavart érpár) elegendõ! A differenciál erõsítõ szimmetrikus felépítése fontos a megfelelõ zavarelnyomás érdekében, célszerü jó minõségû, és pontos értékû alkatrészekbõl, felépíteni.

Az erõsítõ NYÁK-ján külön kell kezelni az AGND (analóg testelés) és a PGND (power ground - teljesítmény föld) vezetékeket, ezeket csak egy ponton kötheti össze egy kis értékû ellenállás, amit késõbb 0 ohm-ra csökkentettem (rövidre zártam). Megemlítem, hogy az erõsítõ adatlapján szereplõ minta-panelen nincs külön kezelve a két GND hálózat, ami ugyan jól mûködik, de csak addig amíg nem kerül 2db ilyen IC hidalva egymás mellé - mert akkor interferencia keletkezhet. Tehát a gyári minta (mivel eleve eltértünk a gyári 2x 15W-os ajánlástól) csak irányadó lehet a tervezéskor.

És hogy a fenti modosítások mire is voltak elegendõek? Azt bizony meg kell hallgatni! Alapzaj-t gyakorlatilag nem lehet hallani a hangszóróból, és kifejezetten tisztán, hosszú távon is hallgathatóan szól. Az erõsítõ túlvezérelt állapotában sem durva a torzítás, nincsenek lefulladások, nincsenek mellékzörejek sem a hangban. Megfelelõ nyákterv esetén, nincs interferencia sem a két erõsítõfél, sem a kapcsolóüzemú táp és az erõsítõk között. A jó hatásfok már csak hab a tortán, én ugyan ragasztottam egy apró hûtõbordát az IC-re, de anélkül sem nagyon megy 50 fok fölé. Ugyanakkor már 100mA-es áramfelvételnél hatalmasat szól - tehát akár egy gagyi dugasztápról is nagy hangerõt produkál - de persze érdemes egy rendes tápot csinálni neki. Jelenelg éppen egy önrezgõ rezonáns tápot probálok meg bezsúfolni a kiszemelt készülékházban megmaradt szabad helyre. Az erõsítõ közel a tápfeszültségig kivezérelhetõ 8 ohmos terhelés esetén, 4 ohm-al is mûködik, azonban az IC belsõ áramkorlátja mûködésbe lép nagyobb kimenõ áramok esetén (ha jól emlékszem kb. 40W felett). Ettõl egyébként még jól használható, csak kicsit keményebben figyelmeztet ha túlságosan feltekerjük a hangerõt (mert ilyenkor lekapcsol a végfok). A hasonló B osztályú erõsítõ IC-kkel összehasonlítva szerintem lényegesen jobb hangminõség várható ettõl a kis erõsítõtõl. Akik eddig meghallgatták az (egyébként félkész állapotú) erõsítõt, azok bizony igencsak meglepõdtek (pozitív értelemben). Volt aki azt mondta rá, hogy "meglepõen jól szól", vagy: "ezt bizony nem gondoltam volna"! Az elõbb itt járt egy ismerõsöm, és õ is meghalgatta - ez egészen jól szól - mondta - de milyen az a D osztályú erõsítõ? - Kapcsolóüzemû. Az IC-ben egy belsõ oszcillátor elõállít egy 250kHz-es jelet, és ennek a kitöltési tényezõjét változtatja a hangjelnek megfelelõen. Mivel az IC-ben levõ két végfok szinkronban mûködik, de a kapcsolási idõpillanatok nem feltétlenül esenek egybe (a moduláció miatt) a kimeneten egy 500kHz-es háromállapotú jelet ad az IC. Ezt egy megfelelõ LC (RLC) szûrõbe vezetve megkapjuk az eredeti (de felerõsített) hangjelet. Az erõsítõ paraméterei (és hangminõsége)így nem függenek a végtranzisztorok (FET-ek) lineáris tulajdonságaitól, hanem a elsõsorban kapcsolási jellemzõítõl - és ezek bizony erre vannak optimalizálva.
Fotók a félkész erõsítõrõl:

"Ha már lúd, legyen kövér", szóval terveztem egy hangszín szabályozó áramkört is az erõsítõhöz, a kapcsoláson ill. a nyákján ennek is kellett egy kicsit faragni, de végûl olyan lett, amilyennek lennie kell! Íme a kapcsolási rajza:

A hangszín és hangerõ szabályozó áramkört úgy alakítottam ki, hogy ugyanarról a tápfeszültségrõl üzemelhessen mint a végerõsítõk. Tehát nincs szükség pl. kettõs és/vagy stabilizált tápfeszültségre, és akár kapcsolóüzemû tápról is problémamentesen üzemelhet. A kimenetén, a DC potenciál ellenére szándékosan nincsen csatoló kondenzátor, - mivel a végfok mindkét bemenetén van kondi, ide már nem kell. Sõt káros is lenne egy további kondi mert elrontaná a végfok bemeneti differenciálerõsítõjének szimmetriáját (alacsony frekvencián), és ezzel a zavarelnyomás (zavarérzékenység) romlana. A 2db TL072 tipusú mûveleti erõsítõ munkapontját szándékosan nem a tápfeszültség felére (hanem kb. a harmadára) állítottam be. Ennek töb oka is volt, az egyik a kikapcsolási tranziens viselkedés így kedvezõbb, valamint így a tápfeszültség erõs ingadozása (pl. beterheli a végfok) sem okoz semmilyen problémát. Ezért használtam sima ellenálás-osztó helyett zener diódát, azonban a zener által keltett zaj további szûrést igényel (ami a kapcsolóüzem miatt amúgy sem árt). Igy az ICk tápját, és a munkapontot beállító feszültséget is 47uF-os tantál kondenzátorok hidegítik. A végerõsítõ szimmetrikus bemenete egyszerüen rákapcsolható az elõerõsítõ egyébként asszimmetrikus kimenetére, így a két külön panel nincs összeföldelve, csak a tápjuk közös (persze a tápon keresztül a föld is, de a jelvezeték ezt már nem köti össze), emiatt nem alakul ki földhurok, és ezért a teljes erõsítõ is érzéketlenebb lesz a zavarokra. A kapcsolásban felhasznált kondenzátorok: 100nF-ig fóliakondik, a csatolókondik 1uF és 4,7uF SMD kerámia kondik, kivéve a bemenetnél levõk - ezek fóliakondik A tápot hidegítõ 1uF kondik kerámia, a nagyobbak Tantál kondenzátorok legyenek. Ahol a töréspontri freki a hangfrekis sáv közelébe esik ott nem célszerû kerámia csatoló-kondi, mert a feszültségfüggõ kapacitása torzítást vihet be, tehát csak ott használható ilyesmire, ahol sokkal alalcsonyabbra adódik a határfrekvencia. Ezért a hangszín szabályozó potik melletti kondiknak (47nF vagy 68nF és a 6,8nF) fólikondenzátornak kell lenniük.
Ha már a kondikról van szó: a végfokozatban, a kimeneti szûrõben fólikondikat (2x 1uF + 220nF) kell használni, a 2200uF-os táphidegítõk (nyilván) elektrolit kondik, a többi jó minõségû SMD kerámia kondi, C14 és C17 pedig lehetõleg Tantál kondenzátor legyen.

A korábbi fotókon látható félkész erõsítõ tehát 2db végfokpanelt, és a hangszín/hangerõ szabályozó paneljét tartalmazza jelenleg. A tesztelést labortápról, kapcsolóüzemû dugasztápról, majd egy önrezgõ rezonáns tápról végeztem. A tapasztalatok mindhárom esetben pozitívak, egyelõre úgy gondolom, hogy ha elkészül - akkor egy igen jó erõsítõ lesz. Tehát érdemes félretenni a kapcsolóüzem+erõsítõ összehozásával kapcsolatos aggodalmat, és kizárólag a fülünknek hinni, mert ez a kis erõsítõ is okozhat komoly meglepetést. Amikor elmondtam azoknak akik meghallgatták, hogy bizony egy kapcsolóüzemû (D osztályú) erõsítõt hallottak szólni, volt akinek igencsak "leesett az álla". amúgy éppen most néztem az fdh.hu oldalon, (farnell mo. forgalmazója) hogy a cikk írásakor (2012 aug.) 865Ft-be kerül egy ilyen IC (több darab olcsóbb) - szerintem ennyit megér. De az elsõként jelentkezõ utánépítõnek felajánlok ingyen, 2db TPA3122D2 tipusú végfok IC-t, ha eljön érte és elviszi!
Még annyit, hogy nyáktervet egyelõre nem teszek közzé, mert kicsit "hekkeltem" a megépített nyákon, tehát módosítani kellene a terveket, az meg még nincs kész...

Az erõsítõhöz készítettem egy pici kapcsolóüzemû tápegységet (pl. mert 50Hz-es hálózati trafó egyszerüen nem fért volna el a kicsi készülékházban).
A tápegység leírása ITT olvasható!

Ha már elkészültem a dobozolással, elakttintottam néhány fotót is, íme:

Korábban említettem, hogy a végfokozatok hidalása esetén kisebb lesz az erõsítõ várható eredõ torzítása! Összehasonlításképpen a TPA3122D2 adatlapjáról kimásolom a gyári torzítási adatokat mutató grafikonokat:

A bal oldali görbék mutatják a normál állapotot, míg a jobb oldali a hidalt verzióra vonatkozik. Látható, hogy SE módban, már viszonylag kis teljesítmény esetén is eléri az 1%-ot a harmonikus torzítás, azonban BTL (hidalt) módban a legkedvezõtlenebb esetben is 0,3% alatt marad a teljes sávban, a sáv középsõ részén pedig jóval 0,1% alatti lesz a torzítás. Ha a fentiekhez hozzávesszük azt is , hogy a torzítás maximuma 7...10kHz között van, és zömében 3. felharmonikus keletkezik (mert a hidalás miatt a páros felhamronikusok kiesnek), akkor ezek a torzítási komponensek a 20kHz feletti sávban keletkeznek, ami az átlagember számára akkor sem lenne hallható, ha nem lenne jelentéketelen mértékû. Nézzük a következõ grafikont ami a sávközépen mért torzítást mutatja a kimeneti teljesítmény (és a tápfeszültség függvényében):

24V-os tápfeszültség esetén a torzítás 30W körüli teljesítmény felett kezd el jelentõsebben emelkedni, ez alatt kimondottan alacsony az erõsítõ torzítása. Az általam megépített erõsítõ tápegysége 26V körüli feszültséget szolgáltat, ezzel kicsivel 30W felett kezd emelkedni a torzítás. A fenti adatok fõleg azok kedvéért kerültek fel ide akiket torzítási paraméterek érdekelnek, és nyilván ezek az értékek egy HiFi erõsítõ esetében nem lehetnek egy bizonyos szintnél rosszabbak, de a végeredményt úgyis az dönti el, hogy hosszú távon is hallgathgató-e ez az erõsítõ. Nos nekem úgy tûnik, hogy igen! , már nyúzom néhány napja ezt az erõsítõt, és még nem kezdett el idegesíteni semmi a hangjában - és ez nagyon jó jel! Ugyanis sok más erõsítõ kapcsolás - amikor megépítettem - ezen bukott el nálam: hiába tûnt jónak elsõre, nem tudtam néhány óránál tovább hallgatni, mert elkezdett zavarni, majd idegesíteni. Nos ez a kis erõsítõ ebbõl a szempontból is jó, a torzítása kis/közepes hangerõnél gyakorlatilag nem hallható, és nagy hangerõ mellett (szándékosan torzításba vezérelve) sem durva. 4ohm-al terhelve annyiban rosszabb a helyzet (mint 8ohm esetén), hogy erõsen túlvezérelve a végfok túláramvédelme lekapcsol egy-egy pillanatra. 8 ohmos hangszóró esetén (24...26V-os tápról üzemeltetve) azonban nincs ilyen jelenség. Persze normálisan üzemeltetve (és nem túlhajtva) az erõsítõt, mind 8 ohmos, mind 4 ohmos hangfalakkal kimondottan jó hangminõséget várhatunk.

Az interneten sok helyen találhatók olyan cikkek és leírások, amelyekben ilyen végfokot építettek, sajnos többnyire nem magyar nyelven. Jóval kevesebbet találni ahol hidalt verziót épített volna valaki, ilyenrõl részletes leírást (a cikk írásakor) nem találtam sehol, pláne nem magyar nyelven... Ezért szivesen vennék visszajelzéseket, tapasztalatokat ha valaki már épített TPA3122-vel hasonló erõsítõt...

Egy levélíró (Zoli) kíváncsi volt, hogy hogy nézett ki az elsõ deszkamodell!
Úgynevezett próbanyákra készült, és már egy ideje szétszedtem, de megmaradt róla néhány fotóm , amit itt meg lehet nézni:

Az egyik oszcilloszkópos mérésrõl készítettem egy videofelvételt is, íme:

(kb. 14,5Mb) A felvételen többféle méréshatárban mérek, pl. a 250kHz-es kapcsolójel átmenetetét 20ns/osztás-ban nézem, (ez volt ennek - az egyébként kiváló - szkópnak az alsó határa), majd nagyobb idõosztást beállítva a teljes modulált négyszögjel látható. Sajnos a kimeneti közösmódusú tekercs változtatásának hatásáról (ZVS-keménykapcsolás átmenete) nincs felvételem, de a fenti is elég érdekes szerintem.
Csak suttogva jegyzem meg, hogy jobban szeretem az analóg szkópokat, és amikor valaki a digitális szkópok elõnyeit emlegeti nekem, akkor is meg szoktam mutatni ezt a videót, hogy ugyanezt meg tudná-e mérni a digitális szkópjával. Általában (99%-ban) NEM! Természetesen akad olyan DSO tipus amivel amivel ezt is (szinte ugyanígy) meg lehet mérni, de az jelenleg nem az otthoni barkácsolók által megfizethetõ kategória (kb. 10x annyiba kerülne mint az az analóg szkóp amivel a mérést végeztem. Ugyanebben az árkategórában levõvel pedig esélytelen lenne még csak hasonlót is mérni (- szerintem).

Skori@2012aug

2016. január van, azaz jó néhány év eltelt mióta ezt a cikket befejeztem, de néhány gondolatot még megosztanék az oldal olvasójával. Kezdem a dolog jó oldalával:
A fenti kis erõsítõt azóta is megelégedéssel használom, nagyon jól szól, szóval teszi a dolgát, ahogy kell.
Szuper, de akkor minek írok most ide? Mint elektronikai hobbistát, kissé elbizonytalanít, hogy manapság rengeteg elektronikai eszköz érkezik hozzánk Kínából, Hongkongból és még sok helyrõl, olyan olcsón, amivel lehetetlen versenyezni. Ez kissé megkérdõjelezi azt is, hogy érdemes-e pl. ilyen erõsítõt építeni, amikor pl. az alábbi képen látható 2x50W-os végfok kész panelja 1800Ft alatt házhoz jön. Ennyiért még az alkatrészeket sem lehet beszerezni, ez pedig egy kész beültetett panel, csak be kell kötni és használni...

Szóval egy barátom rendelt nekem Hongkongból egy ilyen panelt, ami a napokban érkezett meg. Neki is álltam próbálgatni. A panel a TDA7492 típusú ICre épül, ebben 2db hídkapcsolásû végfokozat van, annak minden elõnyös tulajdonságával. Az oszcilloszkópom szerint 300kHz-en mûködik, jel nélkül, a korában leírtak szerint ennél az erõsítõnél is, szinte elhanyagolható a vivõmaradék, ami a hangsugárzóra juthat. A bal-jobb csatorna azonos frekvenciával, ugyanarról az oszcillátorról van vezérelve, így nincs interferencia a két oldal között. Viszont a két oldal kapcsolófrekvenciája egymáshoz képes 90 fokkal el van tolva - ez nagyszerû megoldás szerintem mert így a tápot (illetve a hidegítõ kondikat) is sokkal kisebb kapcsolófrekvenciás áramösszetevõ terheli. Szóval kezdett tetszeni ez a kis erõsítõ, és mivel ennyire olcsó is, elgondolkoztam rajta, milyen klassz aktív hangsugárzót lehetne építeni, ilyenekkel úgy, hogy minden hangszórót külön végfok hajt meg, és aktív hangváltón keresztül. A nyugalmi áramfelvétel a tápfeszültségtõl függõen 70 - 85mA közötti volt, ezt kissé sokallottam, de úgy gondoltam, hogy majd ehhez is készítek jobb szûrõt, mint a saját erõsítõm esetében. Szóval labortáp bekapcs, az erõsítõre rákapcsoltam egy hangsugárzót, némi zene a bemenetre, és hadd szóljon. Nem tetszik. Sõt 1..2 perc után ökölbe szorul a fülem, annyira rossz, hogy csupa csúnya szó jut az eszembe f-el és sz-el. Mi lehet ez? Mûhiba? Vagy ennyire ócska a kimeneti szûrõje? Minél tovább próbálgatom, annál kevésbé tetszik, már-már arra gondolok, hogy velem van a baj, és nem vagyok zenehallgatós kedvemben. De nem így van.
Faterom éppen benézett hozzám:
-Na milyen a kínai cucc? Szól?
- Hát... hallgasd!
Csak mellékesen: édesapám tavaly nyáron lett 80 éves, nem hall már túl jól. De ezt hallja! Tényleg nem stimmel valami! Na jó nézzük. Bekötöttem a kimenetre egy sokkal jobb szûrõt, kicseréltem a tekercseket, kondikat, plusz hidegítõkondik a panelra, RC tag a kimenetre, stb... Jobb lett, a nyugalmi áram (24V-on) 80mA-rõl lecsökkent 35mA-re, 40...50mA áramfelvételnél már hangos, kevésbé zavar, de most is zavar, minél tovább szól, annál jobban. Nem mondom, hogy ez az IC nem valami szuper, talán csak ez a konstrukció, vagy a nyákterv, nem az igazi. Mindenesetre, ha ezzel kezdtem volna a D osztályú erõsítõkkel ismerkedést, akkor elment volna a kedvem attól, hogy HiFi célra, D osztályú erõsítõt akarjak használni. Szóval a rábiggyesztett alkatrészeket szépen leforrasztgattam a panelrõl, vissza az eredetit - kár bele a jobb tekercs...sajnos.
Persze van jó oldala is a dolognak!:
- Mégiscsak érdemes házilag építeni, pl. a kis TPA3122-vel.
- Mégsem velem van a baj, mert amikor bekapcsoltam a kis TPA-s erõsítõmet, az kész felüdülés volt ez után az ócskaság után.
Ez a cucc meg jó lesz majd mondjuk egy szirénába, vagy más olyan helyre, ahol kevésbé számít, hogy mennyire szép mondjuk egy énekhang ezen keresztül. Persze ha valaki több energiát fektetett ebbe a kis erõsítõbe, és tudja mi a megoldás, hogy jó legyen - az sürgõsen írjon egy mailt nekem :)

u.i. Nem tartom magam vájtfülûnek, meg már én sem vagyok 20 éves... de van akinek tetszik a cucc hangja. Õ tudja! Én meg nem tudom, hogy eddig mit (miket) hallgatott. De most szúrjak ki vele, és adjam neki? :) :) Ha valaki magára ismerne, az természetesen csak véletlen, mert a szereplõk nevét megváltoztattam :) Na mára ennyit, remélem valaki azért hasznosnak tartja ezt a néhány sort, amire most idõt szakítottam.
Skori@2016.jan.

A távolkeleti, TDA-val készült erõsítõ modul egyelõre zsákutcának bizonyult, de a többi olcsó végfokmodul miatt, nem hagyott nyugodni a dolog. Szóval úgy döntöttem teszek egy újabb kísérletet, és "beruháztam" egy Texas gyártmányú, TPA3116 IC-re épülõ kicsi D osztályú végfokpanelbe. Íme:

Ránézésre, a TDA-s verzióhoz képest jóval kisebb a hûtõborda, és ahhoz képest is, hogy elvileg 2x50W-os végfok lenne (21V táp és 4Ω terhelés esetén). A kimeneti szûrõ tekercsei viszont robosztusabbnak tûnnek. Az árához képest korrekt felépítésû, hangerõ szabályozó poti, jack dugós, és tûs bemeneti csatlakozása is van.

Bekapcsolás után megmértem oszcilloszkóppal a kapcsolójel frekvenciáját, ami 380kHz-re adódott. A TDA-val összehasonlítva, itt nincs 90fokos fáziskülönbség a bal-jobb csatorna kapcsolójele között. Ami ugyan a TDA mellet szólt, de a hang minõsége ezt nem támasztotta alá. A nyugalmi áramfelvétel: 25V-ról kereken 80mA, 12V-os tápról járatva 43mA áramerõsséget mértem. Torzítást több okból sem álltam neki méregetni. Egyrészt ehhez megfelelõ mûszerezettség, vagy spéci hangkártya és szoftver kellene - ami nem áll rendelkezésemre. Másrészt egy integrált céláramkörrõl van szó, ami igen nagy eséllyel az adatlap szerinti paramétereket hozná, kisebb-nagyobb eltéréssel. A Texas esetében szerintem hihetünk az adatlapnak. Szóval inkább kapásból zenével próbáltam ki, ill. hallgattam meg. Egész jó, nálam ez azt jelenti, hogy tudom hallgatni anélkül, hogy elkezdene idegesíteni a hangja. Vicces, hogy tekergettem a tápfeszt 12 és 25V között, és ugyanakkor a hangszóróból kijövõ hangon semmilyen változást nem vettem észre. Ez nyilván a maximális teljesítmény közelében már nem így lenne, de közepes hangerõ mellett igen. Ugyan a korábban épített TPA3122 végfokom egy hajszálnyival jobban tetszik ennél, de ez is kimondottan jó minõségû, és élvezhetõ hangminõséget nyújt. A korábban vásárolt TDA-s végfokpanelt messze lekörözi, és árban nom olyan sokkal drágább, bõven megéri azt a különbséget. Emiatt úgy gondoltam érdemes lenne ennél is játszani egy kicsit a kimeneti szûrõvel.

Az egyszerûség kedvéért úgy álltam neki a módosításnak, hogy elõször meghagyom az eredeti tekercseket, és csak egy-egy közös-módusú tekerccsel (tehát két-két tekercs közös vasmagokon) egészítem ki a szûrõt, majd ha beválik a dolog, akkor a többi tekercset is lecserélem. Korábban vásároltam, kicsi 13mm átmérõjû, nagy AL számú gyûrûvasmagokat. Két ilyen vasmagba, mini flexkoronggal légrést vágtam, amit mûgyanta alapú ragasztóval kitöltöttem. Mindkét vasmagra 2x 12 menetet tekercseltem fel, ami 2x 6,5uH induktivitást adott, és bekötöttem az erõsítõ kimeneti szûrõjének tekercseivel sorosan. Íme:

A változás jelentõs, az asszonykám, aki éppen mellettem ült és varrogatott kijelentette, hogy most egy kicsit szebben szól - pedig õ nem hifi rajongó. Ugyanakkor én csak minimális különbséget hallottam a módosítás javára. Viszont a tápba bekötött árammérõ szerint, 25V táp esetén, az eddigi 80mA-es nyugalmi áram 34mA-re csökkent - a mi az adatlap alapján, az LC szûrõ nélküli állapotot közelíti. 12V-os táp esetén a nyugalmi áram 24mA-re csökkent. A nyugalmi áram csökkenése abban is megnyilvánult, hogy az eddig alapjáraton is langyosodó, tekercsek teljesen hidegek lettek(!), ugyanúgy, mint az IC aprócska hûtõbordája. Zenehallgatás közben, kicsi hangerõ mellett, az áramfelvétel nem éri el a korábbi nyugalmi áramot. Ezért úgy gondoltam, hogy a módosítás elérte a célját. A hangminõség is javult egy hangyányit - legalábbis rosszabb biztosan nem lett, a hatásfok pedig jelentõsen javult a kis teljesítményû tartományban, így az eredeti tekercsek megmaradtak a hozzáépített kötzös módusú tekercs mellett. Ezt a kis erõsítõt már nyugodt lelkiismerettel merem így felhasználni bármilyen reális célra - a terveim szerint, pl. aktív PC hangszórónak, ill. lehetséges, hogy egy kicsi, a korábbihoz hasonló komplett kis készüléket is összerakok belõle.

Továbbra is úgy gondolom, hogy érdemes házilag építeni ilyesmit, de ha gyorsan és rel. könnyen akarunk jó eredményt elérni, akkor azt egy ilyen kis erõsítõ minimális tuningolásával is elérhetjük. Mellesleg ezen sorok írásakor néhány napja az asztalomon foglaja a helyet ez a kis moddolt végfok, gyakran bekapcsolom, nyúzom - és még mindíg tetszik!

A dolog elméletérõl még néhány modat: A közös módusú tekercs beépítésérõl a TPA3122-rõl szóló részben már írtam pár sort, de megpróbálom a dolog lényegét összefoglalni. Két összefogott huzallal tekercselünk és ezt kötjük sorosan az eredeti tekercsekkel. A különbségi jelre (ami a hangaszóróra jut) ez a tekercs elviekben nincs hatással, viszont a közös módusú jelekre igen. Kivezérlés nélküli állapotban, és kicsi hangerõ mellett az ICben levõ két félhíd kb. azonos fázisú kapcsolójelet ad, ezt viszont jelentõsen csillapítja a beépített plussz tekercs. Emiatt csökken a tekercsek és a kimeneti kondenzátorok nagyfrekvenciás terhelõ árama (kb. a felénél valamivel kevesebbere), a tekercsekben a mágneses indukció kisebb lehet, kevésbé fognak melegedni, és kisebb torzítást is okoznak! Az IC-ben levõ félvezetõk terhelése is csökken valamelyest. Ugyanakkor a közös módusú tekercs vasmagját a hangfrekvenciás jel nem gerjeszti, így az nem tud torzítást sem bevinni. Ennek a tekercsnek az induktivitása kb. a szûrõ tekercsének fele-kétharmada közötti értékkel lesz optimális. Túl kicsi induktivitásnak jelentéktelen lenne a hatása, a túl nagy induktivitás pedig nyugalmi helyzetben is kemény kapcsolásra kényszerítené az IC-ben levõ FETeket - ami ennek az ICnek nem lenne probléma, de a hatásfoka és a torzítása olyankor valószínûleg rosszabb lenne. Tehát gondosan megválasztott alkatrészek esetén kimindottan jó hangminõség várható ettõl az erõsítõtõl.

Átalakítottam egy újabb, TPA3116-ra épülõ végfok kimeneti szûrõjét.

Ebben a megoldásban, gyári tekercseket használtam. A nyák széleinél 2db 2x10uH induktivitású, kimondottan D osztályú erõsítõhöz tervezett tekercs került be. Ránézésre nem látszik, de valójában 4db tekercsrõl van szó, csak két-két tekercs egybe van építve.

A fent leírt tekercsek, és a 4db kimeneti fólia kondenzátor között, szimmetrikusan elhelyezve, két másik, gyári, és szintén speciális tekercs került be. Ránézésre sima SMD tekercsrõl van szó, de valójában 4 kivezetése van, mert két tekercset tartalmaz közös vasmagon. Ezek a tekercsek csatolásban vannak egymással (tehát ezt az alkatrészt akár transzformátornak is nevezhetném). A gyártó egyébként SEPIC, mini flyback, és hasonló kapcsolóüzemû konverterekhez ajánlja az ilyen típusú tekercseit. Azért nevezem következetesen tekercsnek, és nem transzformátornak ezt az alkatrészt, mert pl. a gyártó által megadott paraméterek sem átvihetõ teljesítményrõl, hanem az induktivitás értékérõl, telítõdési áramról stb. szólnak, és persze a gyártó is (csatolt) tekercsként forgalmazza.

Tehát a módosított szûrõ gyári alkatrészekbõl is felépíthetõ. Az áramkör kipróbálásakor kapott eredmények nagyon hasonlóak a feljebb levõ áramkörhöz. 24V-ról 32mA a nyugalmi árama, 12V-ról kb. 24mA. A kapott hangminõség alapján pedig azt mondanám, hogy a gyári speciális tekercsekkel, ugyanazt értem el, mint a házilag készített megoldással. A két megoldás különbsége elsõsorban a ráfordított költségben és munkaidõben jelentkezik. Általában az idõ a nagyobb probléma, a házilagos tekercs gyûrûvasmagját mini flex-el felvágni, majd megtekercselni elég pepecselõs munka, sok idõt vesz el. A gyári spec. tekercset használva kicsit gyorsabb a szûrõ átalakítása.

Kipróbáltam egy köztes megoldást is, ahol az eredeti 2x10uH tekercs mellé építettem be a gyári közös módusú, csatolt tekercseket. Gyakorlatilag mindhárom kísérlet azonos eredményt adott - azaz megfelelõ minõségû tekercseket használva hozza az elvárt eredményt. Magyarul nem szükséges a kimondottan D osztályhoz ajánlott tekercsre hajtani - más típusokkal is elérhetõ a cél, azaz: jó hangminõség + jó hatásfok, egyszerre.

A saját készítésû tekercsekkel átalakított végfokpanelt kölcsönadtam egy ismerõsömnek kipróbálni. Annyira tetszett neki, hogy közölte: vegyek magamnak másikat, mert õ ezt vissza nem adja. Néhányan pedig mailban megkerestek, hogy tudnék-e nekik ilyen átalakított végfokpanelt készíteni. Így a fenti képen látható panel is új gazdára talált. Mivel nekem nem maradt, de én is tervezem ilyen végfok felhasználását a közeljövõben, így esetlegesen belefér az is, hogy késõbb a tervezettnél 1...2 darabbal többet alakítsak át...
Tehát aki szeretne ilyen, a fentiekhez hasonló módon "tuningolt", 2x50W-os sztereó erõsítõ panelhez jutni az mailban megkereshet. (a tekercs kivitel esetlegesen kissé eltérõ is lehet, de ugyanazzal az eredményel). Határidõt nem tudok vállalni, de ahogy az idõm engedi foglakozom ezzel is.

Skori@2016ápr.

Az alábbi képen látható erõsítõ panel éppen az asztalomon foglalja a helyet és zenél :) A közös módusú tekercs a 4db szürke kimeneti fóliakondi mellett függõlegesen, a nyák szélénél pedig az eredeti tekercsek vannak élükre állítva. És igen! Ez a kombináció is hozza a várt erdményt. Éppen azon gondolkozom, hogy vajon beférne-e a PC-be, a floppymeghajtó helyére? Simán menne 12V-ról, csak két kis hangfalat kellene a PCre rákötni :) és hadd szóljon.